06.02.2015

По объему производства проката и наличию соответствующих мощностей Украина находится в десятке ведущих металлургических государств. На начало 2008 г. на металлургических предприятиях эксплуатировалось 11 блюмингов и слябингов, 6 заготовочных станов, 1 трубозаготовочный стан, 3 рельсобалочных, 5 крупносортных, 12 среднесортных, 13 мелкосортных и проволочных станов, 6 толстолистовых станов горячей прокатки, 2 непрерывных тонколистовых стана горячей прокатки, 2 цеха холодной прокатки листа, в составе которых имеются непрерывные и одноклетевые станы холодной прокатки, 20-валковый стан, станы для прокатки жести. Помимо перечисленного, на заводах и комбинатах черной металлургии Украины эксплуатируется оборудование для выпуска оцинкованного листового проката, гнутых профилей и проката из нержавеющих марок стали. Этот парк прокатного оборудования позволил украинским метпредприятиям выпустить в 2007 г. почти 38 млн.т общего проката.
В большинстве своем украинский прокат выпускается на устаревших (морально и физически) мощностях. Планируя рост производства, металлурги рассчитывают, прежде всего, на существующее оборудование. Связано это с тем, что все финансовые средства концентрируются на реконструкции первых переделов предприятий, а модернизация прокатных мощностей откладывается на более поздний период. Чем это вызвано понятно - ориентацией в современной экономической ситуации на экспорт главным образом заготовки. В работе дана следующая оценка состояния черной металлургии Украины: «Соображения здравого смысла, патриотизма и нормы профессиональной чести не допускают даже рассмотрения худшего из возможных сценариев, по которому горно-металлургический комплекс (ГМК) Украины превратится в поставщика сырья и заготовок для промышленно развитых стран, располагающих высокотехнологичными и экологически безопасными производствами для выпуска конечной продукции. Помимо унижения отрасли, это приведет к потере сотен тысяч рабочих мест, породит бессрочную стагнацию смежных отраслей промышленности и станет причиной упадка экономики всей страны. Заметим лишь, что такое развитие событий явилось бы следствием неконкурентоспособности проката Украины в условиях свободного рынка.».
Проект Национальной программы развития ГМК Украины предусматривал:
- улучшение качества продукции, усовершенствование ее сортамента, повышение конкурентоспособности;
- усовершенствование структуры производства, модернизация основного и вспомогательного оборудования прокатных цехов;
- уменьшение сырьевых и энергетических затрат за счет перехода на непрерывнолитую заготовку;
- вывод из эксплуатации избыточных и устаревших прокатных станов при условии обеспечения внутреннего спроса и экспорта.
Модернизированные, оставленные в эксплуатации до 2010 г. мощности сортовых и листовых станов, а также новые станы должны были обеспечить потребность народного хозяйства как по объему, так и по сортаменту проката, а также дать возможность экспортировать конкурентоспособную продукцию, в том числе заготовки, рельсы, катанку, арматурную сталь, листовой прокат и прочие виды проката,
В работе была представлена схема вывода из эксплуатации станов и передачи с них сортамента продукции на прокатные станы, вводимые и остающимися в эксплуатации. Осуществить удалось за это время немногое.
Наиболее крупным событием стало введение в действие ТЛС-3000 вместо действовавшего ТЛС-2800 на ОАО «Алчевский металлургический комбинат». Планируется закончить монтаж среднесортного стана 390 ЗАО ММЗ. Определенные реконструктивные мероприятия выполняются на ШСГП-1700 ОАО «ММК им.Ильича» и 1680 ОАО «Запорожсталь».
В целом же следует отметить общее техническое отставание украинских прокатных станов. Степень износа некоторых станов составляет 90%, а возраст - более 70 лет. Полувековой юбилей работы «отметили» в обжимном - 8, сортопрокатном - 20, листопрокатном производстве - 10 станов. При этом выполняемые предприятиями время от времени ремонтно-восстановительные работы и мероприятия по частичной реконструкции не позволяют заметно повышать качество и расширять сортамент выпускаемого металлопроката.
В сортопрокатных цехах модернизация более всего необходима крупно- и среднесортным, рельсобалочным и частично мелкосортным станам. Сравнительно благополучными выглядят лишь проволочные станы, производящие катанку высокого качества в необходимом сортаментном диапазоне.
Широкополосные тонколистовые станы имеют возраст от 43 до 70 лет. Реализованные в разные годы реконструктивные мероприятия не обладали системным характером и были подчинены решению не связанных между собой локальных задач. Моральная устарелость и физическая изношенность станов горячей и холодной полосовой прокатки просто блокирует выпуск украинскими металлургическими предприятиями высокотехнологичной продукции для автомобильной промышленности, машиностроения и других отраслей.
Отлично спроектированные в свое время (70-80-е годы прошлого века) TЛC-3600 (ОАО «Азовсталь») и ТЛС-3000 (ОАО «ММК им.Ильича») по набору оборудования и предусмотренным технологическим потокам остаются на современном техническом уровне.
За последние 45 лет на украинских металлургических предприятиях, специализирующихся на производстве листовой продукции, не было введено в действие ни одного агрегата защитных покрытий. Жесть в Украине производится по технологии и на оборудовании, созданных в 30-х годах прошлого века.
В этих условиях ученые ДонНТУ поставили перед собой задачу создать технологические интегральные схемы, позволяющие получать прокат ответственного назначения с качеством, соответствующим требованиям отечественной и зарубежной нормативной документации. Основой для создания таких схем стала интеграция в рамках единого проекта компаний, обладающих, с одной стороны, современным сталеплавильным комплексом, а с другой - прокатным переделом с многолетним опытом производства конкретного вида продукции широкого сортамента.
Первые опыты по производству полособульбового профиля из непрерывнолитой стали были проведены в середине 80-х годов прошлого века на Донецком металлургическом заводе. Сталь выплавляли в мартеновской печи и разливали на вертикальной МНЛЗ в слябы толщиной 120-140 мм, которые затем разрезали вдоль на заготовки. Полученные заготовки перекатывали в несимметричные полособульбовые профили №8-10 на стане 400. Выход годного по качеству поверхности увеличился, механические свойства полособульбовых профилей соответствовали требованиям стандартов.
Однако макроструктура как полученной заготовки (рис. 160), так и готовых полособульбовых профилей (рис. 161) была неудовлетворительной. Практически на всех раскатах наблюдались осевые дефекты (ликвации), которые распространялись в область головки или вытягивались во всю ширину раската. Это обстоятельство не позволило получить продукцию, пригодную для эксплуатации и выдерживающую все требования стандартов. Поэтому весь объем полособульбового проката производили из заготовки, прокатанной из слитков. Причем 90% этого вида проката производили в Украине.
Уже в условиях рыночных отношений было предложено войти в нишу этого вида продукции мирового рынка с обеспечением требуемых качественных показателей. Выполненные нами и представленный в работах анализ технологических схем производства полособульбовых профилей в ведущих странах Европы показал, что к числу наиболее проблемных мест при сертификации продукции украинских металлургических заводов, являющихся производителями сортового проката для судостроения, следует отнести обязательное требование выполнить оценку уровня производства продукции в соответствии с принятыми зарубежными концепциями о рациональных технологических циклах. Эта концепция предусматривает наличие функционального разделения плавильных и рафинировочных процессов при выплавке стали, а также обязательную ее разливку на МНЛЗ в слябы или заготовку для переката.
Производство проката

Можно отметить три важнейших итога разработки и реализации технических, технологических и организационных решений, направленных на внедрение вышеназванной концепции в металлургическую отрасль зарубежных стран.
Во-первых, произошла интеграция в единый металлургический комплекс ранее неперспективных сортопрокатных переделов, ориентированных на производство высокотрудоемкого проката узкоотраслевого (судостроение, горная промышленность и т.д.) назначения малотоннажными партиями. Этот факт стал возможным благодаря реализации технологических схем, предусматривающих обеспечение последних высококачественной непрерывнолитой заготовкой. Во-вторых, повышение качества готового проката как с точки зрения уровня и стабильности механических свойств, так и с точки зрения чистоты металла по неметаллическим включениям. В-третьих, снижение удельных затрат энергии при производстве проката. В-четвертых, унификация требований к качеству проката вследствие глобализации рынка сортового проката отраслевого назначения.
Ввод в эксплуатацию машин непрерывного литья блюмов и сортовой заготовки сечением 160х 160 мм на ОАО «Днепровский металлургический комбинат», ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» (сечение отливаемой квадратной заготовки до 150x150 мм), а также сортовой МНЛЗ на ОАО «Енакиевский металлургический завод» создал в Украине все необходимые предпосылки для перевода производства полособульбовых профилей на использование стали, полученной методом непрерывного литья.
Работы по оценке возможностей производства полособульбовых профилей из непрерывнолитой стали были начаты в конце 1999 г. в рамках совместного проекта, осуществляемого ЗАО «Визави», ОАО «Днепровский металлургический комбинат им.Дзержинского» и ОАО «Краматорский металлургический завод им. Куйбышева» при непосредственном участии ученых Донецкого национального технического университета. Взаимодействие двух металлургических предприятий во многом определялось их уникальными производственными возможностями.
На ОАО «ДМК им. Дзержинского», который располагает современным кислородно-конвертерным цехом (ККЦ), технология выплавки стали предусматривает разделение плавильных и рафинировочных процессов доводки стали на установке комплексной доводки (УКДС), а также ее последующую разливку на блюмовой и комбинированной МНЛЗ. Уникальная комбинированная МНЛЗ, предназначенная для одновременной разливки стали в блюмы сечением 335x400 мм (4 ручья) и заготовку для переката сечением 160x160 мм (2 ручья) позволила наиболее корректно (используется металл одной плавки) реализовать эксперимент по оценке качества заготовки для переката близких сечений, но полученной по различным технологическим схемам. Выбор в качестве предприятия для производства проката ОАО «КМЗ им. Куйбышева» был основан на том, что на нем имеется более чем 40-летний опыт производства на стане 620 крупносортных полособульбовых профилей. В сортамент стана 620 входит свыше половины типоразмеров несимметричных полособульбовых профилей (ГОСТ 21937), а также имеются возможности по его расширению, что позволяло создать на базе этого предприятия специализированное производство.
Предложенная схема производства полособульбовых профилей показана на рис. 162.
В период 2000-2001 г.г. выполнен комплекс исследований, основной задачей которых являлась комплексная оценка выпускаемой продукции. В качестве исходной использовали два типа заготовок, полученных на МНЛЗ ОАО «ДМК им.Дзержинского» по следующим технологическим схемам:
- 1-й вариант - отливка на МНЛЗ блюмов сечением 335x400 мм и последующая прокатка последних на трубозаготовочном стане 900/750 в заготовку квадратного сечения 170x170 мм;
- 2-й вариант - отливка на МНЛЗ квадратной заготовки сечением 160x160 мм для дальнейшего проката непосредственно на стане 620 ОАО «КМЗ им. Куйбышева».
Выплавку опытно-промышленной партии судовой стали категории А32-D32 (ГОСТ 5521) в объеме более 900 тонн, соответствующей Правилам Регистра морского судоходства в части химического состава, осуществляли в 250-тонном конвертере комбината в соответствии с действующими технологическими инструкциями на выплавку, доводку и непрерывную разливку стали.
Макроструктура сортового проката зависит от макроструктуры исходной заготовки и режима прокатки. Оценку качества полученных заготовок производили в соответствии с ОСТ 14-1-235-91.
Производство проката

Основными дефектами макроструктуры литых заготовок могут быть осевая физико-химическая неоднородность, ликвационные полоски и трещины, точечная неоднородность. Ни один из этих дефектов не устраняется в процессе горячей деформации, при любой степени обжатия эти дефекты сохраняются в готовом прокате. Для получения сортового проката с удовлетворительной макроструктурой необходимо, чтобы в макроструктуре исходной литой заготовки точечная неоднородность и ликвационные полоски имели характеристики (в баллах), практически не превышающие требования ГОСТ к макроструктуре готового проката.
Исследование особенностей структуры опытно-промышленной партии квадратных заготовок сечением 170x170 мм, полученных по первому варианту технологического процесса, показало, что поверхность заготовок не имеет видимых дефектов металлургического происхождения, характерных для заготовки, полученной в результате перекатки слитков. Заготовки характеризовались равномерным химическим составом, меньшим (по сравнению со слитком) количеством усадочных и ликвационных дефектов, однородной и плотной макроструктурой, за исключением узкой осевой зоны. В этой зоне видны остатки исходной дендритной структуры непрерывнолитого блюма, а также осевая ликвация (осевая химическая неоднородность) 0-1 балла. Дисперсность дендритной и зернистой структуры более чем в 3 раза превышала исходную в блюме, уменьшена примерно в 4 раза загрязненность металла неметаллическими включениями по сравнению с металлом серийного производства ОАО ЕМЗ (выплавка стали в кислородном конвертере - разливка в слитки - прокатка заготовок). Для макроструктуры заготовок, полученных по первому варианту технологического процесса, характерно также наличие плотной светлотравящейся окантовки толщиной 5-8 мм по контуру сечения, наследуемой от корковой зоны блюма и слабо выраженного теплового центра.
В отличие от структуры заготовок сечением 170x170 мм, макроструктура непрерывнолитых заготовок опытной партии, полученных по второму варианту технологического процесса, свидетельствует об их более низком качестве, выражающемся в пониженной дисперсности дендритной и зеренной структур, наличии осевой ликвации 0-2 балла с четко очерченным тепловым центром. Вместе с тем, загрязненность металла неметаллическими включениями примерно такая же, как и в заготовках, полученных по первой технологической схеме.
С точки зрения сопротивляемости готовых изделий развитию дефектов под действием многоциклических и тепловых нагрузок, наибольшую опасность представляют ликвационные полоски и трещины (надрывы), располагающиеся по межосным пространствам дендритной структуры, а также трещины напряжения, пересекающие оси дендритов в дендритной структуре и распространяющиеся по сечению темплета в виде ломаных линий. Аналогичное влияние оказывают и краевые точечные загрязнения, представляющие собой неметаллические включения эндогенного и экзогенного происхождения, располагающиеся разрозненно, группами и в виде строчек по поперечному сечению темплета. Произведенная оценка качества полученной заготовки с точки зрения наличия дефектов данного вида показала, что в исследуемом металле ликвационные полоски отсутствуют, а краевая точечная загрязненность присутствует только в раскатах сечением 160x160 мм и не превышает 1 балла.
Наличие в непрерывнолитых заготовках осевой зоны низкого качества поставило вопрос о всесторонней оценке качества готовых полособульбовых профилей. Для оценки качества макроструктуры приняли за основу метод контроля, регламентированный ОСТ-14-1-235-91. Однако, ввиду того, что полособульбовые профили из непрерывнолитого металла были получены впервые в Украине и странах СНГ, а литературные данные об аналогичных работах, проведенных в промышленно развитых странах мира, отсутствуют, за основу методологии исследований по оценке качества был принят подход, примененный авторами работы к оценке качества рельсов из непрерывнолитой заготовки. Правомерность такого подхода доказывается, с одной стороны, сходными условиями эксплуатации прокатных изделий (циклические, динамические и тепловые нагрузки), а с другой стороны, повышенными требованиями к вязкостным характеристикам, гарантирующим прочность и сопротивляемость развитию дефектов под действием внешних воздействий.
Оценку уровня служебных характеристик опытно-промышленных партий несимметричных полособульбовых профилей №24А, 22А, 20А, 20Б по ГОСТ 21973 (исходное сечение заготовки 170x170 мм) и опытных партий: №22А, 20А, 18А по ГОСТ 21973; 18А, В, С, E по DIN EN 10067 (исходное сечение заготовки 160x160 мм) произвели в соответствии с требованиями действующих стандартов.
Контроль качества поверхности как исходных заготовок, так и готовых полособульбовых профилей осуществляли в ходе 100% визуального осмотра каждой штанги на стеллажах осмотра и контроля. Отсортировки по дефектам поверхности (плена, раскатанные пузыри, рванины, трещины и т.д.) заготовок и готовых полособульбовых профилей из непрерывнолитого металла не было. Удельный вес дефектов поверхности прокатного происхождения не превышал среднестатистических величин, характерных для реализуемого уровня технологии и состояния оборудования стана.
Результаты исследования механических свойств металла полособульбовых профилей приведены в табл. 35.
Производство проката

Анализ результатов сдаточных испытаний металла от каждой партии проката в ходе текущего контроля, а также при проведении сдаточных испытаний в присутствии представителя Морского Регистра, показал полное соответствие произведенной продукции требованиям ГОСТ 21937.
Исследования распределения механических свойств в полособульбовых профилях показали, что свойства распределены практически равномерно в прокате разных профилеразмеров внутри одной плавки. В отдельных случаях отмечается снижение прочностных характеристик на 20-30 Н/мм2 из-за зональной ликвации углерода и серы (образцы вырезаны из зоны теплового центра).
Средний уровень нормируемых характеристик механических свойств полособульбовых профилей соответствовал требованиям стандарта и превышал уровень, предусмотренный для данного вида проката из заготовок, полученных из слитков на ОАО ЕМЗ, по относительному удлинению и ударной вязкости на продольных образцах. Это обстоятельство позволило сделать вывод о большей однородности металла полособульбовых профилей из непрерывнолитой заготовки.
Для макроструктуры полособульбовых профилей из непрерывнолитого металла, полученного по обеим схемам технологического процесса, также характерна плотная светлотравящаяся окантовка толщиной 1-1,5 мм (рис. 163) по контуру сечения. При этом на готовом прокате, произведенном из заготовок 160x160 мм, она имеет более ярко выраженное проявление.
Дефекты макроструктуры проката из непрерывнолитой стали относят, в основном, к трем типам: осевая химическая неоднородность; краевое точечное загрязнение; ликвационные полоски.
При этом, как свидетельствуют проведенные исследования, степень осевой химической неоднородности может служить одним из главных критериев оценки макроструктуры полособульбовых профилей, прокатанных из непрерывнолитой заготовки.
В прокате этот дефект проявляется, прежде всего, в полосчатости макро-и микроструктуры (рис. 164), что связано с типичной для осевой зоны ликвацией серы, углерода и фосфора.
Производство проката

Проведенный контроль качества макроструктуры готового проката различных профилеразмеров (12 серных отпечатков) по данному признаку показал, что в полособульбовых профилях он присутствует только на определенном участке внутри полки. Выходов на поверхность, в головку, а также зону, к ней прилегающую, не наблюдалось. Местом его концентрации может считаться область, удаленная на расстояние (0,65-0,7) b от края полки (b - ширина полособульбового профиля).
Проведенные исследования по оценке качества и уровня служебных свойств полособульбовых профилей опытно-промышленной и опытной партий позволяют утверждать, что произведенный прокат в полной мере отвечает самым высоким требованиям, предъявляемым к данного вида продукции со стороны ведущих морских регистров (табл. 36). Кроме того, дополнительный анализ представленных в табл. 36 данных, касающихся регламентации процентного содержания элементов в стали в свете химического состава двух опытнопромышленных плавок, произведенных в ККЦ ОАО «ДМК им. Дзержинского» (первая плавка: С - 0,15; Mn - 1,3; Si - 0,3; S - 0,023; P - 0,028%; вторая плавка: С - 0,12; Mn - 1,3; Si - 0,33; S - 0,02; P - 0,012%) позволяет сделать вывод о том, что достигнутый уровень технологии выплавки, доводки и непрерывной разливки стали на ведущих металлургических предприятиях Украины в состоянии обеспечить производство продукции (заготовки для переката), отвечающей международным стандартам.
В работе приведены экспериментальные исследования точности прокатки катаных и непрерывнолитых заготовок, а также распределение температуры по поперечному сечению горячекатаных заготовок. Эти данные послужили исходным материалом для корректировки калибровки валков обжимной клети стана 620 ОАО «КМЗ им. Куйбышева».
Таким образом, исследования технологии производства и качества крупносортных симметричных полособульбовых профилей из непрерывнолитых заготовок показали, что достигнутый в Украине технический уровень в состоянии обеспечить показатели служебных свойств проката в соответствии с требованиями ведущих мировых регистров судоходства. Впервые произведенные в Украине опытно-промышленная и опытная партии полособульбовых профилей из непрерывнолитой заготовки в сравнении с традиционной технологией (разливка в слитки и последующее производство заготовки) характеризуются большой однородностью механических свойств, высокой вязкостью и пластичностью. Это позволяет скорректировать перспективную программу реконструкции и модернизации сортопрокатного производства в ракурсе возможного использования высококачественной непрерывнолитой заготовки для производства крупно- и среднесортных профилей.
Реальным подтверждением сделанного вывода служит тот факт, что технология выплавки стали и производства передельной заготовки на ОАО «ДМК им.Дзержинского», а также технология производства из неё полособульбовых профилей на ОАО «КМЗ им.Куйбышева» сертифицированы классификационными обществами DET NORSKE VERITAS A.S. (Норвегия) и GERMANIS-CHERLLOYD (Германия). При этом сертифицированная технологическая схема производства (см. рис. 162) полособульбовых профилей фактически соответствует схеме производства данного вида продукции на металлургическом заводе INEXA PROFIL AB в Lulea (Швеция).
Производство проката

Производство проката

Производство на ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» одновременно непрерывнолитой и катаной заготовки дает широкие возможности выполнения исследований использования таких заготовок для производства цельнокатаных труб.
Долгое время исходной заготовкой для производства бесшовных труб были слитки (литье в изложницы, центробежное литье), катаная или кованая заготовка. Появление более эффективной непрерывнолитой заготовки обусловило полную или частичную замену катаной и кованой заготовок. Впервые в мире применение непрерывнолитых трубных заготовок реализовано в 1957 г. При этом партия заготовок диаметром 280 мм, отлитая на экспериментальной МПНЛЗ в ЦНИИЧермете была прокатана на пилигримовом стане и автомат-стане Нижнеднепровского трубопрокатного завода. Исследование качества полученных нефтепроводных труб показало перспективность и целесообразность применения непрерывнолитого металла для производства труб.
С середины 60-х годов прошлого века были начаты систематические исследования процесса литья круглых трубных заготовок на полунепрерывной МПНЛЗ Новотульского металлургического завода (ныне ОАО «Тулачермет») и переработки их на пилигримовых станах Нижнеднепровского и Челябинского трубопрокатных заводов, а также Таганрогского металлургического завода.
В результате проведенных исследований сделан вывод, что применение непрерывнолитой заготовки вполне обеспечивает выполнение требований, предъявляемых (в то время) к качеству исходной заготовки, значительно улучшает социальные условия этого производства и способствует существенному повышению технико-экономических показателей трубопрокатного производства. В частности, указано, что основной экономический эффект достигается при замене катаной или кованой заготовки непрерывнолитой (на автомат-стане снижение расхода металла по сравнению с существующей технологией составляло 300-350 кг/т).
С 1976 по 1986 г. из непрерывнолитых круглых заготовок прокатано 8,5 млн.т бесшовных труб на различных трубопрокатных агрегатах (ТПА) в ФРГ, Франции, Аргентине, США, Мексике и Италии.
В 1991 г. в России начато изготовление бесшовных труб из промышленных партий непрерывнолитых круглых заготовок диаметром 196 и 340 мм, отлитых на МНЛЗ Волжского трубного завода (ВТЗ). Последние не имели дефектов поверхности, овальность не превышала 0,5%, а степень развития осевой химической неоднородности и центральной пористости была не выше I балла по четырехбалльной шкале ЦНИИЧермета. Эти заготовки из стали 20 без механической обработки поверхности (что предусмотрено технологией) были использованы в трубопрессовом цехе (ТПЦ). Полученные трубы не имели дефектов поверхности. Заготовки диаметром 196 мм были прокатаны на трубопрокатном агрегате (ТПА) с двухвалковым прошивным станом с бочкообразными валками на ВТЗ и с автомат-станом 220 на Первоуральском новотрубном заводе. В обоих случаях процесс прошивки протекал нормально. Трубы, изготовленные на ВТЗ, не имели дефектов поверхности, механические свойства удовлетворяли требованиям ГОСТ 8731, действовавшего в то время. Вблизи внутренней поверхности труб наблюдали остатки литой структуры.
В работе сделан вывод, что отечественный и зарубежный опыт показывает, что непрерывнолитые круглые заготовки можно применять не только на пилигримовых станах, но также на тех ТПА, которые традиционно используют заготовку из деформированного металла. He обнаружено отрицательного влияния остатков литой структуры в толстостенных трубах на их качество, однако эта проблема является предметом дальнейших исследований.
На основе анализа литературных источников нами предложена следующая классификация возможных схем использования непрерывнолитых заготовок для производства бесшовных труб.
Схема 1. Непосредственная подача круглой (или граненой) трубной заготовки на пилигримовый стан вместо круглого слитка, отлитого в изложницы. В этом случае технологии идентичны. Определенные особенности возникали при прошивке непрерывнолитых граненых заготовок.
Схема 2. Подача квадратных или прямоугольных непрерывнолитых заготовок на обжимно-заготовочные станы, прокатка круглой заготовки и передача ее на ТПА.
Схема 3. Получение труб из непрерывнолитой заготовки (круглого, квадратного или прямоугольного сечения) на прессе. Прессование, как наиболее благоприятный процесс с точки зрения напряженного состояния металла, применяют для изготовления труб из труднодеформируемых сталей и сплавов, а также для цветных металлов, для машиностроения и авиационной промышленности.
Схема 4. Подача непрерывнолитых заготовок квадратного сечения на непрерывный трубный стан, имеющий в своем составе стан пресс-валковой прошивки.
Схема 5. Подача круглых заготовок на ТПА с прошивным станом, имеющим грибовидные валки, и автоматическим станом тандем.
Схемы 2 и 3 исследованы на ВТЗ (рис. 165).
Производство проката

По схеме 3 на МНЛЗ отлиты заготовки диаметром 196, 340 и 360 мм, по схеме 3 - блюмы сечением 360x360 мм из котельной стали 20. Металл заготовок соответствовал требованиям ТУ. Из круглой заготовки изготавливали трубы прессованием, а квадратную заготовку прокатывали на обжимнозаготовочном стане в круглую заготовку, а потом из нее получали трубы либо на прессе, либо на ТПА. В результате исследования непрерывнолитого металла труб установлено, что структура и механические свойства прессованных и полученных из катаных заготовок труб соответствуют требованиям соответствующих ТУ.
На ОАО «ДМК им. Дзержинского» первоначально существовала следующая схема производства трубной заготовки: отливка металла в изложницы -прокатка слитков на блюминге - прокатка блюмов на специализированном четырехклетевом трубозаготовочном стане. После ввода в действие МНЛЗ на трубозаготовочном стане стали использовать непрерывнолитые блюмы сечением 335x400 мм (см. рис. 165, схема 2).
Технология производства трубной заготовки по схеме 2 (см. рис. 165) на Белорусском металлургическом заводе (БМЗ) состоит в том, что на четырехручьевой МНЛЗ отливают блюмы сечением 250x300 и 300x400 мм, после нагрева их прокатывают на одноклетевом дуо-реверсивном стане 850 в заготовку диаметром 80-150 мм. На адьюстаже заготовки проходят ультразвуковой и магнитопорошковый контроль. При обнаружении дефектов их удаляют абразивной зачисткой. Основными дефектами оказались мелкие плены от раскатанных пузырей и загрязнений. В ряде случаев в заготовке сохраняется до 10% литой структуры. В целом металл соответствовал требованиям ТУ.
Оборудование и технология для реализации схемы 4 созданы в 70-х годах прошлого века в Италии для получения гильз хорошего качества из непрерывнолитой заготовки квадратного сечения вместо круглой кованой или непрерывнолитой (производство которой имеет определенные сложности) из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей с низкими пластическими свойствами. Этот процесс содержит элементы продольной прокатки в круглом калибре и прессовой прошивке. При этом в металле возникают в основном сжимающие напряжения, что в сочетании с незначительной вытяжкой (коэффициент вытяжки не более 1,2) благоприятно влияет на ход процесса и качество металла гильзы, значительную поперечную разностенность (19-30%) которую устраняют на станке-элонтаторе, где раскатку стаканов в гильзу осуществляют с обжатием по стенке от 37 до 74%.
В 1990 г. фирма «Италимпьянти» на ВТЗ ввела в эксплуатацию электрометаллургический комплекс по производству заготовок круглого и квадратного поперечного сечения и выпуску бесшовных труб на ТПА 159-426. На агрегате выполняют пресс-валковую прошивку непрерывнолитой заготовки квадратного сечения со сторонами 240 и 300 мм в двухвалковой клети и раскатку гильзы в непрерывном стане. Поскольку процесс пресс-валковой прошивки имеет ограниченные возможности, узкую область устойчивости и очень чувствителен к возмущениям, то при освоении процесса были установлены коэффициенты вытяжки 1,12-1,2, а также необходимый уровень энергетического обеспечения, повышающие устойчивость процесса.
Двухвалковые прошивные станы с двухопорным креплением грибовидных валков для реализации схемы 5 появились в Европе, США и Японии в начале 80-х годов прошлого века. Они хорошо приспособлены для прошивки труднодеформируемых сталей и сплавов, позволяют получать гильзы различных диаметров, уменьшают разностенность по сечению и длине гильзы.
Выполненный нами анализ показал, что при применении схем 2 и 3 непрерывнолитую заготовку подвергают прессованию или прокатке на обжимно-заготовочном стане, а при схемах 1,4,5 непрерывнолитую заготовку непосредственно подают на ТПА, перенося при этом процесс ОМД на этот агрегат. Исходя из того, что в структуре себестоимости горячекатаных бесшовных труб стоимость исходного материала составляет 75-80% от себестоимости труб, трубная заготовка, с одной стороны, должна быть по возможности дешевой, а с другой - качество металла должно быть высоким, обеспечивающим минимальную отбраковку труб и максимальный выход годного.
В литературе приведены разные цифры соотношений доли вносимых дефектов в сталеплавильном и прокатном производствах. Так, в работе отмечено, что доля дефектов прокатного происхождения составляет 20-30% от общего количества дефектов, остальные - дефекты сталеплавильного передела. Следовательно, задача получения трубных заготовок высокого качества должна решаться за счет совершенствования технологии и строгого соблюдения ее параметров на всех переделах.
Существенно снизить себестоимость трубной заготовки можно за счет применения непрерывнолитого металла. При переходе на непрерывную разливку стали следует учитывать, что заготовка, особенно круглая, имеет характерные дефекты: продольные «горячие» трещины на наружной поверхности, продольные ужимы, внутренние радиальные трещины и дефекты затвердевания металла (пористость, ликвация, осевые паукообразные трещины и др.), а также овальность профиля.
Можно считать, что первый цикл работ по повышению качества трубной заготовки был выполнен в 60-90-х годах прошлого века.
Повышение требований к качеству продукции, а главное - введение в действие ГОСТ 3-009-2000, в котором предусмотрено дальнейшее ужесточение требований к качеству трубной заготовки и расширение ее сортамента в сторону увеличения диаметра вплоть до 350 мм. В связи с этим, были начаты совместные работы ДонНТУ и ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» по всему комплексу: выплавка, внепечная обработка, разливка стали и прокатка заготовки на двухклетевом обжимно-заготовочном стане 950/900. Результаты работ по производству стали освещены в ряде работ.
Совместно с сотрудниками Государственного трубного института (ГТИ) проведен комплекс работ по оценке качества трубной заготовки из непрерывнолитого металла, возможности ее использования для производства труб различного назначения, установления оптимальной технологии ее производства по всей технологической линии. Сделано сопоставление качественных показателей катаной и непрерывнолитой заготовки и влияние их на качество готовых труб. Результаты исследований показали, что дефекты слитков, отлитых в изложницы и непрерывнолитых слитков, образовавшиеся вследствие несовершенства технологии выплавки и разливки стали, даже после горячей деформации на заготовочных станах и ковки, в конечном итоге проявляются на трубах.
В случае отливки блюма и дальнейшей его прокатки в заготовку дефекты макроструктуры блюма трансформируются следующим образом: осевая рыхлость - в центральную пористость, осевая химическая неоднородность - в точечную неоднородность и центральную пористость, трещины и ликвационные полости, перпендикулярные граням - в полоски повышенной травимости.
Поскольку качество наружной поверхности гильзы зависит в основном от взаимодействия с трубопрокатным инструментом или от дефектов поверхности заготовки, а качество внутренней поверхности зависит от макроструктуры осевой зоны заготовки, то был проведен комплекс работ по исследованию макроструктуры на качественные характеристики труб, технологической пластичности трубной заготовки, а также исследование влияния степени деформации (коэффициента вытяжки) заготовки на механические свойства и структуру металла.
Влияние макроструктуры на качественные характеристики труб непрерывнолитой заготовки проводили на металле опытных плавок, выплавленном в дуговой электропечи, на заготовках диаметром 150 и 120 мм стали марок 20Х и 40Х. Входной контроль показал, что по химическому составу, геометрическим параметрам, качеству поверхности, загрязненности неметаллическими включениями заготовка соответствует требованиям нормативно-технической документации (HTД).
Макроструктуру металла исследовали на поперечных темплетах. Установлено, что на заготовках имеется центральная пористость различной степени развития, на некоторых темплетах - усадочная рыхлость по оси заготовки или смещенная относительно нее. При деформации заготовок с центральной пористостью и усадочной рыхлостью вскрытие полости наблюдалось начиная с деформации 2-3%. Небольшая величина критической деформации свидетельствует о повышенной чувствительности литой структуры к знакопеременным нагрузкам металла в отличие от катаного, вскрытие полости у которого происходит при 8-12%. На основании проведенных исследований сделано заключение, что на качество внутренней поверхности гильз и впоследствии качество труб существенное влияние оказывают дефекты макроструктуры и их ориентация относительно оси, а литая структура на их образование не влияет, но она оказывает влияние на качество металла при прошивке.
Дальнейшие исследования были проведены в промышленных условиях. При этом использовали непрерывнолитые заготовки производства ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)». Заготовки диаметром 150 мм поставляли на ТПА с автоматическим станом, а диаметром 120 мм - на ТПА 140 и ТПА 80 с непрерывным станом (ОАО «Днепропетровский трубный завод»). Оказалось, что независимо от степени деформации макро- и микроструктура полученных труб аналогична структуре труб, изготовленных из деформированной заготовки - структура металла измельчается, ферритное зерно горячекатаных труб имеет размер 8-7-го балла при оценке по шкале ГОСТ 5640. Наблюдается полосчатость феррито-перлитной структуры, характерная для горячедеформированных труб, изготавливаемых из катаной трубной заготовки.
Проведены сравнительные исследования механических свойств непрерывнолитой и катаной заготовки, а также влияния степени деформации непрерывнолитой заготовки на механические свойства металла труб. Прочностные (σв и σт) и пластические (δ5 и ψ) характеристики определяли по ГОСТ 10006, ударную вязкость (KCU) - по ГОСТ 9454. Установлено, что прочностные характеристики непрерывнолитой заготовки находятся на уровне прочностных характеристик катаной и соответствуют требованиям технических условий ТУ У14-8-26-2000. Относительное удлинение в основном находится на уровне требований технических условий с отдельными выпадами, а уровень относительного сужения - ниже требований.
При прокатке из непрерывнолитой трубной заготовки исследуемого сортамента труб степень деформации находилась в пределах 44,2-97,75%. Механические свойства металла труб при этом соответствуют требованиям ГОСТ 8731 и достигают своего стабильного состояния даже при 44,2%, В трубах из стали марки 20, прокатанных со степенью деформации выше 90%, установлено незначительное повышение прочностных и пластических характеристик по сравнению с трубами, прокатанными со степенью деформации 44,2%.
Исследованиями труб, прокатанных из непрерывнолитой заготовки диаметром 120 и 150 мм, установлено, что при коэффициенте вытяжки свыше 1,8 (степень деформации 44,5%) механические свойства у них стабилизируются и достигают требований ГОСТ 8731, а структура такая же, как у труб, прокатанных из деформированной заготовки. Выявлена зависимость между дефектами непрерывнолитой круглой заготовки и дефектами труб (табл. 37).
Производство проката

Табл.37 подтверждает, что практически любые дефекты сталеплавильного происхождения проявляются на готовых трубах (эти и последующие исследования, выполненные на ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» послужили основой кандидатской диссертации М.Захура, научным руководителем которой был автор монографии).
Основной причиной, обусловившей необходимость дальнейшего усовершенствования процесса выплавки, внепечной обработки и разливки стали, а также разработки схем и режимов прокатки заготовки больших диаметров на ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)», стало введение в действие ГСТУ 3-009-2000 и расширение поставок заготовок по зарубежным стандартам.
Отличительной особенностью требований к качеству проката, поставляемому по зарубежным стандартам ASTM, DIN, EN, являются
- малая величина предельных значений по массовой доле углерода в стали марок AISI: 1030, 4140, 8620, 1141 - 0,03-0,05%;
- нормирование нижнего предела по массовой доле серы для стали марок AISI: 4140, 8620 - 0,015% и 0,08% - для стали марки AISI; 1141;
- регламентируемая прокаливаемость для стали марок AISI: 4140, 8620;
- обеспечение требований заказчика по газонасыщенности стали и содержанию неметаллических включений;
- гарантия твердости и механических свойств метала;
- гарантия по микроструктуре заготовок, исключения возможности образования неравновесных структур (бейнита, троостита, мартенсита);
В новом ГСТУ 3-009-2000 кроме увеличения диаметра трубной заготовки до 350 мм (а по требованию заказчика и более) предусмотрены и требования к стали по загрязненности неметаллическими включениями (по среднему и максимальному балу).
Анализ, проведенный при переходе на производство и поставку катаной трубной заготовки по ГСТУ 3-009-2000 показал, что его нормы по неметаллическим включениям для стали марок 20, 35, 45, St 52.0 обеспечиваются.
При оценке проката из стали 36Г2С получены значения по неметаллическим включениям, превышающие нормы нового стандарта, несмотря на многолетний опыт ДМЗ по производству и поставке заготовок этой марки стали. Химический состав стали соответствовал нормам ОСТ 1421 и ГСТУ 3-009-2000 и с учетом качества макро- и микроструктуры стали гарантированно обеспечивал необходимый уровень механических свойств металла с большим запасом. Так, предел текучести при норме 490 МПа составлял в среднем 556,6 МПа. Число первичных испытаний ниже нормы 1,3%. Вероятность обеспечения нормы 0,96.
По пределу прочности: при норме 736 МПа получено среднее значение 795 МПа. Первичных испытаний ниже нормы нет. Вероятность обеспечения нормы 0,977. Относительное удлинение: при норме 9-10% среднее значение составило 20,5%. Первичных испытаний ниже нормы нет. Вероятность обеспечения нормы 0,9999-0,9997. Относительное сужение: при норме 25-30% среднее значение получено 47,3%. Число первичных испытаний ниже нормы 3,5%. Вероятность обеспечения нормы 0,989-0,963.
Учитывая стабильность высокого уровня механических свойств, при внедрении стандарта ГСТУ 3-009-2000, корректировка технологии была направлена на обеспечение норм по неметаллическим включениям. В частности, статистическая обработка подтвердила известное положение о зависимости максимального балла и морфологии неметаллических включений от содержания элементов в стали, в частности сульфидов, от содержания серы в стали. Установлено, что при содержании серы в стали 0,01% и ниже, значения среднего балла по сульфидам выше 3 балла уже отсутствовали.
Существующий технологический комплекс оборудования, разработанная и внедренная технология внепечной обработки стали позволили обеспечить содержание серы в стали 0,01% и ниже.
Анализ загрязненности стали оксидами и особенно различными силикатами показал, что если по пластичным силикатам и точечным оксидам значения соответствуют нормам стандарта, то по строчечным оксидам, хрупким и недеформируемым силикатам средние значения баллов превышают (15-20% от числа испытаний) нормы стандарта. Аналогичные данные получены и по стали 09Г2С.
Факторами, обуславливающими появление хрупких и недеформированных силикатов, строчечных оксидов является природа жидкой кремнистой стали, ее генезис, условия кристаллизации. Сравнивали загрязненность недеформируемыми и хрупкими силикатами стали 20 (содержание Si - 0,7-0,35%) и стали 36Г2С (содержание Si - 0,4-0,7%) в трубных заготовках, выплавленных, обработанных на установке «ковш-печь», разлитых в слитки и прокатанных по аналогичной технологии. Сравнительный анализ показал меньшую загрязненность круглых заготовок стали 20 хрупкими и недеформируемыми силикатами.
Научных гипотез, раскрывающих природу образования и морфологию хрупких и недеформируемых силикатов, достаточно подкрепленных практикой, научно обоснованных рекомендаций по технологическим приемам регулирования количества и морфологии хрупких и строчечных силикатов крайне мало. В большинстве случаев исследователи и практики ведут «слепой» поиск причин образования и рекомендаций по регулированию количества хрупких силикатов путем корректировки технологии раскисления стали.
На ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» пошли по другому пути. Была отработана технология вакуумирования стали в вакууматоре камерного типа, которая позволила снизить содержание водорода до 1,5 ррм, кислорода до 28 ррм и азота до 68 ррм и обеспечить уменьшение количества и улучшение морфологии неметаллических включений.
По стали 36Г2С среднее значение баллов получено после вакуумирования: сульфиды - 1,3; строчечные оксиды - 1,3; хрупкие силикаты -1,9, недеформируемые силикаты -1,3. По пластичным силикатам и точечным оксидам - 0. По близкой по химическому составу к стали 36Г2С стали 35Г2Ф средние баллы: строчечные оксиды - 1,43, а хрупкие силикаты - 0,83. Среднее значение баллов по 4 плавкам стали 20К составило по сульфидам - 2,6, по строчечным оксидам - 2,1 и по хрупким силикатам - 0,6.
По изложенному можно сделать выводы
1. Технология производства трубных заготовок стали марок 20, 35, 45, St52.0 в ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» обеспечивает получение качественных характеристик в соответствии с требованиями ГСТУ 3-009-2000.
2. Технология производства трубных заготовок кремнисто - марганцовистых марок стали типа 36Г2С, 35Г2Ф, а также 09Г2С обеспечивает высокий уровень механических свойств с запасом 50-100% от требуемого стандартом уровня, что соответствует основным критериям уровня качества, предусматриваемым в зарубежных стандартах ASTM, AISI, BS 970, DIN 17100 и др., а применение вакуумирования стали решает задачи получения содержания неметаллических включений в соответствии с требованиями отечественных и зарубежных стандартов.
Задачу дальнейшего обеспечения качества метала решали реализацией организационно-технических мероприятий.
Была организована тщательная подготовка и дозировка загружаемого в печь лома, оптимизировано время от конца разливки слитков до начала их стрипперования, для минимизации потерь металла наряду со слитками массой 5,6 т стали применять специально разработанные слитки массой 3,45; 6,5 и 8,7 т.
Большая работа проведена непосредственно в обжимном цехе.
Так, при производстве заготовок на экспорт стали марок AISI 1018, AISI 8620 и LF1/LF2 понижена температура горячего посада слитков в нагревательные колодцы с 700-845°С до 600-685°С, что позволило довести получение экспортной продукции до 97,3%. С целью поддержания оптимальных режимов нагрева слитков, ячейки нагревательных колодцев оборудовали раздельными устройствами регулирования подачи воздуха и газа и контроля температурных режимов нагрева слитков. Скорректированы режимы нагрева с учетом массы слитков.
В обжимном цехе действует обжимно-заготовочный стан 950/900. Проектом он был предназначен для прокатки слитков в заготовки: квадратные со стороной 100-245 мм; круглые диаметром 140-180 мм; слябы сечением 120/200x600/900 мм. Схема расположения основного технологического оборудования показана на рис. 166.
Производство проката

Стан состоит из двух реверсивных клетей: 950 - обжимной с индивидуальным приводом валков от электродвигателей мощностью по 2700 кВт и заготовочной 900 с общим приводом от двухякорного электродвигателя мощностью 7200 кВт. Обжимная клеть 950 является фактически малым блюмингом и имеет традиционную калибровку валков.
При подготовке к использованию слитков массой 3,43; 5,6; 6,5 и 8,7 т были разработаны калибровки валков, схемы которых показаны в табл. 38.
Основная отличительная особенность новой калибровки состоит в том, что она предусматривает возможность прокатки двух или трех профилеразмеров кругов, каждый из которых может быть получен (за исключением крайних профилей сортаментного ряда) по двум различным схемам. По одной схеме -в монтаже калибров в валках совместно с ближайшим меньшим профилеразмером; по второй - с ближайшим большим профилеразмером. Внедрение новой калибровки позволило при производственной необходимости в случае перехода на другие профилеразмеры (другой комплект валков) сохранять возможность прокатки одного из профилеразмеров из предыдущего комплекта.
Производство проката

При освоении больших диаметров круглой заготовки, начиная с 0220 мм, возникла проблема с размещением необходимых калибров из-за ограниченности длины бочки валков. Необходимо было либо отказаться от принятой универсальности, то есть возвратиться к первоначальному решению (один круглый профиль - один монтаж калибров в валках), либо отказаться от калибров, предназначенных для прокатки передельной квадратной заготовки со стороной 125-135 мм. И в том и в другом случае это сопряжено с увеличением парка валков и дополнительными затратами времени на их перевалки.
С целью обеспечения применяемой степени универсальной калибровки отказались от традиционного предовального калибра. Сначала блюм прямоугольного сечения из клети 950 обжимают в овальном калибре до сечения с соотношением по высоте и ширине близким к единице. Затем после кантовки и прокатки раската в том же калибре получают предчистовое овальное сечение. Далее полученный раскат прокатывают в круглом калибре. При этом требуется строгое соблюдение заданных размеров металла по калибрам не только в клети 900, но и в клети 950. В противном случае увеличиваются зоны неконтактной деформации по периметру переходных сечений, что отрицательно сказывается на качестве поверхности готового проката.
Известно, что при первых проходах на гладкой бочке обжимного стана, когда слиток имеет литую структуру, возможно появление наружных и внутренних дефектов на раскате. Во избежание этого при разработке режимов деформации широко применяют показатель степени использования запаса пластичности. Однако его определение в условиях реального процесса усложняется значительной неравномерностью деформаций и температуры. Для практического применения предложены математические модели оценки режимов деформирования с точки зрения минимизации поверхностных и внутренних дефектов: степень использования запаса пластичности Vj/ по оси симметрии боковой грани раската и центра полосы, коэффициент неравномерности высотной деформации центральных слоев полосы к, степень деформации сдвига поверхностных слоев раската λ. Большинство моделей справедливо для заготовок квадратного сечения (B0/H0 = I). Между тем, от соотношения сторон сечения существенно зависит напряженно-деформированное состояние металла.
Для оценки действующих и разработки более эффективных режимов обжатий в широком диапазоне изменения В/Н разработана зависимость величины степени деформации сдвига λ на боковой поверхности раската
Производство проката

где ε - обжатие, %; H0/D - отношение начальной высоты раската к катающему диаметру валков; lд - длина очага деформации; у - расстояние от горизонтальной оси симметрии поперечного сечения до угла раската; B0/H0 - соотношение сторон исходной полосы.
Для полученной зависимости коэффициент множественной корреляции R = 0,994, что свидетельствует о тесной связи всех значимых факторов с функцией отклика λ. Полученная зависимость может быть использована в практических расчетах для интервалов изменения величин: ε = 6-29,5%; H0/D = 0,174-0,87; B0/H0 = 0,6-1,4.
В обжимной клети 950 слитки прокатывают за 17-15 проходов в подкат сечением 180x207 и 158x215 мм для заготовочной клети 900. Анализировали условия прокатки слитков на бочке (8 проходов) по следующим схемам:
I - 2x2x4; II - 2x6; III - 2x4x2 (х - означает кантовку раската).
При этом использовали критерии
Производство проката

где Ψi; — степень использования запаса пластичности осевой зоны раската в проходе i; n - число проходов на гладкой бочке;
Производство проката

где ki - коэффициент неравномерности высотной деформации (%) осевой зоны раската в проходе i;
Производство проката

где λ0i - степень деформации сдвига поверхностных слоев по горизонтальной оси симметрии раската в проходе i;
Производство проката

где λyi - степень деформации сдвига поверхностных слоев в углу раската в проходе i.
Величины λ0 и λy определяли по уравнению (6.4).
Путем сопоставительного анализа получили следующие результаты:
Производство проката

Режим II оптимален с точки зрения минимизации поверхностных и внутренних дефектов. Значения /Кψ/ и /Kk/, характеризующие дефектность внутренних слоев, минимальны и составляют 1,103 и 107,55%. Величины Kλ0 и Kλy, характеризующие склонность к дефектообразованию поверхностных слоев раската, также минимальны и составляют 2,371 и 3,332.
Для определения влияния режимов обжатий при прокатке слитков в первых проходах на дефектообразование провели промышленный эксперимент на стане 950/900. Слитки опытной плавки прокатывали по исследуемым режимам. Из готового проката отбирали поперечные темплеты, которые затем подвергали горячему травлению. Склонность к внутреннему дефектообразованию оценивали баллом макроструктуры по центральной пористости. Приведенные данные свидетельствуют о совпадении результатов промышленного эксперимента с расчетными значениями критериев эффективности режимов обжатий. Визуальный осмотр готового проката не выявил различия в дефектности заготовок, прокатанных по различным режимам.
Сопоставительный анализ показывает достаточно хорошую корреляцию между ψ и k: чем больше /Kψ/, тем больше /Kk/. Применение в качестве критерия разрушения степени использования запаса пластичности ψ связано с необходимостью определения интенсивности скоростей деформаций и коэффициента жесткости схемы напряженного состояния в различных точках раската, что требует проведения сложных экспериментов, а также громоздких расчетов с помощью ЭВМ. Поэтому, при наличии корреляции между /Кψ/ и /Kk/, для экспрессной оптимизации процесса прокатки в заводских условиях рекомендовано использовать коэффициент неравномерности высотной деформации, что значительно упрощает процедуру оценки эффективности действующих и разрабатываемых или осваиваемых режимов обжатий.
Этот вариант и был использован при разработке режимов прокатки слитков при производстве трубной заготовки диаметром до 275 мм.
В начальный период разработки технологии производства заготовки диаметром до 350 мм работниками обжимного цеха ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» совместно с сотрудниками НПО «Доникс» проведен анализ возможностей оборудования стана 950/900. Проведенная работа позволила сделать заключение о том, что в настоящее время возможно без существенных дополнительных затрат организовать производство трубной заготовки диаметром до 330 мм только в клети 950.
Разработанная схема прокатки потребовала применения в клети 950 специального овального калибра.
Из условий наиболее рационального размещения калибров на валках и с учетом анализа возможностей оборудования стана для прокатки трубной заготовки крупных сечений разработан монтаж калибров в валках, показанный на рис. 167.
Производство проката

В валках клети 950 врезают: гладкую бочку, специальный овальный калибр для прокатки трубной заготовки диаметром 310-330 мм (он же работает как подготовительный овальный калибр для самого себя и для овального калибра для прокатки трубной заготовки диаметром 290-305 мм) и два чистовых круглых калибра из диапазона 310-330 мм.
Специальный овальный калибр должен обеспечивать устойчивость подката, полученного на гладкой бочке, при обжатии в калибре; устойчивость раската, полученного в этом калибре в нем же после кантовки; устойчивость подката из этого калибра в чистовом круглом калибре; возможность использования раската из специального калибра в качестве подката для предчистового овального калибра при прокатке трубной заготовки диаметром 290-305 мм. При этом калибр должен обеспечивать минимальную величину неконтактных зон при прокатке в нем и в чистовом калибре для получения высокого качества поверхности готовой трубной заготовки.
Вопрос устойчивости раската особенно актуален в связи с отсутствием возможности установки на клети 950 привалковой арматуры. Для обеспечения устойчивости и минимизации величины неконтактных зон при прокатке необходимо обеспечить возможно более точное совпадение контуров подката и калибра в момент входа металла в валки.
Для расчета устойчивости полосы при захвате необходим анализ проекции площади контактной поверхности. На рис. 168 показана горизонтальная схема условной проекции поверхности контакта полосы с валком. В направлении прокатки выделен участок длиной L', соответствующий стадии первоначального захвата полосы. Максимально возможную проекцию площади начального смятия металла Sp и проекцию площади начального смятия Sk определяют без учета уширения, так как на участке, соответствующем стадии первоначального захвата полосы, его величиной можно пренебречь.
Производство проката

Полоса свободно (без деформации в валках) движется по рольгангу со скоростью V. На этапе первоначального захвата полосы происходит ее торможение, обусловленное ударом о валки. В первом приближении допускаем, что в конце рассматриваемого этапа скорость полосы равна нулю. Это означает, что за время торможения кинетическая энергия полосы T=MV'/2 (где M- масса полосы) переходит в работу А пластического смятия ее валками. Она определяется по уравнению
Производство проката

где Fx(x) — горизонтальная проекция силы взаимодействия полосы с валками, которая зависит от величины продвижения х полосы в межвалковое пространство; а — координата начальной точки контакта полосы с валками (a = L, см. рис. 168); b — координата торца полосы в момент остановки (b = L — L’, см. рис. 168)
Величину F(x) определяют по уравнению
Производство проката

где q — давление на контакте полосы с валком; а — угол захвата; S(x) — площадь контакта полосы с валком.
Приравнивая кинетическую энергию работе пластического смятия полосы, получаем
Производство проката

Из этого уравнения определяются текущие значения L', а с их использованием величины Sk и Sp.
Устойчивость полосы в первоначальный момент контакта характеризуется критерием устойчивости
Производство проката

показывающим отношение статического момента, равного произведению проекции площади начального контакта Sk на плечо силы смятия Ck, к статическому моменту максимально возможной проекции площади начального смятия Sp-Ср.