Технология обработки давлением спецсталей и сплавов. Раздел : производство калиброванных профилей проката

№848 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ 
(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) 

Кафедра пластической деформации специальных сплавов 

Жадан В.Т. 

Одобрено методическим 
советом института 

Технология обработки давлением 
спецсталей и сплавов 

Раздел: Производство калиброванных 
профилей проката 

Курс лекций 

для студентов специальности 1106 

Москва 1998 

АННОТАЦИЯ 

На основании обобщения отечественного и зарубежного опыта изложены способы производства калиброванных профилей горячей прокаткой, волочением в монолитной и роликовой волоках. Приводятся сведения о требованиях нормативно-технической документации к форме, точности размеров, качеству поверхности, структуре и 
свойствам калиброванных профилей проката. Приведены методы 
расчета формоизменения при калибровании, описано оборудование 
для производства высокоточных калиброванных профилей. Особое 
внимание уделено производству подката и его подготовке к калиброванию, а также технологическим схемам производства калиброванных профилей из конструкционных, инструментальных, нержавеющих и жаропрочных сталей. Приведены поточные линии калибрования стальных профилей. 
Курс лекций* предназначен для студентов, обучающихся по специальности 1106 - 
обработка металлов давлением (учебный курс 
'Технология обработки давлением спецсталей и сплавов"). 
Илл. 36, табл. 10, библиографический список 14 названий. 

О Московский 
государственный 
институт 
стали 
и 
сплавов 
(МИСиС), 1998. 

ЖаданВ.Т. 

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Развитие производства калиброванных сортовых 

профилей в России и за рубежом 
5 

2. Требования ГОСТ, ОСТ и ТУ к точности формы, 

размеров, качеству поверхности, структуре и свойствам 
калиброванных профилей 
7 

2.1. Требования к точности формы и размеров 

калиброванных профилей 
•. 
7 

2.2. Требования к качеству поверхности калиброванных 

профилей 
П 

2.3. Требования к структуре и свойствам 

калиброванного металла 
13 

3. Способы производства калиброванных профилей 

и их характеристики 
14 

3.1. Горячее калибрование прокаткой 
14 

3.2. Холодное калибрование прокаткой 
17 

3.3. Калибрование волочением в монолитной волоке 
17 

3.4. Калибрование-волочением в роликовых волоках 
18 

4. Расчет формоизменения профилей при калибровании 
20 

4.1. Расчет формоизменения металла при горячем 
калибровании в двухвалковых калибрах 
20 

4.2. Расчет силовых параметров при горячем 
калибровании в двухвалковых калибрах 
24 

4.3. Расчет формоизменения металла при горячем 

калибровании в трехвалковых калибрах 
25 

5 Станы для производства высокоточных и 

калиброванных профилей 
29 

5.1. Станы для производства высокоточного проката 
...29 

5.2. Станы для производства горячекалиброванных 

профилей прокаткой 
32 

5.2.1 Калибрующие блоки с двухвалковыми клетями..33 
5.2.2. Калибрующие блоки с трехвалковыми клетями..35 

3 

КурслашяЯ 

5.3. Станы для холодного калибрования профилей 
прокаткой 
39 

5.4. Станы для калибрования профилей волочением 
40 

5.4.1. Прутковые станы для калибрования в 
монолитных волоках 
41 

5.4.2. Барабанные волочильные станы для 

калибрования профилей 
48 

5.4.3. Станы для калибрования в роликовых волоках...51 

6. Производство подката и его подготовка к калиброванию 
53 

6.1. Требования к точности и качеству поверхности 

подката 
53 

6.2. Подготовка подката к калиброванию 
55 

6.2.1. Острение концов подката 
56 

6.2.2. Термическая обработка подката 
61 

6.2.3. Очистка подката от окалины 
.....75 

6.2.4. Правка подката 
80 

6.2.5. Зачистка дефектов подката 
83 

6.2.6. Способы нанесения на прутки технологических 

смазок 
85 

6.3. Производство подката с ТМО 
89 

7. Технологические схемы производства калиброванных 

профилей 
97 

7.1. Технологическая схема производства 
калиброванных профилей из пруткового подката 
конструкционных углеродистых и 
низколегированных сталей 
97 

7.2. Технологическая схема производства 

калиброванных профилей из бунтового подката 
инструментальных углеродистых и 
легированных сталей 
103 

7.'3. Технологическая схема производства 

калиброванных профилей из бунтового подката 
нержавеющих и жаропрочных сталей 
107 

Жадан В.Т. 

1. РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА 

КАЛИБРОВАННЫХ СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ В 

РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ 

Современное развитие машиностроения обусловливает повышение требований к точности формы и размеров, качеству поверхности и комплексу механических свойств сортового проката, которые 
соответствовали бы готовым деталям машин и приборов или в максимальной степени приближались к ним, а при использовании их на 
машиностроительных заводах механическая обработка сводилась бы 
лишь к раскрою и окончательным чистовым операциям. В этом слу-. 
чае коэффициент использования металла повышается до 0,8...0,9, высвобождая большой парк металлорежущих станков и снижал расход 
дорогостоящего инструмента. 

Таким требованиям отвечает калиброванный сортовой прокат. 
Его получают по комбинированной технологии: сначала путем горячей прокатки или прессования производят заготовку (подкат) простой 
(кр\г, квадрат, полоса) или фасонной формы поперечного сечения, 
обеспечивая основное формоизменение металла. Затем калиброванием заготовки ггутем горячей или холодной прокатки, волочения в монолитной или роликовой волоке с малыми обжатиями (2... 10 %) обеспечивают производство готового профиля заданной формы, точности 
размеров и качества поверхности. В результате в частности уменьшается продольная разнотолщинность и овальность круга или ромбичность квадрата, уменьшается шероховатость поверхности, выравниваются размеры по сечению. 

В настоящее время в России промышленностью выпускается 
более 20 тыс. наименований калиброванных профилей и профилеразмеров простой и фасонной формы поперечного сечения, которые соответствуют 3...5 классу точности по ОСТ 1023...1025, а шероховатость поверхности 
находится 
в пределах 
20...0,63 
мкм 
по 
ГОСТ 2789-73. Калиброванные профили, в том числе фасонные профили высокой точности, производятся в основном на ПО "Ижсталь", 
Череповецком, С -Петербургском и Орловском сталепрокатных заводах, Челябинском и Магнитогорском комбинатах, Омутнинском, Серовском, Златоустовском металлургических заводах, заводах Мос
5 

Курс лекций 

ковском "Серп и молот", Волгоградском "Красный Октябрь", Электростальском 'Электросталь" и др., а также на ряде метизных заводов. 

Широкий сортамент калиброванных профилей и профилеразмеров выпускается также фирмами США, Англии, ФРГ, Японии, Чехословакии и других стран. 

6 

ЖаданВ.Т. 

2. ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ, ОСТ, И ТУ К 

ТОЧНОСТИ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ, КАЧЕСТВУ 

ПОВЕРХНОСТИ, СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ 

КАЛИБРОВАННЫХ ПРОФИЛЕЙ 

2.1. Требования к точности формы и 
размеров калиброванных профилей 

Повышение качества сортового проката определяется необходимостью создания новых машин и механизмов, работающих в условиях больших нагрузок, высоких скоростей и резких колебаний параметров внешней среды, требованиями надежности и долговечности 
службы машин и механизмов. Иногда высокие требования к качеству 
проката определяются технологией изготовления готовых изделий в 
машиностроении на автоматизированном оборудовании, которое может >стойчиво работать только на металле, имеющим высокую точность формы и размеров сечения полосы, малую кривизну, чистую 
поверхность и однородность свойств по длине штанг. 

К основным кач'ествам, определяющим точность формы и 
размеров сечения проката относятся: 

- сортамент сталей и профилей данного стана; 
- жесткость рабочих клетей и конструкция основных узлов 
стана, 

- скоростные условия прокатки и режим натяжения; 
- температурные условия прокатки; 
- калибровка прокатных валков и др. 
От сортамента профилей и марок сталей, прокатываемых на 
стане, в значительной степени зависят силовые параметры и формоизменение, что приводит к различным упругим деформациям деталей 
узлов рабочей клети (особенно валков), различному заполнению калибров по высоте и ширине профиля, изменению размеров сечения 
готового профиля. При этом тщательная;настройка и периодические 
поднастройки рабочих клетей не всегда обеспечивают устранение 
действия указанных факторов на точность горячекатанного проката 

7 

Курс лекций 
Более строгая специализация станов по профильному и марочному 
сортаменту проката создает условия для стабилизации режима прокатки и получения стабильных размеров профилей 

Колебания размеров проката зависят также от особенностей 
конструкции и жесткости рабочих клетей Недостаточная жесткость, текстолитовые подшипники, большая длина бочки валков приводят к значительным упругим деформациям отдельных узлов клети 
(в частности, упругая деформация валкового узла - валков, подшипников, подушек и т д. - составляет до 60 % от общей величины у пругой деформации клети) и к изменениям высоты и ширины профиля 
Для устранения этого явления применяют предварительно напряженные клети (ПНК), у которых малая длина бочки валков, предварительно напряжены станины, >становлены многорядные роликовые 
подшипники качения или подшипники жидкостного трения (ПЖТ) и 
т.д. 

Изменение скоростных и температурных условий, ре лама 
натяжения полосы между клетями приводит к изменению усилия 
прокатки, колебанию упругой деформации клети, что вызывает изменение вертикальных и горизонтальных размеров профиля. Для устранения этих явлений необходим равномерный нагрев металла, стабилизация темпа и скорости прокатки, оперативное регулирование натяжения полосы между клетями , особенно в чистовой группе клетей, 
наличие петлеобразователей для обеспечения "свободной'', те без 
натяжения прокатки. 

Для получения точных размеров профиля важным фактором 
является калибровка прокатных валков (принятая система калибров, 
их констр) ирование, характер износа и т д), а также материал валков, 
их износостойкость. Для прокатки, .например, кр\глых профилей 
принимают систему калибров квадрат - овал - круг В предчистовом 
овальном и чистовом круглом калибрах отсутствует контроль поперечного размера В первом случае ввиду неконтролируемого уширсния, а во втором - как правило, ввиду большого выпуска у разъема 
калибров. В этом отношении" предпочтительнее принимать систему 
предчистс ых калибров ребровый овал - круг с умеренным выпуском 
у круглого калибра В этом случае более точно контролируется поперечная деформация в ребровом овале и более надежное заполнение 
поперечного размера в круглом калибре 

На точность размеров готовых профилей влияет также износостойкость прокатных валков В процессе прокатки калибр ло периметру изнашивается неравномерно ввиду изменения катающего 

ь 

Жадан В.Т. 

диаметра по ширине калибра и различной величины скольжения металла о поверхность калибра по ширине. Это приводит к изменению 
формы и размеров полосы. Для повышения износостойкости калибра 
подбирают соответствующие материалы валков, производят наплавку 
рабочей поверхности калибров износостойкими материалами, контролируют температурный режим и режим охлаждения валков. 

Таким образом, на точность калиброванного профиля оказывает влияние как способ калибрования (волочение в монолитной или 
роликовой волоке, прокатка), так и состояние подката - его точность 
(отклонение размеров от заданных), шероховатость, глубина обезуглероженного слоя и т.д. Точность исходного подката находится в 
пределах ±0,4...+1,5 мм в зависимости от номинального размера [1]. 
При холодной деформации подката наибольшая точность получается 
при калибровании в монолитной волоке, а наибольшие отклонения при холодной прокатке, средние значения получены при калибровании в роликовой волоке. Так, волочением в монолитной волоке прутка диаметром 23 ± 0,4 мм обеспечивается допуск ±0,003 мм,, в роликовой волоке ±0,08 мм и при прокатке ±0,10 мм. Волочение в монолитной волоке обеспечивает минимальное поле допуска. Увеличение 
отклонений геометрических размеров подката До приводит к увеличению отклонений размеров готового профиля Д|, но Д", полученное 
в монолитной волоке меньше, чем д^ в роликовой волоке, а последнее меньше чем при прокатке А|п (т.е. Д" < д![ <Д"). 

Для повышения точности готовых круглых, квадратных, шестигранных, полосовых и фасонных профилей на заводах применяют 
горячее и холодное калибрование прокаткой и волочением. 

Горячекалиброванные профили, получаемые прокаткой круглой стали в двух- и многовалковых калибрах, достигают 5-го класса 
точности по ГОСТ 7417-75 (т.е. допуск только в минусовом поле допусков) [2]. 

Точность калиброванных профилей регламентируется: круглых - ГОСТ 85560-75, квадратных - ГОСТ 8559-75, шестигранных ГОСТ 8560-75, холоднокатанной ленты - ГОСТ 503-71 "Лента стальная холоднокатанная из низкоуглеродистой стали". 

Сталь калиброванная круглая по ГОСТ 7417-75 изготавливается диаметром от 3,0 до 100,0 мм 5-ти классов точности. Каждый 
класс имеет свою шкалу отклонений по диаметру круга, стороне 
квадрата, толщине ленты и т.д. (табл. 1). 

9 

Курс лекция 

Таблица 1 
Допускаемые отклонения в зависимости от классов точности и 
диаметра калиброванной стали по ГОСТ 7417-75 

Диаметр 
Допускаемые отклонения, мм 

стали, мм 

Класс точности 

2а 
3 
За 
4 
5 

3,0 

3,1+6,0 

6,1+10,0 

10,2+18,0 

18,5+30,0 

31,0+50,0 

52,0+65,0 

67,0+80,0 

82,0+100,0 

-0,014 

-0,018 

-0,022 

-0,027 

-0,33 





-0,02 

-0,025 

-0,030 

-0,035 

-0,045 

-0,050 

-0,060 



-0,04 

-0,048 

-0,058 

-0,070 

-0,084 

-0,100 

-0,120 



-0,06 

-0,08 

-0,10 

-0,12 

-0,14 

-0,17 

-0,020 

-0,20 

-0,23 

-0,12 

-0,16 

-0,20 

-0,24 

-0,28 

-0,34 

-0,40 

-0,40 

-0,46 

Овальность сечения не должна превышать допускаемых отклонений по диаметру, а по требованию заказчика в обоснованных 
случаях - не более половины допускаемого отклонения по диаметру. 

Профили поставляются в прутках, а сталь диаметром 
до 20 мм -. в бунтах. 

Прутки должны поставляться без скручивания вокруг продольной оси. 

10 

ЖаданВ.Т. 

2.2. Требования к качеству поверхности калиброванных профилей 

Поверхность круглой, квадратной, шестигранной и прямоугольной калиброванной полосы из углеродистой и легированной 
конструкционной стали, автоматной, быстрорежущей, легированной 
и углеродистой инструментальной стали, уоррозионностойкой, жаропрочной и рессорно-пружинной стали должна быть чистой, гладкой, 
светлой или матовой, без трещин, плен, закатов и окалины. В зависимости от назначения поверхность калиброванной стали подразделяется в соответствии с ГОСТ 1051-73 на группы А, Б и В (табл. 2). Группы качества поверхности и класс точности указывается в заказе. 

На поверхности стали допускаются винтообразные следы от 
правки и волочения, получающиеся в процессе производства и не нарушающие сплошности металла, если глубина их залегания не превышает норм, установленных табл. 2 для дефектов поверхности. 

Проверку качества поверхности стали производят неразрушающими методами контроля или осмотром без применения увеличительных приборов. При необходимости применяют светление поверхности напильником или абразивным крутом. Глубина залегания 
поверхностных дефектов определяется контрольной зачисткой. 

На шероховатость поверхности оказывает влияние способ калибрования. Так, при увеличении исходной шероховатости подката 
Ra с 1 до 5 мкм увеличение R<,\ готового профиля составило: при волочении в монолитной волоке 0,5.. 0,75 мкм, а при холодной прокатке 
(.,75... 1,35 мкм. Такая картина связана с тем, что твердость и качество 
обработки рабочей поверхности канала волоки выше, чем валков станов холодной прокатки. Кроме того, при волочении значительно 
больше, чем при прокатке, развито скольжение, это приводит к выглаживанию микронеровностей поверхности деформируемого металла 

и 

Курс лекций 

Таблица 2 
Группы качества поверхности и класс точности калиброванных 
профилей в соответствии с ГОСТ 1051-73 

Группа 
качества 
поверхности 
А 

Класс 

точности 

3 

За 

Допускаемые дефекты 

поверхности 

отдельные мелкие риски 
механического происхождения 

Максимальная глубина залегания дефектов 

устанавливается соглашением сторон 

Уг допуска 

За 
отдельные мелкие риски 

4 
механического происхож
5 
дения, раковины, черновины, вмятины, рябизна, 
пологие зачистки, следы 
от зачистки абразивом 

Допуск на размер 

В 
За 
отдельные мелкие риски 
4 
механического происхождения, раковины, черновины, вмятины, рябизна, 
пологие зачистки,следы 
от зачистки абразивом, 
отдельные мелкие раскатанные пузыри (волосовины) 

Допуск на размер 

5 
Отдельные мелкие риски Допуск по 5-му класмеханического происхож- 
са точности 
дения, раковины, вмятины, рябизна, пологие зачистки, следы от зачистки 
_^^__^ 
абразивом 

Примечание: По требованию заказчика калиброванные профили изготовляют: группы А и Б с нормированной шероховатостью 
поверхности Rz £ 20 мкм при базовой длине 2,5 мм, Rz < 1,25 
мкм при базовой длине 0,8 мкм по ГОСТ 2789-73; группы В и В 
классов точности За и 4 с максимальной глубиной залегания 
дефектов не более 'Л допуска на размер