Методы и способы определения дефектов при прокатке

Содержание

 

1. Введение……………………………………..…………………………………2

2. Виды брака при прокатке . Способы его предупреждения………………..2

3. Причины брака и способы его устранения…………………….....…………..4

    3.1 Второй способ определения смещение оси прокатки……………..…..5

4. Брак по металлу……………………………………………………..…………5

5. Применение и принцип  работы измерительного оборудования………..…..6

6. Дефекты поверхности,  обусловленные качеством слитка  и литой заготовки (таблица 1)………………………………………………………………………..9

7. Дефекты поверхности,  образовавшиеся в процессе деформации.

(таблица 2)………………………………………………………………………..12

8. Общие выводы…………………...……………………………………………18

9. Список литературы……………………………………………………………19

 

                                                     Введение

 

    В металлообработке постоянно повышаются требования к качеству выпускаемой продукции, в связи с этим прогнозирование появления дефектов и минимизация вредных последствий от них остается актуальной задачей. Для исследования дефектообразования и его влияния на последующую технологию используются различные методы: оптической металлографии, рентгеновской микротомографии, физического моделирования с последующими расчетами и применением численных методов, или специально разработанными конечно-разностными способами.

   Настоящий стандарт устанавливает термины и определения дефектов поверхности проката из нелегированных и легированных сталей и сплавов: горячекатаных и кованых прутков круглого, квадратного и шестигранного сечения, горячекатаных профилей, листов и полос, холоднокатаных листов и лент, холоднокатаных и холоднотянутых прутков и профилей, а также дефекты формы листов, лент и рулонов.

     2 Виды брака при прокатке . Способы его предупреждения

  Наиболее часто при прокатке прослеживаются следующие виды брака: закат, вмятины, чрезмерная волнистость, раковины и задиры на внутренней поверхности, отклонение - диаметра и толщины стенки от заданных размеров.

     3  Причины брака и способы его устранения

   Закат. Во время рабочего хода клети металл попадает в зазоры между калибрами, образуя на поверхности рабочего конуса острые боковые выступы. При обратном движении клети выступы вдавливаются калибрами в поверхность рабочего конуса и остаются на прокатанной трубе в виде рванин , называемых закатом. Рванины расположены на поверхности трубы по спирали в соответствии с углом поворота трубы. Образованию боковых выступов (”усов”) на рабочем конусе и заката на трубах способствуют чрезмерные зазоры между калибрами, неравномерное их распределение, недостаточная ширина отдельных участков ручья, несоответствие размеров оправки профилю ручья, большая выработка ручья по глубине и несоответствие ширины ручья высоте, неравномерная подача или броски заготовки, подача заготовки, превышающая расчетную, прекращение поворота прокатываемой трубы. Чрезмерные зазоры между калибрами необходимо уменьшить и перераспределить, пользуясь способом, изложенным выше. При недостаточной ширине отдельных участков ручья необходимо отыскать места, где металл “закусывает” кромками ручья калибров. Для этого клеть останавливают в исходном положении. Ускоренным движением патрона заготовку подают вперед на величину, равную примерно 1, 5 нормальных подач, затем настроечной скоростью клеть перекатывают в переднее положение. Необкатанный рабочий конус извлекают из стана вместе с оправкой и стержнем. Осмотром поверхности рабочего конуса и ручья калибров довольно точно определяют участки, где металл переполняет ручей и где необходимо, в связи с этим, увеличить развалку. Достигается это расшлифовкой ручья в стане с помощью пневматической роторной машинки модели СД-8М. Несоответствие размеров оправки профилю ручья вызывает сосредоточенное обжатие металла, избыток которого попадает в зазоры между калибрами. Устранение указанного достигается чаще всего установкой новой оправки с большим диаметром цилиндрической части ее, т. е. увеличением угла наклона образующей конуса оправки.

  При большой выработке ручья по глубине и несоответствии ширины ручья высоте (наблюдается при длительной работе калибров) необходимо увеличить развалку ручья, максимально сблизить калибры, не допуская работы их в “обкат” (если позволяют размеры прокатываемых труб) и несколько уменьшить подачу. Если указанными мерами закаты не устраняются, необходимо сменить калибры. Способы настройки стана при неравномерной подаче или бросках заготовки изложены выше. При прекращении поворота прокатываемой трубы необходимо отрегулировать работу переднего патрона. Следует учитывать, что, закаты на трубах образуются не только по какой-либо из перечисленных причин в отдельности, но и совокупностью нескольких из них.

  Вмятины на поверхности труб возникают чаще всего в предготовом участке ручья и при обратном движении клети на оправке не раскатываются. Причины образования вмятин: большие зазоры между калибрами и крутая развалка в предготовом участке ручья, относительное смещение калибров в горизонтальной плоскости, изъяны на поверхности калибров.

   Для устранения вмятин необходимо уменьшить крутизну развалки в предготовом участке ручья, используя для этого шлифовальную роторную машинку СД-8М. Кроме того, следует уменьшить зазоры между калибрами в местах образования вмятин. Смещение калибров относительно друг друга в горизонтальной плоскости (рис. 152) вызывает подрезы на поверхности рабочего конуса в предготовом и калибрующем участках ручья При обратном движении клети они не раскатываются, а остаются на поверхности труб в виде вмятин. В этом случае необходимо восстановить симметрию валков и тщательно закрепить в станине рабочей клети кассеты валковых подшипников.

   Изъяны - смятия на отдельных участках поверхности калибров возникают в результате попадания в зазоры между ними осколков металла от прокатываемых труб. Такие повреждения наблюдаются чаще всего при низкой твердости калибров. Смятые кромки в предготовом или калибрующем участках ручья при, водят к образованию на поверхности труб вмятин. При этом необходимо зачистить смятые края калибров и восстановить в этих местах требуемую ширину ручья. Вмятины возникают также при чрезмерной и неравномерной подаче и бросках заготовки. Вмятины чаще всего наблюдаются при прокатке тонкостенных труб.

   Чрезмерная волнистость. Причинами чрезмерной волнистости могут быть износ поверхности калибрующего участка ручья и превращение его из цилиндрического в конический, некачественная обработка зева поворота, неправильная настройка механизма поворота трубы, Чрезмерная волнистость в результате увеличенного износа калибрующего участка наблюдается при повышенном обжатии в предготовом участке ручья. В этом случае калибровкой (и настройкой) инструмента следует предусмотреть минимальное обжатие по диаметру и стенке рабочего конуса в предготовом участке.

   При некачественной обработке зева поворота на поверхности труб появляются кольцеобразные вмятины. Во избежание этого при расточке, шлифовке и полировке ручья необходимо сделать плавный переход от поверхности ручья к зеву. В стане зев шлифуют при помощи переносной шлифовальной машинки.

   В случае неверной настройки механизма поворот трубы начинается тогда, когда труба еще не высвобождена калибрами. На поверхности труб при этом получаются вмятины и поперечные задиры. Правильная настройка поворота исключает образование волнистости по указанной причине.

    3.1 Второй способ определения смещение оси прокатки

   Клеть при этом перекатывают в переднее положение, кулачками переднего патрона зажимают тщательно выправленный кусок трубы таким образом, чтобы конец ее попал в выточку на валках. Затем измеряют отклонение выточки от центра трубы. По данным измерений регулируют валки.

   Второй способ определения направления и величины смещения оси прокатки выполняется значительно быстрее в сравнении с первым.

   Волнистость увеличивается также при неравномерной подаче и бросках заготовки. Кольцеобразные отпечатки на внутренней поверхности труб.Кольцеобразные отпечатки на внутренней поверхности труб образуются в случае, когда стержень с оправкой отведены назад настолько, что передний конец оправки попадает в предготовый участок ручья. Во время прокатки острие конца оправки наносит на внутренней поверхности труб кольцеобразные отпечатки. Поломка конца оправки в предготовом участке также приводит к образованию кольцеобразных отпечатков внутри труб.

   Предотвращение этого вида брака достигается правильной установкой оправки, т. е. так, чтобы передний конец ее (при наиболее удаленном от калибров положении стержня) находился у зева поворота, а также систематической проверкой состояния конца оправки во время перезарядки на станах с боковой загрузкой заготовки и контролем качества внутренней поверхности труб, если осмотр оправки затруднен (на станах с тор новой загрузкой заготовки).

  4 Брак по металлу

   Брак по металлу получается в случае прокатки заготовки с дефектами - пленами, рванинами, волосовинами, ужимами, глубокими раковинами, задирами. Пороки заготовки в процессе прокатки не устраняются, а раскатываются, изменяя очертание и глубину залегания.

   Заготовку, направляемую на холодную прокатку, следует тщательно осмотреть и в случае обнаружения дефектов отремонтировать. Только при этом условии можно получить холоднокатаные трубы без дефектов, указанных выше. Удаление дефектов на готовых трубах в большинстве случаев невозможно из-за малых размеров труб (особенно затруднено или совершенно невозможно удаление дефектов на внутренней поверхности) и экономически нецелесообразно. Применение пескоструйных аппаратов для удаления дефектов на внутренней поверхности холоднокатаных труб, как правило, не дает нужного эффекта.

    5. Применение и принцип работы измерительного оборудования

    Мы рассмотрим принцип работы измирительного оборудования на примере работы на примере двухклетевого дрессировочного стана фирмы Rasselstein .

(Рис.1)

   В дрессировочный стан встроено следующее измерительное оборудование: три рентгеновские системы измерения толщины полосы с интегрированным лазером измерения скорости; два измерительных ролика плоскостности полосы; детекторы дефектов кромок и поиска сквозных дырок; для измерения ширины и положения полосы; для измерения содержания остаточных жиров; для измерения и оценки вибрации; для офлайн-измерения плоскостности и формы полосы.

   Измерение толщины  полосы  осуществляется по принципу рентгеновского просвечивания измеряемого материала, в результате чего в детектор передается измерительный сигнал. Каждый измеритель толщины, установленный на дрессировочном стане, оснащен четырьмя детекторами с постоянной времени 1 мс. Высокоскоростное измерение детектирует со временем сканирования 250 мкс. Для определения скорости движения полосы в каждый измеритель толщины интегрирована лазерная система.

(Рис.2)

   Для оценки  плоскостности  и натяжения полосы используется система роликов. Оценку плоскостности полосы в цехах холодной прокатки с помощью изме-рительных роликов производят уже в течение многих лет. Все известные методы в качестве измеряемой ве-личины используют распределение напряжения в полосе и применимы в случае нахождения полосы под натяжением. Измерение плоскостности полосы происходит один раз за оборот ролика. После математической обработки полученные значения передаются в системы регулировки клети 1 и клети 2.

(Рис.3)

 

   Для обнаружения сквозных дырок и рванин кромок в систему измерения толщины полосы на выходе дрессировочного стана инсталлированы две высокопроизводительные строчные камеры. Время сканирования камер – 30 мкс. Это позволяет обнаруживать дефекты размером до 1 мм при скорости движения полосы более 30 м/с. Одновременно с измерением дефектов полосы камеры регистрируют ширину и положение полосы. Данные о дефектах кромок полосы и сквозных дырках являются критерием качества рулона, допускающим дальнейшую обработку в чистовых линиях. Если дефекты превышают максимально допустимые значения, то рулон инспектируется, а дефекты устраняются.

    Остатки жиров и остаточное загрязнение на полосе измеряется после клети Метод измерения основан на физическом эффекте, при которомлинейно поляризованные лазерные лучи, в зависимости от слоя масла или жира получают эллиптическое изменение уровня поляризации. Это вращение регистрируется фотодетектором. Оптическая система, эллипсометр, регистрирует угол поворота. Если масса остаточных жиров составляет 20 мг/м2, то это соответствует примерно толщине слоя 20 нм.

(Рис.4)

    Системы измерения  вибрации  и оценка результатов. При прокатке полосы могут возникать различного вида дефекты (через регулярные интервалы времени или на равных участках полосы). На фирме Rasselstein в прокатный стан на этапе последующей прокатки интегрирована система измерения и диагностики. При этом сигналы качества, такие как изменения толщины полосы и дополнительные сигналы об ускорении ее движения, анализируются на предмет доминирующей частоты ошибок и автоматически сравниваются с матрицами частот ошибок.

    Для измерения вибрации клетей на каждой из них установлены три датчика ускорения (на главном поперечном направлении, со стороны двигателя и со стороны обслуживания и привода). Время считывания сигнала толщины полосы составляет 1 мс, а сигналов ускорения – 250 мкс. Эти сигналы анализируются посредством быстрого преобразования Фурье.

    Качество продукта и стабильность процесса. Предшествующие примеры показали возможность определения параметров, характеризующих качество полосы непосредственно в процессе производства и возможность использования этих параметров для его оптимизации, с целью не допустить возникновения отклонений качества продукции. Часто причины недостаточного качества находятся не в производственном оборудовании, а на предварительной стадии.

    6. Дефекты поверхности, обусловленные качеством слитка и литой заготовки.

                                                                                                             Таблица 1

Термин	Определение	Чертеж
1. Раскатанное (раскованное) загрязнение Ндп. Шлаковина Песочина Огнеупорное включение Краевое загрязнение	Дефект поверхности, представляющий собой вытянутое  в направлении деформации раскатанное (раскованное) поверхностное загрязнение  слитка или литой заготовки шлаком, огнеупором, теплоизоляционной смесью
2. Раскатанная (раскованная) корочка Ндп. Завороты Отслой Заливина	Дефект поверхности, представляющий собой частичное  отслоение или разрыв металла, образовавшееся в результате раскатки (расковки) завернувшихся  корочек, имевшихся на поверхности  слитка или литой заготовки и  представляющих собой окисленный металл, сопровождающийся скоплениями неметаллических  включений сложного состава
3. Волосовина Ндп. Волос Волосовидная  трещина	Дефект поверхности  в виде нитевидных несплошностей  в металле, образовавшихся при деформации имеющихся в нем неметаллических  включений
4. Раскатанный (раскованный) пузырь Ндп. Волосная трещина Подкорковый пузырь Сотовый пузырь Нить Свищ Трещина от пузыря	Дефект поверхности  в виде прямолинейной продольной различной протяженности и глубины  тонкой трещины, образовавшейся при  раскатке (расковке) наружного или  подповерхностного газового пузыря слитка или литой заготовки. Примечания: 1. Дефект часто  располагается группами. Иногда  встречаются единичные дефекты. 2. На микрошлифе  полость дефекта имеет форму  мешка, обычно заполнена окалиной  и располагается перпендикулярно  или под различными углами  к поверхности заготовки. К  дефекту прилегает обезуглероженная  зона с четкими границами, насыщенная  мелкими частицами оксидов.
5. Пузырь-вздутие Ндп. Травильный пузырь	Дефект поверхности  в виде локализованного вспучивания  металла, образующегося на поверхности  листа и ленты из-за повышенного  местного загрязнения металла газами или неметаллическими включениями. Примечание. Образованию  пузыря-вздутия способствует травление  металла с насыщением его водородом  или нагрев.
6. Расслоение Ндп. Раздвоение Расслой Расщепление Следы усадочной  рыхлости Торцевой вырыв Язык	Дефект поверхности  в виде трещин на кромках и торцах листов и других видов проката, образовавшихся при наличии в металле усадочных  дефектов, внутренних разрывов, повышенной загрязненности неметаллическими включениями  и при пережоге. Примечания: 1. Расслоение может  сопровождаться вздутием поверхности  листа. 2. Расслоение может  быть обнаружено при резке  металла.
7. Слиточная рванина Ндп. Сотовая рвань Надрывы	Дефект поверхности  в виде разрыва, образовавшегося  в начале прокатки (ковки) по участкам слитка, пораженным дефектами. Примечание. Дефект обусловлен нарушением технологии выплавки и разливки металла
8. Слиточная плена Ндп. Заливина Корка Отслоение	Дефект поверхности  в виде отслоения языкообразной  формы, частично соединенного с основным металлом, образовавшегося от раската  окисленных брызг, заплесков и грубых неровностей поверхности слитка, обусловленных дефектами внутренней поверхности изложницы. Примечание. На микрошлифе нижняя поверхность слиточной плены  и находящийся под ней металл загрязнены оксидами или нитридами  или частицами утеплительной  смеси и обычно обезуглерожены.
9. Раскатанный пригар Ндп. Пригар	Дефект поверхности  в виде темного пятна неправильной формы, образовавшегося от раската  куска металла, приварившегося к  слитку из-за нарушения технологии разливки или из-за неисправности  изложницы. Примечание. При  выгорании или выпадении раскатанного пригара на поверхности листа  остаются углубления с разрывами  по краям.
10. Раскатанная (раскованная) трещина Ндп. Горячая трещина Угловая трещина Кристаллизационная  трещина	Дефект поверхности, представляющий собой разрыв металла, образовавшийся при раскатке (расковке) продольной или поперечной трещины  слитка или литой заготовки. Примечание. На микрошлифе трещина располагается под прямым или острым углом к поверхности, у поверхности более широкая  с постепенным сужением вглубь, извилистая, имеет разветвленный конец. Стенки дефекта покрыты окалиной, прилегающие  к ним участки обезуглерожены и насыщены диффузионными оксидами.
11. Гармошка Ндп. Крупный надрыв Усадка Усадка-вздутие	Дефект поверхности  листа в виде чередующихся вздутий, идущих поперек прокатки от торца  по плоскости листа, образовавшихся при наличии полостей и рыхлости в осевой зоне слитка. Примечания: 1. Между волнами  гармошки могут возникать разрывы  металла. 2. На микрошлифе  в осевой зоне под гармошкой  обнаруживается нарушение сплошности  металла, частицы включений и  зоны ликвации.