Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2622195:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов и полос из алюминиевых сплавов. Способ включает холодную прокатку полосы в двух валках при рассогласовании их окружных скоростей до суммарной степени деформации 75-95% с минимальной единичной степенью деформации 50%. Повышение прочностных свойств изделий за счет создания фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций в условиях отсутствия термически активационных процессов разупрочнения при деформационном разогреве металла в очаге деформации обеспечивается путем проведения прокатки с регламентированными окружными скоростями валков, при этом максимальную единичную степень деформации при прокатке полосы задают не более 75%, а после каждого прохода полосу охлаждают до температуры 20-25°С. 2 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов и полос из алюминиевых сплавов.

Известен способ холодной многопроходной прокатки тонких лент из алюминиевых сплавов, согласно которому прокатку проводят со степенью деформации 45-57% в каждом из двух последних проходов и со скоростью не менее 10 м/с в последнем проходе с обеспечением температуры 140-160°С при смотке ленты в рулон (см. патент РФ №2501881, C22F 1/047, В21В 3/00).

Недостатком данного способа является низкий уровень напряжений и деформаций сдвига в очаге деформации, а также существенный разогрев металла при прокатке с большой скоростью, что приводит к разупрочнению металла и невозможности получения фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций. В результате этого прочностные свойства изготавливаемых тонких лент из алюминиевых сплавов значительно снижаются.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства холоднокатаной полосы из различных металлов и сплавов, включающий холодную прокатку тонкой полосы до суммарной степени деформации 75-95% с единичной степенью деформации не менее 50% в валках с шероховатостью 6,0-12,0 мкм Ra и соотношением окружных скоростей V₁≥2V₂, (см. патент РФ №2542212, В21В 1/28).

Недостатком известного способа являются низкие прочностные свойства изготавливаемых тонких полос, например, из алюминиевых сплавов, за счет того, что при прокатке полосы с вышеуказанными режимами происходит разогрев металла, который может достигнуть температуры рекристаллизации или даже плавления. Это приводит к снижению напряжений сжатия и деформаций сдвига в очаге деформации, а также к разупрочнению металла вследствие роста зерна и аннигиляции дислокаций. Кроме того, при температурах, близких к температуре солидус, возможно образование трещин и горячее охрупчивание металла, что также снижает прочностные свойства изготавливаемой продукции.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочностных свойств изготавливаемых тонких полос и листов из алюминиевых сплавов за счет создания фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций в условиях отсутствия термически активационных процессов разупрочнения при деформационном разогреве металла в очаге деформации.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в создании оптимальных температурных условий в очаге деформации при одновременном формировании в нем сложной схемы напряженно-деформированного состояния, включающей высокие напряжения всестороннего сжатия и деформации сдвига.

Поставленная задача решается тем, что при холодной прокатке тонкой полосы в двух валках при рассогласовании их окружных скоростей до суммарной степени деформации 75-95% с минимальной единичной степенью деформации 50%, согласно изобретению, окружные скорости валков задают из соотношений

где V₁ - окружная скорость первого валка, мм/с;

V₂ - окружная скорость второго валка, мм/с;

R - радиус валков, мм;

h₀ - толщина полосы до прокатки, мм;

h₁ - толщина полосы после прокатки, мм,

при этом максимальную единичную степень деформации при прокатке полосы задают не более 75%, а после каждого прохода полосу охлаждают до температуры 20-25°С.

Известен способ изготовления плоского проката из алюминия, согласно которому прокатку проводят с низкой скоростью (менее 0,1 м/с) для повышения пластичности металла (см. авт. св. СССР №1661241, C22F 1/04).

В заявляемом способе окружные скорости валков, задаваемые из соотношений, приведенных в формуле изобретения, также как и в известном способе предназначены для создания необходимых температурных условий в очаге деформации, способствующих повышению пластичности алюминиевых сплавов.

Известен способ изготовления листов из алюминиевых сплавов, согласно которому холодную прокатку проводят с высокой степенью деформации (45-70%) для повышения изотропности свойств (см. патент РФ №2486274, C22F 1/05, C22F 1/053).

В заявляемом способе высокая единичная степень деформации 50-75% также, как и в известном способе, предназначена для повышения изотропности свойств.

Известен также способ холодной прокатки алюминиевых сплавов, согласно которому между проходами металл охлаждают до 80-20°С для повышения стабильности механических свойств (см. авт. св. СССР №878386, В21В 3/00).

В заявляемом способе охлаждение полосы после каждого прохода до температуры 20-25°С также, как и в известном способе, предназначено для повышения стабильности механических свойств.

Однако, наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами, в заявляемом способе совокупность отличительных признаков проявляет новый технический результат, заключающийся в создании оптимальных температурных условий в очаге деформации при одновременном формировании в нем сложной схемы напряженно-деформированного состояния, включающей высокие напряжения всестороннего сжатия и деформации сдвига. Это позволяет предотвратить возникновение термически активационных процессов разупрочнения при повышенном деформационном разогреве металла в очаге деформации и обеспечить при этом получение стабильной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций, в результате чего прочностные свойства изготавливаемых тонких полос и листов из алюминиевых сплавов значительно повышаются.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов осуществляют следующим образом.

Холодную прокатку тонкой полосы из алюминиевого сплава осуществляют в двух приводных валках при рассогласовании их окружных скоростей до достижения суммарной степени деформации 75-95% с единичной степенью деформации 50-75%. Прокатку проводят в условиях высокого контактного трения без использования технологической смазки.

При этом окружную скорость первого валка задают из условия

, где V₁ - окружная скорость первого валка, мм/с; R - радиус валка, мм; h₀ - толщина полосы до прокатки, мм; h₁ - толщина полосы после прокатки, мм. Это приведет к снижению деформационного разогрева металла и созданию оптимальных температурных условий в очаге деформации, что позволит ограничить указанный разогрев алюминиевого сплава до температуры, не превышающей 100°С, и предотвратить возникновение термически активационных процессов разупрочнения - динамический возврат и динамическую рекристаллизацию. Кроме того, для создания в очаге деформации сложной схемы напряженно-деформированного состояния, включающей высокие напряжения всестороннего сжатия и деформации сдвига, окружную скорость второго валка задают согласно соотношению где V₂ - окружная скорость второго валка, мм/с. Это обеспечит получение фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций.

Для поддержания в очаге деформации оптимальных температурных условий целесообразно в процессе прокатки после каждого прохода осуществлять охлаждение полосы до температуры 20-25°С. Таким образом, совокупность отличительных признаков заявляемого способа позволит получить стабильную фрагментированную структуру металла с высокой плотностью дислокаций и, соответственно, повысить прочностные свойства изготавливаемых тонких полос и листов из алюминиевых сплавов.

Осуществлять тонколистовую прокатку алюминиевых сплавов с окружной скоростью первого валка или с единичной степенью деформации более 75% нецелесообразно, так как при этом существенно повышается температура металла в очаге деформации, что приводит к возникновению термически активационных процессов разупрочнения вследствие аннигиляции дислокаций при динамическом возврате или динамической рекристаллизации. Кроме того, деформационный разогрев в очаге деформации может достигнуть температуры, близкой к температуре солидус, в результате чего возможно образование трещин и горячее охрупчивание металла, что снизит прочностные свойства изготавливаемых полос и листов из алюминиевых сплавов.

Если , то в этом случае в очаге деформации существенно снижаются напряжения и деформации сдвига, а также возрастает неравномерность их распределения по толщине полосы, что исключает возможность получения в процессе прокатки фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций, а это ведет к снижению прочностных свойств изготавливаемых тонких полос и листов из алюминиевых сплавов.

Если , то в очаге деформации при этом существенно возрастает деформационный разогрев металла, что приводит к разупрочнению полосы из алюминиевого сплава вследствие аннигиляции дислокаций.

Если в процессе прокатки после каждого прохода температура охлаждения полосы из алюминиевого сплава будет превышать 25°С, то в последующих проходах суммарный деформационный разогрев металла в очаге деформации превысит 100°С, что приведет к разупрочнению полосы вследствие аннигиляции дислокаций при динамическом возврате или динамической рекристаллизации.

Охлаждать полосу до температуры ниже 20°С нецелесообразно, так как это усложнит технологический процесс и увеличит себестоимость готовой продукции вследствие необходимости использования специальных охладителей.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов были проведены 9 экспериментов, в которых исходную заготовку в виде полосы толщиной h₀=4,0 мм из алюминиевого сплава марки АМг6 прокатывали в двух приводных валках с одинаковым радиусом 200 мм. Прокатку проводили за несколько проходов до суммарной степени деформации 93,75% с единичной степенью деформации ε от 50 до

75%. Конечная толщина полосы во всех экспериментах составляла 0,25 мм. Прокатку проводили на сухих валках без использования технологической смазки, снижающей трение.

Эксперименты №1-3 проводили в соответствии с заявляемыми режимами, указанными в формуле изобретения; эксперименты №4-8 - с режимами, выходящими за минимальные и максимальные заявляемые пределы, а эксперимент №9 - по прототипу. Режимы прокатки приведены в таблице 1, а результаты испытаний - в таблице 2.

Результаты испытаний показали, что полоса из алюминиевого сплава, изготовленная по заявляемому способу (эксперимент №1-3), имеет прочностные свойства на 18-23% выше прочностных свойств прототипа (эксперимент №9).

Изготавливать полосу из алюминиевого сплава по режимам, выходящим за заявляемые пределы (эксперименты №4-8), нецелесообразно, так как прочностные свойства полосы значительно снижаются.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов работоспособен, может найти широкое применение в области прокатки высокопрочных изделий и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ прокатки тонкой полосы из алюминиевых сплавов, включающий холодную прокатку полосы в двух валках при рассогласовании их окружных скоростей до суммарной степени деформации 75-95% с минимальной единичной степенью деформации 50%, отличающийся тем, что окружные скорости валков задают из соотношений

где V₁ - окружная скорость первого валка, мм/с;

V₂ - окружная скорость второго валка, мм/с;

R - радиус валков, мм;

h₀ - толщина полосы до прокатки, мм;

h₁ - толщина полосы после прокатки, мм,

при этом максимальная единичная степень деформации при прокатке не превышает 75%, а после каждого прохода полосу охлаждают до температуры 20-25°C.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшении шероховатости поверхности полосы, что приводит к уменьшению удельных магнитных потерь на 10%, способ производства полосы из электротехнической стали включает выплавку и разливку стали, горячую прокатку, две холодные прокатки полосы в рабочих валках клети прокатного стана, обезуглероживающий отжиг, нанесение термостойкого покрытия, высокотемпературный отжиг и выпрямляющий отжиг полосы с нанесением электроизоляционного покрытия, при этом после окончательной холодной прокатки осуществляют обжатие полосы со степенью не более 10% для уменьшения шероховатости ее поверхности путем протяжки холоднокатаной полосы через рабочие валки стана при отключенном приводе.

Способ холодной прокатки металлических профилей // 2617191

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления металлических профилей с повышенными прочностными свойствами. Продольную прокатку металла производят в клети с двумя трехвалковыми калибрами, образующими между собой максимально сближенные очаги деформации.

Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов // 2615958

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких полос и листов из алюминиевых сплавов. Способ включает прокатку тонкой полосы из алюминиевых сплавов в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%.

Прокатный стан и способ прокатки // 2598735

Изобретение относится к области прокатки, в частности холодной прокатки металлической полосы (2). Прокатный стан содержит по меньшей мере одну клеть (1) холодной прокатки, расположенный перед клетью (1) холодной прокатки разматыватель (3), при этом между разматывателем (3) и клетью (1) холодной прокатки промежуточно расположен блок (10), который состоит по меньшей мере из трех приводимых во вращение вокруг соответствующей оси (6А, 7А, 8А) вращения роликов (6, 7, 8), при этом предусмотрена возможность перестановки каждого из этих роликов (6, 7, 8) по отдельности или совместно в направлении соответствующей оси (6А, 7А, 8А) вращения или в направлении поперек оси (6А, 7А, 8А) вращения с помощью приводного и регулировочного устройства (11).

Способ холодной прокатки полос // 2596566

Изобретение относится к технологии дрессировки отожженных стальных полос на одноклетевом дрессировочном стане с использованием моталки и разматывателя. Способ включает прокатку с относительными обжатиями 0,5-2% с приложением заднего и переднего натяжений.

Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты // 2592609

Изобретение относится к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления упаковочной ленты. Повышение механических свойств, их стабильности и однородности по длине полосы обеспечивается за счет того, что способ включает горячую прокатку полосы из стали, имеющей регламентированный состав, ее смотку, травление, холодную прокатку, термообработку, согласно которому температуру раската перед чистовой группой клетей поддерживают в диапазоне 1050-1200°С, горячую прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 90%, температуру конца прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 810-880°С и 480-570°С соответственно, холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 62%.

Способ обработки металлической полосы и устройство для его осуществления // 2544728

Изобретение относится к области прокатного производства металлической полосы. Снижение продольной и поперечной разнотолщинности полосы обеспечивается за счет того, что в способе обработки металлической полосы пластической деформацией, включающем прокатку с охватом передним концом полосы ведущего валка и охватом задним концом полосы ведомого валка с углом охвата в пределах π≤φ1 и φ0 < 2π радиан, соответственно, с рассогласованием окружных скоростей валков и обеспечением снижения натяжения концов полосы, снижают силы переднего и заднего натяжений на свободных концах полосы путем подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зазор между ведущим и ведомым валками и полосой на входе полосы в валки.

Способ производства холоднокатаной полосы // 2542212

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полосы с прочностными свойствами в 1,2-1,4 раза выше, чем у прототипа.

Способ производства низкоуглеродистой стали // 2535841

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении холоднокатаных листов толщиной 0,4-1,8 мм из низкоуглеродистой стали марки 08ЮТР для получения изделий методом глубокой вытяжки.

Способ производства бескремнистой листовой динамной стали // 2535840

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении бескремнистой листовой изотропной электротехнической стали толщиной 0,2-1,8 мм.

Способ прокатки металлических листов // 2622196

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов из металлических материалов, в том числе из алюминиевых сплавов. Повышение прочностных свойств металла одновременно как по длине, так и по ширине листа за счет создания в нем пространственно-равномерной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций обеспечивается путем осуществления прокатки тонкого листа в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%, при этом прокатку осуществляют за два или четыре прохода, причем в каждом проходе, начиная с первого, задают одинаковое рассогласование окружных скоростей валков и одинаковую единичную степень деформации металла, а между проходами осуществляют поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°. 2 табл.

Способ изготовления восстановительно отожженной покрытой стальной основы для упаковочных применений и полученный упаковочный стальной продукт // 2631217

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости упаковочной ленты способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: C 0,003 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, железо и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку сляба при конечной температуре выше или равной температуре фазового перехода Ar3, однократную или двукратную холодную прокатку ленты, причем при двукратной холодной прокатке проводят рекристаллизационный отжиг между стадиями холодной прокатки, электроосаждение слоя олова по меньшей мере на одну сторону ленты, причем масса покрытия слоя олова или слоев на одной или обеих сторонах ленты составляет не более 1000 мг/м2; отжиг ленты с покрытием путем ее нагрева со скоростью, превышающей 300°C/с, до температуры Та от 513 до 645°C с выдержкой при Та в течение времени ta с обеспечением преобразования слоя олова в слой сплава железо-олово, который содержит по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% железа и 50 ат.% олова, с получением восстановленной микроструктуры стали при отсутствии рекристаллизации стальной ленты, подвергнутой холодной прокатке, и быстрое охлаждение ленты с покрытием со скоростью по меньшей мере 100°C/с. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл.

Способ производства подвергнутой восстановительному отжигу стальной подложки с покрытием для упаковочных применений и изделие из упаковочной стали, полученное с его помощью // 2633125

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости стального листа способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: С 0,05 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, при необходимости один или более элементов из: Nb от 0,001 до 0,1, Ti от 0,001 до 0,15, V от 0,001 до 0,2, Zr от 0,001 до 0,1, B от 5 до 50 ppm, Fe и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3, однократную холодную прокатку с получением подложки, электроосаждение слоя олова на одну или обе стороны подложки с получением луженого стального листа для упаковочных применений, причем масса покрытия слоя олова или слоев составляет не более 1000 мг/м2, отжиг луженого упаковочного стального листа путем его нагрева со скоростью более 300°С/с до температуры Ta от 513°C до 645°C с выдержкой в течение времени ta с преобразованием слоя олова в слой железо-оловянного сплава, содержащего, по меньшей мере, 90, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% Fe и 50 ат.% Sn, и охлаждение со скоростью по меньшей мере 100°С/с. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

Способ изготовления деталей с низкой волнистостью из гальванически оцинкованного металлического листа и соответствующие деталь и транспортное средство // 2636217

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости детали способ её изготовления включает стадии холодной прокатки подложки (3) с использованием рабочих валков, рабочая поверхность которых имеет шероховатость Ra2.5 меньшую или равную 3,6 мкм; нанесения металлического покрытия (7) по меньшей мере на одной поверхности (5) отожженной подложки (5) с помощью электролитического осаждения с образованием металлического листа (1); деформирования отрезанного металлического листа (1) с формированием деталей, при этом внешняя поверхность (21) металлического покрытия (7) после проведения стадии деформирования имеет волнистость Wa0,8 меньшую или равную 0,5 мкм. 3 н. И 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Плоский прокат из металлического материала, применение плоского проката, валок и способ для изготовления плоского проката // 2637733

Изобретение относится к области прокатки, плоского проката из металлического материала, в частности из стального материала, к его применению, способу и валку для его изготовления. Для улучшения трибологических свойств и условий для нанесения лакового покрытия плоский прокат имеет детерминированную структуру поверхности, которая имеет большое количество углублений с глубиной в пределах от 2 до 14 мкм, причем углубления осуществлены I-образными, Н-образными, крестообразными, С-образными или Х-образными. Структура поверхности имеет количество пиков RPc в пределах от 45 до 180 1/см, среднюю арифметическую шероховатость Ra в пределах от 0,3 до 3,6 мкм и среднюю арифметическую волнистость Wsa в пределах от 0,05 до 0,65 мкм. Валок текстурирован с применением лазера и имеет детерминированную структуру поверхности с большим количеством перекрывающих друг друга чашевидных углублений соответствующей формы. Структура поверхности валка, измеренная в направлении валка, отличается количеством пиков RPc в пределах от 80 до 180 1/см, средней арифметической шероховатостью Ra в пределах от 2,5 до 3,5 мкм и средней арифметической волнистостью Wsa в пределах от 0,08 до 1,0 мкм. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.