Содержание статьи
Определение серповидности полосы
Серповидность полосы представляет собой один из наиболее распространенных дефектов формы, возникающих при прокатке металлических заготовок. Этот дефект характеризуется искривлением полосы в горизонтальной плоскости, при котором полоса приобретает форму, напоминающую серп или дугу. Согласно действующим стандартам, серповидность измеряется как максимальное отклонение от прямой линии, соединяющей концы полосы.
| Класс серповидности | Характеристика требований | Область применения | Требования ГОСТ |
|---|---|---|---|
| АС | Высокое требование к серповидности | Высококачественный прокат | ГОСТ 103-2006 |
| БС | Повышенное требование к серповидности | Качественная продукция | ГОСТ 103-2006 |
| ВС | Обычное требование (до 0,5% длины) | Строительные конструкции | ГОСТ 103-2006 |
Основные причины возникновения серповидности
Возникновение серповидности полосы обусловлено комплексом взаимосвязанных факторов, действующих в процессе прокатки. Основными причинами данного дефекта являются неравномерное обжатие по ширине полосы, температурные градиенты в заготовке, неточности в настройке прокатного оборудования и дефекты исходной заготовки.
Технологические факторы
Неравномерное обжатие полосы по ширине возникает вследствие различных зазоров между валками в разных точках по их длине. Это приводит к тому, что участки полосы, попадающие в меньший зазор, деформируются сильнее и соответственно больше вытягиваются по длине. Такая неравномерность деформации и является основной причиной искривления полосы.
Расчет серповидности
Формула для определения серповидности:
S = (f / L) × 100%, где:
- S - серповидность в процентах
- f - максимальная стрела прогиба, мм
- L - длина измеряемого участка, мм
Перекос валков как главный фактор
Перекос валков представляет собой нарушение параллельности осей верхнего и нижнего валков прокатной клети. Этот дефект настройки является одной из основных причин появления серповидности полосы. При перекосе валков создается неравномерный зазор по ширине прокатываемой полосы, что приводит к различным степеням обжатия материала.
Механизм влияния перекоса валков
Когда оси валков не параллельны, зазор между ними изменяется по длине валков. В результате одна сторона полосы подвергается большему обжатию, чем другая. Это создает различные условия пластической деформации: участок с большим обжатием вытягивается сильнее, что и приводит к искривлению полосы в горизонтальной плоскости.
| Тип перекоса | Характер деформации | Влияние на серповидность | Методы устранения |
|---|---|---|---|
| Горизонтальный перекос | Неравномерное обжатие по ширине | Прямая серповидность | Регулировка нажимных устройств |
| Вертикальный перекос | Клиновидность профиля | S-образная серповидность | Выравнивание валковых опор |
| Комбинированный | Сложная деформация | Многонаправленная кривизна | Комплексная настройка |
Разнотолщинность и ее влияние
Разнотолщинность полосы тесно связана с появлением серповидности и может быть как причиной, так и следствием данного дефекта. Поперечная разнотолщинность создает условия для неравномерной деформации при последующих проходах прокатки, усиливая серповидность полосы.
Виды разнотолщинности
Различают поперечную и продольную разнотолщинность. Поперечная разнотолщинность характеризуется изменением толщины полосы по ширине и оценивается как разность между толщиной в середине полосы и у ее кромок. Продольная разнотолщинность представляет собой изменение толщины вдоль длины полосы.
Практический пример
На стане 1700 при прокатке полосы шириной 1500 мм и толщиной 8 мм нормальная поперечная разнотолщинность составляет 0,03-0,05 мм. При увеличении этого показателя до 0,1 мм серповидность может достигать 4-6 мм на метр длины.
| Ширина полосы, мм | Толщина, мм | Допустимая разнотолщинность, мм | Критическая разнотолщинность, мм |
|---|---|---|---|
| 1000-1200 | 3-5 | 0,02-0,04 | 0,08 |
| 1200-1500 | 5-8 | 0,03-0,05 | 0,10 |
| 1500-2000 | 8-12 | 0,04-0,06 | 0,12 |
| 2000-2500 | 10-15 | 0,05-0,08 | 0,15 |
Методы измерения и контроля
Современные методы измерения серповидности основаны на применении высокоточных измерительных систем, включающих лазерные сканеры, оптические системы машинного зрения и автоматизированные комплексы неразрушающего контроля. Эти системы обеспечивают непрерывный мониторинг геометрических параметров полосы в процессе прокатки.
Контактные методы измерения
Согласно ГОСТ 26877-2008, кривизну (серповидность) измеряют измерительной линейкой или щупом и выражают в миллиметрах на нормируемую длину. Для проведения измерения полосу укладывают на горизонтальную плоскую поверхность и определяют максимальное отклонение от прямой линии.
Бесконтактные системы контроля
Системы измерения серповидности на основе лазерного сканирования позволяют контролировать геометрию полосы в режиме реального времени. Эти системы устанавливаются за чистовой группой клетей и обеспечивают точность измерения до 0,1 мм при скорости прокатки до 25 м/с.
| Метод измерения | Точность, мм | Скорость контроля | Применение |
|---|---|---|---|
| Линейка и щуп | ±0,5 | Ручной контроль | Лабораторные измерения |
| Лазерное сканирование | ±0,1 | До 25 м/с | Онлайн-контроль |
| Машинное зрение | ±0,2 | До 20 м/с | Автоматический контроль |
| Ультразвуковые датчики | ±0,3 | До 15 м/с | Специальные условия |
Современные способы предотвращения
Предотвращение серповидности полосы достигается комплексом мероприятий, включающих точную настройку прокатного оборудования, применение систем автоматического регулирования и использование современных технологий профилирования валков. Ключевую роль играет обеспечение равномерного обжатия по ширине полосы.
Профилирование валков
Современные методы профилирования валков предусматривают создание определенной выпуклости бочки валка, компенсирующей упругий прогиб валков под нагрузкой. Это обеспечивает равномерное распределение давления по ширине полосы и предотвращает возникновение серповидности.
Расчет профилировки валков
Формула профилировки:
К = 0,8 - 1,0 мм, где К - условная конусность валков
Протяженность профилированного участка: L = 0,8 × B, где B - ширина полосы
Системы автоматического регулирования
Современные прокатные станы оснащаются системами автоматического регулирования толщины и формы полосы, которые в режиме реального времени корректируют параметры прокатки на основе данных измерительных систем. Эти системы включают гидравлические устройства изгиба валков и системы осевого смещения валков.
Экономические последствия дефекта
Серповидность полосы приводит к значительным экономическим потерям в металлургическом производстве. Основные потери связаны с увеличением расхода металла при последующей обработке, снижением выхода годного продукта и необходимостью дополнительных операций правки.
Структура потерь
При серповидности полосы более 3 мм на метр длины потери металла при резке могут составлять 1-2% от общей массы проката. Для крупных металлургических предприятий это означает потери в сотни тонн металла ежегодно, что составляет миллионы рублей прямых убытков.
| Серповидность, мм/м | Потери при резке, % | Дополнительные операции | Увеличение себестоимости, % |
|---|---|---|---|
| 1-2 | 0,2-0,5 | Не требуется | 0,1-0,3 |
| 2-3 | 0,5-1,0 | Контроль качества | 0,3-0,8 |
| 3-5 | 1,0-2,0 | Правка, сортировка | 0,8-1,5 |
| Более 5 | 2,0-4,0 | Переработка в брак | 1,5-3,0 |
Технологические решения
Современные технологические решения для устранения серповидности включают применение валков с переменным профилем, системы гидравлического изгиба валков, устройства осевого смещения валков и интеллектуальные системы управления процессом прокатки на основе машинного обучения.
Инновационные подходы
Перспективным направлением является использование валков с адаптивным профилем, который может изменяться в процессе прокатки в зависимости от параметров обрабатываемой полосы. Такие системы позволяют компенсировать не только упругие деформации валков, но и другие факторы, влияющие на форму полосы.
Современное решение
На стане 2000 ПАО "Северсталь" внедрена система автоматического регулирования формы полосы, включающая 16 зон независимого управления изгибом валков. Это позволило снизить серповидность готового проката в 2,5 раза.
Часто задаваемые вопросы
Серповидность полосы - это дефект формы, при котором полоса искривляется в горизонтальной плоскости, принимая форму серпа или дуги. Измеряется как максимальное отклонение от прямой линии, соединяющей концы полосы, и выражается в миллиметрах на погонный метр или в процентах от длины полосы. Согласно ГОСТ 26877-2008, измерение проводится измерительной линейкой или щупом.
Основными причинами серповидности являются: неравномерное обжатие по ширине полосы из-за перекоса валков, разнотолщинность исходной заготовки, неравномерный нагрев заготовки по ширине, износ валков, неточности настройки прокатного оборудования и упругие деформации элементов прокатной клети под нагрузкой.
Перекос валков создает неравномерный зазор по ширине прокатываемой полосы. В результате одна сторона полосы подвергается большему обжатию и сильнее вытягивается по длине, что приводит к искривлению полосы. Даже незначительный перекос в 0,1-0,2 мм может вызвать серповидность 3-5 мм на метр длины.
Современные методы включают лазерное сканирование с точностью ±0,1 мм, системы машинного зрения, ультразвуковые датчики и автоматизированные системы неразрушающего контроля. Эти системы обеспечивают непрерывный онлайн-контроль геометрии полосы при скорости прокатки до 25 м/с.
Предотвращение включает: точную настройку параллельности валков, применение профилированных валков с компенсацией упругого прогиба, использование систем автоматического регулирования толщины и формы, равномерный нагрев заготовки, регулярную проверку и настройку оборудования, применение систем гидравлического изгиба валков.
Серповидность приводит к увеличению расхода металла при резке на 1-4%, необходимости дополнительных операций правки, снижению выхода годного продукта. Для крупных предприятий это означает потери сотен тонн металла и миллионов рублей ежегодно. Увеличение себестоимости может составлять до 3%.
По ГОСТ 103-2006 серповидность классифицируется: класс I (АС) - не более 0,2% длины полосы, класс II (БС) - до 0,4%, класс III (ВС) - до 0,5%. Для ленты повышенного качества серповидность не должна превышать 5 мм на 1 м длины. Для профилей кривизна не должна превышать 3 мм на 1 м длины.
Применяются валки с переменным профилем, системы многозонного гидравлического изгиба валков (до 16 зон), устройства осевого смещения валков, интеллектуальные системы управления на основе машинного обучения, валки с адаптивным профилем, системы компенсации температурных деформаций.
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего понимания процессов прокатки металла. Информация не может использоваться для принятия технических решений без консультации с квалифицированными специалистами. Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования представленной информации.
Источники: При подготовке статьи использовались материалы из специализированных изданий по металлургии, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 26877-2008, научные публикации и данные ведущих металлургических предприятий. Вся информация актуализирована на 2025 год.
