Исследование влияния различных типов смазочных материалов на процесс холодной прокатки труб из медных сплавов

18/03/2016 11:28am

Автор: Балакин В.Ф., Салей А.Ю.

Категории: трубное производство

Целью проведения исследовательской работы является определение применяемости смазочных технологических материалов в условиях холодной периодической прокатки труб из меди и медных сплавов.

Исследование влияния различных типов смазочных материалов на процесс холодной прокатки труб из медных сплавов

Балакин В.Ф.

Заведующий кафедрой технологического проектирования
Доктор технических наук, профессор
Национальная металлургическая академия Украины


Салей А.Ю.

Главный метролог-начальник ЛКИП  и автоматика
ПАО «АЗОЦМ», г. Бахмут

 

Вся экспериментально – исследовательская работа была разделена на три основные этапа:

Первый этап.

Исследование энергосиловых параметров прокатки на стане ХПТ-55 (с применением различных смазок); определение влияния смазочных материалов на чистоту поверхности (в соответствии с требованиями норм и стандартов); определение наличия агрессивного воздействия смазочных материалов на поверхность трубной заготовки;

Второй этап.

Исследование влияния различный смазочных материалов на механические свойства и микроструктуру поверхности холоднокатаной медной трубной заготовки после прокатки на стане ХПТ-55. Разработка компьютерной модели прокатки на стане ХПТ-55 в системе Deform-3D;

Третий этап.

Исследование влияния применения смазочных материалов на качество трубной заготовки при последующих этапах производства (волочении, отжиге в защитной атмосфере).
На всех этапах исследования использовались различные смазки рекомендуемые производителями для применения в технологических процессах холодной прокатки труб из меди и медных сплавов. Для сравнительного анализа использовались данные, предоставляемые в сопроводительной документации на смазочные материалы.  В качестве аналитических критериев были выбраны основные свойства смазочных материалов необходимых в современном производстве. Основной целью исследовательской работы является определение факторов влияния технологических смазок на процессы производства холоднокатаных труб из меди.

Введение

Медные холоднокатаные трубы имеют огромное значение для промышленности, они применяются в энергетической и машиностроительной отраслях производства. Трубы из меди имеют отличную теплопередачу и высокую коррозионную стойкость. Ведущими мировыми производителями медных труб являются Китай (в 2010 г. выпущено 1,6 млн.т), США (в 2010 г. выпущено 555,8 тыс.т), Германия (в 2010 г. выпущено 295 тыс.т).   Классический технологический процесс производства медных труб включает в себя следующие этапы:

  1. прессование литых медных слитков на горизонтальных(вертикальных) прессах (геометрические размеры слитков: диаметр 220 – 300 мм, длинна 600 – 800 мм, масса до 500 кг);
  2. обработка на правильных машинах (обрезка переднего и заднего конца заготовки на дисковых пилах);
  3. прокатка на станах холодной прокатки ХПТ (с последующим отжигом, и отгрузкой потребителю);
  4. обработка на волочильных станах (с последующим отжигом защитной атмосфере, и отгрузкой потребителю).

При таких схемах производства технологическая смазка должна обеспечивать высокое качество поверхности со значением шероховатости Ra не выше 0,09-0,11 мкм, а также обеспечивать высокую степень защиты технологического инструмента от износа. При этом крайне необходимым свойством технологической смазки должно быть легкоудаляемость, так как при последующем отжиге в защитной атмосфере (азота, водорода) остатки смазки могут образовать темные пятна, что не допустимо для конечной продукции.
Важным элементом качества медных труб это отсутствие остатков выгоревших смазочных материалов на поверхности труб обусловлено необходимостью визуального контроля качества поверхности труб (ГОСТ 617-90 «Трубы медные», п.1.3.1.2 Наружная и внутренняя поверхность должны быть свободными от загрязнений, затрудняющих визуальный осмотр). Помимо стандартов действующих на территории СНГ и для возможности продажи конкурентоспособной продукции на территории Европейского Союза производимые медные трубы должны подчиняться стандартам ЕС, в частности для медных труб: EN 12451:1999, EN 1057:2006. Пункты 5, 6.4  EN 12451:1999 дают возможность регламентировать заказчиком требования к качеству и чистоте поверхности [3-5]. Основные требования европейских заказчиков (без учета основных требований нормативных документов):
- шероховатость наружной поверхности не более 0,10 мкм;
- на поверхности медных труб не должно быть остатков смазочных материалов.
Также важно отметить, что остатки смазочных материалов на поверхности приводит к образованию на поверхности трубной заготовки углеродной пленки, количественный показатель которой регламентирован EN1057:2006+A1:2010.
В настоящее время количество продукции бракованной по причине высокого количества углерода на поверхности трубной заготовки составляет не менее 2-3%. 
В условиях промышленного производства очистка трубных заготовок от остатков смазочных довольно сложный процесс требующий применения сложных растворителей, что удорожает производство по причине необходимости утилизации загрязненных растворителей и особые меры по защите персонала от вредного воздействия испарений химических растворителей. Поэтому очистка от смазочных материалов должна происходить при помощи стандартных методов – промывка в ваннах с горячей водой (60 гр.С).
Также особенность применения смазочных материалов при производстве медных труб состоит в том, что смазка не должна оказывать агрессивного воздействия на поверхность металла. Ещё немаловажную роль играет вредное воздействие смазочных материалов на производственный персонал и экологическую безопасность. Необходимость в достижении высокого качества поверхности связано с последующими этапами технологического процесса, а именно волочением, снижение шероховатости снижает нагрузку как на инструмент волочильного стана так и на его главный привод.
В современном производстве особое внимание уделяется выбору смазочных материалов. Исходя из основ технологического процесса прокатки наиболее важными свойствами смазочных материалов в прокатном производстве являются:

  1. хорошая смазочная и моющие способности;обеспечение минимального износа поверхности заготовки;
  2. обеспечение минимального износа поверхности инструмента;
  3. экологическая безопасность, простота утилизации;
  4. простота удаления с поверхности заготовки (чистота поверхности труб из меди и медных сплавов важный фактор в последующих после прокатки операциях производства медных труб);
  5. низкая стоимость.

Изложение основного материала анализа

В данной работе преследовалась цель проанализировать свойства смазочных материалов различных производителей рекомендуемых для процессов холодной пластической деформации цветных металлов и сплавов. Для анализа были выбраны следующие смазочные материалы:

  1. Q8 Oils – Cylroll CR65;
  2. Bechem lubrication – Karizol 4130;
  3. Fuchs – Renoform KM;
  4. Mobil – Prosol 67.

Таблица 1. Основные технические характеристики анализируемых технологических смазок


№ п/п

Наименование смазки

Вязкость, сСт при 20гр.С

Плотность, кг/куб.м

Темп. Вспышки

Примечание

1

Q8 Oils – Cylroll CR65

160

931

180

Повышенная токсичность. Имеет раздражающее воздействие для кожи, глаз и дыхательных путей

2

Bechem – Karizol 4130

24

880

205

Если смазка не используется, необходимо продувать сжатым воздухом во избежание образования бактерий

3

Fuchs – Renoform KM

 

19

890

215

Удаляется при помощи стандартных обезжиривающих средств

4

Mobil – Prosol 67

240

923

194

Синтетическая водоудаляемая  смазка

        
Для проведения экспериментальных исследований были приготовлены образцы медной (марки М2) трубной заготовки прокатанные на стане ХПТ-55 (калибровка инструмента – 60,5→32х1,2, число двойных ходов клети – 90 в минуту, подача 24 мм, ), с использованием анализируемых смазок. При этом шероховатость поверхности трубной заготовки после горячего прессования на горизонтальном гидравлическом прессе (заданное усилие прессование 2700 тонн) составила 1,1 – 1,3 мкм.

Методика проведения эксперимента

Для повышения качества эксперимента были отобраны прессованные трубные заготовки диаметром 60,5-60,3 мм одной партии.

Таблица 3. Результаты рентгеноспектрального анализа (анализатор ARL XRF) состава металла.


Cu

Pb

Fe

Sn

Si

Sb

As

Mn

Al

Ni

Zn

Bi

99.982

0.0004

0.0011

0.002

0.0001

0.0002

0.0002

0.0002

0.0001

0.0017

0.0017

0.0003

Перед прокаткой трубные заготовки были обезжирены. Смазка наружной поверхности производилась путем распыления смазочных материалов на поверхность трубной заготовки и поверхность валков непосредственно в клети стана. Внутренняя поверхность была смазана промасленной ветошью перед началом прокатки. Эксперимент производился при температуре окружающей среды 22 гр.С.
В процессе прокатки с применением каждой из четырёх смазок были измерены значения максимальный значений тока нагрузки главного привода в установившемся режиме прокатки (номинальная мощность главного привода 90 кВт), результаты занесены в таблицу 4. Измерение тока производилось с использованием измерительного комплекса «National Instruments, DAQ9178».
Из каждой трубной  заготовки, прокатанных на четырех смазках был вырезан фрагмент стенки и выдержан при температуре 20 гр.С в течении 72 часов. После проведения эксперимента были сделаны фотографии поверхности образцов и была измерена шероховатость образцов при помощи переносного измерителя “Hommel TESTER T500”.

Таблица 3. Шероховатость Ra после прокатки и после выдержки со смазкой.


№ п/п

Наименование смазки

Величина Ra, мкм. После прокатки

Величина Ra, мкм. После выдержки со смазкой

1

Q8 Oils – Cylroll CR65

0,14

0,16

2

Bechem – Karizol 4130

0,18

0,20

3

Fuchs – Renoform KM

0,22

0,22

4

Mobil – Prosol 67

0,11

0,11

        
В процессе прокатки были произведены замеры нагрузки в клети прокатного стана, пиковая величина составила 65-70 тонн с незначительным падением пиковых значений нагрузки до 62 тонн при прокатке с применением смазки Mobil – Prosol 67.

Таблица 4.


Наименование
смазки

Q8 Oils – Cylroll CR65

Bechem – Karizol 4130

Fuchs – Renoform KM

Mobil – Prosol 67

Максимальный ток главного привода, А

135

130

150

128

Также проведены исследования поверхности при помощи микроскопа Axiovert MX40 c увеличением 50x. На фотографиях 1-4 приведены фотоизображения поверхности заготовки: 

заготовка после прокатки со смазкой

Рисунок 1. Поверхность заготовки после прокатки со смазкой Q8 Oils – Cylroll CR65

заготовка после прокатки со смазкой

 

Рисунок 2. Поверхность заготовки после прокатки со смазкой Bechem – Karizol 4130

Fuchs – Renoform KM

 

Рисунок  3. Поверхность заготовки после прокатки со смазкой Fuchs – Renoform KM

Mobil – Prosol 67

Рисунок 4. Поверхность заготовки после прокатки со смазкой Mobil – Prosol 67

Анализ показал, что наименьшая шероховатость поверхности была достигнута при применении технологической смазки Mobil – Prosol 67 (Ra=0.11 мкм). Также при применении смазки Prosol 67 наблюдаются более высокая чистота поверхности в отличии от остальных тестируемых смазок
Также были сделаны фотографии поверхности после выдержки со смазкой на поверхности заготовки (фотография 5 - 8). На поверхности образцов после смазок Cylroll CR65, Renoform KM, Karizol 4130, образовались коррозионные пятна, что свидетельствует об агрессивном воздействии технологической смазки на поверхность заготовки. Коррозионные пятна на поверхности трубной заготовки могут привести к образованию раковин и царапин после волочения, такие виды дефектов недопустимы согласно ГОСТ Р52318, EN1057.


Q8 Oils – Cylroll CR65
Рисунок 5. Поверхность заготовки после выдержки со смазкой Q8 Oils – Cylroll CR65


Bechem – Karizol 4130
Рисунок 6. Поверхность заготовки после выдержки со смазкой Bechem – Karizol 4130


 Fuchs – Renoform KM
Рисунок 7. Поверхность заготовки после выдержкисо смазкой Fuchs – Renoform KM


Mobil – Prosol 67

Рисунок 8. Поверхность заготовки после выдержки со смазкой Mobil – Prosol 67

Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что из четырех анализируемы смазок наиболее оптимальные технические характеристики для использования в условиях холодной пластической деформации в стане ХПТ-55 является Mobil – Prosol 67. Вывод обусловлен тем что указанная смазка имеет минимальное агрессивное воздействие на поверхность заготовки, не оказывает  негативное влияние на окружающую среду, удаляется при помощи стандартных обезжиривающих средств. Также важным преимуществом является малый коэффициент шероховатости (Ra=0.11 мкм), что снижает нагрузки на инструмент и производственное оборудование при последующих технологических операциях.
Следующим этапом исследований будет изучение влияния смазочных материалов на механическую свойства и микроструктуру холоднокатаной трубной заготовки. Это важный этап исследований, так как механические свойства и микроструктура влияют на последующие этапы производства медных труб.

Литература

1. B.C. Паршин, А.Л. Карамышев, И.И. Некрасов, А.И. Пугин, A.A. Федулов. Практическое руководство к программному комплексу DEFORM-3D. Екатеринбург: УрФУ. 2010. 266 с. 2. М.М.Горенштейн. «Трение и технологические смазки при прокатке». Киев. Техника. 190 с.
3. ГОСТ 617-90 «Трубы медные». Межгосударственный стандарт. Технические условия.
4. Европейский стандарт EN1057:2006+A1:2010;
5. Европейский стандарт EN12451.


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

НАШІ КОНТАКТИ:

[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

тел. +38 (056) 794-36-74, +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Керівник проекту - Гриньов Володимир Анатолійович

Партнеры