Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K I E J
16 M e c h a n ik a 5 1958
Z y g m u n t W u sa tow ski, J e rz y K r y w u lt
K a te d r a P rz e r ó b k i P la s ty c z n e j
Ustalenie poprawki do wzoru Z. W usatowskiego dla kilku stali stopowych
W z o ry Z. W u s a to w s k ie g o n a ro z s z e rz a n ie i w y d łu ż e n ie w p ro c e s ie w a lc o w a n ia n a g o rą c o s ą p r a w id ło w e je d y n ie d la s t a li m ię k k ic h . W y k o n a n o p ró b y w a lc o w a n ia n a 7 g a tu n k a c h s ta li sto p o w y c h , ty p o w y c h d la n a s z y c h w a r u n k ó w i o k re ś lo n o p o p r a w k ę d w s to s u n k u do s t a li m ię k k ic h . P o p r a w k a d u z a le ż n io n a je s t od z m ie n n y c h g n io tó w p rz y ś r e d n ic h z a k re s a c h te m p e r a t u r w a lc o w a n ia o r a z o d z m ie n n y c h t e m p e r a t u r p rz y ś r e d n ic h z a k re s a c h g n io tó w ja k o n a jb a r d z ie j z b liż o n y c h do r z e c z y w isty c h w a r u n k ó w p ra c y .
1. Wstęp
N ”
Szybki i w szechstronny rozw ój polskiego p rzem ysłu w ostatn im dzie
sięcioleciu p ostaw ił pow ażne zadanie p rzed naszym h u tnictw em , a szcze
gólnie w dziedzinie dostaw w yrobów w alcow anych. O ile nasze h u tn i
ctw o m ogło zaspokoić potrzeby , jeśli chodzi o w yroby w alcow ane ze stali w ęglow ej, o ty le nap o ty k ało trudności, jeśli chodzi o zaspokojenie po
trz e b n a w y ro b y w alcow ane, p rofilow e ze stali stopow ej. Spow odow ane to było b rak ie m odpow iednich m etod dokładnego obliczania k alib ro w a
n ia w alców. K alibrow n icy sto su ją dotychczas w zory używ ane dla stali zw ykłych. P o w o du je to w w iększości p rzyp adków obniżenie jakości w y robów w alcow anych, a często b ra k i w postaci zaw alcow ań, p rzepełn ień lub n iew y p ełn ień profilu.
. 1.1. C el p ra c y
W yłania się p o trzeb a po siadania tak ic h zależności, k tó re by ujm ow ały m ożliw ie ściśle zależności rozszerzenia i w ydłużenia w procesie w alco
w ania, a k tó ry m i m ożna b y obliczyć dow olne p ro ste kalib ro w an ie d la
56 Z y g m u n t W u s a to w s k i, J e r z y K r y w u lt
różnych g atu n ków stali, gdyż od tego w dużej m ierze zależy jakość i w y
dajność p ro d u k cji walcow ni.
Za podstaw ę w zięto tu w zory Z W usatow skiego [1] u jm u jąc e zależ
ność rozszerzenia i w ydłu żen ia dla stali zw ykłej i w tej pracy p róbo
w ano je przystosow ać dla stali stopow ych i w ysokostopow ych przez w y znaczenie odpow iednich w spółczynników u w zględniających rodzaj stali w zależności od tem p e ra tu ry , g niotu i w spółczynnika kształtu.
W zór Z. W usatow skiego m a postać:
P = Y-w (1)
lub l = Y(W- 1) (2)
gdzie: — W = — 10-1 '269 ' ^«0556 • 8, (3)
przy czym:
(ł = — — w spółczynnik rozszerzenia, y = — — w spółczynnik gniotu,
K
8 = — — w spółczynnik kształtu,
h i
sw = -^ w spółczynnik walców.
W yprow adzając swój w zór Z. W usatow ski w yszedł z zasady stałej objętości.
V p* X = 1, - (4)
gdzie: X = —---- w spółczynnik w ydłużenia.
h
C elem pow iększenia dokładności w zoru (1) w prow adzono cztery po
p raw k i [1, 2, 3], a m ianow icie:
p = a • c • d ■ f ■ y~w (5)
oraz
>■ = - • - • ~ ^ (6 >
a c a f
P op raw k i a i c uw zględniają te m p e ra tu rę o raz szybkość w alcow ania i m ają bardzo w ąski zakres zastosow ania. P o p raw k a d uw zględnia g a tu n ek stali, popraw ka f zaś rodzaj i sta n pow ierzchni walców.
P odane w poprzednich p racach [1] popraw ki d dla kilk u gatu nk ów stali w yprow adzono na podstaw ie obcych badań. Nie pok ryw ały one ro dzajów stali ani też w aru n k ó w w alcow ania obecnie u nas. D latego oka
zało się konieczne w ykonanie badań rw w iększym zakresie dla ustalenia w artości popraw ki d p rzy d a tn ej dla w a ru n k ó w krajow ych.
P o p r a w k i do w z o r u Z . W u s a to w s k ie g o 57'
2. Próby własne
Do pró b w y b ran o 7 g atu n k ó w stali stopow ych o składzie podanym w tab licy 1. P rz y doborze g a tu n k ó w stali do badań, sta ra n o się uw zględ
nić p o trzeb y p rze m y słu co do:
1. zapotrzebow ania danego g a tu n k u stali w przem yśle,
2. rep re z en to w a n ia przez w y b ra n y g a tu n e k pew nej g ru p y stali sto
pow ych,
3. sta li c h a ra k te ry sty c z n y c h ze w zględu n a skład chem iczny,
4. stali, k tó ry c h dokładne obliczenie rozszerzenia stw arza duże tru d ności.
T a b l i c a 1
N r
sta li G a tu n e k sta li
Z a w a rto ść s k ła d n ik ó w w p ro c e n ta c h
ę M n Si P S C r N i
1 S zch 15 . 0,97 0,34 0,26 0,018 0,011 1,41 0,25
2 K C 3 0,19 0,28 0,38 0,021 0,022 12,18 0,13
3 18 H N W A 0,15 0,44 0,32 0,018 0,011 1,27 3,73
4 H 25 T 0,11 0,44 1,16 0,023 0,012 25,33 0,12
5 35 H G SA 0,30 1,03 1,13 0,024 0,006 0,89 0,28
6 K N R 1 0,11 0,52 1,42 0,023 0,018 17,01 7,01
7 K P 2 0,13 0,51 0,57 0,023 0,022 17,59 6,63
P ró b y w szystkich g atu n k ó w stali przeprow adzono n a w alcarce do
św iadczalnej [5] In s ty tu tu M etalu rg ii Żelaza w Gliwicach.
P ró b y prow adzono w trz e ch etapach, stosując trz y rodzaje w spółczyn
n ika k ształtu :
W sp ó łc z y n n ik k s z ta łtu U ż y te p rę ty
•
1 8 = — = 1
K
30 X 30 X 500 m m
2 S = A = 2
h, 20 X 40 X 500 m m
3 8 = — = 5
hi
16 X 80 X 500 m m
58 Z y g m u n t W u s a to w s k i, J e r z y K r y w u l t
W alcow anie przeprow adzono n a w alcarce duo n a w alcach o średnicy D = 308 m m w alcam i stalow ym i g ładkim i oraz p rzy szybkości w alco
w an ia stałej w granicach: v = 0,6 — 0,8 m /sek. D la w szystkich gatu nkó w sta li u stalono z góry trz y zak resy te m p e ra tu r w alcow ania: najniższą, śred n ią i najw yższą. Ja k o najniższą te m p e ra tu rę p rzy ję to dolną tem p e
r a tu rę w alcow ania, p rzy k tó rej w alcow anie gorące m oże jeszcze p rze
biegać
td = 850 — 950 °C.
J a k o te m p e ra tu rę śred n ią p rzy ję to te m p e ra tu rę obecnie stosow aną w p ro cesie w alcow ania dla danego g a tu n k u stali
t b = 950 — 1100 °C.
J a k o te m p e ra tu rę najw y ższą p rzy ję to górn ą dopuszczalną granicę przy w alcow aniu n a gorąco
t c = 1100 — 1200 °C
N astępnie ustalono g nioty procentow e stosow ane w zakresie od 10 do 40%, a m ianow icie G % = 10, 20, 30 i 40%.
P ró b y p rzeprow adzone w ten sposób, że p rzy te m p e ra tu rz e n ajw y ż
szej (tc = 1100 — 1200 °C) przew alcow ano p ró b y o w spółczynniku k ształ
tu 8 = 1 w szystkich sta li z g niotam i G % = 10, 20, 30 i 40%,
N astępnie w tej sam ej tem p e ra tu rz e i z ty m i sam ym i gniotam i (10, 20, 30, 40%) zm ieniając kolejno w spółczjm niki k sz ta łtu prób z 8 = 1 na 8 = 2 i 8 = 5.
T en przebieg pró b pow tórzono kolejno dla te m p e ra tu ry średniej (tb =
= 950 — 1100 °C) i najniższej (ta = 850 — 950 °C).
P ró b y do w alcow ania nagrzew ano stopniow o do żądanej te m p e ra tu ry w piecu kom orow ym ogrzew anym gazem. T e m p era tu rę w piecu m ierzono za pom ocą term o p ary . Podczas w alcow ania te m p e ra tu rę w alcow anej p ró b k i m ierzono p iro m e trem optycznym w szczelinie walców. D la uzy
skania ja k n ajdo k ład n iejszy ch pom iarów te m p e ra tu ry p iro m etrem optycz
n y m p róbk i po w yjściu z pieca (przed w alcow aniem ) oczyszczano- ze zgorzeliny.
P ró b k i po przew alcow an iu m ierzono w dw u m iejscach, a podstaw ą do obliczeń b y ły średn ie w artości:
h-2 — wysokość m eta lu po przew alcow aniu, b2 — szerokość m eta lu po przew alcow aniu, k tó re naniesiono do tablic pom ocniczych.
Z d an y ch pom iarow ych pró b p rze d i po w alcow aniu obliczono i rów nież zestaw iono w ty ch sam ych tab licach następ u jące w artości:
P o p r a w k i d o w z o r u Z. W u s a to w s k ie g o 59
1. Pobi = a f ~ w — w spółczynnik rozszerzenia w ażny d la stali zw y k
łej, obliczony su w akiem do w zoru Z. W usatow skiego z u w zględnieniem p o p raw k i na te m p e ra tu rę ,
2. prz = -jy- — w spółczynnik rozszerzania rzeczyw isty,
3. d = f rz- — p o p raw k a do w zoru Z. W usatow skiego uw zględ-
pobl
n iająca skład chem iczny stali.
P oza ty m p rzy jęto :
f = 1 — dla w alców stalo w y ch i u tw ard zo n y ch gładkich.
N a p o d staw ie obliczeń um ieszczonych w tablicach w ykonano w y k re sy, k tó re u ła tw ia ją p ra k ty c z n e w yznaczenie pop raw k i d dla odpow ied
niego g a tu n k u stali.
D la poszczególnych gatu n k ó w sta li w ykonano dw a rod zaje w y k re sów:
1. d — f (G %) — p rzy t ° C = const, 2. d = f ( t °C) — p rzy G % = const,
z k tó ry c h w yznaczam y w arto ść p o p raw k i d p rz y obliczaniu w spółczyn
n ika rozszerzenia w zorem Z. W usatow skiego !w postaci:
0 = d • Y“ w (V
oraz w spółczynnika w ydłużenia:
X = ± r <iv-i) (8)
d
Z ry su n k u odczytyw ać należy w arto ść p o p raw k i d w zależności od w a ru n k ó w w alco w an ia danego g a tu n k u stali. W artość w y k ła d n ik a — W je st ta k a sam a ja k dla stali w ęglow ych.
•
3. Omówienie w yników
A naliza p rzep row adzo n ych pró b w w y n ik u dokonanych obliczeń w y kazuje, że sk ład chem iczny w alcow anej stali oraz w pew ny m stopniu jej stru k tu ra , poza ty m te m p e ra tu ra i szybkość w alcow ania, s ta n po w ierzch ni w alców w spółczynnik k sz ta łtu — posiadają duży w pły w na w ielkość w spółczynników rozszerzenia i w ydłużenia.
Podczas p rzeprow ad zania prób i analizy w yników stw ierdzono w pływ s tr u k tu ry stali n a w ielkość rozszerzenia. Zau'ważono, że stale różniące się s tru k tu rą , n a p rzy k ład K P2 o stru k tu rz e au sten ityczn ej i KC3 — fe r-
60 Z y g m u n t W u s a to w s k i, J e r z y K r y w u lt
ryty cznej z w ęglikam i, w yk azu ją znaczne różnice w wielkości w spółczyn
nika rozszerzenia p rzy zachow aniu ty ch sam ych w aru n k ó w w alcow ania (te same: gniot, tem p e ra tu ra , szybkość w alcow ania, stan walców, w spół
czynnik kształtu).
Poniew aż p róby przeprow adzone b y ły nie celem stw ierdzenia i ok re
ślenia w pływ u s tr u k tu ry stali na wielkość rozszerzenia, problem ten po
zostaje o tw a rty i w ym aga dalszych badań.
N a podstaw ie otrzy m an y ch obliczeń i w ykonanych w ykresów m ożna stw ierdzić, że otrzym an e popraw ki na skład chem iczny p rzek reślają m oż
liwość o trzy m an ia stałego w spółczynnika d (średniego) dla jednego ga
tu n k u stali.
Na przy k ład w alcując sta ł 18 HNW A (chrom ow o-niklow a; rys. 1 a, 1 b, 1 c) p rzy założeniu stałej te m p e ra tu ry -walcowania t = 1000 °C (patrz rys. 1 b), stałego w spółczynnika k sz ta łtu 8 = 1, stałej średnicy w alców D = 308 m m, stałej szybkości w alcow ania 1 m /sek, a zm ieniając gniot procento‘wy o d 40 do 10% otrzym am y:
dla G % — 40% — prz = 1,363; odpow iednie d = 1,0735, G% = 30% — P,z = 1,248; odpow iednie d = 1,04833, G % = 20% — fłrz = 1,055; odpow iednie d = 0,9956, G % = 10% — Prz = 1,023; odpow iednie d = 0,9810.
N a podstaw ie tego p rzy k ład u łatw o stw ierdzić, że nie m ożna p rzyjąć dla d anej średn iej w artości popraw ki d, nie uw zględniając wielkości gniotu.
Różnice pom iędzy w artością popraw ki d dla gniotu 40 i 10% są zbyt duże, a b y móc p rzy jąć śred nią w artość. G dyby p rzyjąć średn ią w artość d, to w yniosłaby ona 1,0292. T a w artość odpow iada popraw ce d dla gnioitu G % = 25%. N iesłuszne byłoby przyjm ow anie jej także dla gniotów G % =
= 40%, gdy d rzeczyw iste w ynosi 1,0735 lu b dla G % = 10%, gdzie d rze
czyw iste w ynosi 0,9810.
Z akładając w drugim p rzyp ad k u zm ienną tem p e ra tu rę , a pozostałe czynniki pozostaw iając te sam e, a m ianow icie (rys. 2 a, b, c, d):
Ś rednica w alców D = 308 m m , w spółczynnik k sz ta łtu 8 = 1, szybkość w alcow ania 1 m /sek, gniot G % = 30%, o trzym am y n astępujące w artości popraw ki d (patrz ry s. 2 c).
dla t a = 1100 °C — prz = 1,218; odpow iednie d = 1,0428 t b = 1000 °C — Prz = 1,216; odpow iednie d = 1,0376 t c = 900 °C — Prz = 1,215; odpow iednie d = 1,0336
Z ty ch porów nań w ynika, że w pływ te m p e ra tu ry n a wielkość popraw ki d je s t nieznaczny, należy go jed n a k w rozw ażaniach teoretycznych uw zglę
dniać.
P o p r a w k i do w z o r u Z . W u s a to w s k ie g o 61
c%
R ys. 1 a
R ys. 1 b
62
Z y g m u n t W u s a to w s k i, J e r z y K r y w u l t6 7„
Rys. 1 c
d * f ( t )
D T W m rr, 1 M M A
ś re d n i g ruot 71+13 % yo,89+ 0,87
1 <5 * 1--- »
1 , . • _____ — — - r " __________*—-—
-
«— --- -
8 5 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200
Rys. 2 a
P o p r a w k i d o w z o r u Z . W u s a to w s k ie g o
t ■ ■- — 63
d
12
1.1
1,0
0,9
d = f(t)
D =308 m m 18HNWA
średni gniot 2 0 + 2 2 % / 0,8 ~ 0.7 8
/ 6=1---— *
6--2---
, — ■—
•
850 900 950 1000 1050 1100 1150
t° C
Rys. 2 b
1200
d,
V
1.1
1.0
09
8 5 0 900
d = f ( t ) D = 3 08 m m
średni g n io t 30 —3 2 % 1/0:7+ 0.68 18HNWA
950 1000 1050 1100 1150 1200
r c
Rys. 2 c
64 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
P rak ty czn ie p rzy n ajm n iej dla pew nych zakresów te m p e ra tu r można b y p rzyjm ow ać śred n ią w artość d.
Z m ieniając n astęp n ie w spółczynnik k ształtu , a pozostałe d ane założe
niow e pozostaw iając stałe (patrz rys. 2 c).
D -- 308 m m
te m p e ra tu ra w alcow ania t = 1000 °C, szybkość w alcow ania 1 m/sek, gniot G % = 30%
otrzym ano:.
8 = 1 — P„ = 1,218; odpow iednie d = 1,0428, 8 = 1 — Prz = 1,137; odpow iednie d = 1,0158.
W pły w w spółczynnika k sz ta łtu n a w ielkość popraw ki d jest znaczny.
N ie m ożna więc p rz y popraw ce d nie uw zględniać w pływ u k ształtu.
D =308m m . 18HNWA
średni g n io t 40 + 4 2 % yO fi + 0,58
•
<5*7--- X 0 •
X--- -
•
85 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200
t° C Rys. 2 d
D la stali 18 HNW A i gniotów w granicach od 11 do 22% (rys. 2 a, b), w artość popraw ki d bez w zględu n a w artość w spółczynnika k ształtu 8 w te m p e ra tu rz e od 880° do 1030 °C jest m niejsza od 1, w tem p eratu rze 1050° do 1200 °C w zrasta i p rzy jm u je w artości większe od 1, d la gnio
tó w w granicach 30 do 32% (rys. 2 c) w artość popraw ki d znacznie p rze
kracza w artość 1, szczególnie d la 8 = 1 w zakresie te m p e ra tu r od 880 do 1200 °C, d la gniotów w granicach 40 — 42% (rys. 2 d), d p rzy jm u je w arto ści blisko 1,1 szczególnie dla 8 = 1 .
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o W
N ajw yższą w arto ść d — osiąga dla ty ch gniotów w te m p e ra tu rz e 1050 °C. P rz y wzroście i spadku te m p e ra tu ry w artość d nieznacznie m a
leje. D la te j stali jed y n y m słusznym w zorem u jm u jąc y m w ielkość w spół
czynnika rozszerzenia jest w zór (7) z uw zględnieniem popraw ek z w ykresu.
R ysunek 3 a, b, c p rzed staw ia w pływ zm iennego gniotu n a w artość popraw ki d p rzy stały ch te m p e ra tu ra c h 900 °C, 1000 °C, 1100 °C. N a r y su n k u 3 a, b przekroczenie w artości 1 n a stę p u je przy gniocie około 20%, na ry su n k u 3 c w tem p e ra tu rz e 1100 °C ju ż p rz y 15%.
d i
1,2
V
W
0.9
d-r(6)
0 -3 0 8 m m
średnia te m p e ra tu ra 900°C
Szch 15
8-1 ---.
8 - 2--- 8 - 5--- ►
X
05 OS 0.7 r 0,6
10 20 30
G7.
4 0
R ys. 3 a
A nalizując dalej w yniki o trzy m an y ch w artości p o praw ki d dla poszcze
gólnych stali stw ierdzono, że dla stali Szch 15 (rys. 4 a b, c) dla gniotów w granicach 9 do 11% i te m p e ra tu ra c h 900 do 1100 °C w artość popraw ki d odbiega nieznacznie od w artości 1 (p atrz rys. 4 a) bez w zględu na w spół
czynnik k sz ta łtu 5. W ty ch w a ru n k a ch dla tej stali w celach prakty czn ych m ożna stosow ać w zór Z. W usatow skiego na w spółczynnik rozszerzenia w postaci pierw o tn ej (1).
Dla ty ch sam ych zależności gniotów n a ry su n k u 4 a w zakresie te m p e ra tu r od 1100 do 1200 °C w artość popraw ki d znacznie się różni od 1, wobec czego p rzy przeliczaniu w spółczynnika rozszerzenia należy ją uw zględniać i liczyć w zorem Z. W usatow skiego (7) popraw ionym . Uw zględ
niając, że dla 6 = 2 i S = 5 — d > 1 , a dla 5 = 1 — d < 1, d la gniotów
% w granicach 19 do 21% (rys. 4 b) w zakresie te m p e ra tu r 900 — 980 °C
5 M e c h a n ik a n r 5
66 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
G %
R ys. 3 b
Rys. 3 c
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g ö (57
1,2
d*f(t)
0 *3 0 8 m m Szch. 15
śred n i g n io t 9 + 11 % y 0,91-¡-0,89
■
i.'
x . f 8 * 2---
S - s---
. Jl— --—---
•l,
1,0
0,9
8 5 0 900 950 1000 W50 1100 1150 1200
ł°C
R y s. 4. a.
d
1,2
V
10
d = f ( t ) D *3 0 8 m m ś re d n i g n io t 19+21%
Szch 15 y 0,81+ Q79
• 6 * 1--- «
8*2 —
S - s--- -
_____1- «----
---- -
-+■— (
i - . ') •
l . '
0,9
850 900 950 1000 ,1050 : 1100 . .1150’
; ' .1%
■1200
—
R ys. 4 b ' . , / .'VA " !
5*
68 Z y g m u n t VV u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
w artość popraw ki d w aha się w granicach 1 (0,98 — 1,12). S tąd wniosek, że wzór (1) może tu mieć zastosowanie. N atom iast w zakresie te m p e ra tu r 980 do 1200 °C, gdzie w artości p o praw ki d są g rubo większe od 1, szcze
gólnie dla w spółczynnika k ształtu 8 = 5, słuszne jest stosow anie do obli
czeń rozszerzenia w zoru (7).
P rz y gniotach w granicach 29 do 31% (rys. 4 c) bez względu na współ
czynnik k sz ta łtu w artości popraw ki d jest najbliższa 1 w tem p eratu rze 1050 °C. Ze w zrostem i spadkiem te m p e ra tu ry w artość popraw ki d rośnie.
d V
V
d - f ( t ) D = 3 0 8 m m ś red n i gniot 2 9 + 3 1 %
Szch 15 y 0/1 + 0,6 9
i * 7---
\= izzzz:
Ogólnie dla stali Szch 15 w zór (1) d aje w artości w spółczynnika roz
szerzenia m niejsze od rzeczyw istych. N ależy więc stosow ać w zór (7) uw zględniając opracow ane popraw ki.
R ysunki 5 a, b, c p rzed staw iają podobnie w pływ zm iennych gniotów przy stały ch tem p e ra tu ra c h w alcow ania 900, 1000, i 1100 °C n a wielkość poprlawki d. N a ry su n k ach 5 a i 5 b stw ierdzim y pew ne załam anie na w ykresie p rz y około 20% gniotu.
D la stali KC 3 (rys. 6 a, b, c) gniotów w granicach 18 do 20% (patrz rys. 6 b) w artość p o praw ki d bez w zględu n a w artość w spółczynnika kształtu 8 w zakresie te m p e ra tu r 900 do 1200 °C w aha się w granicach 1.
Można więc stosow ać do obliczeń w spółczynnik rozszerzenia w zór (1), dla gniotów w granicach 29 do 31% (rys. 6 c) d p rzy jm u je w artość większą od 1, szczególnie dla p rętó w o w spółczynniku k ształtu 8 = 2. W ty m w y-
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 69
0 = 3 0 8 m m ś re d n ia te m p e ra tu ra 900°C
6 - 2--- .
¿=5--- +
X
»
» ___•
-—--- X ------ ---^ ._______ !---
--- p . ---'
0.9 0,8 0,7 ? - 0,0
10 2 0 3 0 4 0
G'/o
E y s. 5 a
/
Rys, 5 b
Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
cf= f ( 6 )
R ys. 5 c
ś re d n i g n io t 8 * 1 0 % y 0,92 ^0,90
ji ' * '.'4 6 -18 - 2--- .
8 - 5---
% '
.
\
— —• ” ~ _ -1__i -
j
. 8 5 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200
t° C Rys. 6 a
P o p r a w k i do tv z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 71
d
1,2
1,1
1.0
0,9
d-f(t)
0 -3 0 8 m m
¿ re d m g n io t 18^20%
K C 3 J 0 8 2 -0 .8
8 5 0
6-1--- 5 ,2---
«5=5--- *
¡I
... I '
— — — ---= •---__ --- '
■
Jl___ - W —h"jL. :: '
900 950 1000
R ys. 6 b
1050 1100
t ° C
1150 1200
d
1.2
1.1
1.0
0,9
d * f ( t )
0 * 3 0 8 m m KC3
s re d n ig m o t 29^317. y0¡71i-0,69
8 = 1
> / i i l I i I I .1#
K ____ +
■ ---
»
8 5 0 900 950 1000 1050 1100
t aC
1150 1200
H ys. .6 c
72 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
e%
R ys. 7 a
ftys, 7)5
P o p r a w k i d o w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 73
padku należy stosow ać do obliczeń w spółczynnika rozszerzenia wzór (7), uw zględniając podane n a w ykresie popraw ki.
C iekaw y przebieg dla stali H 25 T stw ierd zam y n a ry su n k u 7 a, b, c, przed staw ia on w p ły w zm iennego g n iotu p rz y stały ch tem p e ra tu ra c h . Do zakresu 15 do 20% gniotu w artość d p raw ie się nie zm ienia, by później rap to w n ie w zróść do góry.
R ys. 7 c
D la stali H 25 T i gniotów w granicach od 10 do 12% (rys. 8 a) w artość popraw ki d w zakresie te m p e ra tu r od 850 do 1020 °C jest niższa od 1 (dla te m p e ra tu ry 870 °C i 8 = 1 w ynosi 0,9650, dla 8 — 2 — 0,9850, zaś przy tem p e ra tu rz e 1020 °C oraz 5 = 1 i 8 = 2 jest bardzo bliska 1).
Ze w zrostem te m p e ra tu ry do 1200 °C w artość d bardzo powoli w zrasta i osiąga w artość 1 p rzy tem p e ra tu rz e 1150 °C.
P rz y gniocie w g ranicach 19 do 21% (rys. 8 b) w artość d dla 8 = 1 zm ienia się od 0,9700 w te m p e ra tu rz e 850 °C do 1 w tem p e ra tu rz e 1000 °C i 1,0270 w tem p e ra tu rz e 1170 °C. Dla 8 = 2 zm ienia się d od 0,9950 'w te m p e ra tu rz e 850 °C do 1,0150 w te m p e rtu rz e 980 °C, po czym u trz y m uje sta łą w artość aż do te m p e ra tu ry 1170 °C.
Dla gniotów w g ranicach 29 do 31% (rys. 8 c) w artość d rośnie od 1,0748 w tem p e ra tu rz e 830 °C do 1,1150 w te m p e ra tu rz e 1150 °C. Dla 5 = 1, d la 8 = 2 zależność d od te m p e ra tu ry p rzedstaw ia się podobnie jak dla 8 = 1, z tą tylko różnicą, że w te m p e ra tu rz e 850 °C p rzy jm u je w artość 1,0400, w zrastając do 1,0950 w tem p e ra tu rz e 1150 °C.
74 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
d f ( t )
t ° C
R ys. 8 a
*
Rys, 8 b
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 75
i°C Rys. 8 d
76 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
G %
R ys, 9 a
6%
Rys. 9b
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a ł o w s k i e g ó 77
W ynika stąd, że dla tej stali w artość p o p raw k i d bardzo inten syw nie w zrasta ze w zrostem gniotu. O bliczenia w spółczynnika rozszerzenia dla w iększych gniotów (25 do 40%; p a trz rys. 8 d) pow inno się przeprow adzać w zorem (7) z koniecznym u w zględnieniem popraw ki d z w ykresów dla u stalon y ch w a ru n k ó w w alcow ania.
W pływ zm iennego gniotu n a w artość popraw ki d stali 35 HGSA przy stałej tem p e ra tu rz e przed staw iają ry su n k i 9 a, b, c. Na ry su nkach o trz y m am y sta ły m niej w ięcej i ró w n o m ie rn y p rzy ro st tej w artości, przy czym około gniotu 20% n a stę p u je przekroczenie w arto ści 1 i przejście do w a r
tości w iększych od 1.
R ys. 9 c
D la stali 35 HG SA (rys. 10 a, b, c, d) i gniotów w g ranicach od 11 do 13% (rys. 10 a) w arto ść popraw ki d dla 8 = 1 zm ienia się od w artości 0,9550 w te m p e ra tu rz e 850 °C do 0,9770 w te m p e ra tu rz e 1050 °C, po czym spada do w artości 0,9720, w te m p e ra tu rz e 1170 °C. D la 8 = 2 , w arto ść d w tem p e ra tu rz e 850 °C w ynosi 0,9820, w zrastając do w artości 0,9950 w tem p e ra tu rz e 1180 °C. Dla gniotów w granicach 20 do 22% (rys. 10 b) przebieg k rzy w y ch je s t podobny do poprzednich, z ty m że są przesunięte w stro n ę w artości 1 dla gniotów w g ran icach 40% (rys. 10 d) i 8 = 1, w artość d w ynosi1 1,0370 w te m p e ra tu rz e 860 °C, w zrastając do 1,0770 w tem p e ra tu rz e 1180 °C. D la 8 = 2 przeb ieg jest podobny: w tem p e ra tu rz e 860 °C d = 1,0200 w zrastając do 1,0700 w te m p e ra tu rz e 1180 °C.
78 Z y g m u n t W u s a i o w s k i , J e r z y K r y w u l t
1.2
1.1
1.0
0.9
85 0 900
d = f(t) 0 = 3 0 8 m m
ś re d n i g n io t 11 ~ 13 % J 0 fi9 -0,87 35 H GS A
950 1000 1050
8 1— ---*
5 2 - ---
: . i
, — - i --- X ---
. . .
1100 t°C
1150 1200
R ys. 10 a
1.1
O - 308 m m
średni g n io t 2 0 5 2 2 % 1/0.85 0,78 35HGSA
8 - 1...
8 - 2 ---
__ _____
1,0
09
8 5 0 9 0 0 950 1000 1050 1100
t°c
1150 1200.
R ys. 10 b
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 79
•C
R ys. 10 c
R ys. 10 d
80' Ź y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
W spółczynnik rozszerzenia dla tej stali należy liczyć w zorem (7).
W zór (1) nie może tu mieć zastosow ania, gdyż dla niskich gniotów daje za duże w artości w spółczynnika rozszerzenia, dla dużych gniotów daje.
m niejsze w artości od w artości w spółczynnika rozszerzenia rzeczywistego.
W pływ zm iennego gniotu p rzy stały ch te m p e ra tu ra c h w alcow ania na w artość popraw ki d dla KNR1 p rzed staw iają ry su n k i 11 a, b, c. Ciekawy jest rap to w n y p rzy ro st w artości d p rzy w iększych gniotach od 20% w za
leżności od rb snących tem p e ra tu r.
d = f l e )
R ys. 11 a
D la sta li KNR1 i gniotów w granicach 9 do 11% (rys. 12 a) w artość popraw ki d dla 8 = 1 w aha się w granicach od 0,9875 w tem p eratu rze 860 °C do 0,9980 w te m p e ra tu rz e 1180 °C. Dla gniotów w granicach 18 do 20% (rys. 12 b) i 8 = 1 w artość popraw ki d w aha się w granicach od 0,9800 d la te m p e ra tu ry 800 cC, jeśli się przyjm ie w artość 1,0100 w te m p e ra tu rz e 1000 °C, do 1,0230 w tem p e ra tu rz e 1180 °C. D la gniotów w granicach 29 do 31% (rys. 12 c) rośnie od w artości 1 w tem p eratu rze 850 °C przez 1,0700 w te m p e ra tu rz e 1060 °C do 1,1350 w tem p eratu rze 1180 °C.
Z powyższego zestaw ienia w ynika, że w spółczynnik rozszerzenia dla tej stali m ożna tylko i w yłącznie liczyć w zorem (7). Przeliczanie wzo
rem (1) d a je 15% błędu.
S ta l K P2 (patrz rys. 13 a, b, c) w ykazuje stosunkow o nieduży p rzy ro st popraw ki d do gniotu około 20%, później przyrost ten jest większy.
P o p r a w k i d o w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 81
6%
R ys. 11 b
d - f ( G )
ś re d n ia te m p e ra tu ra 1000°C
' 5 = 1
X
•
"
0.9 0.8 07 -
r
\
i ii 0,6 :
10 2 0 30 40
G°/o Rys. l i c
6 M e c h a n ik a n r 5
f
/
82 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
ś re d n i g n io t 9 - 1 1 ’/. /0.91 - 0 .8 9
8=1
\
--- X X
900 950 1000 1050 1100 1150 1200
t ’ C R ys. 12 a
d ’ f ( t )
D-30S KNR1
ś re d n i gniot 13^20 1/0/32^0,80
X X x
850 900 950 1000 1050 1100 1150 ' 1200
t ’ C
R ys. 12 b
P o p r a w k i d o w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 83
t ' c R ys. 12 c
d = f ( 6 )
D =308 m m ^
ś re d n ia te m p e ra tu ra 900‘ C
1
8 = 2--- 8 =5 - ---*
_—•—" -
---1"~T ~
---.---
0,9 0,8 r
07 0.6
10 2 0 30 4 0
GV„
R ys. 13 a
84 Z y g m u n t W u s a t o w s k i , J e r z y K r y w u l t
0 = 3 0 8 mm
ś red n ia te m p e ra tu ra 1000°C
8=2---
&=5— — ł
d
__ , • -
0,9 0.8 V
0,7 0.6
■ 10 2 0 30 40
6%
R ys. 13 b
D ‘ 308 m m
¿ re d n ia te m p e ra tu ra 1100°C
8 - 2---.
8 = 5--- ♦
__—- —
0,9 0,8
H
0 7 0,6
10 2 0 3 0 4 0
G%____
R ys. 13 c
P o p r a w k i do w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o 35
D la stali K P2 i gniotów w granicach od 8 do 10% (rys. 14 a) w artość p opraw ki d dla 8 = 2 w ah a się w granicach od 0,9670 dla te m p e ra tu ry 850 °C, przez w artość 0,9900 dla te m p e ra tu ry 1000 °C, dc 1,0020 w te m p e ra tu rz e 1190 °C; w ty ch sam ych w a ru n k a ch d la 8 ■— 5, w artość d w aha się od 0,9925 w te m p e ra tu rz e 850*°C, przez 1,000 w tem p e ra tu rz e 1000 °C, do 1,0050 w te m p e ra tu rz e 1180 °C. D la zakresu gniotów (rys. 14 b i c) w granicach 30% c h a ra k te r k rzy w y ch je s t podobny do poprzednich z tą różnicą, że po praw ka d posiada w iększą w artość. Słuszne jest tu stoso
w anie do obliczania w spółczynnika rozszerzenia w zorem (7).
d - f ( t )
D ‘ 3 0 8 m m ' —
ś r e d n i g n io t 8 ± 1 0 % H0,92 ±0,9
1,1
5 *2--- 5 -5---
1,0
---‘--- "--- ---- - •
09.
8 5 0 9 0 0 950 1000 1050 1100 1150 1200
t ‘ C
R ys. 14 a
- ■ > • '
P o ró w n u jąc w yniki o trzy m an y ch w artości popraw ki d stw ierdzono, że dla dużych gniotów i te m p e ra tu ry pow yżej 900 °C szczególnie w ielkie, w artości otrzym ano dla stali o dużej zaw artości chrom u H25T (Cr 25,33%) oraz niższych zaw artości chrom u z dodatkiem n ik lu KNR1 (Cr 17,01%
i Ni 7,01%), 18 HNW A (Cr 1,27% i Ni 3,73%).
N ajw iększy 'wpływ n a w ielkość rozszerzenia zdaje się m ieć nikiel.
P rzy k ład em tego jest sta l 18 HNWA, k tó ra zaw iera 1,27% Cr, a 3,73 Ni, p rzy czym w artość popraw ki d jest dość znaczna.
Teoretycznie, chcąc korzystać z popraw ek opracow anych w tej pracy dla 7 gatu n k ó w stali, należy uw zględnić g atu n ek stali, w ielkość gniotu, średnicę walców, te m p e ra tu rę w alcow ania i w spółczynnik k ształtu.
86 Z y g m u n t W u s a t o W s k i , J e r z y K r y w u l t
d - f ( t ) D - 308 m m
ś r e d n i g n io t .18 i 2 0 % y 0 8 2 ^ 0 8 0
6 - 2--- 6 - 5 --- *
.
---1--- — ___x — — '
8 5 0 900 950 1000 1050 1100 1 1 5 0 1200
t ° C ____
R ys. 14 b
d - f ( t ) D- 308 m m średni g n io t 30 r-3 2 '/„
KP2 y0,7-h 0.68
& = 2--- • 5 - 5 ---+
_ _1— — —
_________ --- i
t° C
R ys. 14 c
P o p r a w k i d o w z o r u Z. W u s a t o w s k i e g o
4. Wnioski
1. O trzy m ane p opraw ki d dla w spółczynników rozszerzenia lu b jako odw rotność w stosu n ku do w spółczynników w ydłużenia możn^ stosować teoretyczn ie w przy p adku w alcow ania stali w w aru n k ach ustalonych w próbach.
2. W celach p rak ty czn y ch m ożna się posługiw ać w artościam i średnim i po praw ek d dla pew nych zakresów te m p e ra tu r i najczęściej stosow anych gniotów p rz y pozostałych w a ru n k a ch ustalonych.
3. D ecydujący w pływ na wielkość w spółczynnika rozszerzenia m a w ielkość gniotu, skład chem iczny, w spółczynnik k sz ta łtu i w spółczynnik w alców; nieznaczny — zm iany te m p e ra tu ry w alcow ania.
4. P rz y o kreślan iu w artości popraw ek d uw zględniano tylko w pływ sk ład u chem icznego stali.
Przypuszczalnie w w artości popraw ki d może k ry ć się rów nież w a r
tość p o p raw k i uw zg lęd n iająca zm iany s tru k tu ra ln e w alcow anej stali.
5. Stw ierdzono, że n ajb ard ziej n a rozszerzenie w pływ a dodatek niklu w stali, n astęp n ie w w iększych ilościach chrom .
B IB L IO G R A F IA
•
[1] Z. W u s a t o w s k i , G n io t, w y d łu ż e n ie i r o z tło c z e n ie w p ro c e s ie w a lc o w a n ia n a gorąco. P r a c e B a d a w c z e G IM O . T. I. 1949, s tr. 27 — 58.
[2] Z. W u s a t o w s k i , i R. W u s a t o w s k i , W p ł y w s z y b k o ś c i, te m p e r a t u r y i r o d z a ju w a lc ó w n a r o z tło c z e n ie i w y d łu ż e n i e w p ro c e s ie w a lc o w a n ia n a g o rąco. P r a c e B a d a w c z e G IM O . T. 2. 1950, s tr . 111 — 122.
[3] Z. W u s a t o w s k i , P o d s ta w y p r o c e s u w a lc o w a n ia . K a to w ic e 1952.
[4] Z. W u s a t o w s k i i E. S z o s t a k , U s ta le n ie p o p r a w e k do o b lic ze n ia w y d łu ż e n ia i ro z tło c z e n ia p r z y w a lc o w a n iu k i l k u sta li s to p o w y c h n a gorąco. P r a c e IM H . T. 6. 1954, s tr . 217 — 221.
[5] K . M a r k i e w i c z , B u d o w a I n s t y t u t u M e ta lu r g ii. P r a c e IM H . T. 7. 1955, s t r . 63 — 79.