автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Совершенствование технологии изготовления, конструкций и условий эксплуатации валков станов холодной прокатки с целью повышения их долговечности

На правах рукописи

Исмагилов Рамиль Равкатович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, КОНСТРУКЦИЙ И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ БАЖОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ИЮН 2013

Магнитогорск 2013

005062092

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» на кафедре «Прикладная механика и графика».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Белевский Леонид Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Вдовин Константин Николаевич ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

кандидат технических наук Судоргин Игорь Власович Первый зам. Генерального директора ЗАО «Волжский Альянс»

Ведущая (оппонирующая) ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский организация: государственный университет» г. Челябинск

Защита диссертации состоится 27 июня 2013 г. в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

Автореферат разослан 26 мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жиркин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С целью экономии сырья и топлива для производства металлов необходимо разрабатывать рациональные технологии и конструкции. Это относится к металлоемким изделиям, таким, как, например, прокатные валки. Валки больших размеров дороги и трудоемки в изготовлении. Однако при износе поверхностного рабочего слоя бочки, толщина которого составляет всего 5-7% от первоначального диаметра, а масса - 13-14% от массы валка, валки отправляются в лом. Основными причинами их списания являются: износ поверхности, появление трещин, выкрошек, отслоений и др. дефектов. На некоторых станах до 50% рабочих валков выходит из строя из-за наваров при обрывах полосы. В значительной мере стойкость валков зависит от условий эксплуатации.

Для повышения износостойкости валков и их эксплуатационных свойств возможны различные пути: создание новых более износостойких материалов, обладающих меньшей склонностью к наварам; совершенствование технологии изготовления валков; применение бандажированных валков.

Крупный вклад в решение теоретических и практических задач посвященных исследованию валков внесли П.И. Полухин, В.П. Полухин, В.А. Николаев, A.B. Третьяков, М.В. Гедеон, К.Н. Вдовин, В.М. Колокольцев, Ф.Д. Кащенко, А.Ю. Фиркович, Л.С. Белевский и др.

Изучению и решению некоторых из этих актуальных проблем и посвящена данная работа.

Объект исследования - валки станов холодной прокатки.

Предмет исследования - напряженное состояние валков в экстремальных ситуациях, технологии изготовления валков из износостойких материалов, конструкции бандажированных валков.

Цель работы. Повышение износостойкости и прочности валков станов холодной прокатки путем совершенствования теоретических основ расчета, конструкций составных валков, технологии их изготовления и применения новых материалов.

Задачи исследования, направленные на достижение поставленной цели:

- разработать методику расчета напряженного состояния составных валков при прокатке складки тройной толщины;

- разработать технологию изготовления рабочих валков из заготовок ЭШП без использования процесса ковки;

- провести механические испытания и металлографические исследования материала валков;

- разработать конструкции составных валков с улучшенными эксплуатационными характеристиками, изготовить их модели и натуральные образцы, провести экспериментальные исследования;

- провести промышленные испытания опытных партий валков и внедрить результаты исследований.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты теоретических исследований влияния прокатки полосы со складкой тройной толщины на напряжения в валках клетей кварто стана холодной прокатки.

2. Методика компьютерного моделирования расчета напряжений в бан-дажированных валках при экстремальных нагрузках.

3. Технология изготовления валков в литом исполнении.

4. Обоснованные режимы эксплуатации составных рабочих валков.

Научная новизна работы.

1. Впервые получены количественные данные нормальных, окружных и касательных напряжений на любом расстоянии от поверхности валка для зон отставания и опережения очага деформации, при экстремальных нагрузках, по методике расчета напряженного состояния валков при прокатке складки тройной толщины методом граничных элементов.

2. Установлена глубина залегания зоны, где возможно пластическое деформирование металла закаленного слоя валка при перегрузках.

3. Обоснована новизна технологии изготовления валков холодной прокатки из слитков ЭШП в литом исполнении, с исключением промежуточной операции ковки как бочки, так шеек валка.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанные способы изготовления валков в литокованом и полностью в литом исполнении и технология изготовления валков из слитков ЭШП, внедренные в производство на ООО «Южуралмашзавод» г. Орск, ООО «Уральский завод нестандартного оборудования» г. Орск, могут найти применение на других металлургических и машиностроительных предприятиях. Проведены промышленные испытания валков, изготовленных из слитков ЭШП. Износостойкость всех валков с литой бочкой превышает износостойкость валков с кованой бочкой на 3,5-13,0%. Значительно снизился выход валков по повреждению шеек. Не зафиксировано ни одного случая поломок валков в литом и литокованом исполнениях. Общий ресурс работы литых валков из ЭШП с содержанием хрома в пределах 2,5-3,5% превосходит ресурс кованых валков с содержанием хрома 1,5-2,5% в 1,42-1,64 раза.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации доложены и обсуждены: на научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (г. Магнитогорск, 2010-2012 г.), на 12-й Международной научно-практической конференции (г. Санкт-Петербург апрель 2010 г.), на V Международной научно-практической конференции (г. Пенза, май 2010 г.), на VIII конгрессе прокатчиков (г. Магнитогорск, октябрь 2010 г.), на расширенном заседании кафедры «Прикладная механика и графика» МГТУ (г. Магнитогорск, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе монография, справочное пособие, учебное пособие, 8 статей (4 статьи в изданиях, рецензируемых ВАК), получено 2 патента Российской Федерации на полезную модель, патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований и приложения. Работа содержит 133 страницы, иллюстрируется 48 рисунками и 24 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ВАЛКОВ

СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ

Анализ технической и патентной литературы позволил выявить основные достоинства и недостатки валков отечественного и зарубежного производства, материалов и технологии их изготовления. Повреждения и разрушения валков станов холодной прокатки связаны как с условиями эксплуатации, так и с материалом и технологией изготовления. Износостойкость валков отечественного производства значительно ниже эксплуатационных показателей валков лучших зарубежных фирм. Одной из причин этого является отсутствие современного технологического оборудования и низкое качество материала заготовок. Большая глубина закаленного слоя может быть достигнута как на сплошных валках путем использования новых материалов и совершенствования технологии изготовления, так и на составных валках. Для опорных валков используются, в основном, конструкции с фиксацией бандажа относительно оси с помощью посадки с натягом. Достаточно широкое распространение получила конструкция составного валка с «обратным» конусом.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований, представленные в общей характеристике работы.

2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ И ОПОРНЫХ ВАЛКОВ ПРИ ПЕРЕГРУЗКАХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА

При порывах полосы и попадании в валки тройной складки существенно меняется напряженное состояние валков, что может явиться причиной их повреждения или разрушения. В работе рассмотрено влияние прохождения тройной складки через клети непрерывного стана 400 холодной прокатки на напряженное состояние валков. На основании анализа технологических карт режимов прокатки определена клеть, в которой давление металла на валки достигает максимального значения. Рассмотрены силовые параметры прокатки складки тройной толщины из отожжённого металла в четвёртой клети. Предположим, что порыв полосы произошёл в третьем межклетьевом промежутке. Отожжённая лента за третьей клетью имеет новую толщину ко=ЗИ0 и относительное обжатие:

»О и,б

где И0- начальная толщина полосы, И,- конечная толщина полосы Чтобы полоса толщины И0 имела относительное обжатие £=65%, она должна быть прокатана из полосы условной толщины к00, которая находится из следующего условия:

>Ьо

На рабочий валок оказывается силовое воздействие от прокатываемой полосы и от опорного валка. При расчёте напряжённо-деформированного

состояния рабочего валка методом граничных элементов требуется иметь эпюры напряжений в местах контакта валка с металлом и с опорным валком.

Дифференциальное уравнение контактных напряжений для листовой прокатки имеет вид:

= + (2) *8<Рх К

где рх - удельное нормальное давление в сечении х по дуге захвата; л; - текущая координата;

Ьх - текущее значение толщины полосы в зоне контакта металла с рабочим валком;

2т!=1,15ат(ех),

вт(Ех) - характеристика кривой наклёпа в функции от х; тх - контактные касательные напряжения в сечении х. Была реализована пятизонная эпюра напряжений т(х). Граничные условия интегрирования уравнения (2):

Упругое сжатие рабочих валков при определении длины дуги деформации определялось по формуле Хичкока. Уравнение (1) и уравнение Хичкока образуют систему из двух уравнений. Эта система решалась итерационным методом.

Определена вертикальная составляющая усилия прокатки Ру, которая приходится на единицу ширины прокатываемой полосы (погонное давление):

v и

Ру = \p{<P)-R\ cos( <p)dtp + Jr(i>)- Д, -sin(<p)d<p,

Dtp Dtp

Py= -7445 H/mm.

Далее принято, что на поверхности рабочего валка в месте контакта приложена реакция от опорного валка, нормальная составляющая этой реакции симметрична и изменяется по закону:

Х1„(в)-.

h(2acos(0) + b) -в1<в<+в1 О -к<в<-в j О вх<в<+л

. yi =0

>J п и-

Напряжения в бандаже рабочего валка найдены наложением двух напряжений: от упругого сплющивания и от натяга. Напряжённое состояние составного рабочего валка определено методом граничных элементов, который доведён до готовых компьютерных программ. Результаты расчётов напряжённого состояния рабочего валка приведены на рис. 1-3. На рис. 1 представлена поверхность касательных напряжений, а на рис. 2 - поверхность радиальных напряжений от усилия прокатки в бандаже рабочего валка. Радиальные (1), окружные (2) и касательные (3) напряжения в бандаже представлены на рис. 3.

Напряжённое состояние опорного валка определено с помощью теории функций комплексного переменного и общих формул Колосова-Мусхелишвили. Эпюра контактных напряжений от действия рабочего валка на опорный представлена в виде косинусоиды. В расчётах принято: погонное давление прокатки q= 13614 НУмм, 0раб=200 мм, ГЛтор=500 мм, 0ПОС=340 мм, Е=2,0-105 МПа, (1=0,3, 5„ахяг=0,4 мм. В процессе расчёта окружные и радиальные напряжения в бандаже определялись как сумма напряжений от натяга и давления прокатки.

Рис. 1. Поверхность касательных тг<р напряжений в месте контакта рабочего валка с опорным: 95 < г < 100, -20 < ц> <20

Рис. 2. Поверхность радиальных напряжений а„ от усилия прокатки в бандаже рабочего валка:

69 < г < 100, -28 < ф < 20

В результате проведенных расчетов установлено, что наибольшего значения касательные напряжения достигают на разном расстоянии от поверхности валка для зон отставания и опережения очага деформации. Определены величины наибольших касательных напряжений: для рабочего валка — 433 МПа, для опорного - 530 МПа и величины эквивалентных напряжений в зоне контакта рабочего и опорного валков - 1550 МПа. Такие величины напряжений являются допустимыми для активного рабочего слоя валков данного стана и, следовательно, повреждения валков при обрывах полосы возникают, в первую очередь, из-за недостаточной глубины закаленного слоя.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛКОВ ХОЛОДНОЙ

ПРОКАТКИ ИЗ СЛИТКОВ ЭШП С СОДЕРЖАНИЕМ ХРОМА 2,5-3,5% На основании анализа напряженного состояния рабочих и опорных валков при перегрузках установлена глубина залегания зоны, где возможно пластическое деформирование металла закаленного слоя валка. Для снижения вероятности зарождения и развития усталостных трещин, приводящих к отслоениям, должно соблюдаться условие превышения глубины закаленного слоя валка над глубиной залегания зоны пластического деформирования металла валка при аварийных перегрузках во время прокатки. С этой целью в работе рассмотрено два направления. Одно из них это необходимые мероприятия для повышения глубины закаленного слоя в валках монолитного исполнения. Анализ технических характеристик валков холодной прокатки (ВХП) ведущих зарубежных фирм позволяет сделать вывод, что для увели-

а„,тгф МПа

500

, 3

2

: X

-500

-1000

-1500

-12 -10

-4

Рис. 3. Радиальные( 1), окружные (2) и касательные (3) напряжения в бандаже для зоны отставания в точках, равноудалённых от центра валка (Я~96,7 мм, т[ф 433 МПа)

чения глубины закаленного слоя повышается степень легирования стали, в основном хромом. Выбор в качестве заготовки для изготовления рабочих валков холодной прокатки металла ЭШП объясняется значительными его преимуществами перед металлом электродуговой выплавки: меньшая структурная и химическая неоднородность, большая прокаливаемость, повышенная на 40-50% технологическая пластичность.

Второе направление заключается в применении валков в составном исполнении со сквозной закалкой бандажа.

Способы изготовления ВХП с использованием ЭШП. В разработанном способе изготовления валков в литокованом исполнении технология имеет ряд отличий: исключаются такие технологические операции как выплавка стали и разливка в слитки, штамповка слитков под электроды. В качестве электродов для ЭШП применяются отработанные валки из сталей с содержанием хрома до 3,5%.

Разработан также способ изготовления валков из слитков ЭШП полностью в литом исполнении, ковка шеек исключается. Этот способ разработан предприятиями ОАО «ММК», МГТУ им. Г.И. Носова, ООО «УЗНО» (Уральский завод нестандартного оборудования).

Изготовление валков в литом исполнении имеет ряд преимуществ перед исполнением в литокованом исполнении. Анализ показывает, что ковка шеек составляет 33,4% от общих трудозатрат изготовления литокованого валка. Устранением этого технологического процесса достигается снижение общей себестоимости изготовления литого валка на 17% по сравнению с литокованым.

Производство слитков ЭШП. Слитки ЭШП производятся на ремонтном заводе ОАО «НЛМК». В качестве электродов для переплава используются отработанные валки прокатных станов.

Предварительная термическая обработка. Выполняется после черновой механической обработки заготовки. Предварительная термическая обработка приводит к полной ликвидации остатков карбидной сетки, изменению карбидной фазы и образованию структуры зернистого или сорбитообразного перлита. В работе представлены режимы предварительной термической обработки, состоящей из двух перекристаллизаций: высокотемпературной 950-980°С и низкотемпературной 830-850°С с охлаждением заготовок на воздухе, которое обеспечивает измельчение зерна. Температура 950-980°С назначена с целью максимально возможного устранения химической неоднородности за счет диффузии и дендритной неоднородности заготовки валка. Температура 830-850°С позволяет иметь действительное зерно после печного нагрева балла 6-5 и измельчить структуру.

Окончательная термическая обработка. После предварительной термической обработки валки проходят механическую обработку под закалку. Окончательная термическая обработка валков состоит из закалки и отпуска. Заключительной операцией термической обработки является низкотемпературный отпуск.

Металлографические исследования и механические испытания образцов из валков

Литокованые валки из стали 9Х2МФ-Ш. Металлографическое исследование проводилось на темплетах, вырезанных из литой бочки и кованой шейки

(уков 2,7) из валка №1356, изготовленного из слитка ЭШП, прошедшего первичную термическую обработку из двух нормализации и отпуска и подготовленного к закалке бочки. Макроструктуры кованых шеек и литой бочки плотные, без дефектов, практически не отличаются друг от друга. Шлаковые включения, трещины, флокены, газовые пузыри, усадочные рыхлоты во всех тем-плетах отсутствуют. Микроструктура на шлифах образцов, отобранных от шеек и бочек валков, состоит из зернистого перлита 6-8 балла с дисперсностью зерна 1-3 балла, карбидная сетка меньше третьего балла, имеются неметаллические (оксидные) включения 1-3 балла. Микроструктура соответствует стали, прошедшей нормализацию. Твердость, замеренная на приборе Бринелля, колеблется на пробах от бочек от 187 до 229 НВ. Испытания на разрыв и ударную вязкость проводились на образцах, отобранных в тангенциальном направлении. Усредненные результаты испытаний сведены в табл. 1.

Таблица 1

Механические свойства проб_

Место отбора проб <тт,МПа а в,МП а 35,% К.УС+2°, Дж/м2

Бочка 363,3 736,6 19,5 38,3 25,9

Шейка 383,8 810,0 19,0 38 25,8

На основании приведенных данных можно заключить, что механические свойства стали ЭШП соответствуют стандартным справочным данным для нормализованной стали 9Х2МФ. Структура и механические свойства металла бочек и кованых шеек практически не отличаются.

Литые валки из стали 60Х2СМФ-Ш. Темплет из слитка ЭШП в литом состоянии после отжига вырезан из прибыльной части слитка диаметром 530 мм. Микрошлифы вырезаны по радиусу. Выявлена смешанная микроструктура, состоящая из троостита отжига+сорбита+карбидов. Перлит мелкопластинчатый, мелкозернистый. Структурные составляющие расположены веерообразно, что характерно для отожженных структур. Балл действительного зерна 3-1. Карбидной ликвации нет. Карбидная сетка балл 2. Карбиды представлены в виде тонких пластин. Грубых выделений избыточного феррита на структуре отожженного ЭШП слитка не выявлено. Механические свойства определялись на стандартных образцах, вырезанных тангенциально примерно на Уг радиуса сечения (табл. 2).

Таблица 2

Механические свойства литого слитка из стали 60Х2СМФ-Ш

Номер а,. 85. Ч>. кси*20,

плавки МПа МПа % % Дж/см"

3870 560 850 6 5 11

Металлографические исследования темплетов литых валков го стали 60Х2СМФШ позволяют сделать следующие выводы: макро и микроструктура литых валков соответствует требованиям нормативных документов; микроструктура и твердость поверхности бочки позволяют обеспечить высокое качество металла после закалки; механические свойства шеек и трефов литого металла после термической обработки не уступают свойствам кованых валков, что позволяет изготавливать валки в литом исполнении.

Литые валки из стали марки 60ХЗСМФ-Ш. Темплет для исследования отобран от заготовки валка размером 500x1200 после первой механической и предварительной термической обработки в районе технологической пробы от прибыльной части шейки с диаметром 300 мм. Металлографическое исследование темплетов литых валков из стали 60ХЗСМФШ позволяет сделать следующие выводы: макро и микроструктура соответствуют требованиям нормативных документов.

Для достоверности результатов применялось сертифицированное оборудование (в том числе, дня контроля химического состава заготовок спектрометр фирмы «Берд», прибор для измерения твердости Ециойр 3, анализ микроструктуры проводился с применением переносного металлургического портативного микроскопа МАП-1М);

4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ВАЛКОВ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСЛОВИЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КОНСТРУКЦИЙ

Валки, изготовленные в литокованом и литом исполнениях из слитков ЭШП, прошли промышленные испытания на станах холодной прокатки ОАО «ММК»: 2500, 1450, 1200, 630 и 400.

Промышленные испытания валков в литокованом и литом исполнениях с содержанием хрома 1,5-2,5%. Целью испытания опытных валков с традиционным содержанием хрома в пределах 1,5-2,5% является определение влияния литой структуры бочки и шеек валков на их эксплуатационные показатели. Общий объём промышленной партии опытных валков для испытания на станах ОАО «ММК» составляет: в литокованом исполнении - 176 шт., в литом исполнении - 130 шт.

Анализ результатов испытаний позволяет сделать следующие выводы.

1. Износостойкость всех валков с литой бочкой превышает износостойкость валков с кованой бочкой на 3,5-13,0%. Исключения составляют валки размером 500x2500, которые показали превышение износостойкости на 64%.

2. Повреждаемость бочки валков в виде отслоений и выкрошек находится на одном уровне, как у кованых, так и у литых валков.

3. Из общего парка валков с литыми шейками в количестве 130 шт. списан по повреждению шеек только 1 валок. Не зафиксировано ни одного случая поломок валков в литом и литокованом исполнениях.

Промышленные испытания валков с содержанием хрома 2,5-3,5%.

Валки изготовлены в литом исполнении из слитков ЭШП: рабочие валки 500x1200 - В шт.; рабочие валки 200x400 - 10 шт.; опорные валки 500x400 -6 шт. При проведении промышленных испытаниях, исследована глубина закаленного слоя методом послойного замера твердости, которая оказалась в 2 раза больше, чем на валках с содержанием хрома 1,5-2,5%. Анализ данных эксплуатации опытных валков позволяет сделать следующие выводы:

1. Общая износостойкость литых валков из ЭШП с содержанием хрома в пределах 2,5-3,5% превосходит износостойкость кованых валков с содержанием хрома 1,5-2,5% в 1,42-1,64 раза.

2. На порядок повышается списание валков по естественному износу, а повреждаемость бочки валков снижается.

Рекомендации по совершенствованию условий эксплуатации составных валков

Анализ причин преждевременного выхода составных валков из строя показал, что большинство из них связано с условиями эксплуатации. Разработаны следующие рекомендации по эксплуатации составных рабочих прокатных валков.

Предварительный подогрев составных валков перед завалкой в клеть. Расчеты показали, что при разогреве рабочего составного валка в начальный период работы на стане 2000, при достижении разности температур бандажа и оси в 50°С достигается равенство рабочего крутящего момента прокатки и момента, который может передать соединение с натягом. Это приводит к радиальному смещению бандажа относительно оси или к проворачиванию бандажа. Для нормальной работы составных валков необходим предварительный их подогрев перед завалкой в стан до температуры, приближающейся к установившейся рабочей. Подогрев валков можно проводить любыми доступными способами: горячей водой, паром, в нагревательной печи и т.п.

Постоянство направления вращения валка за весь период эксплуатации.

На станах технология эксплуатации валков предусматривает постоянство направления вращения их за весь период работы валка. Известно, что изменение направления вращения валков, особенно опорных, способствует развитию выкрашиваний. Однако почти на каждом стане условие постоянства вращения валков нарушается. Смена направлений вращения составных валков приводит к более тяжёлым последствиям. Валки переваливаются не только из-за повреждений бочки, но и по причине поломки осей. В составных валках на соприкасающихся поверхностях оси и бандажа даже при самых незначительных нагрузках возникают заметные повреждения от фретгинга. При работе составных валков со сменой направления процесс фреттинга и вероятность усталостного разрушения ещё более усиливаются из-за возможного влияния эффекта Баушингера.

В сопряжённых деталях составных валков процессы фретгинга могут сочетаться с коррозией, что особенно опасно в местах концентрации напряжений, например, в районе технологической канавки. Подтверждением влияния эффекта Баушингера на фреттинг-усталость являются результаты эксплуатации составных опорных валков на листовых станах горячей и холодной прокатки ОАО «ММК»

На станах холодной прокатки 1350, 630, 400, где строго соблюдается принцип сохранения постоянства направления, прошли испытания 90 составных опорных валков, и не было ни одного случая разрушения осей. На стане 2000 горячей прокатки принцип сохранения постоянства направления систематически нарушался. В результате, из прошедших испытание 24 составных опорных валков размером 1600x1820, три валка разрушены.

Пути совершенствования конструкций составных валков. Основным недостатком конструкций, в которых используется соединение с натягом, являются большие растягивающие напряжения в бандаже, что может привести к его разрушению. Уменьшение натяга до некоторых минимально допустимых пределов приводит к проворачиванию и/или осевому смещению бандажа, что также приводит к списанию валка. Разработаны и запатентованы две конструкции составных валков, в которых в значительной мере удалось избежать перечисленных выше недостатков. Были изготовлены модели валков. Проведены испытания на изгиб на специальной экспериментальной установке. Результаты испытаний показали, что прогибы моделей составных валков при изгибе практически такие же, как и у сплошного валка таких же размеров и находятся в пределах погрешностей измерений.

Заключение

Основные итоги проведенного диссертационного исследования, определяющие научную новизну и практическую значимость работы, заключаются в следующем.

1. Разработана методика расчета напряженного состояния составных прокатных валков при экстремальных нагрузках методом граничных элементов с использованием СКМ МАТЛАБ. Разработанная методика позволяет более обоснованно подходить к выбору материала валков, наименее подверженного катастрофическим повреждениям в аварийных ситуациях.

2. Разработан способ изготовления валков полностью в литом исполнении. Для изготовления ВХП выбрана сталь ЭШП, причем в качестве электрода используется отработанный прокатный валок. Устранение технологического процесса ковки шеек позволяет снизить себестоимость изготовления литого валка на 17% по сравнению с себестоимостью валка литокованого исполнения.

3. Разработана технология изготовления валков из слитков ЭШП, в том числе режимы двойной нормализации поковок из слитков ЭШП, определены температуры закалки для сталей марок 9Х2МФ, 8Х2СГФ, 9ХЗМФ, 8ХЗСГФ, 60Х2СМФ, 60ХЗСМФ.

4. Проведены металлографические исследования образцов, вырезанных из литокованых валков стали марки 9Х2МФ-Ш. Исследования и испытания на разрыв и ударную вязкость показали, что микроструктура и механические свойства стали ЭШП соответствуют стандартным справочным данным для нормализованной стали 9Х2МФ. Изучены свойства литых валков из стали марки 60ХЗСМФ-Ш. Установлено, что макро и микро структура соответствует требованиям нормативных документов.

5. Проведены промышленные испытания валков, изготовленных из слитков ЭШП. Износостойкость всех валков с литой бочкой превышает износостойкость валков с кованой бочкой на 3,5-13,0%. Значительно снизился выход валков по повреждению шеек и не зафиксировано ни одного случая поломок валков. Общая износостойкость литых валков из ЭШП с

содержанием хрома в пределах 2,5-3,5% превосходит износостойкость кованых валков с содержанием хрома 1,5-2,5% в 1,42-1,64 раза.

6. Разработаны рекомендации по совершенствованию условий эксплуатации рабочих составных валков. Предложено производить предварительный подогрев валка перед завалкой до температуры 50-55°С и строго соблюдать постоянное направление вращения валка за весь период эксплуатации.

7. Разработаны, запатентованы (пат. на пол. мод. №100436 РФ, пат. на пол. мод. №100435 РФ) и испытаны в лабораторных условиях две конструкции составных валков: валок с составной осью и валок с комбинированным креплением бандажа, обладающие рядом преимуществ, как в технологии изготовления, так и в возможности улучшить их эксплуатационные характеристики. Разработан и запатентован двухслойный прокатный валок, отличающийся тем, что трефы валка выполнены с разными диаметрами, что позволяет эксплуатировать одни и те же валки в клетях с различными диаметрами приводных муфт (пат. на изобр. №2420365 РФ).

Разработанные и внедренные на ООО «УЗНО» мероприятия позволили получить экономический эффект 17 313 375 руб., что подтверждается актом долевого участия в разработке научно-технической продукции.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Белевский, JI.C. Опыт эксплуатации литых стальных рабочих валков на станах холодной прокатки листа [Текст] / Л.С. Белевский, P.P. Исмагилов, О.С. Клочков и др. // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 36. - Магнитогорск, 2010. - С. 145-154.

2. Клочков, О.С., Фиркович А.Ю., Берло А.Г., Юлчубаев Н.Б., Камнев А.П., Исмагилов P.P. Производство стальных прокатных валков на ООО «ЮжУралТехноТрейд». Труды VIII конгресса прокатчиков, г. Магнитогорск, 11-15 октября 2010 г. Том И. - С. 465-468.

3. Белевский, Л.С. Влияние складки на полосе на напряжения в валках клетей кварто станов холодной прокатки [Текст] / Л.С. Белевский, P.P. Исмагилов, В.М. Москвин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2010. - №1. - С. 46-49 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

4. Белевский, Л.С. Повышение технологических и эксплуатационных свойств материалов путем пластической деформации поверхностного слоя, совмещенной с нанесением покрытия гибким инструментом [Текст] / Л.С. Белевский, P.P. Исмагилов, И.В. Белевская, Н.Б. Юлчубаев // Сборник статей V Международной научно-практической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. - С. 8-11.

5. Фиркович, А.Ю. Материалы и технология изготовления валков станов горячей и холодной прокатки [Текст]: справочное пособие / А.Ю. Фиркович, О.С. Клочков, P.P. Исмагилов и др. - Магнитогорск: МГТУ, 2012. - 248 с.

6. "Бандажированные прокатные валки и ролики МНЛЗ": монография / [Л.С. Белевский и др.]. - Магнитогорск: МГТУ, 2009. - 234 с.

7. Улучшение служебных характеристик металлических изделий способом фрикционного плакирования [Текст]: материалы 12-й Международной научно-практической конференции 13-16 апреля 2010 г., - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2010. - Ч. 2. - С. 459-464.

8. Белевский, Л.С. Технология конструкционных материалов [Текст]: учеб. пособие / JI.C. Белевский, P.P. Исмагилов, И.В. Белевская, М.В. Аксенова. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. - 251 с.

9. Белевский, JI.C. Расчет напряженного состояния рабочего и опорного бандажированных валков при прокатке складки тройной толщины [Текст] / JI.C. Белевский, P.P. Исмагилов, В.М. Москвин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2010. - №2. - С. 34-38 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

10. Исмагилов, P.P. Испытания чугунных валков на листовом стане холодной прокатки [Текст] / P.P. Исмагилов, И.В. Боровков, Л.С. Белевский, А.Ю. Фиркович // Черные металлы. Магнитогорск. - 2011. - С. 75-77 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

11. Белевский, Л.С. Пути повышения служебных свойств валков станов холодной прокатки [Текст] / Л.С. Белевский, P.P. Исмагилов // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2012. - № 1. - С. 56-60 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

12. Патент на полезную модель 100436 РФ, МПК В21В 27/03. Бандажи-рованный прокатный валок [Текст] / Белевский Л.С., Исмагилов P.P., Клочков О.С. и др. Заявл. 23.03.2010; опубл. 20.12.10, Бюл. №35 - С. 1142.

13. Патент на полезную модель 100435 РФ, МПК В21В 27/02. Бандажи-рованный прокатный валок [Текст] / Белевский Л.С., Исмагилов P.P., Клочков О.С. и др. Заявл. 23.03.2010; опубл. 20.12.10, Бюл. №35 - С. 1142.

14. Патент на изобретение 2420365 РФ, МПК В21В 28/02. Прокатный валок и способ его эксплуатации [Текст] / Гостев К.А., Лебедев С.А., Боровков И.В., Исмагилов P.P., Роберов И.Г. Заявл. 09.10.2009; опубл. 10.06.11, Бюл. №16-С. 670.

Подписано в печать 24.05.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 296.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова»

На правах рукописи

04201360131

Исмагилов Рамиль Равкатович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, КОНСТРУКЦИЙ И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВАЖОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ СТОЙКОСТИ

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель профессор, д.т.н. Л.С. Белевский

Магнитогорск - 2012

Оглавление

Введение..............................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ БАЖОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ...............................8

1.1. Рабочие валки. Краткий обзор, анализ материалов, технологии изготовления и причин списания.................................................

1.1.1. Валки отечественных предприятий и ближнего зарубежья...............................................................10

1.1.2. Валки фирмы JSW (Япония).................................12

1.1.3. Валки фирм «Sheffield» (Англия), «Steinhoff» (Германия) и «Akers» (Франция)....................................................12

1.1.4. Валки НР10 и НР14 фирмы «Steinhoff» повышенной износостойкости......................................................13

1.1.5. Валки фирмы «Gontermann-Peipers»......................14

1.1.6. Опытные валки ОАО «Уралмашзавод» с 5% содержанием хрома.....................................................................15

1.1.7. Хромирование бочки рабочих валков.....................15

1.2. Опорные валки............................................................16

1.2.1. Валки отечественного производства.......................17

1.2.2. Валки фирмы JSW (Япония).................................18

1.2.3. Валки фирмы «WALZENIRLE».............................18

1.2.4. Валки фирмы «Gontermann Peipers»........................19

1.2.5. Валки фирмы «Akers»..........................................20

1.3. Бандажированные прокатные валки. Краткий анализ конструкций, методов расчета напряженно-деформированного состояния и опыта эксплуатации....................................................................20

1.4. Кразкий обзор методов расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) составных валков...............................................................23

1.5. Выводы. Цель диссертации.............................................25

2. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ И ОПОРНЫХ БАЖОВ ПРИ ПЕРЕГРУЗКАХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА............................................................................................28

2.1. Напряженное состояние валков при холодной прокатке......................................................................28

2.2. Влияние складки на полосе на напряжения в валках клетей кварто станов холодной прокатки........................................30

2.2.1. Выбор режима обжатий при прокатке складки тройной толщины................................................................30

2.3. Построение эпюр нормальных и касательных контактных напряжений для рабочего и опорного валков.............................33

2.4. Расчет напряженного состояния рабочего и опорного бандажиро-ванных валков при прокатке складки тройной толщины..............40

2.4.1. Расчет напряженного состояния рабочего валка.........40

2.4.2. Расчет напряженного состояния опорного валка........51

2.5. Выводы.....................................................................54

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛКОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ИЗ СЛИТКОВ ЭШП С СОДЕРЖАНИЕМ ХРОМА 2,53,5%.......................................................................................56

3.1. Разработка способов изготовления ВХП с использованием ЭШП...............................................................................57

3.1.1. Способы изготовления ВХП с использованием ЭШП.. .59

3.2. Разработка технологии изготовления валков и слитков ЭШП....64

3.3. Металлографические исследования образцов опытных валков ЭШП...............................................................................72

3.3.1. Изучение свойств литокованых валков из стали марки 9Х2МФ-Ш.................................................................73

3.3.2. Изучение свойств литых валков из стали марки 60Х2СМФ-Ш.............................................................77

3.3.3. Изучение свойств литых валков из стали марки 60ХЗСМФ-Ш............................................................83

3.3.4. Дефекты изготовления литых валков из слитков ЭШП..85 3.4. Выводы......................................................................88

4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ БАЖОВ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСЛОВИЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КОНСТРУКЦИЙ......................90

4.1. Промышленные испытания валков, изготовленных из слитков ЭШП...............................................................................90

4.1.1. Промышленные испытания валков в литокованом и литом исполнениях с содержанием хрома 1,5-2,5%.............................91

4.1.2. Промышленные испытания валков с содержанием хрома 2,5-3,5%..........................................................................................97

4.2. Испытание чугунных рабочих валков на листовом стане холодной прокатки.........................................................................102

Библиографический список

119 .123

Введение

Развитие промышленности требует увеличения производства холоднокатаной листовой стали различного назначения. В условиях конкуренции на рынке сбыта наибольшее влияние уделяется качеству проката и рентабельности производства. Постоянное ужесточение требований к прокатываемому листу, увеличение скорости прокатки и производительности прокатных станов требуют существенного улучшения качества прокатных валков. Как известно, к прокатному валку предъявляются следующие основные требования: высокая прочность и износостойкость, достаточная глубина рабочего слоя, равномерная твердость по длине бочки, обеспечение условий захвата, термостойкость, сопротивление контактным знакопеременным и ударным нагрузкам, минимальные величины остаточных напряжений.

Крупный вклад в решение теоретических и практических задач, посвященных исследованию прокатных валков, внесли П.И. Полухин, В.П. Полу-хин, В.А. Николаев, A.B. Третьяков, М.В. Гедеон, К.Н. Вдовин, В.М. Колокольцев, Ф.Д. Кащенко, А.Ю. Фиркович, JI.C. Белевский, и др.

Валки станов холодной прокатки работают в условиях одновременного действия контактных, изгибающих, остаточных, температурных напряжений и крутящего момента. На стойкость валков большое влияние оказывают контактные напряжения. Под действием переменных контактных нагрузок в поверхностных слоях рабочих валков протекают необратимые физические процессы, которые носят локальный характер. Наряду с упругой деформацией в закаленной стали отмечается и пластическая деформация. Неодинаковая интенсивность деформации по глубине контактной зоны создает концентрацию напряжений внутри наклепанного закаленного слоя. Это приводит к исчерпыванию его пластических свойств. Продолжающееся действие внешних нагрузок способствует усталостному разрушению контактирующих поверхностей.

Дефекты и повреждения валков холодной прокатки связаны с особенностями их изготовления и эксплуатации. Поверхностные дефекты валков

можно разделить на две группы: устраняемые при перешлифовке (порезы, вмятины, хвосты, небольшие навары, мелкая сетка трещин, мелкие выкрашивания и др.) и вызывающие окончательный выход валков из строя (грубые навары, отслоения, отколы, трещины, поломка бочки и шеек и др.).

Навар рабочих валков холодной прокатки является одной из причин их преждевременного списания. Навары образуются вследствие появления перед входом в зев валков складки металла, которая начинает втягиваться в очаг деформации. Сильные навары, полученные при схватывании валков с прокатываемым металлом, вызывают последующие отслоения или глубокое выкрашивание, приводящее к окончательному выходу валка из строя. Следует заметить, что валки отечественного производства по ряду характеристик заметно уступают валкам лучших зарубежных фирм. Одной из причин является отсутствие высокотехнологичного оборудования.

Для повышения стойкости валков и их служебных свойств возможны различные пути:

- применение валковых материалов, обладающих меньшей склонностью к наварам;

- создание новых более износостойких материалов и совершенствование технологии изготовления валков с целью обеспечения большей глубины закаленного слоя и его равномерной твердости;

- применение бандажированных (составных) валков.

Бандажированные валки на станах холодной прокатки используются в качестве опорных, хотя известны случаи применения бандажированных рабочих валков небольших размеров.

Основные достоинства бандажированных валков следующие:

- возможность изготавливать бандаж из особо износостойких материалов, а ось - из высокопрочных сталей, способных выдерживать длительные циклические нагрузки;

- термическая обработка бандажа производится отдельно, что позволяет получить почти одинаковую твердость по всей толщине бандажа и снизить градиент остаточных напряжений, который в сплошном валке большой массы весьма высок;

- посадочная поверхность оси перед сборкой может подвергаться дополнительной обработке с целью ее упрочнения, нанесения покрытий и др. для повышения несущей способности соединения с натягом;

- возможность замены изношенного бандажа при многократном использовании оси.

Изучению и решению некоторых из этих актуальных проблем и посвящена данная работа.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ВАЛКОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ

К рабочим валкам станов холодной прокатки предъявляются следующие основные требования: высокая абразивная и коррозионная стойкость; благоприятная характеристика текстурирования; высокая степень переноса шероховатости на полосу; хорошая шлифуемость валков [1-5].

Для обеспечения высокой надежности в эксплуатации необходима также минимальная восприимчивость рабочего слоя валков к поверхностным повреждениям. Рабочие валки станов холодной прокатки подвергаются частым локальным перегрузкам или нарушениям стабильности прокатки (порывы полос, прохождение через очаг деформации складок полос). При этом закаленный слой валков должен обеспечить безаварийную работу.

Установлено, что разрушение валков после локальной перегрузки связано с глубиной залегания зоны пластического деформирования металла закаленного слоя валка. Испытания валков с разной глубиной закалки подтвердили высокую надежность валков с увеличенной глубиной закаленного слоя [1,2, 4].

Опорные валки принимают на себя основные усилия прокатки. Замена опорных валков после определенной наработки проводится не только из-за износа бочки, но и для ограничения числа циклов нагружения, чтобы избежать образования усталостных трещин. При перешлифовке бочки валка удаляют поверхностный слой, подвергающийся деформационному упрочнению.

1.1. Рабочие валки. Краткий обзор, анализ материалов, технологии изготовления и причин списания

При холодной прокатке используются кованые стальные рабочие валки и, в некоторых случаях, высокохромистый чугун, например, для белой жести. В мировой практике проводятся испытания литых валков из полубыстрорежущих (8егш-Н88) сталей, а также кованых валков из быстрорежущих (Н88) и полубыстрорежущих (Бегт-Б^) сталей.

В табл. 1.1 приведен химический состав материалов рабочих валков станов холодной прокатки применительно к валкам самого распространенного размера с диаметром бочки 500 мм. Общей тенденцией изготовления современных рабочих валков является производство их с повышенным содержанием легирующих элементов [6].

Таблица 1.1

Химический состав рабочих валков холодной прокатки

Фирма, страна Марка Исполнение Химический с Бочка/ял эстав, % ро

С Si Мп Р S Сг Mo Ni W V

ЮУМЗ УЗТМЮУТТ (Россия), НКМЗ (Украина) 9X2 Ковка 0,85 0,95 0,20 0,70 0,25 0,50 <0,0 3 <0,03 1,70 2,10 - - - -

9Х2МФ Ковка 0,85 0,95 0,25 0,45 0,40 0,70 <0 0 25 <0 02 5 1 70 2 10 0 20 0 30 - - 0 03 0 09

8Х2СГФ Ковка 0 70 0 80 0 45 0 85 0 40 0 80 <0 0 25 <0 01 5 1 90 2 50 - <0 5 0 - 0 05 0 25

60Х2СМФ Ковка 0 57 0 65 1 05 1 30 0 20 0 70 <0 0 3 <0 03 1 80 2 10 0 25 0 35 - - 0 10 0 25

ЮУТТ (Россия) 9ХЗМФШ Электрошлаковое литьё 0,80 0,95 0,25 0,65 0,20 0,70 <0,0 25 <0 01 8 2 50 3 50 <0 35 - - <0 3 5

JSW (Япония) МСЗ - ST Ковка 0,80 1,00 SO 7 0 S0 40 2 50 3 50 0 20 0 40

МСЗ-AD Ковка 0 80 1 00 50 7 0 <0 40 2 50 3 50 0 40 0 60 SO 5 0

RTR Ковка 0 80 1 00 S1 0 0 <0 40 3 00 4 00 0 30 0 50 <0 5 0

МС5 Ковка 0 80 1 00 S0 7 0 SO 40 4 50 5 50 0 20 0 40

SUD Ковка 0 80 1 00 S1 0 0 S1 20 2 50 3 50 0 20 0 40

Sheffield (Англия) Ковка 0 77 0 83 0 25 0 80 0 20 0 40 3 00 3 20 0 22 0 72 0 20 0 72

AKERS (Франция) l8Cr5S Ковка 0 83 0 75 0 26 5 11 0 19 0 35

Steinhoff (Германия) DHQ3 Ковка 0,80 0,75 0,40 3,00 0,55

Gontermann Peipers (Германия) ASII100XX Двухслойное чугунное литье 2 50 3 20 0 60 1 20 1 00 1 50 <0 0 8 <0 05 160 20 0 20 3 50 1 00 1 50 08 0 20 0 02 20

2 60 3 60 1 60 2 60 0 15 0 80 <0 0 8 <0 01 2

HCS-C Двухслойное литье из быстрорежущей стали 0 60 1 00 0 80 1 50 0 50 1 00 <0 0 35 <0 03 5 6 50 8 50 2 50 5 00 0 50 1 20 0 40 1 00

2 60 3 60 1 60 2 60 0 15 0 80 < 0 08 <0 01 2

Sheffield (Англия) HiCrAron Двухслойное литье 3 00 3 50 0 50 1 50 0 30 0 90 <0 0 8 <0 2 1 40 1 90 0 30 0 90 4 00 4 50

2 60 3 60 1 60 2 60 0 15 0 80 <0 0 8 <0 01 2

Рассмотрим технические характеристики валков различных предприятий-изготовителей.

1.1.1. Валки отечественных предприятий и ближнего зарубежья

В отечественной практике и на предприятиях ближнего зарубежья используют поверхностно-закаленные кованые валки, которые можно разделить на три основные группы, отличающиеся пределами содержания углерода, качеством и уровнем легирования и механическими свойствами [7].

1. Низколегированные стали (9Х, 9X2, 9ХФ), в состав которых входят 1-2 легирующих элемента (Сг, V) с общим количеством 1,4-2,1%, с относительно высоким содержанием углерода (0,80-0,95%).

2. Стали повышенного легирования (9Х2МФ, 9ХСВФ) для рабочих валков диаметром более 300 мм, в состав которых входят 3-4 легирующих элемента (Сг, V, Мо, 81) общим количеством 2,0-3,4%, с относительно высоким содержанием углерода (0,85-0,95%).

3. Стали повышенного легирования (60Х2СМФ, 7Х2СМФ, 75ХСМФ) того же назначения и с теми же легирующими элементами с общим содержанием углерода (0,57-0,80%).

Несмотря на большое разнообразие типоразмеров валков, в основном соблюдается одна и та же последовательность технологических операций при их изготовлении: выплавка стали, разливка в изложницы и передача слитков в горячем состоянии в кузнечный или прессовый цех, ковка, отжиг, изотермический отжиг или двойная нормализация с высоким отпуском, предварительная механическая обработка, термическое улучшение (закалка и высокий отпуск), механическая обработка под закалку, закалка токами промышленной частоты (ТПЧ), низкий отпуск и проверка твердости для предварительного заключения о пригодности валка, окончательная механическая обработка (шлифование) и проверка твердости.

Термическая обработка в значительной мере определяет качество валков. Однородность структуры поковок обеспечивается отжигом, изотермическим отжигом или двойной нормализацией с высоким отпуском.

В качестве окончательной термической обработки применяют поверхностную непрерывно-последовательную закалку ТПЧ. От технических возможностей закалочных установок зависит глубина активного закаленного слоя при заданной твердости поверхности бочки, которая формируется при низком отпуске в масляных ваннах в пределах 90-102 НБО в зависимости от температуры масла и длительности отпуска.

Статистические данные показывают (табл. 1.2), что с повышением глубины закаленного слоя повышается и стойкость валков за счет снижения показателя повреждаемости поверхности бочки валков.

Анализ причин списания валков отечественного производства при эксплуатации на различных станах показывает, что до 40-50% рабочих валков выходит из строя из-за отслоений, выкрошек, сетки трещин и других повреждений поверхности бочки. На некоторых станах до 50% валков списывается из-за наваров.

Таблица 1.2

Влияние способа закалки на стойкость валков

№ Метод закалки Достигаемая глубина закаленного слоя, мм Относительная стойкость, %

1 ТПЧ с подогревом в однозонном индукторе и спрейерном охлаждении водой (ОАО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ») 10-12 100

2 ТПЧ с подогревом в однозонном индукторе и спрейном охлаждении водовоздушной смесью (ОАО «НКМЗ») 40-50 130

3 ТПЧ в двухзонном индукторе со спрейным охлаждением водой с последующим окунанием валка в емкость с водой (ОАО «УЗТМ») 25 125

Кроме кованых валков, в отечественной практике применяются валки в литокованом и полностью литом исполнениях из слитков электрошлакового переплава. Технология их изготовления и показатели стойкости описаны в гл. 3.

1.1.2. Валки фирмы 18\У (Япония)

Фирма изготавливает кованые рабочие валки, твердость бочки 90-95 НБО на глубину 25-30 мм.

МСЗ-8Т - стандартная марка стали, содержащая 3% Сг и Мо, которая подходит для широкого диапазона станов.

Большая партия таких валков испытана на стане 2500 ОАО «ММК» и показала общее повышение стойкости по сравнению с отечественными валками на 34%. Причем все валки вышли из строя в основном по износу бочки. Данные по их эксплуатации приведены в табл. 1.3 [8].

Таблица 1.3

Сравнительная стойкость валков российского и японского производства

Производитель Причина Стойкость, т Общий съём, Износостойкость,

валков списания, % мм т/мм

износ повреждения

Россия 48 52 58612 17,0 3408

MC3-ST

(Япония) 82 16 78246 21,0 3817

1.1.3. Валки фирм «Sheffield» (Англия), «Steinhoff» (Германия) и «Akers»

(Франция)

Кованые валки фирм Sheffield и Steinhoff по своим техническим характеристикам (химический состав, твердость бочки и глубина закаленного слоя) приближаются к валкам MC3-ST (Япония).

Валки I8Cr5S (Akers) отличаются высоким содержанием хрома (свыше 5%) и высокой твердостью поверхности бочки (97-100 HSD).

На реверсивном двухклетевом стане ОАО «ММК» были испытаны партии рабочих валков этих фирм. При измерениях твердости бочки импортных валков выявлено, что перепад твердос