Патент на изобретение №2155110

(54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОКАТНОГО ВАЛКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при эксплуатации валков станов горячей и холодной прокатки. Техническая задача изобретения – повышение стойкости валка за счет уменьшения образования дефектов контактно-усталостного характера. Валок сначала эксплуатируют несколько кампаний в клети, затем, в зависимости от исходной твердости нового валка, через (0,01-0,10)HV кампаний валок подвергают термической обработке – отпуску, при котором нагрев ведут со скоростью не более 45°С/ч до 300-450°С, выдерживают в течение 2-20 ч и охлаждают со скоростью не более 45°С/ч, где HV – твердость бочки валка по Виккерсу. Способ обеспечивает уменьшение образования на поверхности бочки валка трещин и выкрошек. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при эксплуатации валков станов горячей и холодной прокатки.

Известен способ эксплуатации прокатного валка, включающий работу валка в клети и периодический отдых, состоящий из нагрева до температуры (0,17-0,49) Ac₃, выдержки при данной температуре в течение 0,25-36,0 часов и охлаждения, где температура Ac₃ взята для материала рабочей поверхности валка (патент РФ 2104811 B 21 B 28/02, публ. 20.02.98 г., Бюл. N 5). Недостатком известного способа является низкая стойкость валка, т.к. не указано на какой стадии эксплуатации валка необходимо проводить термическую обработку.

Известен способ эксплуатации прокатного валка, преимущественно опорного, в котором валок эксплуатируют в клети, затем после определенного числа перешлифовок с целью удаления разупрочненного слоя подвергают токарной обработке на глубину 8-10 мм (Полухин П.И. и др. Тонколистовая прокатка и служба валков. – М.: Металлургия, 1967, с. 281). Недостатком известного способа является низкая стойкость валка из-за образования выкрошек на его поверхности вследствие отсутствия промежуточной термической обработки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации прокатного валка, описанный в SU 1186663, A, 23.10.85, в котором наплавленный валок эксплуатируют на 80-90% от нормы прокатываемого металла, затем ему проводят отпуск в интервале температур: температура рекристаллизации основного металла – температура отпуска наплавленного металла. Недостатком известного способа эксплуатации является низкая стойкость валка, т.к. при эксплуатации валка на 80% от нормы прокатываемого металла в рабочем слое образуются макродефекты, которые уже не устраняются термической обработкой.

Техническая задача изобретения – повышение стойкости валка за счет уменьшения образования дефектов контактно-усталостного характера.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что валок сначала эксплуатируют несколько кампаний в клети, затем, в зависимости от исходной твердости нового валка, через (0,01-0,10)HV кампаний валок подвергают термической обработке – отпуску, при котором нагрев ведут со скоростью не более 45^oC/ч до 300-450^oC, выдерживают 2-20 часов и охлаждают со скоростью не более 45^oC/ч, где HV – твердость бочки валка по Виккерсу. Нагрев предпочтительно вести газовыми горелками, а термическую обработку можно проводить вместо очередной профилактической токарной обработки бочки валка.

Проведенные исследования показали, что разрушение валка протекает в несколько стадий: накопление остаточных напряжений и зарождение микродефектов, увеличение размеров микродефектов до образования макротрещин, разрушение поверхностного слоя валка. При этом было установлено, что если еще на стадии накопления напряжений и микродефектов понизить в валке уровень остаточных напряжений, имевшихся в валке после изготовления и накопленных при эксплуатации, то наступление следующей стадии разрушения, приводящей к необратимым последствиям, можно будет избежать. Снижение уровня напряжений в активном слое валка может быть достигнуто за счет проведения специальной стабилизирующей термической обработки, причем ее можно проводить вместо очередной профилактической токарной обработки, которую назначают для удаления дефектного слоя, т.к. эксплуатационные свойства этого слоя после термообработки полностью восстанавливаются. При этом было отмечено, что напряжения снижаются и в объеме всего валка, что снижает вероятность образования выкрошек и отслоений при его дальнейшей эксплуатации.

В зависимости от способа изготовления твердость бочки прокатных валков может изменяться в широком диапазоне. Так, например, опорные валки станов горячей прокатки поставляются с твердостью 35-65 HSD (223-480 HV). Нижнее значение твердости характерно для нормализованных валков, верхнее – для закаленных. Валки с низкой твердостью в процессе эксплуатации быстро наклепываются и более склонны к выкрашиванию. По этой причине эти валки следует подвергать термической обработке после 0,01HV кампаний эксплуатации валка, где HV – твердость бочки нового валка по Виккерсу. Валки с повышенной твердостью бочки можно подвергать термической обработке при большем количестве кампаний, но не больше 0,10HV, т.к. в этом случае в активном слое валка образуются макродефекты, которые приводят к образованию трещин и выкрошек.

Исследованиями установлено, что в процессе нагрева и охлаждения валка скорость не должна превышать 45^oC/ч. В противном случае в бочке валка (особенно массивного) создается высокий градиент температуры, что приводит к высоким термическим напряжениям в валке и даже к его разрушению. Оптимальная температура термической обработки составляет 300-450^oC. При выдержке ниже 300^oC не удается полностью снять остаточные напряжения, а при нагреве выше 450^oC наблюдается снижение твердости бочки валка ниже исходной, что снижает его эксплуатационные свойства. Выдержка при заданной температуре менее 2-х часов не позволяет полностью снять напряжения, а выше 20-ти часов уже не повышает стойкость против выкрашивания.

Нагрев при отпуске рекомендуется проводить газовыми горелками, т.к. путем регулирования расхода воздуха и газа можно получить продукты горения, создающие вокруг бочки валка нейтральную или восстановительную атмосферу. В результате поверхность бочки валка после термообработки имеет очень тонкую окисную пленку и валок можно заваливать в клеть, не проводя дополнительной механической обработки. При этом за счет использования специального термокожуха нагревать до 300-450^oC можно только бочку, шейки валка будут нагреваться значительно ниже только за счет теплопроводности, что предотвращает снижение твердости шеек валка, а также окисление их поверхности.

Отпуск в печах с неконтролируемой атмосферой приводит к образованию на поверхности как бочки, так и шейки толстой окисной пленки, которую необходимо удалять. Так же при длительной выдержке снижается твердость шеек, что нежелательно. Применение при отпуске защитной атмосферы предотвращает окисление поверхности, но не предотвращает снижение твердости шеек.

Ниже приведен конкретный пример выполнения предложенного способа.

Вводится в эксплуатацию опорный валок из стали 90ХФ непрерывного широкополосного стана 2000 с исходной твердостью бочки 40 ед. по Шору (262 HV). Через 6 кампаний эксплуатации, что соответствует 0,023HV, валок вместо профилактической токарной обработки для удаления наклепанного слоя подвергают отпуску. С этой целью валок устанавливают на специальную установку, бочку валка закрывают термокожухом, в нижней части которого вдоль бочки валка установлены газовые горелки. Валок приводят во вращение со скоростью 0,1 об/мин и нагревают со скоростью 20^oC/ч до 400^oC, выдерживают 6 часов и охлаждают со скоростью 15^oC/ч. После полного охлаждения валок продолжают эксплуатировать по обычной схеме, установленной для данного уровня твердости бочки.

Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в том, что при заявленном способе эксплуатации уменьшается образование на поверхности бочки валка трещин и выкрошек.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации прокатного валка, включающий работу валка в клети и проведение промежуточной термической обработки в виде отпуска, отличающийся тем, что отпуск проводят после отработки валком (0,01 – 0,10)НV кампаний путем нагрева со скоростью не более 45^o/ч до 300 – 450^oC, выдержки при этой температуре в течение 2 – 20 ч и охлаждения со скоростью не более 45^oC/ч, где НV – твердость бочки нового валка по Виккерсу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев ведут газовыми горелками.