Данные стали применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных станов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансонов. К валковым сталям относят такие марки стали, как 90ХФ, 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Требования к стали для валков

Высокая прокаливаемость. Для обеспечения высокой закаливаемости необходимо использование таких марок стали, устойчивость переохлажденного аустенита которых в обеих областях превращения, во возможности, достаточна для развития мартенситного превращения при минимальных скоростях охлаждения, например, в масле.

Глубокая прокаливаемость. Прокаливаемость - это глубина закаленного слоя или, другими словами, глубина проникновения мартенсита. Она зависит от химического состава, размеров деталей и условий охлаждения. Легирующие элементы, а также увеличение содержания углерода (0,8%) в стали способствуют увеличению ее прокаливаемости, поэтому необходимую прокаливаемость обеспечивают за счет оптимизации химического состава стали. Для данного типа стали необходима практически сквозная прокаливаемость, так как при этом обеспечивается жесткость валка, без которой затруднительно получение высокой точности проката. Среди элементов, увеличивающих прокаливаемость - кремний и бор.

Высокая износостойкость. Необходима для безаварийной работы стана. При высокой износостойкости образование абразивных частиц износа не происходит, система подшипников работает более надежно.

Высокая контактная прочность. Контактная прочность рабочего слоя валков должна быть выше контактных напряжений, возникающих в процессе прокатки с учетом естественных нагрузок.

Минимальная склонность к деформации и короблению в процессе термической обработки и неизменность размеров в процессе эксплуатации.

Удовлетворительная обрабатываемость при мехобработке, хорошая шлифуемость и полируемость для обеспечения высокой чистоты поверхности валков и, следовательно, высокого качества поверхности прокатываемого материала.

К числу эффективных мероприятий по повышению износостойкости, являющейся наиболее важной эксплуатационной характеристикой качества валков, можно отнести повышение их поверхностной твердости и увеличение содержания углерода и хрома в валковых сталях.

Однако установлено, что повышение твердости валков и увеличение содержания углерода в стали оказывают отрицательное влияние на сопротивление выкрошиванию.

Химический состав материала стальных валков неоднозначно влияет на их служебные свойства. Так, с повышением содержания углерода возрастает износостойкость валков. Например, увеличение до 0,6 - 0,8% С повышает износостойкость металла вследствие уменьшения в его структуре малоизносостойкого феррита; дальнейшее увеличение содержания углерода в стали вызывает образование избыточных карбидов, которые, кроме повышения износостойкости валков, способствуют улучшению качества поверхности проката. Марганец в количестве 0,5...0,9 %, являясь хорошим раскислителем, способствует очищению стали от неметаллических включений и придает им сферическую форму. Одновременно он легирует феррит, повышая прочность стали. Увеличение до 1,4...2,2 % Мn благоприятно сказывается и на термической обработке валков вследствие переохлаждения стали в процессе нормализации. Содержание от 0,25...0,60 % Si способствует раскислению стали, а при увеличении его содержания до 0,8...1,2 % происходит легирование феррита, что повышает прочность металла. Легирующие элементы (Ni, Сr, Mo и др.) способствуют модифицированию, получению мелкозернистой и дисперсной структуры, упрочнению структурных составляющих стали и улучшению ее термической обработки.

Износ прокатных валков во многом зависит от их структуры и химического состава. При применении стальных валков наибольшим сопротивлением износу обладают заэвтектоидные валки; они истираются в 2...3 раза медленнее, чем равные им по твердости эвтектоидные валки. Износостойкость тем выше, чем дисперсией структура эвтектоидных валков и чем большее количество избыточных карбидов содержится в заэвтектоидных валках.

Механизм разрушения рабочей поверхности валков эвтектоидного и заэвтектоидного химического состава различен.

Валки эвтектоидного класса обладают высокой пластичностью и вязкостью. Износ их, отличаясь значительной неравномерностью, происходит в виде смещения тончайших слоев рабочей поверхности калибров. В результате этого гладкая поверхность валков нарушается, на ней появляется перемежающийся ряд углублений и выступов, постепенно увеличивающихся в объеме.

Механизм износа заэвтектоидных валков, в структуре которых содержатся избыточные карбиды, состоит в равномерном скалывании мельчайших частиц рабочей поверхности в процессе прокатки. Такие валки во время прокатки изнашиваются более равномерно и сохраняют достаточно гладкую поверхность на протяжении всего периода работы валков.

Природа разрушения рабочей поверхности чугунных валков несколько иная. Проведенные наблюдения показали, что при разрушении поверхности калибров полутвердых чугунных валков можно отметить две последовательные стадии: стадию точечной выработки (после переточки валков), когда выкрашиванию подвергаются только отдельные микроплощадки поверхности бочки валка, и стадию интенсивного разрушения всей рабочей поверхности валка.

Точечная выработка первоначально возникает в местах выхода свободного графита на поверхность валка и далее развивается по всему перлитному полю, ослабленному включениями графита.

По мере увеличения количества прокатанного металла число разрушенных микроплощадок непрерывно возрастает. Они распространяются по рабочей поверхности валка (вторая стадия износа) и охватывают целые участки, а затем и все рабочее поле калибра; тем самым ухудшается качество поверхности валков и готового проката.

К числу факторов, ускоряющих механический износ прокатных валков, следует отнести внутренние превращения в металле, наличие в кристаллической решетке слабых участков, различные дефекты и в некоторых случаях стыки кристаллов. В процессе деформации эти слабины являются зародышами микротрещин и микрощелей, которые с течением времени все больше увеличиваются в объеме. Начавшись, разрушение будет продолжаться, если продолжают действовать усилия деформации.

Резкое повышение стойкости прокатных валков может быть достигнуто путем увеличения твердости их рабочего слоя. Чем больше твердость валков и выше их стойкость, тем большее количество металла можно прокатать за период между перевалками. Износостойкость стальных валков тем выше, чем меньше в металлической основе структурно свободного феррита и больше избыточных карбидов. Чем больше суммарная поверхность карбидных включений, чем мельче зерно и карбидные частицы, тем больше твердость валков и выше их стойкость против истирания.

Износостойкость чугунных отбеленных валков зависит от количества неметаллических включений в рабочем слое валков с перлито-графитной и перлито-цементито-графитной структурой, от количества и формы графитных включений, степени дисперсности металлической основы и количества избыточных карбидов.

Высокие эксплуатационные качества присущи валкам, в которых графитные включения шаровидной формы. Высокая износостойкость таких валков объясняется формой графита, который в процессе работы выкрашивается с минимальным нарушением металлической основы. При этом сама основа благодаря большой стойкости тоже выкрашивается меньше.

Износостойкость чугуна с графитом шаровидной формы больше, чем стали с повышенной поверхностной твердостью. При изменении пластинчатой формы графита на шаровидную стойкость прокатных валков из серого чугуна повышается на 30...40 %, так как уменьшается разгар и износ калибров.

Высокими служебными свойствами характеризуются валки, отлитые в профилированные формы. Твердость таких валков высокая (380...440 НВ на бурте), они отличаются повышенной износостойкостью (в 2...3 раза больше обычной) не только у поверхности бочки, но и в глубине вреза в валок.

Перспективно применение валков из чугуна с низким содержанием фосфора, выполненных из магниевого, особенно низколегированного чугуна.

Валки из низкофосфористого чугуна характеризуются более высокими механическими свойствами (прочностью, удлинением, ударной вязкостью, стойкостью) по сравнению с валками из обычного чугуна. Они на 30...50% прочнее обычных, причем их стойкость почти в 3 раза выше. Увеличение стойкости против износа, выкрашивания и поломок достигается за счет уменьшения фосфора, количество которого равно 0,06...0,10 %. При пониженном содержании фосфора в микроструктуре валков почти отсутствуют фосфиды (хрупкие составляющие структуры валкового чугуна), содержится большое количество феррита в серой зоне.

Отсутствие в микроструктуре валков хрупких составляющих, образующихся в чугуне, содержащем более 0,10 % фосфора, способствует повышению прочности сердцевины, увеличению вязкости и износостойкости отбеленного рабочего слоя.

Недостатком валков из низкофосфористого чугуна является пониженная твердость отбеленной и серой зон. Снижение фосфора (без специальных мер) на 0,1 % приводит к уменьшению твердости рабочей поверхности валков на 8...10 единиц по Бринеллю.

Прогрессивным средством увеличения стойкости прокатных валков против износа и поломок является легирование металла. Замечено, что в чугуне положительное влияние легирующих элементов на износ часто превосходит их влияние на механические свойства. Легирующие элементы способствуют измельчению зерна, изменяют форму графита, структуру металлической Прогрессивным средством увеличения стойкости прокатных валков против износа и поломок является легирование металла. Замечено, что в чугуне положительное влияние легирующих элементов на износ часто превосходит их влияние на механические свойства. Легирующие элементы способствуют измельчению зерна, изменяют форму графита, структуру металлической основы, состав и строение карбидов, повышают эффективность термической обработки, сообщают валкам повышенную прочность, твердость и стойкость. Повышению твердости поверхности способствует легирование чугуна хромом, ванадием, молибденом, никелем и бором.

Технология производства

Прокатные валки, наряду с шарикоподшипниками, рельсами и железнодорожными колесами относят к изделиям с контактной поверхностью. Для такого рода продукции очень важно отсутствие в поверхностном и подповерхностном слоях твердых недеформируемых включений. При оказании давления на такие включения они разрушаются, выкрашиваются и тем самым формируют очаг зарождения трещины, приводящей в итоге к разрушению изделия. К подобным нежелательным включениям относятся, прежде всего, включения Al 2 O 3 , CaO и MgO. Силикаты (оксиды на основе SiO 2) отличаются повышенной пластичностью по сравнению с названными ранее типами включений и поэтому они более приемлемы в такого рода изделиях. Именно поэтому ранее сталь для валков выплавляли в кислых печах (мартеновских и дуговых); стойкость валков в этом случае была существенно выше, чем у валков из стали, выплавленной в основных печах. Это обусловлено именно изменением состава включений при переходе от основной футеровке к кислой.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Украины

Запорожский национальный техничный университет

Технология производства валков

Выполнил ст.гр. Мз 811

Антипов Д.В/

Проверил Матюхин А.Ю.

Запорожье 2015

Изготовление прокатных валков

Валки прокатных станов по сравнению с другими деталями работают в неблагоприятных условиях, так как они воспринимают большие знакопеременные изгибающие усилия и тепловые нагрузки. Поверхность валка, работающая при прокатке металла на истирание, должна обладать высокой твердостью и износостойкостью, т. е. материал валков должен быть одновременно вязким в сердцевине и достаточно твердым на рабочей поверхности бочки (не менее 90 ед. по Шору), а глубина закаленного слоя должна составлять не менее 3% от величины радиуса валка. Поковки валков холодной прокатки изготовляются способом свободной ковки на гидравлических прессах; в качестве заготовок используют крупные слитки массой 40...90 т. Перед окончательным получением заготовки валка слиток или часть его предварительно проковывается. Основная цель ковки заключается в обеспечении проработки литой структуры металла слитка, полном разрушении карбидной сетки и измельчении зерна, достижении наиболее выгодного расположения волокон в поковке и получении необходимых механических свойств металла в поперечном, продольном направлениях и по сечению поковки. Из двух существующих схем ковки: «круг -- круг» и «круг -- квадрат -- круг» более предпочтительной является последняя, так как с ее помощью обеспечивается получение более качественной структуры металла поковки, достигается лучшая прорабатываем ость слоев сердцевины и завариваемость макро- и микронесплошностей металла, что определяется его металлургическими свойствами. Поковки крупных валков массой более 3 т следует изготовлять с двумя осадками слитков. Правильный выбор степени деформации при осадке слитков обеспечивает улучшение качества поковок и повышение прочности и износостойкости валков. Технологическая схема ковки валков предусматривает биллетировку слитка, осадку, предварительную протяжку, а также ковку на окончательные размеры.

Особое место в технологии изготовления валков холодной прокатки занимает термическая обработка, с помощью которой обеспечивается получение необходимых свойств матер иала валка.

В качестве предварительной термообработки при изготовлении валков используют изотермический отжиг, сущность которого заключается в перекристаллизации стали при температуре 950...960 .° С, последующем охлаждении в печи до 300...350.° С, изотермической выдержке при температуре 700...710СС и медленном охлаждении. Предварительная термообработка производится после обдирки поковки валка с припуском 8...12 мм и глубокого сверления центрального отверстия. Для подготовки структуры под поверхностную закалку применяется нормализация с отпуском: нормализация производится при температурах 850...870.°С с последующим охлаждением валков на воздухе и нагревом под отпуск до 600,..620.° С; отпуск обеспечивает получение требуемой твердости на шейках валков в пределах 35...55 ед. по Шору. Закалка валков осуществляется путем нагрева током промышленной 50 Гц или высокой частоты 1000 Гц, а также с помощью газопламенного нагрева. Износостойкость и долговечность работы валков в значительной степени зависят от величины и распределения остаточных напряжений, возникающих при термообработке. Рабочие валки тяжелонагруженных станов холодной прокатки нуждаются в закалке с предварительным подогревом по всему сечению валка до температуры 600...650.°С или с предварительным подогревом поверхности валка до 800...820.° С с помощью тока промышленной частоты. Дополнительное охлаждение должно осуществляться через поверхность осевого отверстия валка, в результате чего получается наиболее рациональное распределение остаточных напряжений по сечению валка.

Малонагруженные валки холодной прокатки закаливают с подогревом внутренних слоев до 500...550 . С; это снижает уровень растягивающих напряжений на поверхности валка и не вызывает образования больших напряжений растяжения во внутренних слоях.

Крупные валки, работающие в легких условиях эксплуатации, можно закаливать с подогревом центральной зоны бочки до 300...400 .° С без дополнительного внутреннего охлаждения. После закалки током промышленной частоты при температуре 900...910.°С и последующего отпуска при 400...520. С достигается твердость рабочей поверхности валка в пределах 45...90 ед. по Шору (в зависимости от технических требований на изготовление валка). Термическая обработка, результатом которой является сочетание высокой вязкости металла в сердцевине с высокой твердостью поверхности валка, повышает долговечность работы валков прокатных станов. Последовательность обработки валка состоит из следующих этапов: черновая обработка поверхности валка под изотермический отжиг и нормализация с припуском 8...12 мм; глубокое сверление центрального канала и растачивание камеры; изотермический отжиг и нормализация; обработка под закалку поверхности бочки с припуском 0,5...1,5 мм и шеек с припуском 5...6 мм; обработка всех мелких поверхностей; закалка токами промышленной частоты с отпуском; обработка закаленных валков под второй отпуск; второй отпуск для снятия напряжений; окончательная механическая обработка. Обработка крупных валков начинается с разметки осевых линий и центров. После центрования отверстий валок устанавливается на токарном станке, где обрабатываются шейки под люнеты и базовые поверхности установки на станке для глубокого сверления; торцы валка намечаются с припуском 5...6 мм; концы заготовки отрезаются по намеченным надрезам. Центральное отверстие обрабатывается сверлом для глубокого сверления с последующим растачиванием камеры. В процессе глубокого сверления возникают значительные технологические трудности, связанные со сверлением консольным инструментом, имеющим значительный вылет, трудностью получения прямолинейной оси и цилиндрической формы отверстия, ухудшением теплоотвода и охлаждения инструмента. Для глубокого сверления применяются перовые, пушечные, двух - и четырех-кромочные и кольцевые сверла; последние используют при сверлении отверстий диаметром свыше 70 мм.

Четырех кромочные сверла с напайными твердосплавными пластинками для сверления глубоких отверстий диаметром до 70 мм. Двухперое четырехкромочное сверло при сверлении валков длиной до 7500 мм дает увод отверстия 10...15 мм; четырехкромочное сверло с центральной выточкой позволяет уменьшить увод до 1...1.5 мм на той же длине сверления. При сверлении глубоких отверстий диаметром более 70 мм применяют кольцевые сверла. С помощью режущих пластинок сверла, закрепленных в корпусе, выбирают кольцевую канавку в обрабатываемой заготовке. Прочность шеек вала зависит от диаметра осевого отверстия, поэтому в полости бочки растачивается камера с плавными переходами от осевого отверстия. Растачивание ведется при работе борштанги на сжатие или на растяжение. Производительность расточки повышается при работе борштанги на сжатие. После изотермического отжига и нормализации валок обрабатывают под закалку; устанавливают в отверстие временные пробки и на токарном станке протачивают на шейках две выточки под люнеты, пробки удаляют. Поверхность валка не должна иметь острых кромок и рисок, переход от одной поверхности к другой должен выполняться плавно, через галтели. Перед закалкой следует обрабатывать различные мелкие поверхности. Трефы обрабатываются на специальных трефофрезерных станках в размер. На продольно-фрезерных станках фрезеруются шпоночные пазы или квадраты с припуском на сторону 2 мм; радиальные отверстия сверлятся в размер. После закалки валок устанавливают в патроне и люнете с точностью до 0,25 мм, используя бочку как базовую поверхность, после чего растачивают отверстия под центровые пробки. Пробки после охлаждения в жидком азоте запрессовывают в отверстие. Деталь устанавливают в центрах и протачивают бочку до устранения биения. Для повышения производительности при обработке закаленных валков используют точение резцами с широкими лезвиями, оснащенными минералокерамиче скими пластинками из сплава ВЗ.

Задний угол резца с широким лезвием--6е, передний угол -- (--6а), угол наклона режущей кромки -- 13°, ширина фаски режущей кромки --0,5 мм. Валки площадью до 26 м обрабатывают резцами с такими геометрическими параметрами. Шероховатость поверхности при этом не превышает Ra = 1,25 мкм. При шлифовании валок устанавливается в центрах, поверхность бочки шлифуется до снятия следов токарной обработки. При этом необходимо поддерживать правильный режим охлаждения и правки круга во избежание появления прижогов, которые снижают поверхностную твердость валков и способствуют появлению микротрещин. Затем проводится окончательная обработка мелких поверхностей -- пазов, трефов, шлицев н. т. п. После второго отпуска выполняют чистовое шлифование поверхности бочки и окончательную обработку шеек валков. Заправку галтелей после шлифования производят твердосплавными радиусными резцами на токарном станке. В качестве материала для изготовления валков горячей прокатки используют легированные стали, а также чугун с отбеленной поверхностью. Валок для горячей прокатки. Валок изготовляется из стали 55Х, масса детали 20 890 кг, масса заготовки 26 000 кг. Технологический процесс обработки валка для горячей прокатки аналогичен процессу обработки валков для холодной прокатки, но несколько проще, Обработка валка делится на три стадии: черновую обработку заготовки, термическую и чистовую обработки. На заготовку наносят осевые линии и центры, а затем проверяются величина и расположение припусков на обработку. Целью токарной черновой операции является снятие основной массы металла припуска с поверхности валка и с торцов, а также подготовка валка к термической обработке.

При этом надрезается прибыль, которая удаляется на слесарной операции; здесь же проверяется твердость бочки и шеек валка, а также размечается лопатка под черновую обработку. Деталь передается на термическую обработку, которая производится с целью улучшения структуры, устранения внутренних напряжений и получения твердости.

После термообработки исправляются центровые гнезда детали, и производится чистовая токарная обработка, которая должна обеспечить точность и концентричность всех цилиндрических поверхностей, перпендикулярность к ним торцов детали и требуемую шероховатость поверхности. Перед шлифованием или упрочняющим обкатыванием роликом предварительно протачивают шейки валка. Обкатка шеек валков производится на тяжелых токарных станках специальными рычажными или гидравлическими устройствами. На токарном станке за счет натяжения суппорта винтом поперечной подач» нельзя получить силу обкатки выше 3000 ДаН.

Гидравлическое обкатное устройство для обработки валов большого диаметра. Усилие обкатки (до 6000 ДаН) создается автономным гидравлическим цилиндром установленным в корпусе; оно передается на поверхность детали через тарельчатые пружины, снижающие жесткость системы. Недопустимые перекосы цилиндрических роликов во время обкатки устраняются за счет их самоустановки; для этого головка, несущая рабочий ролик диаметром 32 мм, свободно поворачивается на цапфах вокруг оси, перпендикулярной к линии контакта ролика с деталью. Под действием момента, возникающего при перекосах, ролик поворачивается до восстановления равномерного контакта с деталью по всей длине образующей. После разметки трефы обрабатывают начерно, а затем начисто на расточном станке. При изготовлении валков из отбеленного чугуна твердость на поверхности бочки составляет НВ 500...650, что способствует увеличению их стойкости. При механической обработке отбеленных чугунных валков трудно обеспечить требуемую производительность процесса. Значительного увеличения производительности при изготовлении валков из отбеленного чугуна можно добиться, применяя шлифование только для снятия литейной корки, а лезвийную обработку использовать в качестве основной обдирочной операции. Для увеличения стойкости резцов из сплавов ВК применяют резание при вводе в зону обработки низкого напряжения, а также резание с предварительным подогревом поверхности заготовки. Прокатные валки. Валки для прокатных станов

ковка заготовка сортовый листовой

Общее описание прокатных валков

Главная операция в процессе прокатки осуществляется валками стана, состоит в деформации металла. Она достигается обжатием материала, при чем достигаются определенные размеры и поперечный профиль. Валки при вращении берут на себя усилие, имеющее место в процессе работы прокатной линии, и передающееся на составные элементы прокатной клети стана.

См. рис.1. со схематичным отображением прокатного стана.

Рис. 1 - Прокатный стан в схематичном отображении: 1- валки в клети; 2- основание; 3- треф; 4- шпиндель; 5- клеть стана; 6- клеть шестерни; 7- муфта; 8- редуктор; 9- эл. двигатель

Рисунок 2 (а и б)

Составные компоненты валка. Характеристики параметры валков

Тремя главными компонентами валка прокатной клети являются (см. рис. 2а):

· бочка валка (O D и длина L); она контактирует в процессе прокатки непосредственно с подвергаемым деформации металлом;

· опорная часть или шейки (O dш и длина lш); они находятся с одной и другой сторонам бочки, опираясь на подшипники валка;

· приводной конец валка.

Характеризующими параметрами валков сортового стана являются: рабочий диаметр (Dб), диаметр буртов и номинальный диаметр (Dp). Если валок предназначен для вращения посредством универсального шпинделя, то приводной конец валка изготавливается в форме лопасти плоской конструкции или в виде цилиндра (чтобы насадит на него втулку с лопастью). Если же валок предназначен для вращения посредством трефа, то приводной конец имеет вид крестовины, выполняющей функцию соединения валка со шпинделем (соединение идет через промежуточную муфту трефа).

Листовые и сортовые валки. Гладкие валки

Среди прокатных валков имеются листовые и сортовые. Листовые осуществляют процессы листопрокатки, прокатки полос, ленты. Эти валки ещё называют гладкими, бочка у них в форме цилиндра. Сортовые прокатные валки применяют для прокатывания фасонного материала, имеющего сечение круглое и квадратное, прокатки рельсов, балок двутавровых).

При шлифовке бочки валка в вальцешлифовальной мастерской (для горячей прокатки тонколистового материала) ей придают вогнутый профиль. Металл при прокатке разогревается, разогревается и центральная часть валков. Бочка их становится при разогреве цилиндрической. И при прокатке получают равномерную толщину по всей ширине обрабатываемого материала. Для холодной же прокатки тонколистового проката бочку валков шлифуют несколько выпуклой.

Во время прокатки средняя часть валков сильно изгибается в сравнении с кромками валков, образующая валка также становится цилиндрической.

Прокатываемый материал приобретает правильные размеры в своей геометрии по всей ширине. НА сортовых валках прокатных линий, предназначенных для сортового материала, прокатывают заготовки и сортовой профильный подкат. На бочке у таких валков имеются так называемые рифы (углубления). Они как бы повторяют профиль прокатываемого металла. У этих углублений есть определение, их называют "ручьи". Ручьи двух валков с промежутками между ними называют калибрами). Сами валки определяют как ручьевые (калиброванные). См. калиброванные валки на рис. 2 б.

Длина бочки листового валка на стане листового проката определяется, прежде всего, максимальным значением ширины прокатываемого материала (листа, полосы).

Длина бочки сортового валка, на котором прокатывают материал на обжимных и сортовых линиях прокатки, зависит от условий калибровки, от ширины раскатываемого материала.

Важным соотношением валков прокатной линии является отношение длины бочки L к ее O D. При выборе рациональных отношений L/D стремятся к получению высокой прочности валков при их минимальной упругой деформации.

Для различных станов прокатки установлены следующие отношения длины бочки и диаметра (L/D):

· станы обжимные 2,2--2,7;

· сортовые станы прокатки 1,6--2,5;

· толстолистовые станы прокатки 2,0--2,8;

· четырехвалковые станы: а) 3--5 (для РВ); б) 0,9--2,5 (для ОВ).

Длину шейки валка обычно выбирают равной диаметру валка. Диаметры шеек валков с подшипниками качения и скольжения (закрытый тип) принимают с учетом конструкции. А для валков в первом случае, с подшипниками качения, диаметр определяют, учитывая размеры самих подшипников. Когда размеры валков будут согласованы и приняты, окончательные размеры необходимо будет согласовать с персоналом фирмы ENCE GmbH. Необходимо провести проверочные и дополнительные расчетов прочности валков, способности к деформации.

Валки обжимных и сортовых линий прокатки

Валки обжимных и сортовых линий прокатки можно рассматривать по назначению, материалу, твердости и изменению (спаду) твердости, исходя из поперечного сечения валка. ПО назначению сортовые валки можно подразделить на:

1) валки тяжелых обжимных станов, как блюмингов, слябингов, заготовочных станов;

2) рельсобалочных и крупносортных станов;

3) линий для прокатки среднесортового проката;

4) прокатных линий для мелкосортового проката;

5) проволочных станов;

6) штрипсовых станов.

Основной характеристикой сортовых валков являются номинальный (средний) O D и длина бочки L. Если стан многоклетьевой с валками различных диаметров, то определяющим является номинальный O валков чистовой клети. ПО материалу сортовые валки могут быть стальные (кованые, литые) и чугунные.

Изготовление заготовок для валков

В настоящее время изготовление заготовок для валков осуществляется методом вертикального литья, центробежным литьем заготовок или методом ковки первоначального слитка. Метод вертикального литья заготовок является наиболее дешевым, но при этом металл валка имеет менее плотную структуру и соответственно меньше срок его эксплуатации.

Современные способы получения валков. Центробежное литье

Одним из современных способов получения литых валков является способ центробежного литья. Данный метод более дорогой, но позволяет максимально уплотнить структуру металла ближе к наружной поверхности, которая является рабочей и обеспечивает более долгий срок службы валка. Для этого используют машину с горизонтальной осью вращения формы для центробежного литья. Машина содержит форму, установленную на опорные ролики. Два приводных ролика с двигателями размещены в одной плоскости переднего ряда. Это обеспечивает синхронизацию их вращения. Верхний страховочный ролик установлен с зазором относительно ободов катания формы. Все ролики одного ряда установлены в одной опорной раме, что исключает непараллельность осей вращения роликов и формы. Между ободами роликов и ступицей установлены демпфирующие прокладки, поглощающие вибрацию. Опорная рама отделена от кожуха и передает вибрацию только на несущую раму, влитую в бетонный фундамент. За счет уменьшения вибрации и рыскания формы исключается брак отливок, например прокатных валков из металлов и сплавов. Центробежное литье валков выполняют из высоколегированного чугуна. В литейную форму, вращающуюся вокруг вертикальной оси, заливают металл рабочего слоя в объеме 0,95±0,05 объема рабочего слоя валка.

Изготовление валков методом ковки

Наиболее дорогой способ изготовления валков методом ковки литой заготовки, который позволяет упрочнить метал во всем объеме тела валка, что существенно повышает надежность детали и увеличивает долговечность. Валки, изготавливаемые из стали, особенно кованые, высокопрочные.

Ковка производится на автоматизированных ковочных комплексах 31,5МН, 60МН, 150МН с применением передовых технологий. Такие валки широко применяют, прежде всего, на тяжелых обжимных станах, как блюминги, слябинги, заготовочных станах, на черновых клетях сортовых станов. Валки из стали имеют при соприкосновении с прокатываемым материалом повышенный коэффициент трения. Это положительно сказывается на применении в клетях, где осуществляются высокие обжатия. Ковка цельных опорных валков ничем не отличается от ковки рабочих валков и состоит из следующих операций: биллетировки слитка, осадки, протяжки и ковки на размер поковки. После ковки валки подвергаются сложной термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с отпуском. У чугунных валков прочность не такая высокая, однако, они обладают высокой износостойкостью. Их монтируют, как правило, в предчистовые и чистовые клети, иногда и в промежуточных клетях прокатных линий. Валки для многих сортовых станов отливают в специальных формах из металла, отливают с черновыми калибрами, которые по форме должны напоминать конфигурацию ручьев будущих калибров. Такие валки целесообразно отливать из чугуна, тогда весь ручей будет иметь определенную толщину отбеленного слоя. В случае вреза ручья в бочку валка снимается наиболее износостойкий слой высокотвердого материала валка. Материальное исполнение валков

Таблица Валки обжимных и сортовых станов изготавливаются из различного сортамента сталей при учете их назначения

В прокатные цехи валки поставляются после термического отделения. Механические характеристики и твердость валков регламентированы. Например, валки

· из сорта стали 9ХФ должны иметь твёрдость HB241-285;

· из углеродистой стали 55--НВ215 - 255;

· валки из сорта стали 9Х2МФ -- HВ 352 -429.

Сортовые линии горячей прокатки оснащают, как правило, валками из различного сортамента чугуна.

Для прокатных агрегатов мелкосотового и среднесортового проката валки предусматривают из чугуна СПХН-60 (химсостав с % - им содержанием элементов: С - 3,9; Si - 0,7; Мn-0,8; Р-0,5; Сr-0,16; Ni- 0,4--1,0; Мо- 0,6--1,2). Твердость их по Шору выбирают 60--70.

Материал прокатных валков очень важен для получения высококачественного проката, заданных значений обжатий материала и высокой стойкости валков. Материал для валков определяют специфично, учитывая действительные условия функционирования. Для обжимных и черновых клетей выбирают стальные валки (литые, кованные), для промежуточных групп клетей -- из полутвердого чугуна. Чистовые клети оснащают валками из полутвердого или закаленного чугуна.

На новых прокатных агрегатах для сортового проката, характеризующихся высоким темпом скорости прокатки, для получения прецизионного проката с заданными допусками и качеством поверхности применяют высокопрочные прокатные валки с повышенными показателями по износостойкости. Их изготавливают из заэвтектоидной стали, которые заменяют стальные кованые и литые чугунные валки.

Применение валков. Стойкость к износу и твердость валков

Следует отметить, что кованые валки на металлургических сортовых агрегатах горячей прокатки используют мало. Применяют литые валки в основном из заэвтектоидных (так называемых адамитовых) марок стали. Стальные литые валки применяют иногда даже на тяжелых обжимных станах, как блюминги, слябинги.

При использовании вновь разработанных технологических смазочных средств в процессе прокатки эффективно повышается стойкость прокатных валков. Стойкость к износу у валков в 1,5--2 раза при такой смазке выше.

По качеству материала валки бывают из

· мягких,

· полутвердых,

· твердых и

· сверхтвердых сортов.

Мягкие валки с твердостью ниже НВ 270. Их применяют на обжимных станах, в обжимных клетях, иногда в черновых клетях сортовых прокатных линий. Их изготавливают из кованой и литой стали. Для повышения стойкости рабочие поверхности мягких валков обычно подвергают наплавке высокопрочными материалами (3X2BS, 18ГСЛ и др.). Для черновых клетей при небольших нагрузках мягкие валки могут быть изготовлены чугунными с перлито-графитным рабочим слоем. Полутвердые валки, твердость которых НВ 270-420. Их применяют в чистовых, предчистовых и черновых клетях линий сортового проката. Это основной тип валков для рельсобалочных и крупносортных прокатных линий. Кроме того, полутвердые валки применяют довольно широко в среднесортных и черновых клетях прокатных линий мелкосортного и проволочного проката. Их изготавливают из половинчатого чугуна, а также из заэвтектоидной стали. Твердые валки (твердостью НВ 420-600) применяют на чистовых и черновых клетях проволочных, мелкосортных станов. Изготовляются они из отбеленного чугуна. Делают их однослойными и двухслойными.

Сверхтвердые валки (твердостью по Шору более 100 единиц) изготовляют из металлокерамических сплавов. Основа - карбид вольфрам. С такой основой валки долго стоят в чистовых клетях проволочных станов. Стойкость валков с такой основой в несколько десятков раз выше стойкости валков из чугуна (отбеленного).

В процессе прокатки калибры сортовых прокатных валков изнашиваются. При выработке (износе) калибров валков нарушается рассчитанный для прокатки режим обжатия, а, следовательно, страдает качество поверхности проката. Поэтому выработанные валки подвергают переточке на вальцешлифовальных станках. Число переточек сортовых валков зависит от типа стана, качества валков, условий режимов эксплуатации и колеблется пределах (от 3-4 до 8-9 раз и более). В результате многократных перешлифовок валков их исходный (максимальный) диаметр Dmax становится меньше.

Валки к листовому стану горячей прокатки

При прокатывании листов создаются большие усилия, значительные термические воздействия на валки. Поэтому для таких условий прокатывания и требования к качеству прокатных валков выше:

· по механическим свойствам;

· структуре;

· стойкости к износам;

· качеству поверхности и

· твердости.

Чем выше стойкость валков, тем меньше простоев при перевалке валков. Производительность, следовательно, выше. Меньше расход валков, значит, лучше технико-экономические характеристики производства.

Широкий сортамент листов (относительно толщины и ширины), огромное число листовых станов, отличающихся по расположению, числу и исполнению рабочих клетей, предопределяют большое число размеров валков, жесткие требования к их качеству. На основании выше названных характеристик, прокатные валки для листовых станов изготовляют стальными или чугунными.

Рабочие валки изготовляют цельноковаными или литыми, а опорные - и цельноковаными (литыми), и составными (с кованым или литым бандажом, кованой осью).

Для каждого сорта стали и валков каждого размера стандартом предусмотрены соответствующие виды термообработки. Валки из чугуна для линий горячекатаных полос и листов изготовляют литыми:

· из чугуна нелегированного с пластинчатым графитом;

· из легированного с шаровидным графитом и

· из легированного с пластинчатым графитом.

Твердость поверхности бочек валков, глубина слоя (рабочего) из отбеленного чугуна, хим. состав являются главными показателями качества чугунных валков, определяющими эксплуатационную стойкость валков в работе. Эти требования при учете условий режимов эксплуатации, сортамента и нагрузок на валки оговариваются специальными стандартами качества или техническими условиями фирмы ENCE GmbH.

Валки к линиям холодной прокатки листового проката

Валки для линий листовой холодной прокатки по их использованию делят на: рабочие и опорные. См. рис. 3 и 4.Диаметр валка подбирают на основе расчетов, выполненных при учете сортамента (его толщины), условий работы, механических свойств проката, максимальных усилий, обжатий, конструкции линии. Длина бочки РВ зависит от ширины полосы, листа, ленты.

Приводными валками обычно делают РВ. В клетях, где отношение длины бочки к O валка = или > 5:1, и прокатывается очень тонкая лента из легированной стали, на многовалковых агрегатах приводными выполняются ОВ (опорные валки). У валков с подшипниками качения, шейки изготовляют ступенчатыми. На станах, где используются подшипники скольжения, шейки валков, как правило, гладкие. Для редуцирования давления на подшипники, повышения прочности валковых шеек, работающих на ПЖТ, шейки имеют макс. O, а места переходов от шеек к бочке закругляются.

Рис. 3. Рабочий валок

Рис. 4 Рабочий и цельнокованый опорный (б) валки четырехвалковой клети 1700

В РВ (при O бочки >160 мм) делают сквозные пазы по оси, так называемые осевые каналы. В валках больших размеров эти каналы в области бочки переходят в более широкие камеры. Камеры имеют O, превышающий в значительной степени O входных отверстий. Осевые каналы способствуют охлаждению центра валка в момент его закалки. Такое дополнительное охлаждение РВ в процессе функционирования линии создаёт стабильный термальный режим, повышая, таким образом, стойкость валка. Опорные валки могут быть цельноковаными (как на рис. 3 и 4), литыми, бандажированными. К качеству подготовки ОВ предъявляются особо жесткие требования. Возникающее при работе биение бочки ОВ относительно шеек ведёт к разнотолщинности прокатываемой полосы. Макс. допустимое биение бочки валка O1500 мм будет равно 0,03 мм. Для агрегатов холодной прокатки валки предусматривают из высококачественных сталей, в составе которых небольшое содержание вредных компонентов S и P. Наряду с механич. свойствами после термообработки стали оценивают по технологическим характеристикам -- закаливаемости, склонности к перегреву, чувствительности к деформации при закалке, обрабатываемости, шлифуемости и др. Важнейшими признаками для сталей, идущих на производство валков, считаются твердость и прокаливаемость. Твердость стали марки 9Х в закаленном состоянии достигает 100 ед. по Шору. РВ многовалковых прокатных линий производят из сталей 9Х и 9Х2. За границей для этого служат инструментальные, среднелегированные и быстрорежущие стали. Твёрдость рабочей поверхности в состоянии после термообработки достигает HRC 61-66.В последних технологиях все чаще упоминаются РВ, изготовленные из металлокерамических твердых сплавов (основу их образует карбид вольфрам). Изготовление валков из твердых сплавов основано, как правило, на горячем прессовании или спекании пластифицированных заготовок. Количество кобальтового порошка принимается, равным 8-15 % (остальной компонент - карбид вольфрам). Твёрдосплавные валки, по сравнению с валками из легированных марок стали, более износостойкие. Их стойкость к износам в 30--50 раз выше. При прокатке ими может быть получена макс. шероховатость на поверхности прокатываемого материала. Их изготавливают цельными и составными.

В качестве РВ многовалковых прокатных линий, как правило, применяют цельные металлокерамические валки.

При проектировании твёрдосплавных валков учитывают определенные соотношения O шейки к O бочки (? 0,6) и O длины бочки (? 4).Основным недостатком металлокерамических валков является повышенная хрупкость, что исключает возможность эксплуатации их при толчках, ударах, больших прогибах. При завалке их в клеть необходимо полностью устранить перекосы, влияющие на качество прокатываемого материала. ОВ для линий холодной прокатки обычно изготовлены из сталей марок 9X2, 9XФ, 75ХМ, 65XНМ. В последнее время сталь марки 75ХМ для цельнокованых ОВ наиболее широко применяется. Марки сталей 40ХНМА, 55Х, 50ХГ и стали 70 идут на изготовление осей составных (бандажированных) ОВ (малых и средних). Для изготовления осей крупных ОВ тяжелонагруженных станов применяют стали марок 45XHВ и 45XHМ. Стали 9Х, 9ХФ, 75ХН, 9X2, 9Х2Ф и 9Х2В используются для изготовления бандажей составных ОВ. Твёрдость поверхности бандажа после конечной термообработки 60--85 ед. по Шору. Целесообразно применение литых ОВ, они дешевле кованых, обладают значительно большей износостойкостью. Крупные литые опорные валки изготавливают из хромоникельмолибденовых и хромомарганцево-молибденовых сталей. Например, изготовляют ОВ из стали типа 65ХНМЛ. Они после термообработки имеют твёрдость 45--60 ед. по Шору. ОВ многовалковых станов изготавливают из инструментальной стали. В ней содержится 1,5.% С и 12 % Сг. Твёрдость их после термообработки HRC 56-- 62.

Контроль качества

При роизводстве валков особое внимание уделяется контролю качества на стадии литья материала и качества готового изделия, в том числе осуществляется контроль:

· Химического состава исходного материала

· Анализ структуры материала валка

· Анализ геометрических размеров и центричности

· Контроль твердости рабочей поверхности

· Контроль шероховатости рабочей поверхности

· Структура металла в поверхностном слое

Упаковка валков

Не менее важным для заказчика является качественная упаковка валков для транспортировки готовых изделий от производителя к конечному заказчику. Отсутствие надежного крепления валков и хорошей защиты рабочей и посадочной поверхностей может свести на нет все усилия производителя валков по качественному изготовлению.

Валки горячей прокатки для черновой и промежуточной клетей стана

Структура: легированный хромом, никелем, молибденом перлитный-карбидный чугун с шаровидным графитом;

Глубина поверхностной закалки 120 мм;

Твердость бочки валка 58-64 HSC

Таблица Химический состав предлагаемых валков для промежуточных клетей

Структура: легированный хромом, никелем, молибденом перлитный-карбидный чугун с шаровидным графитом

Глубина поверхностной закалки 85 мм

Твердость бочки валка 67-72 HSC

Твердость шейки валки 45-47 HSC

Валки горячей прокатки из стали

Таблица Химический состав предлагаемых валков для черновых клетей

Структура: адамит

Твердость валка 58-64 HSC

Таблица Химический состав предлагаемых валков для промежуточных клети

Структура: высокоуглеродистая сталь упрочненная карбидами хрома и молибдена

Глубина поверхностной закалки: изменение твердости валка нет

Твердость валка 67-72 HSC

Размещено на Allbest.ur

Подобные документы

Описание непрерывного стана 1200 холодной прокатки Магнитогорского металлургического комбината им. В.И. Ленина. Оборудование и технология прокатки. Выбор режимов обжатий и расчет параметров, рекомендации по совершенствованию технологии прокатки.

курсовая работа , добавлен 27.04.2011


Выбор стали для заготовки, способа прокатки, основного и вспомогательного оборудования, подъемно-транспортных средств. Технология прокатки и нагрева заготовок перед ней. Расчет калибровки валков для прокатки круглой стали для напильников и рашпилей.

курсовая работа , добавлен 13.04.2012


Проект автоматизации регулирования скорости электропривода стана горячей прокатки. Расчёт мощности главного привода; определение параметров системы подчинённого регулирования. Настройка контура тока возбуждения; исследование динамических характеристик.

курсовая работа , добавлен 19.02.2013


Понятие и структура валков холодной прокатки, их назначение и предъявляемые требования. Критерии выбора ковочного оборудования и исходного слитка. Характеристика оборудования участков цеха. Производство валков холодной прокатки на "Ормето-Юумз".

курсовая работа , добавлен 04.05.2010


Организационная структура ремонтной службы. Трудоемкость капитального и текущего ремонтов стана горячей прокатки "2000". Баланс времени рабочего оборудования. Планирование и сетевой график ремонта агрегата. Организация заработной платы на ОАО "НЛМК".

курсовая работа , добавлен 19.04.2012


Анализ производства на РУП "Белорусский металлургический завод". Краткая характеристика участка горячей прокатки труб. Технология производства литой заготовки. Описание технологического процесса прокатки бесшовной трубы на редукционно-растяжном стане.

отчет по практике , добавлен 12.05.2012


Специфика управления на предприятиях черной металлургии с полным циклом производства. Функции и структура автоматизированных систем управления стана 630 холодной прокатки. Устройство и принципы работы локальной системы автоматического управления САРТиН.

контрольная работа , добавлен 17.01.2010


Технология получения шаров в винтовых калибрах. Требования к выпускаемым мелющим шарам на базе ПФ ТОО "Кастинг". Монтаж и смазка оборудования стана горячей прокатки. Дефекты при нагреве круглых заготовок и их предупреждение. Расчет такелажной оснастки.

дипломная работа , добавлен 27.04.2014


Разработка проекта реверсивного одноклетевого стана холодной прокатки производительностью 500 тыс. тонн в год в условиях ЧерМК ОАО "Северсталь" с целью производства холоднокатанной полосы из низкоуглеродистой и высокопрочной низколегированной сталей.

дипломная работа , добавлен 26.10.2014


Описание выбора цеха холодной прокатки, прокатного стана и разработка технологического процесса для производства листа шириной 1400мм и толщиной 0,35мм из стали 08кп производительностью 800 тысяч тонн в год (Новолипецкий металлургический комбинат).

Общие требованиями к сталям для валков горячей прокатки основываются на разогреве поверхностного слоя валка деформируемым металлом, при этом поверхностный слой расширяется сильнее, чем внутренний, более холодный. Это приводит к появлению больших напряжений – сжимающих на поверхности и растягивающих в глубинных слоях. В момент завершения контакта поверхности валка с деформируемым металлом происходит быстрое охлаждение поверхностного объема и образуются напряжения сжатия. В результате чего возникают напряжения противоположного знака. Многократный, циклический быстрый нагрев поверхностного слоя с последующим быстрым охлаждением приводит к образованию сетки трещин (разгар).

Исследования показали, что в установившемся режиме прокатки поверхность нагревается до 750–800 °С, в то время как на глубине 3–4 мм она не превышает 100 °С. Термические и структурные напряжения, возникающие на поверхности валка, суммируются с напряжениями от действующих нагрузок и могут превысить предел прочности отдельных микрообъемов, что и приводит к образованию трещин. Длительный нагрев до высоких температур может привести к структурным изменениям. В сталях перлитного класса происходит сфероидизация карбидов. Основным критерием работоспособности валков является термостойкость, износостойкость и усталостная прочность. Химический состав сталей не может однозначно определить качество валков горячей прокатки, поскольку сопротивление износу и зарождению трещин зависит от множества других факторов, определяемых и термической обработкой.

Химический состав (%) сталей для валков горячей прокатки (ГОСТ 9487–70 и 10207–70)

Рис. 1. Режимы термической обработки поковок для производства валков горячей прокатки

Термическая обработка валков, как правило, является окончательной термообработкой после ковки и состоит из нормализации и длительной выдержки при температуре высокого отпуска. Необходимость нормализации вызвана тем, что в процессе ковки температура различных частей поковки может изменяться в широких пределах. Степень деформации также широко изменяется по сечению заготовки. Цель нормализации заключается в снижении внутренних напряжений и измельчении зерна, что приводит к повышению механических свойств.

На рис. 3а представлена термообработка поковок из стали 60ХН. Причем изотермическая выдержка в субкритическом интервале температур определялась из расчета около 4 ч на 100 мм сечения. Второй режим (3б) соответствует изотермической выдержке до 7 ч на 100 мм. В третьем случае проводится двойная термообработка – предварительная и окончательная, общая продолжительность которой доходит до 20 суток. Поковки подвергают термической обработке в печах с выкатным подом, садка которых достигает 200–250 т. Поковки располагают в несколько ярусов, причем для прогрева изделий больших сечений необходима выдержка 2,5–3 ч на 100 мм. Только в этом случае будут выполнены необходимые условия для перекристаллизации, что обеспечит измельчение зерна, устранение внутренних напряжений и выравнивание механических свойств по всему сечению.

Заводы заинтересованы в сокращении продолжительности термообработки, но это может быть реализовано только в том случае, когда известны реальные скорости нагрева и охлаждения по всему сечению заготовок, а также, если известна кинетика распада переохлажденного аустенита, как в изотермических условиях, так и при непрерывном охлаждении. Нагрев под нормализацию должен обеспечить температуру выше критических точек во всем сечении заготовки, исходя из чего выбирают режим нагрева, т.е. скорость нагрева, температуру и длительность выдержки.

Для таких садок скорость нагрева составляет от 20–60 град/ч. Скорость охлаждения также находится в этих пределах. Поэтому из анализа термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита следует, что при охлаждении поковок до температур 650–600 °С в них полностью завершается перлитное превращение. Охлаждение необходимо проводить до тех пор, пока в центре поковки температура не достигнет 600 °С. Но диаметр бочки валка приблизительно в 2–2,5 раза больше диаметра шейки, из-за чего скорость охлаждения шейки значительно выше, чем скорость охлаждения бочки. Поэтому в этих местах могут возникать флокены. Таким образом, при термообработке крупногабаритных поковок необходимо учитывать обеспечение замедленного охлаждения шеек.

Четвертый режим обеспечивает сокращение длительности термообработки на 20–30 часов при обеспечении необходимого качества.

Качество поковок определяют по механическим свойствам на глубине, составляющей 1/3 радиуса от поверхности шейки на продольных образцах (см. рис. 2). Кроме того, проводится контроль по макроструктуре на флокены и ликвационную неоднородность.

Рис. 2. Схема отбора пробы металла в процессе контроля поковок для валков горячей прокатки

В состоянии поставки валки горячей прокатки должны иметь следующие свойства: σ в>800 МПа, σ 0,2>500 МПа, δ>8%, ψ>33%, KCV≥0,3 МДж/м2. Если в пробе выявляются флокены, то валки бракуются и подвергаются перековке. Обычно флокены наблюдаются на глубине от 1/3 до 2/3 R и не наблюдаются в поверхностной и центральной зонах, поскольку из поверхностной зоны водород успевает выделиться, а в центральной зоне имеются микронесплошности, в которые выделяется водород и не создает критического давления.

Валки прокатных станов по сравнению с другими деталями работают в неблагоприятных условиях, так как они воспринимают большие знакопеременные изгибающие усилия и тепловые нагрузки. Поверхность валка, работающая при прокатке металла на истирание, должна обладать высокой твердостью и износостойкостью, т. е. материал валков должен быть одновременно вязким в сердцевине и достаточно твердым на рабочей поверхности бочки (не менее 90 ед. по Шору), а глубина закаленного слоя должна составлять не менее 3% от величины радиуса валка. Поковки валков холодной прокатки изготовляются способом свободной ковки на гидравлических прессах; в качестве заготовок используют крупные слитки массой 40...90 т. Перед окончательным получением заготовки валка слиток или часть его предварительно проковывается. Основная цель ковки заключается в обеспечении проработки литой структуры металла слитка, полном разрушении карбидной сетки и измельчении зерна, достижении наиболее выгодного расположения волокон в поковке и получении необходимых механических свойств металла в поперечном, продольном направлениях и по сечению поковки. Из двух существующих схем ковки: «круг -- круг» и «круг -- квадрат -- круг» более предпочтительной является последняя, так как с ее помощью обеспечивается получение более качественной структуры металла поковки, достигается лучшая прорабатываем ость слоев сердцевины и завариваемость макро- и микронесплошностей металла, что определяется его металлургическими свойствами. Поковки крупных валков массой более 3 т следует изготовлять с двумя осадками слитков. Правильный выбор степени деформации при осадке слитков обеспечивает улучшение качества поковок и повышение прочности и износостойкости валков. Технологическая схема ковки валков предусматривает биллетировку слитка, осадку, предварительную протяжку, а также ковку на окончательные размеры.

Особое место в технологии изготовления валков холодной прокатки занимает термическая обработка, с помощью которой обеспечивается получение необходимых свойств материала валка.

В качестве предварительной термообработки при изготовлении валков используют изотермический отжиг, сущность которого заключается в перекристаллизации стали при температуре 950...960 .° С, последующем охлаждении в печи до 300...350.° С, изотермической выдержке при температуре 700...710СС и медленном охлаждении. Предварительная термообработка производится после обдирки поковки валка с припуском 8...12 мм и глубокого сверления центрального отверстия. Для подготовки структуры под поверхностную закалку применяется нормализация с отпуском: нормализация производится при температурах 850...870.°С с последующим охлаждением валков на воздухе и нагревом под отпуск до 600,..620.° С; отпуск обеспечивает получение требуемой твердости на шейках валков в пределах 35...55 ед. по Шору. Закалка валков осуществляется путем нагрева током промышленной 50 Гц или высокой частоты 1000 Гц, а также с помощью газопламенного нагрева. Износостойкость и долговечность работы валков в значительной степени зависят от величины и распределения остаточных напряжений, возникающих при термообработке. Рабочие валки тяжелонагруженных станов холодной прокатки нуждаются в закалке с предварительным подогревом по всему сечению валка до температуры 600...650.°С или с предварительным подогревом поверхности валка до 800...820.° С с помощью тока промышленной частоты. Дополнительное охлаждение должно осуществляться через поверхность осевого отверстия валка, в результате чего получается наиболее рациональное распределение остаточных напряжений по сечению валка.

Малонагруженные валки холодной прокатки закаливают с подогревом внутренних слоев до 500...550 . С; это снижает уровень растягивающих напряжений на поверхности валка и не вызывает образования больших напряжений растяжения во внутренних слоях.

Крупные валки, работающие в легких условиях эксплуатации, можно закаливать с подогревом центральной зоны бочки до 300...400 .° С без дополнительного внутреннего охлаждения. После закалки током промышленной частоты при температуре 900...910.°С и последующего отпуска при 400...520. С достигается твердость рабочей поверхности валка в пределах 45...90 ед. по Шору (в зависимости от технических требований на изготовление валка). Термическая обработка, результатом которой является сочетание высокой вязкости металла в сердцевине с высокой твердостью поверхности валка, повышает долговечность работы валков прокатных станов. Последовательность обработки валка состоит из следующих этапов: черновая обработка поверхности валка под изотермический отжиг и нормализация с припуском 8...12 мм; глубокое сверление центрального канала и растачивание камеры; изотермический отжиг и нормализация; обработка под закалку поверхности бочки с припуском 0,5...1,5 мм и шеек с припуском 5...6 мм; обработка всех мелких поверхностей; закалка токами промышленной частоты с отпуском; обработка закаленных валков под второй отпуск; второй отпуск для снятия напряжений; окончательная механическая обработка. Обработка крупных валков начинается с разметки осевых линий и центров. После центрования отверстий валок устанавливается на токарном станке, где обрабатываются шейки под люнеты и базовые поверхности установки на станке для глубокого сверления; торцы валка намечаются с припуском 5...6 мм; концы заготовки отрезаются по намеченным надрезам. Центральное отверстие обрабатывается сверлом для глубокого сверления с последующим растачиванием камеры. В процессе глубокого сверления возникают значительные технологические трудности, связанные со сверлением консольным инструментом, имеющим значительный вылет, трудностью получения прямолинейной оси и цилиндрической формы отверстия, ухудшением теплоотвода и охлаждения инструмента. Для глубокого сверления применяются перовые, пушечные, двух - и четырех-кромочные и кольцевые сверла; последние используют при сверлении отверстий диаметром свыше 70 мм.

Четырех кромочные сверла с напайными твердосплавными пластинками для сверления глубоких отверстий диаметром до 70 мм. Двухперое четырехкромочное сверло при сверлении валков длиной до 7500 мм дает увод отверстия 10...15 мм; четырехкромочное сверло с центральной выточкой позволяет уменьшить увод до 1...1.5 мм на той же длине сверления. При сверлении глубоких отверстий диаметром более 70 мм применяют кольцевые сверла. С помощью режущих пластинок сверла, закрепленных в корпусе, выбирают кольцевую канавку в обрабатываемой заготовке. Прочность шеек вала зависит от диаметра осевого отверстия, поэтому в полости бочки растачивается камера с плавными переходами от осевого отверстия. Растачивание ведется при работе борштанги на сжатие или на растяжение. Производительность расточки повышается при работе борштанги на сжатие. После изотермического отжига и нормализации валок обрабатывают под закалку; устанавливают в отверстие временные пробки и на токарном станке протачивают на шейках две выточки под люнеты, пробки удаляют. Поверхность валка не должна иметь острых кромок и рисок, переход от одной поверхности к другой должен выполняться плавно, через галтели. Перед закалкой следует обрабатывать различные мелкие поверхности. Трефы обрабатываются на специальных трефофрезерных станках в размер. На продольно-фрезерных станках фрезеруются шпоночные пазы или квадраты с припуском на сторону 2 мм; радиальные отверстия сверлятся в размер. После закалки валок устанавливают в патроне и люнете с точностью до 0,25 мм, используя бочку как базовую поверхность, после чего растачивают отверстия под центровые пробки. Пробки после охлаждения в жидком азоте запрессовывают в отверстие. Деталь устанавливают в центрах и протачивают бочку до устранения биения. Для повышения производительности при обработке закаленных валков используют точение резцами с широкими лезвиями, оснащенными минералокерамическими пластинками из сплава ВЗ.

Задний угол резца с широким лезвием--6е, передний угол -- (--6а), угол наклона режущей кромки -- 13°, ширина фаски режущей кромки --0,5 мм. Валки площадью до 26 м обрабатывают резцами с такими геометрическими параметрами. Шероховатость поверхности при этом не превышает Ra = 1,25 мкм. При шлифовании валок устанавливается в центрах, поверхность бочки шлифуется до снятия следов токарной обработки. При этом необходимо поддерживать правильный режим охлаждения и правки круга во избежание появления прижогов, которые снижают поверхностную твердость валков и способствуют появлению микротрещин. Затем проводится окончательная обработка мелких поверхностей -- пазов, трефов, шлицев н. т. п. После второго отпуска выполняют чистовое шлифование поверхности бочки и окончательную обработку шеек валков. Заправку галтелей после шлифования производят твердосплавными радиусными резцами на токарном станке. В качестве материала для изготовления валков горячей прокатки используют легированные стали, а также чугун с отбеленной поверхностью. Валок для горячей прокатки. Валок изготовляется из стали 55Х, масса детали 20 890 кг, масса заготовки 26 000 кг. Технологический процесс обработки валка для горячей прокатки аналогичен процессу обработки валков для холодной прокатки, но несколько проще, Обработка валка делится на три стадии: черновую обработку заготовки, термическую и чистовую обработки. На заготовку наносят осевые линии и центры, а затем проверяются величина и расположение припусков на обработку. Целью токарной черновой операции является снятие основной массы металла припуска с поверхности валка и с торцов, а также подготовка валка к термической обработке.

При этом надрезается прибыль, которая удаляется на слесарной операции; здесь же проверяется твердость бочки и шеек валка, а также размечается лопатка под черновую обработку. Деталь передается на термическую обработку, которая производится с целью улучшения структуры, устранения внутренних напряжений и получения твердости.

После термообработки исправляются центровые гнезда детали, и производится чистовая токарная обработка, которая должна обеспечить точность и концентричность всех цилиндрических поверхностей, перпендикулярность к ним торцов детали и требуемую шероховатость поверхности. Перед шлифованием или упрочняющим обкатыванием роликом предварительно протачивают шейки валка. Обкатка шеек валков производится на тяжелых токарных станках специальными рычажными или гидравлическими устройствами. На токарном станке за счет натяжения суппорта винтом поперечной подач» нельзя получить силу обкатки выше 3000 ДаН.

Гидравлическое обкатное устройство для обработки валов большого диаметра. Усилие обкатки (до 6000 ДаН) создается автономным гидравлическим цилиндром установленным в корпусе; оно передается на поверхность детали через тарельчатые пружины, снижающие жесткость системы. Недопустимые перекосы цилиндрических роликов во время обкатки устраняются за счет их самоустановки; для этого головка, несущая рабочий ролик диаметром 32 мм, свободно поворачивается на цапфах вокруг оси, перпендикулярной к линии контакта ролика с деталью. Под действием момента, возникающего при перекосах, ролик поворачивается до восстановления равномерного контакта с деталью по всей длине образующей. После разметки трефы обрабатывают начерно, а затем начисто на расточном станке. При изготовлении валков из отбеленного чугуна твердость на поверхности бочки составляет НВ 500...650, что способствует увеличению их стойкости. При механической обработке отбеленных чугунных валков трудно обеспечить требуемую производительность процесса. Значительного увеличения производительности при изготовлении валков из отбеленного чугуна можно добиться, применяя шлифование только для снятия литейной корки, а лезвийную обработку использовать в качестве основной обдирочной операции. Для увеличения стойкости резцов из сплавов ВК применяют резание при вводе в зону обработки низкого напряжения, а также резание с предварительным подогревом поверхности заготовки. Прокатные валки. Валки для прокатных станов

ковка заготовка сортовый листовой

Развитие прокатного производства в сторону расширения сортамента связано с увеличением выпуска различных прокатных валков, проводок, роликов, направляющих прокатных станов. Такие детали изготавливают из чугуна, литой или деформированной стали, твердых сплавов. Прокатные валки являются основной рабочей частью прокатного стана, которая создает определенные размеры, форму и качество поверхности проката. К материалу валков предъявляют разнообразные и, часто, противоречивые требования, поэтому универсальной стали или сплава для их изготовления нет.

В общем случае материал валков должен обладать высокой поверхностной твердостью и прочностью, износостойкостью. Если валок работает в условиях теплосмен (горячая прокатка), материал должен иметь достаточную теплостойкость. При выборе чугуна в качестве материала для изготовления валка необходимо учесть тип стана, способ прокатки, производительность стана и другие технологические характеристики. Кроме прокатных, чугунные валки применяют в резинотехнической, бумагоделательной, мукомольной и других отраслях промышленности. Преимущества чугуна, как материала для их изготовления, возрастают с увеличением размеров валка. Существующие технологии производства чугунных отливок позволяют получать заготовки валков массой от 0,5 до 40 т и более.

Износостойкость и термостойкость чугуна при заданных условиях эксплуатации может колебаться в весьма широких пределах и регулируется в первую очередь природой и количеством структурных составляющих, обладающих высокой стойкостью.

Такими составляющими являются карбиды. В чугуне с обычным содержанием элементов наиболее распространенным является карбид железа – цементит Fe 3 C. Можно считать, что износостойкость определяется твердостью чугуна с однотипным фазовым составом и чем выше твердость, тем выше износостойкость. Следует иметь в виду, что повышение твердости, как правило, сопровождается очень резким ухудшением литейных свойств, склонности к образованию трещин, обрабатываемости резанием. Поэтому при выборе марки чугуна в каждом конкретном случае следует учитывать, наряду с механическими свойствами, конфигурацию и размер отливки. Придание конструкции заготовки технологичных литейных форм, сокращение объемов механической обработки, являются обязательным условием получения качественной отливки.

Основные структурные составляющие чугуна располагаются по возрастанию твердости и износостойкости в такой ряд: графит, феррит, перлит, аустенит, мартенсит, цементит, легированный цементит, специальные карбиды хрома, вольфрама, ванадия и др., бориды. Износостойкость находится в сложной зависимости от количественного соотношения и распределения твердой, хрупкой фазы и сравнительно мягкой, пластичной основы.

Требованиям, предъявляемым к материалу валков, отвечает чугун, имеющий в поверхностном слое отливки большое количество структурно свободной карбидной фазы (см. глава 1, белый чугун). Регулирование состояния металлической основы за счет легирования позволяет в достаточно широком интервале изменять износостойкость, термостойкость и обрабатываемость такого чугуна. Более глубокие внутренние слои могут не содержать карбиды, поэтому в отливке формируется несколько слоев, отличающихся структурой и свойствами. Таким образом, в поверхностном слое чугун содержит карбидную эвтектику, в более глубоких слоях углерод может выделяться в виде графита. Матрица может быть различной и зависит от состава чугуна, скорости охлаждения отливки и проведения термической обработки. В результате появления фаз с различными коэффициентами термического расширения в отливках возникают значительные внутренние напряжения. Для снятия напряжений и получения требуемых механических свойств литье подвергают термической обработке. При этом основное требование – отбеленная часть не должна претерпевать существенных изменений ни при термической обработке, ни в процессе эксплуатации.

Выделяют глубину чистого отбела, которая соответствует расстоянию от поверхности валка до первого серого пятна на макрошлифе – скопления зерен графитной эвтектики. Глубина переходной зоны определяется расстоянием от этого пятна до места полного исчезновения белых пятен, т.е. отдельных видимых невооруженным глазом скоплений цементитной эвтектики.

Таблица 5.1 – Химический состав чугуна для прокатных валков с отбеленным рабочим слоем, мас. %

Примечание . Содержание фосфора ограничено

По содержанию основного элемента – углерода чугун может быть с пониженным (2,8-3,2 %), средним (3,2 – 3,6 %) и повышенным (3,6 – 3,8 %) углеродом. С увеличением содержания углерода уменьшается глубина отбела, одновременно сокращается глубина переходной зоны. Повышенное содержание углерода увеличивает твердость, износостойкость и чистоту валков, однако в ряде случаев рекомендуется снижать углерод (валки для горячей прокатки, жестепрокатные валки, рифленые валки). Повышенное содержание углерода снижает прочность, так как при этом растет количество графита во внутренних слоях и повышенное содержание хрупкого цементита в поверхностных. Глубина отбеленного слоя на валках различных типов составляет 10 – 40 мм. Количество цементита в поверхностном слое доходит до 50 %, наиболее распространенные марки чугуна имеют 25 – 30 % карбидов. Дисперсность карбидов зависит от состава чугуна и скорости охлаждения поверхности отливки. Обычно размер карбидов 4 – 12 мкм, длина может быть в несколько раз больше. Чем выше степень дисперсности карбидов, тем выше износостойкость. Однако с ростом количества карбидов в поверхностном слое падает термостойкость валка. Твердость зависит от содержания углерода и других элементов, а также размеров заготовки (рис. 5.1). Приведены значения динамической твердости по Шору, которую часто используют при контроле качества валков. При содержании углерода более 3,8 % твердость поверхностного слоя начинает падать. Для неметаллургических валков используют аналогичные чугуны, однако содержание углерода в них поддерживают на уровне 3,4 – 3,7 %, а хром и никель ограничивают до 0,45 % и 0,5 – 0,8 %, соответственно. Недопустимо выделение графита в поверхностных слоях, так как в этом случае резко падает износостойкость и качество поверхности валка.

Рисунок 5.1 – Влияние содержания углерода на твердость рабочего слоя валков различного диаметра: 1 – 250 – 350 мм; 2 – 400 – 600 мм; 3 – свыше 600 мм.

Влияние углерода на твердость и другие свойства поверхностного слоя нельзя рассматривать без учета влияния остальных элементов.

Кремний в чугунах является наиболее сильным графитизатором после углерода. При отливке отбеленных валков и с учетом строго регламентированного содержания других элементов, содержанием кремния регулируют глубину отбеленного слоя и переходной зоны. При уменьшении содержания кремния отбел возрастает, а переходная зона распространяется на большую глубину.

Хром, являясь сильным карбидообразующим элементом, сильно повышает глубину отбеленного слоя и повышает его твердость. При содержании хрома, указанном в табл. 5.1 (

Модифицирование чугуна повышает стойкость валков. Это связано с получением в основном сечении шаровидного графита, существенно улучшающего свойства чугуна. Валки из магниевого чугуна имеют высокую прочность и во многих случаях пригодны для замены более дорогих стальных валков обжимных и черновых клетей.

В табл. 5.2 приведены значения микротвердости некоторых фаз и структурных составляющих в белых чугунах.

Таблица 5.2

Несмотря на допустимое содержание серы до 0,12 %, весьма желательно ее снижать. Сера несколько повышает отбел, но резко ухудшает основные механические свойства, особенно при высоких температурах. Это в целом снижает стойкость валков (рис. 5.2). Для нейтрализации вредного влияния серы необходимо не менее 0,45 – 0,50 % Mn. При содержании марганца более 1,5 % влияние серы не выражено.

Рисунок 5.2

Литейные свойства легированных чугунов для валков хуже, чем у обычных чугунов. Жидкотекучесть хромистых чугунов почти не уступает жидкотекучести серых чугунов (230 – 450 мм), линейная усадка выше – до 1,8 – 2,0 %, и близка к усадке стали.

Оценка литейных свойств легированного чугуна по углеродному эквиваленту (1.1) затруднительна из-за заметного влияния легирующих элементов на вид диаграммы состояния, а также эффектов их совместного взаимодействия. Предполагается, что при содержании углерода менее 4 % влияние основных легирующих элементов (коэффициенты в уравнении углеродного эквивалента) не является постоянным, а зависит от содержания углерода. На основании термодинамического анализа предложен метод расчета углеродного эквивалента С экв (5.1):

Значения коэффициентов зависят, в свою очередь, от содержания углерода и приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Уравнения для расчета коэффициентов B i при содержании элементов

Используя эти данные, рассчитаем углеродный эквивалент чугуна с мартенситной структурой (табл. 5.1). Подставляя значения содержания элементов в формулу (5.1), получим:

Следовательно, данный чугун при литье ведет себя как доэвтектический и, при кристаллизации из жидкости выделяется аустенит, обеспечивая получение относительно более мягкой и менее хрупкой матрицы по сравнению с карбидами (см. табл. 5.2). Необходимо отметить, что расчет СЭКВ по формуле (1.1) дает аналогичный результат – 3,45 %. Следовательно, содержание элементов в указанном количестве мало влияет на характер кристаллизации.