Способ эксплуатации прокатных валков

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей и холодной прокатки для повышения долговечности прокатных валков. Технический результат достигается тем, что валок эксплуатируют в клети в течение 2 - 25 завалок, затем его бочку подвергают магнитной обработке, которую проводят 1 - 30 раз за весь срок службы валка. Валок вводят в работу не ранее, чем через 4 ч после окончания магнитной обработки, которую можно проводить как в статическом, так и в импульсном магнитном поле. Снижается уровень остаточных напряжений, уменьшается количество дефектов контактно-усталостного характера, 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей и холодной прокатки для повышения долговечности прокатных валков.

Известен способ эксплуатации прокатных валков, в котором валок с целью удаления разупрочненного слоя (после определенного числа перешлифовок) подвергают токарной обработке на заданную глубину Полухин П. И. и др. "Тонколистовая прокатка и служба валков", М.Металлург., 1967, с. 281 [1]. Недостатком известного способа является низкая стойкость валка вследствие образования на его поверхности дефектов контактно-усталостного характера, т. к. не всегда удается точно определить глубину разупрочненного слоя и удалить его полностью токарной обработкой.

Известен способ эксплуатации прокатных валков, включающий нагрев поверхности валка до температуры отпуска и охлаждение (SU 210199, 03.04.68) [2]. Недостатком известного технического решения является низкая стойкость валка, т. к. термическая обработка не всегда предотвращает разрушение бочки валка из-за действия накопленных остаточных эксплуатационных напряжений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ эксплуатации прокатных валков, включающий работу валка в клети и магнитную обработку бочки валка [3]. (Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин, М., Машиностроение, 1989 г., с. 105.

Недостатком известного технического решения является низкая стойкость прокатных валков, т.к. не регламентирована периодичность проведения магнитных обработок валка, а также их количество.

Техническая задача изобретения - повышение стойкости прокатных валков.

Технический результат достигается тем, что валок эксплуатируют в клети в течение 2-25 завалок, затем его бочку подвергают магнитной обработке, которую проводят 1-30 раз за весь срок службы валка. Валок вводят в работу не ранее, чем через 4 часа после окончания магнитной обработки, которую можно проводить как статическим, так и импульсным магнитным полем.

В процессе эксплуатации прокатные валки подвергаются циклическим нагрузкам, что приводит к накоплению остаточных напряжений в поверхностном слое валка, которые накладываются на остаточные напряжения, имеющиеся в валке после его изготовления, и приводят к разрушению бочки валка. Проведенные исследования показали, что разрушение валка протекает в несколько стадий: накопление остаточных напряжений и зарождение микродефектов, увеличение размера дефектов 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 им при эксплуатации, то наступление следующей стадии разрушения, приводящей к необратимым последствиям, можно будет избежать. Снижение уровня напряжений в активном слое валка может быть достигнуто путем обработки бочки валка магнитным полем.

При обработке валка магнитным полем в поверхностном слое вследствие неоднородности кристаллической структуры возникают вихревые токи. Магнитное поле и вихревые токи вызывают локальные микровихри, которые в свою очередь нагревают участки вокруг кристалликов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла [3]. В местах концентраций остаточных или усталостных напряжений теплота, наведенная при магнитной обработке вихревыми токами, уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры, особенно в зоне контакта напряженных участков, что приводит к снижению концентрации и общего уровня остаточных напряжений.

Магнитную обработку бочки валка следует проводить через 2-25 завалок в клеть. Частые обработки (через 2 завалки) рекомендованы для валков, работающих в жестких условиях и, как следствие, испытывающих высокие удельные нагрузки, которые приводят к быстрому накоплению высокого уровня остаточных эксплуатационных напряжений. Такую частоту обработки можно рекомендовать, например, для валков, прокатывающих такие труднодеформируемые стали, как динамная или трнасформаторная. Обработки через 25 завалок можно рекомендовать для валков, прокатывающих достаточно пластичные сплавы - низкоуглеродистые стали, медь и др.

Валки малого диаметра с небольшой толщиной активного слоя (например, рабочие валки 20-валкового стана холодной прокатки имеют диаметр бочки 92 мм с толщиной активного слоя 2 мм на сторону) достаточно обработать 1 раз за весь срок службы валка. Опорные валки, имеющие большую толщину активного слоя (например, опорные валки стана 2030 холодной прокатки имеют толщину активного слоя 55 мм на сторону) необходимо обрабатывать до 30 раз за весь срок службы валка. Эффект снижения уровня остаточных напряжений в бочке валка можно достичь при обработке как в статическом, так и в импульсном магнитном поле. Для обеспечения более полного процесса релаксации напряжений рекомендуется валок водить в эксплуатации не ранее, чем через 4 часа после окончания магнитной обработки.

Ниже приведен пример реализации предложенного способа.

Эксплуатируют стальной рабочий валок стана 2030 холодной прокатки. Валок выполнен из стали 9Х2МФ, начальный диаметр бочки 600 мм. Валок после шести кампаний эксплуатации устанавливают на вальцешлифовальный станок, к каретке которого закреплен индуктор (устройство для создания магнитного поля), индуктор подключают к генератору импульсов и валок приводят во вращение. Обработку бочки валка импульсным магнитным полем производят с края бочки путем перемещения каретки вдоль бочки валка. Обработку ведут на режимах: напряженность магнитного поля 1000 А/м, задают 5 импульсов в 1 секунду, продолжительность одного импульса 5·10^-3 секунды. Скорость вращения валка - 30 об/мин, скорость перемещения каретки (индуктора) вдоль бочки валка - 500 мм/мин. В процессе обработки производят 4 полных прохода индуктора вдоль бочки валка. После окончания обработки валок подвергают вылежке в течение 10 часов, затем его заваливают в клеть.

По указанным выше режимам валок обрабатывают еще 5 раз через каждые 6 кампаний эксплуатации в клети, после чего валок, как правило, уже не подлежит эксплуатации из-за уменьшения диаметра и снижения уровня твердости бочки ниже требуемой.

Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в повышении стойкости прокатных валков за счет уменьшения количества дефектов контактно-усталостного характера (трещин, отслоений, выкрошек). Способ не требует капитальных затрат, имеет широкие возможности и может использоваться для валков любого типоразмера и стана.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации прокатных валков, включающий работу валка в клети и магнитную обработку бочки валка, отличающийся тем, что магнитную обработку проводят через 2 - 25 завалок валка в клеть 1 - 30 раз за весь срок службы валка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что валок вводят в работу не ранее чем через 4 ч после окончания магнитной обработки.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитную обработку проводят импульсным магнитным полем.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку проводят статическим магнитным полем.