Способ термической обработки прокатных валков

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при окончательной термической обработке прокатных валков листовых станов. Технический результат - снижение трудоемкости и затрат при закалке валков с сохранением необходимого качества закаленного слоя. Решение технической задачи достигается тем, что валок подвергают индукционному нагреву под закалку, охлаждению и отпуску. Индукционный нагрев под закалку и охлаждение производят при горизонтальном положении валка, индукционный нагрев под закалку осуществляют токами с частотой 100 - 950 Гц, а в процессе охлаждения расстояние между индуктором и спрейером поддерживают равным не менее 4 мм. 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при окончательной термической обработке прокатных валков листовых станов.

Известен способ термической обработки, включающий индукционный нагрев под закалку токами промышленной частоты 50 Гц, закалку бочки валка и отпуск, причем нагрев и закалку производят при вертикальном положении валка [1].

Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость и большие затраты при закалке прокатных валков. Это связано с тем, что при вертикальной схеме закалки валков необходимо применять специальные захваты для транспортировки и кантования валков. При индукционном нагреве под закалку токами промышленной частоты 50 Гц необходимо использовать индуктор сложной формы с целью уменьшения потерь [1, с. 191].

Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки прокатных валков, включающий закалку бочки валка с индукционного нагрева с помощью индуктора и спрейера при горизонтальном положении валка и отпуск [2] .

Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость при закалке валков и низкое качество закаленного слоя.

Техническая задача изобретения - снижение трудоемкости и затрат при закалке валков с сохранением необходимого качества закаленного слоя.

Решение технической задачи достигается тем, что согласно способу термической обработки прокатных валков, включающему закалку бочки валка с индукционного нагрева с помощью индуктора и спрейера при горизонтальном положении валка и отпуск, индукционный нагрев под закалку осуществляют токами с частотой 100-980 Гц, а закалку проводят при поддержании расстояния между индуктором и спрейером, равного не менее 4 мм.

Перед нагревом под закалку валок могут дополнительно подогревать до 100-800^oC. Подогрев ведут с помощью газовых горелок или/и индуктора. При закалке осуществляют вращение валка со скоростью 10-260 об/мин, индуктор и спрейер перемещают вдоль бочки валка со скоростью 0,2 - 30,0 мм/с. После закалки валок подвергают отпуску при температуре 100-250^oC в течение 2-180 часов.

В случае горизонтального положения валка в процессе термической обработки отпадает необходимость использования специальных приспособлений для его установки на закалочную установку и транспортировки. Применение для индукционной закалки токов частотой 100-980 Гц не требует использования сложного индуктора, в качестве которого в предлагаемом способе можно использовать свернутую в несколько витков медную трубку с минимальной тепловой защитой. Устройство питания и управления также имеет меньшие габариты. Закалочное устройство в этом случае является очень универсальным и может быть быстро смонтировано на базе любого вальцешлифовального или вальцетокарного станка. По указанным выше причинам заявленный способ термической обработки может использоваться не только на заводе-изготовителе валков, где имеется специализированное оборудование, но и на любом предприятии, где эксплуатируются валки, а следовательно, имеются вальцешлифовальные станки. Довольно часто валки листовых станов преждевременно выходят из строя вследствие снижения твердости активного слоя ниже допустимого уровня или образования наваров. Такие валки целесообразно восстанавливать перезакалкой бочки непосредственно на заводе-потребителе валков, что дает значительную дополнительную экономию транспортных расходов.

В процессе термической обработки валков нагрев под закалку осуществляют токами с частотой 100-980 Гц. При использовании токов ниже 100 Гц резко возрастает сложность индуктора и другого закалочного оборудования. Кроме того, с уменьшением частоты тока увеличивается как глубина прогрева, так и становится более резким переход от закаленного слоя к сердцевине валка, что может сказаться на стойкости валка. Для предотвращения этого приходится принимать дополнительные меры, например использовать предварительный подогрев. При частоте свыше 980 Гц резко снижается глубина нагретого, а следовательно, и закаленного слоя, т.е. закалке на данной частоте могут подвергаться только валки малого диаметра, на которых требуется небольшая глубина активного слоя. Эти валки имеют простую конструкцию (как правило, цилиндр) и небольшую массу, следовательно, при их закалке уменьшается преимущество горизонтального положения валка.

При горизонтальном положении валка в процессе закалки (в отличие от вертикального, где вода от спрейера сливается вниз) расстояние между индуктором и спрейером необходимо назначать не менее 4 мм. В противном случае вода начинает попадать под спрейер, особенно в нижней части спрейера, что резко снижает качество закалки.

Валки небольшого диаметра можно закаливать без дополнительного предварительного подогрева, они хорошо прогреваются индуктором непосредственно при нагреве под закалку. При увеличении диаметра валков необходимо применять предварительный подогрев (100-800^oC) перед нагревом под закалку. В этом случае уменьшаются закалочные напряжения, увеличивается переходный слой (от закаленного к сердцевине), что приводит к повышению стойкости валков за счет уменьшения вероятности отслоений. При небольшом диаметре валка и медленном перемещении индуктора в процессе закалки применяют низкий подогрев, при большой массе и быстром перемещении индуктора валок нагревают до более высоких температур. Подогрев можно использовать газовый - преимущественно для крупных валков, чтобы обеспечить медленный нагрев, особенно в начале нагрева, когда металл валка обладает низкими пластическими свойствами; индукционный - для валков небольшого диаметра, а также можно использовать комбинированный способ нагрева: вначале газовый, а затем индукционный.

В зависимости от марки стали и типоразмера валка для обеспечения требуемого качества закаленного слоя в процессе закалки валок вращают со скоростью 10-260 об/мин, а индуктор и спрейер перемещают вдоль бочки валка со скоростью 0,2-30,0 мм/с.

После закалки с целью снятия напряжений валок подвергают отпуску, режимы которого зависят от марки стали и массы валка. Чем больше масса валка, тем дольше должна быть выдержка при отпуске. Нагрев ниже 100^oC не приводит к значительному снижению напряжений, а при отпуске выше 250^oC начинает резко падать твердость закаленного слоя. При небольшой массе валка и использовании верхнего уровня температуры отпуска (250^oC) назначают, как правило, небольшое время выдержки (2-25 часов); при увеличении массы валка и/или снижении температуры отпуска время выдержки необходимо увеличивать вплоть до 180 часов. Дальнейшее повышение времени выдержки уже не приводит к значительному снижению напряжений, увеличивает затраты на отпуск и не является целесообразным.

Ниже приведен пример реализации предложенного способа.

Рабочий валок стана 2030 диаметром 600 мм, подлежащий термической обработке, с помощью крана устанавливается на модернизированный вальцешлифовальный станок, который дополнительно оснащен устройством для закалки, водосборником и емкостью для воды, индуктор и спрейер закреплены на каретке станка - для обеспечения возможности с заданной скоростью перемещаться вдоль бочки валка. Валок выполнен из стали 60Х2СМФ. После закрепления валка его приводят во вращение со скоростью 30 об/мин, газовыми горелками подогревают до 350^oC, с частотой 500 Гц производят индукционный нагрев края бочки под закалку. После достижения края бочки 900^oC включают подачу воды на спрейер и начинают перемещать индуктор и спрейер вдоль бочки валка со скоростью 1,1 мм/с. Расстояние между индуктором и спрейером устанавливают равным 10 мм. После окончания закалки продолжают охлаждать валок в течение 30 мин, затем валок помещают в термостат с газовым нагревом, где производят отпуск при температуре 160^oC в течение 96 часов.

Преимущества заявленного способа термической обработки прокатных валков заключаются в возможности его использования на любом листопрокатном предприятии, где имеются вальцешлифовальные или вальцетокарные станки, в дешевизне способа и снижении затрат на закалку, т.к. способ не требует дорогостоящего оборудования и приспособлений, при одновременном сохранении высокого качества закаленного слоя валков. Предложенный способ можно использовать для восстановления утраченной твердости активного слоя валков путем перезакалки бочки, что позволяет повысить ресурс работы прокатных валков.

Источники информации 1. Надежность и долговечность валков холодной прокатки. Полухин В.П., Николаев В.А., Тылкин М.А. и др. - М.: Металлургия, 1976, с. 184-197.

2. RU 2143009 C1, C 21 D 9/38, 20.12.99.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки прокатных валков, включающий закалку бочки валка с индукционного нагрева с помощью индуктора и спрейера при горизонтальном положении валка и отпуск, отличающийся тем, что индукционный нагрев под закалку осуществляют токами с частотой 100 - 980 Гц, а закалку проводят при поддержании расстояния между индуктором и спрейером, равным не менее 4 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед индукционным нагревом под закалку производят дополнительный подогрев валка до 100 - 800^oС.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительный подогрев валка ведут с помощью газовых горелок или/и индуктора.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при закалке осуществляют вращение валка со скоростью 10 - 260 об/мин и перемещение индуктора и спрейера вдоль бочки валка со скоростью 0,2 - 30,0 мм/с.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что отпуск проводят при 100 - 250^oС в течение 2 - 180 ч.