Способ эксплуатации прокатного валка

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при эксплуатации валков станов горячей и холодной прокатки. Технический результат изобретения - повышение стойкости валка за счет уменьшения дефектов контактно-усталостного характера и числа плановых профилактических переточек. Валок сначала эксплуатируют в клети, затем через определенное количество перешлифовок его подвергают профилактической токарной обработке, затем снова эксплуатируют. Через 1-5 токарных обработок вместо очередной проводят термическую обработку. В процессе термообработки валок нагревают со скоростью не более 45°С/ч до температуры 350-450°С, выдерживают в течение 2-20 ч и охлаждают со скоростью не более 45°С/ч. 2 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, В 21 В 28/02, публ. 30.02.98 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 дефектов контактно-усталостного характера и числа плановых профилактических переточек.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что валок сначала эксплуатируют в клети, затем через заданное количество перешлифовок подвергают профилактической токарной обработке, причем через 1-5 таких токарных обработок вместо очередной проводят термическую обработку, в процессе которой валок нагревают со скоростью не более 45^oC/ч до температуры 350-450^oC, выдерживают 2-20 часов и охлаждают со скоростью не более 45^oC/ч.

Известно, что по мере увеличения числа кампаний эксплуатации валка в его поверхностном слое накапливаются дефекты усталостного характера, которые удаляются профилактической токарной обработкой на заданную глубину. С целью уменьшения расхода активного слоя величину токарной обработки назначают как можно меньше - как правило, 5-10 мм. Однако, как показали исследования, разупрочненный слой часто имеет большую глубину и, следовательно, полностью не удаляется профилактической токарной обработкой. При дальнейшей эксплуатации такого валка перед очередной токарной обработкой глубина разупрочненного слоя уже будет расти и значительно превышать его величину перед первой токарной обработкой, а глубина съема при токарной обработке остается неизменной. В результате, в поверхностном слое бочки валка накапливаются дефекты усталостного характера, которые приводят к образованию трещин и выкрошек.

Проведенные исследования показали, что разрушение валка протекает в несколько стадий: накопление остаточных напряжений и зарождение микродефектов; увеличение размеров микротрещин 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 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 проведении термической обработки не только восстанавливаются свойства наружного пластифицированного слоя, но и уменьшается уровень остаточных напряжений во всем активном слое и в объеме валка. В результате, при дальнейшей эксплуатации валка уменьшается вероятность образования трещин и выкрошек.

Известно, что прокатные валки могут иметь разный уровень твердости рабочего слоя. Так, например, опорные валки станов горячей прокатки имеют твердость 35-65 HSD. Нижнее значение твердости характерно для нормализованных валков, верхнее - для закаленных. Валки с низкой твердостью в процессе эксплуатации быстро наклепываются и более склонны к выкрашиванию, поэтому такие валки следует подвергать термической обработке уже после одной профилактической токарной обработки. Валки с высокой твердостью наклепываются меньше и термическую обработку им можно проводить при значительном уменьшении диаметра, вплоть до пяти профилактических токарных обработок.

Количество промежуточных термических обработок за весь срок эксплуатации валка должно быть не менее одной, что уже позволяет повысить стойкость валка. Однако заменять каждую токарную обработку термической нельзя, т.к. на поверхности бочки валка по мере эксплуатации образуются забоины, вмятины и другие дефекты, которые могут служить источником образования трещин при наложении внешней нагрузки, при этом частые и длительные отпуски (более 7-ми раз за весь срок эксплуатации валка) при 350-450^oC могут привести к снижению твердости и прочности закаленных валков.

Исследованиями было установлено, что отпуск при 350-450^oC в течение 2-20 часов позволяет значительно снизить уровень остаточных напряжений. Скорость нагрева и охлаждения 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 350-450^oC. При выдержке ниже 350^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.

Ниже приведены конкретные примеры выполнения предложенного способа.

Пример 1. Опорный валок из стали 90ХФ непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки имеет твердость бочки валка 40 ед. по Шору. Согласно регламенту эксплуатации первые шесть завалок валок эксплуатируют в 12-й клети чистовой группы, затем валок подвергают профилактической токарной обработке глубиной 8 мм (на диаметр). Следующие шесть кампаний валок эксплуатируют в 10-й клети, после чего вместо очередной профилактической токарной обработки валок подвергают термической обработке. С этой целью валок устанавливают на специальную установку, приводят во вращение со скоростью 0,1 об/мин и с помощью газовых горелок нагревают со скоростью 20^oC/ч до 400^oC, выдерживают в течение 6 часов и охлаждают со скоростью 10^oC/ч. После полного охлаждения валок продолжают эксплуатировать по обычной схеме, регламентированной для данного уровня твердости с периодическими профилактическими токарными обработками.

Пример 2. Опорный валок из стали 90 ХФ НШС 2000 горячей прокатки имеет твердость 62 ед. по Шору. Согласно регламенту эксплуатации для валков с указанной твердостью через каждые 7 кампаний эксплуатации в чистовой группе клетей, валок подвергают профилактической токарной обработке на глубину 6 мм на диаметр. После четвертой токарной обработки валок эксплуатируют еще 7 кампаний и вместо очередной токарной обработки подвергают термической обработке по режимам, указанным в примере 1. Затем валок эксплуатируют без изменений по установленной для него схеме.

Пример 3. Валок с твердостью 40 ед. по Шору эксплуатируют по режиму аналогично примеру 1, отличие состоит в том, что валок за весь срок службы термической обработке подвергают дважды - вместо второй и вместо пятой токарных обработок.

Технико-экономические преимущества изобретения состоят в том, что при заявленном способе эксплуатации экономится активный слой валка за счет исключения от одной до нескольких профилактических токарных обработок и уменьшается склонность к образованию дефектов контактно-усталостного характера.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации прокатного валка, включающий работу валка в клети, периодические профилактические токарные обработки на заданную глубину и промежуточную термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку проводят через 1 - 5 профилактических токарных обработок вместо очередной профилактической токарной обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят 1 - 7 раз за все время срока службы валка.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе термической обработки валок нагревают со скоростью не более 45^oC/ч до температуры 350 - 450^oC, выдерживают в течение 2 - 20 ч и охлаждают со скоростью не более 45^oC/ч.