Способ термического упрочнения трубоформовочного валка

 

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано для термического упрочнения литых трубоформовочных и профилегибочных валков (роликов) из заэвтектоидной хромистой стали. Способ термического упрочнения трубоформовочного валка из хромистой стали с осевым каналом включает нагрева до температуры нормализации, выдержку, охлаждение и отпуск. Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении стойкости валка и качества труб. Для решения поставленной задачи валок нагревают до температуры 900-980oС, при которой выдерживают в течение 1,5-6,5 ч, после чего охлаждают со скоростью 10-40oС/мин, а отпуск ведут путем нагрева до температуры 180-400oС и выдержки при этой температуре в течение 2-7 ч. Возможен вариант выполнения способа, согласно которому охлаждение осуществляют струями воздуха или водовоздушной смеси, подаваемыми в осевой канал валка, причем упомянутые струи могут быть поданы в осевой канал с обеих сторон валка навстречу друг другу. Также возможен вариант выполнения способа, по которому охлаждение валка струями воздуха или водовоздушной смеси ведут до температуры 100-200oС. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано для термического упрочнения литых трубоформовочных и профилегибочных валков (роликов) из заэвтектоидной хромистой стали.

Известен способ термического упрочнения прокатного валка, включающий нагрев и охлаждение, по которому бочку валка охлаждают замедленно под теплоизолирующим кожухом, а шейки охлаждают струями воздуха. После завершения охлаждения валок подвергают отпуску [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что после замедленного охлаждения под теплоизолирующим кожухом и отпуска бочка валка имеет низкую твердость, что приводит к снижению стойкости валка трубоформовочного или профилегибочного стана, ухудшению качества труб и гнутого профильного проката.

Известен также способ термического упрочнения литых полых толстостенных прокатных валков большого диаметра с бочкой большой длины из коррозионностойком стали. Согласно этому способу валок нагревают до температуры 1000-1200oС и подвергают принудительному охлаждению. Охлаждение производят водовоздушной смесью с концентрацией воды в воздухе 0,01-0,03 л/м3, которую подают во внутреннюю полость валка. Расход воздуха на охлаждение составляет 1200-1400 м3/мин на 1 м2 площади поперечного сечения полости валка, при этом валок охлаждают до температуры 300oС [2].

Известный способ оказался не пригодным для термического упрочнения трубоформовочных валков из заэвтектоидной хромистой стали, так как из-за перегрева ухудшается структура валка, искажается его форма, а при последующем охлаждении в валке образуются термические трещины.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ термического упрочнения валка из хромистой заэвтектоидной стали, содержащей 0,9-2,0% углерода. Способ включает нагрев валка до температуры нормализации 900-950oС, выдержку при этой температуре в течение 12-20 ч, последующее охлаждение на воздухе без обдува. После нормализации производят отпуск валка путем его выдержки при Температуре 600oС [3] - прототип.

Недостатки данного способа состоят в том, что трубоформовочный валок после термического упрочнения имеет низкие прочность и твердость, быстро изнашивается и деформируется в процессе эксплуатации. Это приводит к снижению стойкости валка и качества труб.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении стойкости валка и качества труб.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе термического упрочнения трубоформовочного валка из хромистой стали с осевым каналом, включающем нагрев до температуры нормализации, выдержку, охлаждение и отпуск, согласно предложению валок нагревают до температуры 900-980oС, при которой выдерживают 1,5-6,5 ч, после чего охлаждают со скоростью 10-40oС/мин, а отпуск ведут путем нагрева до температуры 180-400oС и выдержки при этой температуре в течение 2-7 ч.

Возможен вариант осуществления способа, согласно которому охлаждение осуществляют струями воздуха или водовоздушной смеси, подаваемыми в осевой канал валка, а также по которому струи воздуха или водовоздушной смеси подают в осевой канал с обеих сторон валка навстречу друг другу.

Кроме того, возможен вариант осуществления способа, по которому охлаждение валка струями воздуха или водовоздушной смеси ведут до температуры 100-200oС.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Трубоформовочные валки, с помощью которых из стальной полосы формируют трубную заготовку, должны обладать высокой прочностью и износостойкостью. Однако хромистые заэвтектоидные стали, из которых изготавливают трубоформовочные валки, имеют повышенную склонность к образованию термических трещин при проведении термического упрочнения. Для предотвращения образования термических трещин в валках скорость охлаждения после нагрева до температуры нормализации приходится снижать, что сопровождается потерей прочности, твердости и износостойкости валков.

Нагрев валка до температуры 900-980oС и выдержка в течение 1,5-6,5 ч приводит к разрушению цементитной сетки, сфероидизации цементита и перлита в хромистой заэвтектоидной стали, из которой валок изготовлен. Последующее охлаждение валка со скоростью 10-40oС/мин способствует фиксации мелкозернистой микроструктуры стали, интенсивному повышению ее прочности, твердости и износостойкости. В то же время, скорость охлаждения 10-40oС/мин от температуры 900-980oС является предельно допустимой, при которой термические и фазовые напряжения в хромистой заэвтектоидной стали еще не приводят к образованию термических трещин.

Последующий отпуск при температуре 180-400oС в течение 2-7 ч обеспечивает полное снятие в валке внутренних напряжений, которые сохранились в нем в результате охлаждения со скоростью 10-40oС/мин. Следует отметить, что снятие внутренних напряжений в валке при отпуске сопровождается потерей его твердости на 1-2 ед. HRC при температуре отпуска 180oС и 5-6 ед. HRC при температуре отпуска 400oС.

Заданную скорость охлаждения 10-40oС/мин от температуры нормализации 900-980oС наиболее легко реализовать путем подачи струй воздуха или водовоздушной смеси в осевой канал валка. Скорость охлаждения при этом регулируется расходом воздуха и концентрацией воды в водовоздушной смеси. Помимо этого, подача охладителя в осевой канал полностью исключает возможность зарождения трещин на внешней рабочей поверхности бочки валка.

Подача струй воздуха или водовоздушной смеси в осевой канал с обеих сторон валка навстречу друг другу способствует более равномерному и симметричному охлаждению валка, выравниванию твердости и износостойкости по длине его бочки.

Кроме того, поскольку при охлаждении ниже температуры 100-200oС упрочнение валка прекращается, его дальнейшее охлаждение струями воздуха или водовоздушной смеси можно прекратить, что обеспечит снижение энергозатрат на охлаждение.

Экспериментально установлено, что при увеличении температуры нагрева выше 980oС или продолжительности выдержки при этой температуре более 6,5 ч происходит чрезмерный рост зерен микроструктуры в хромистой стали, валок трубоформовочного стана приобретает низкую твердость и износостойкость. Уменьшение температуры нагрева ниже 900oС или времени выдержки менее 1,5 ч приводит к сохранению остатков цементитной сетки в микроструктуре стали. В результате прочность и эксплуатационная стойкость валка снижаются, ухудшается качество труб.

При скорости охлаждения выше 40oС/мин в теле валка из хромистой стали образуются трещины, чт недопустимо. Снижение скорости охлаждения менее 10oС/мин приводит к потере твердости, прочности и износостойкости трубоформовочного валка, ухудшению качества труб.

Отпуск нормализованного валка при температуре выше 400oС с продолжительностью выдержки более 7 ч ведет к потере его твердости, износостойкости и ухудшению качества труб. При температуре отпуска ниже 180oС или сокращении продолжительности выдержки менее 2 ч в валке сохраняются остаточные напряжения после нормализации. Остаточные напряжения, суммируясь с рабочими напряжениями при эксплуатации валка, приводят к образованию трещин и выкрошек. Это ухудшает стойкость валка и качество труб.

Если температура завершения охлаждения со скоростью 10-40oС/мин будет выше 200oС, то трубоформовочный валок потеряет твердость и износостойкость. Уменьшение этой температуры ниже 100oС нецелесообразно, так как стойкость валка и качество труб не улучшатся, а лишь возрастут энергозатраты на принудительное охлаждение его струями воздуха и водовоздушной смесью.

Примеры реализации способа 1. Трубоформовочный литой валок из заэвтектоидной хромистой стали марки Х12ВМФ с осевым каналом и диаметром бочки 316 мм помещают в камеру электропечи сопротивления и разогревают до температуры нормализации Тн=900oС. Разогретый валок выдерживают при температуре нормализации в течение времени н = 1,5 ч, после чего извлекают из камеры электропечи и устанавливают на столе в горизонтальном положении. В осевой канал трубоформовочного валка с одной стороны подают из сопла струю сжатого воздуха и производят его принудительное охлаждение со скоростью V=10oС/мин. Скорость охлаждения регулируют расходом охлаждающего воздуха. При снижении температуры трубоформовочного валка до значения Тr=200oС, подачу сжатого воздуха в его осевой канал прекращают, и дальнейшее охлаждение валка до температуры окружающей среды происходит самопроизвольно.

Трубоформовочный валок после завершения нормализации подвергают отпуску. Для этого его помещают в шахтную электропечь ПН-34М, нагревают до температуры отпуска То=400oС и выдерживают при этой температуре в течение времени o = 7 ч. По окончании выдержки Трубоформовочный валок подвергают механической обработке на конечные размеры и эксплуатируют в линии трубоэлектросварочного агрегата.

2. Те же операции, что и в варианте 1, только нормализацию осуществляют при температуре Тн= 940oС, времени выдержки при температуре нормализации н = 4 ч. Охлаждение ведут струями сжатого воздуха, подаваемыми в осевой канал трубоформовочного валка с обеих его сторон навстречу друг другу. Скорость охлаждения поддерживают равной 25oС/мин.

После достижения трубоформовочным валком температуры Тr=150oС подачу сжатого воздуха прекращают. Отпуск трубоформовочного валка проводят при температуре То=290oС в течение o = 4,5 ч.

3. Те же операции, что и варианте 2, только температура нормализации Тн= 980oС, время выдержки н = 6,5 ч. Для охлаждения трубоформовочного валка в его осевой канал подают с обеих сторон навстречу друг другу струи водовоздушной смеси, чем обеспечивают его охлаждение со скоростью 40oС/мин. При достижении температуры Тr=100oС подачу струй водовоздушной смеси прекращают.

Отпуск нормализованного трубоформовочного валка ведут при температуре То=180oС, времени выдержки o = 2 ч.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Из таблицы следует, что в случае реализации предложенного способа (варианты 1-3) обеспечивается повышение твердости и стойкости трубоформовочного валка, отбраковка труб по дефектам поверхности минимальна, что свидетельствует о повышении их качества.

В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 4 и 5) и реализации способа-прототипа (вариант 6) имеет место ухудшение стойкости трубоформовочного валка и качества труб.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что предложенные режимы термического упрочнения обеспечивают одновременно как максимальное упрочнение трубоформовочного валка из хромистой заэвтектоидной стали с осевым каналом, так и исключение образования и развития термических трещин в теле валка. Это позволяет повысить стойкость трубоформовочного валка и качество труб.

За базовый объект принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность производства прямошовных электросварных водогазопроводных труб на 10-15% Литература 1. Заявка Японии 62-290827, МПК С 21 D 9/38, В 21 В 27/00 1987 г.

2. Заявка Японии 2170920, МПК С 21 D 9/38, В 21 В 27/00 1990 г.

3. Н.А.Будагьянц, В.Е.Карсский. Литые прокатные валки. М., Металлургия, 1983 г. с. 141-143 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ термического упрочнения трубоформовочного валка из хромистой стали с осевым каналом, включающий нагрев до температуры нормализации, выдержку, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что валок нагревают до температуры 900-980oС, при которой выдерживают в течение 1,5-6,5 ч, после чего охлаждают со скоростью 10-40oС/мин, а отпуск ведут путем нагрева до температуры 180-400oС и выдержки при этой температуре в течение 2-7 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют струями воздуха или водовоздушной смеси, подаваемыми в осевой канал валка.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что струи воздуха или водовоздушной смеси подают в осевой канал с обеих сторон валка навстречу друг другу.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что охлаждение валка струями воздуха или водовоздушной смеси ведут до температуры 100-200oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

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

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при восстановлении прокатных валков станов холодной и горячей прокатки
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей и холодной прокатки для повышения долговечности прокатных валков

Изобретение относится к термической обработке, в частности к агрегатам, предназначенным для термической обработки валков прокатных станов, и элементам конструкции таких агрегатов, и может использоваться в машиностроении

Изобретение относится к области термообработки и может быть использовано для промежуточной или окончательной термической обработки листопрокатных рабочих и опорных валков из хромомолибденованадиевых сталей
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки

Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к термической обработке роликов установок непрерывной разливки стали (УНРС) после наплавки их бочки

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки
Изобретение относится к изготовлению изделий, например правильных и прокатных валков из углеродистых и легированных сталей, и может быть использовано в черной и цветной металлургии, машиностроении и авиационной промышленности

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при восстановлении валков из заэвтектоидных сталей, работающих в условиях сложных циклических нагрузок и больших перепадов температур, а именно валков для станов горячей прокатки, и является усовершенствованием известного способа восстановления валков из заэвтектоидных сталей
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии производства валков сортовых станов горячей прокатки

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве валков профилегибочных и трубоформовочных станов

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для упрочения рабочих калибров стальных валков сортопрокатного стана

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к термообработке кованых валков из заэвтектоидной стали для станов горячей прокатки
Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении бандажей составных роликов машины непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к термической обработке, а именно к технологическим процессам поверхностного упрочнения прокатных валков

Изобретение относится к термической обработке, а именно к технологическим процессам поверхностного упрочнения железоуглеродистых сплавов высокоэнергетическими плазменными потоками, и может быть использовано при обработке валков чистовых клетей для прокатки периодических арматурных профилей
Изобретение относится к металлургии, а именно к прокатному производству, и может использоваться при ремонтах прокатных валков
Изобретение относится к области тяжелого машиностроения, в частности к производству бандажированных валков холодной и горячей прокатки
Наверх