Способ изготовления валка профилегибочного агрегата

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве валков профилегибочных и трубоформовочных станов. Технический результат изобретения состоит в повышении стойкости валка и качества гнутых профилей и труб. Способ включает механическую обработку литой заготовки из заэвтектоидной хромомолибденовой стали и термическое упрочнение валка. Сталь имеет следующий химический состав, %: углерод 2,0-2,2; кремний 0,10-0,40; марганец 0,15-0,45; хром 11,0-12,5; вольфрам 0,50-0,80; ванадий 0,15-0,30; молибден 0,60-0,90; сера не более 0,030; фосфор не более 0,030; железо остальное. Термическое упрочнение ведут путем нагрева валка до температуры 850-900oС, выдержки до выравнивания температуры по сечению, последующего охлаждения со скоростью 5-45oС/мин, после чего валок отпускают при температуре 180-400oС. Кроме того, перед механической обработкой литую заготовку отжигают при температуре 800-950oС в течение 10-20 ч. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

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

Основными требованиями, которым должны удовлетворять валки профилегибочного агрегата, является высокая твердость и износостойкость, а также исключение налипания на поверхность загрязнений в виде смеси технологической смазки и окалины.

Известен способ изготовления прокатного валка из хромомолибденовой стали, содержащей, мас.%: Углерод - 0,7-1,2 Кремний - 1,1-2,0 Хром - 3,5-5,5 Молибден - 4,5-5,5 Вольфрам - 1,5-5,0 Ванадий - 1,5-3,0 Кобальт - 4-6 Марганец - 1,1-5,0 Никель - 2,1-5,0
Цирконий - 0,1-0,5
Бор - 0,001-0,05
Железо и примеси - Остальное
После механической обработки заготовки валок подвергают закалке и отпуску [1].

Недостатком данного способа является низкая износостойкость валков, не позволяющая использовать их в профилегибочных агрегатах.

Известен также способ изготовления прокатного валка из заэвтектоидной хромованадиевой стали следующего химического состава, мас.%:
Углерод - 1,5-2,5
Кремний - 0,2-1,2
Марганец - 0,2-1,2
Хром - 0,5-2,0
Ванадий - 4-8
Железо - Остальное
Стальную заготовку подвергают механической обработке и термическому упрочнению [2].

Валок, полученный по известной технологии, имеет низкие твердость и износостойкость, подвержен налипанию загрязнений. Это снижает стойкость валка и качество металлопродукции.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ изготовления валка, включающий механическую обработку литой заготовки из заэвтектоидной хромомолибденовой стали марки 150ХНМ, содержащей, мас.% (ГОСТ 9487):
Углерод - 1,3-1,7
Кремний - 0,17-0,37
Марганец - 0,50-0,80
Хром - 1,3-1,7
Никель - 1,20-1,60
Молибден - 0,10-0,30
Сера - Не более 0,040
Фосфор - Не более 0,040
Железо - Остальное
Литую заготовку после механической обработки подвергают термическому упрочнению по режиму: нагрев со скоростью 50-60oС/ч до температуры нормализации 900-950oС, выдержка при этой температуре 12-20 ч, охлаждение до температуры 600oС, выдержка в течение 8-10 ч и окончательное охлаждение со скоростью, не превышающей 25oС/ч [3] - прототип.

Недостаток известного способа состоит в том, что профилегибочный валок, изготовленный по такой технологии, имеет низкую твердость и износостойкость, подвержен налипанию загрязнений. Это приводит к снижению стойкости валка и качества гнутых профилей и труб.

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

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе изготовления валка профилегибочного агрегата, включающем механическую обработку литой заготовки из заэвтектоидной хромомолибденовой стали и термическое упрочнение валка, согласно предложению сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод - 2,0-2,2
Кремний - 0,10-0,40
Марганец - 0,15-0,45
Хром - 11,0-12,5
Вольфрам - 0,50-0,80
Ванадий - 0,15-0,30
Молибден - 0,60-0,90
Сера - Не более 0,030
Фосфор - Не более 0,030
Железо - Остальное
а термическое упрочнение ведут путем нагрева валка до температуры 850-900oС, выдержки до выравнивания температуры по сечению, последующего охлаждения со скоростью не менее 5oС/мин и не более 45oС/мин, после чего валок отпускают при температуре 180-400oС. Кроме того, перед механической обработкой литую заготовку отжигают при температуре 800-950oС в течение 10-20 ч.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Для повышения твердости, износостойкости и исключения налипания на валки загрязнений проведена одновременная оптимизация химического состава стали и режимов термического упрочнения валков.

В состав стали введены дополнительно 0,5-0,8% вольфрама и 0,15-0,30% ванадия, уменьшено допустимое содержание вредных примесей - серы и фосфора. Такая сталь после термической обработки приобретает высокую износостойкость, однако она имеет повышенную склонность к образованию термических трещин и плохо поддается механической обработке. Снижение температуры термоупрочнения и скорости охлаждения для исключения трещинообразования приводит к потере твердости и износостойкости валка, увеличивает вероятность налипания на него загрязнений.

При нагреве валка из стали предложенного состава до температуры 850-950oС обеспечивается разрушение цементитной сетки, сфероидизация цементита и перлита. Выдержка до выравнивания температуры позволяет устранить термические напряжения в валке. Последующее охлаждение валка со скоростью 5-45oС/мин способствует фиксации мелкозернистой микроструктуры стали, интенсивному повышению ее твердости, износостойкости, снижению адгезии загрязнений к поверхности. В то же время, скорость охлаждения 45oС/мин является предельно допустимой, при которой термические и фазовые напряжения в стали предложенного состава еще не приводят к образованию термических трещин, а скорость 5oС/мин еще не приводит к заметному падению твердости и износостойкости валка.

Последующий отпуск при температуре 180-400oС обеспечивает полное снятие в валке внутренних напряжений, которые возникли в нем при охлаждении со скоростью 5-45oС/мин.

Отжиг литой заготовки перед механической обработкой при температуре 800-950oС в течение 10-20 ч снижает твердость отливки и улучшает ее обрабатываемость. Помимо этого, отжиг способствует гомогенизации микроструктуры, что благоприятно сказывается на твердости и износостойкости литого термоупрочненного валка.

Углерод является основным упрочняющим элементом в стали. При содержании углерода менее 2,0% даже после термоупрочнения валок имеет низкую твердость и износостойкость. Повышение концентрации углерода более 2,2% приводит к графитизации стали, снижению ее прочности, что недопустимо.

Кремний обеспечивает повышение жидкотекучести расплава стали, что улучшает качество литой заготовки. Увеличение содержания кремния более 0,40% приводит к охрупчиванию литой заготовки. Снижение содержания кремния менее 0,10% разупрочняет сталь, ухудшает раскисленность стали, что отрицательно сказывается на стойкости валков.

Марганец раскисляет и десульфурирует сталь, уменьшает содержание в ней неметаллических включений. Это повышает стойкость валков и качество гнутого профильного проката и труб. Марганец образует в данной стали карбиды типа Мn3С и Мn3С3С, упрочняющие сталь. Снижение содержания марганца менее 0,15% увеличивает ее окисленность и не обеспечивает десульфурацию. Это ухудшает стойкость валков. Увеличение содержания марганца сверх 0,45% приводит к растрескиванию валков в процессе их термоупрочнения.

Хром существенно повышает твердость и износостойкость литых прокатных валков. При концентрации хрома в стали менее 11% валки профилегибочного агрегата имеют низкую износостойкость. Увеличение содержания хрома сверх 12,5% не приводит к дальнейшему повышению эксплуатационных свойств валков, а лишь ухудшает литейные свойства стали, вследствие чего нецелесообразно.

Введение в сталь вольфрама приводит к существенному повышению ее твердости и износостойкости, снижению адгезии жиросодержащих загрязнений к поверхности валка. При содержании вольфрама менее 0,50% износостойкость валка профилегибочного агрегата снижается. Увеличение концентрации этого элемента сверх 0,80% не ведет к дальнейшему повышению стойкости валков, а лишь увеличивает расход легирующих, что нецелесообразно.

Ванадий, являясь сильным карбидообразующим элементом, размельчает литую структуру валка, очищает валок от включений графита и повышает его износостойкость. При содержании ванадия менее 0,15% его влияние проявляется слабо. Увеличение концентрации ванадия сверх 0,30% снижает прочность валка в термоупрочненном состоянии.

Молибден является карбидообразующим элементом, повышающим твердость и износостойкость валка. При содержании молибдена менее 0,60% образуется крупнозернистая структура литой стали, имеющая недостаточную износостойкость. Увеличение содержания молибдена сверх 0,90% приводит к резкому увеличению склонности литой стали к трещинообразованию при термоупрочнении валка, что нецелесообразно.

Сера и фосфор являются вредными примесями, неизбежно присутствующими в сталях промышленного производства. При содержании серы сверх 0,030% или фосфора сверх 0,030% имеет место резкое снижение механических и эксплуатационных свойств валка профилегибочного стана. При содержании серы менее 0,030% и фосфора менее 0,030% вредное действие этих элементов в стали предложенного состава практически не проявляется, тогда как дальнейшее снижение их концентрации экономически нецелесообразно.

Экспериментально установлено, что при увеличении температуры нагрева выше 950oС происходит чрезмерный рост зерен микроструктуры стали, валок профилегибочного агрегата имеет низкие твердость и износостойкость. Снижение этой температуры менее 850oС приводит к сохранению в стали цементитной сетки, образующейся в процессе кристаллизации. Это снижает стойкость валка и ухудшает качество гнутых профилей и труб.

При скорости охлаждения выше 45oС/мин в теле валка из стали предложенного состава образуются трещины, что недопустимо. Снижение скорости охлаждения менее 5oС/мин приводит к потере твердости и износостойкости валка, увеличению налипания на него загрязнений, ухудшению качества гнутых профилей и труб.

Отпуск при температуре выше 400oС ведет к снижению твердости и износостойкости валка. При температуре отпуска ниже 180oС в валке сохраняются остаточные напряжения, приводящие к образованию трещин и выкрошек в процессе эксплуатации валка.

Отжиг литой заготовки при температуре ниже 800oС с продолжительностью выдержки менее 10 ч не обеспечивает гомогенизации литой структуры стали и не улучшает обрабатываемости резанием и качества термоупрочненного валка. Увеличение температуры отжига сверх 950oС или времени выдержки более 20 ч приводит к снижению износостойкости литого термоупрочненного валка.

Пример реализации способа
В электропечи производят выплавку заэвтектоидных хромомолибденовых сталей составов (см. табл.1).

Выплавленные стали разливают в слитки круглого сечения, которые отжигают в шахтной электропечи при температуре t0=875oC в течение времени 0=15 ч.

Отожженные слитки делят на заготовки, из которых механической (токарной) обработкой изготавливают валки профилегибочного агрегата ПГА 2-8 (с припуском на финишную обработку).

После механической обработки валок загружают в электропечь сопротивления, нагревают до температуры tТ=900oC и выдерживают до выравнивания температуры по сечению валков. Затем валок извлекают из печи и охлаждают принудительно на стенде для охлаждения со скоростью V0=25oС/мин. Скорость охлаждения регулируют расходом подаваемой к валку водовоздушной смеси. По завершению охлаждения валок загружают в шахтную электропечь ПН-34М и подвергают отпуску при температуре tот=290oC.

Отожженный валок перетачивают на конечный размер и эксплуатируют в линии профилегибочного агрегата ПГА 2-8.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что в случае использования заэвтектоидной стали предложенного состава (составы 2-4) и обработки литой заготовки по предложенным режимам имеет место повышение стойкости валка профилегибочного агрегата (до 280-320 км спрофилированной полосы) при одновременном повышении качества профильного проката.

В случаях запредельных значений содержаний в стали химических элементов и запредельных параметрах обработки (составы 1 и 5) имеет место ухудшение стойкости валка и качества профильного проката.

Также более низкие стойкость валка и качество профильного проката достигается при использовании прототипа (состав 6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа изготовления валка профилегибочного агрегата состоят в том, что за счет оптимизации химического состава и режимов обработки заготовки и валка обеспечивается повышение износостойкости валка, повышение его твердости, уменьшение склонности валка удерживать загрязнения на поверхности. Этим обеспечивается повышение стойкости валков и качества гнутых профилей.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность производства гнутого профильного проката на 18-20%.

Источники информации
1. Заявка 2205656 (Япония), МПК С 22 С 38/00, В 21 В 27/00, 1990 г.

2. Заявка 58-144455 (Япония), МПК С 22 С 38/24, В 21 В 27/02, 1983 г.

3. Н. А. Будагьянц, В.Е. Карсский. Литые прокатные валки. М., Металлургия, 1983 г., с.142-143 (прототип).


Формула изобретения

1. Способ изготовления валка профилегибочного агрегата, включающий механическую обработку литой заготовки из заэвтектоидной хромомолибденовой стали и термическое упрочнение валка, отличающийся тем, что сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Углерод - 2,0-2,2
Кремний - 0,10-0,40
Марганец - 0,15-0,45
Хром - 11,0-12,5
Вольфрам - 0,50-0,80
Ванадий - 0,15-0,30
Молибден - 0,60-0,90
Сера - Не более 0,030
Фосфор - Не более 0,030
Железо - Остальное
а термическое упрочнение ведут путем нагрева валка до температуры 850 -900oС, выдержки до выравнивания температуры по сечению, последующего охлаждения со скоростью не менее 5oС/мин и не более 45oС/мин, после чего валок отпускают при температуре 180-400oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед механической обработкой литую заготовку отжигают при температуре 800-950oС в течение 10-20 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к двухслойной коррозионно-стойкой листовой стали и изделиям, выполненным из нее, и может быть использовано для оборудования, работающего в агрессивных средах под давлением при повышенной температуре, например, в нефтеперерабатывающей, химической промышленности и других отраслях
Изобретение относится к изготовлению деталей из пластмассы с использованием формы, внутренняя поверхность которой полностью или частично выполнена из стали

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано для восстановления деталей металлургического оборудования, работающих в тяжелых условиях повышенных контактных нагрузок, в частности для роликов машин непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к металлургии, а именно к автоматной легированной стали, используемой в машиностроении

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству автоматной легированной стали, используемой в машиностроении

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству сталей повышенной и высокой обрабатываемости резанием, в частности легированных автоматных сталей, используемых в машиностроении

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к литой штамповой стали, получаемой непрерывной разливкой, используемой при изготовлении формообразующей оснастки небольших сечений и подвергаемой азотированию, и может быть использовано в ряде металлообрабатывающих отраслей народного хозяйства, имеющих в своем составе кузнечно-прессовое производство и использующих азотирование в качестве упрочняющего метода повышения стойкости оснастки

Сталь // 1749297
Изобретение относится к черной металлургии , в частности к низколегированной конструкционной стали, предназначенной для производства высокопрочного листового проката, что позволит повысить конструктивную прочность изделий

Сталь // 1661239
Изобретение относится к металлургии, а именно к легированной инструментальной стали, используемой в различных отраслях промышленности в литом состоянии в измерительных и режущих инструментах, в резьбовых калибрах, лекалах сложной формы, в сложных точных штампах для холодных работ с труднодеформируемыми материалами
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии производства валков сортовых станов горячей прокатки

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

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

Наверх