Способ восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра подушек валков
Владельцы патента RU 2327555:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение может быть использовано для восстановления плунжеров гидроцилиндров в подушках валков станов горячей и холодной прокатки. Предварительный подогрев проводят до температуры 200...300°С. Осуществляют многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм2 с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С. Используют для наплавки электрод следующего состава, мас.%: углерод 0,01...0,20, марганец 1,20...1,80, кремний 0,50...0,90, хром 10,0...20,0, никель 5,0...10,0, железо - остальное. Последующую термическую обработку плунжера проводят при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 часа. Изобретение обеспечивает снижение расхода плунжеров гидроцилиндров подушек валков за счет повышения износостойкости поверхности плунжера. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ремонту металлургического оборудования, и может быть использовано для восстановления плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков в подушках опорных валков станов горячей и холодной прокатки.
Плунжеры гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков в подушках опорных валков работают в условиях циклического механического воздействия со стороны направляющих гидроцилиндра, окислительного воздействия охлаждающей жидкости и абразивного действия окалины. В результате плунжеры быстро изнашиваются по диаметру и гидроцилиндры не обеспечивают необходимого давления противоизгиба рабочих валков при прокатке полос.
В процессе проведения патентного поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не были обнаружены источники информации, содержащие сведения о способе восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра подушек валков.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении расхода плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков за счет повышения износостойкости поверхности плунжера.
Для этого способ восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра противоизгиба рабочих валков включает его предварительный подогрев до температуры 200...300°С, многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм2 с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С и последующую термическую обработку плунжера при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 часа. Кроме того, многослойную наплавку производят стальным электродом следующего состава, мас.%:
| Углерод | 0,01...0,20 |
| Марганец | 1,20...1,80 |
| Кремний | 0,50...0,90 |
| Хром | 10,0...20,0 |
| Никель | 5,0...10,0 |
| Железо | остальное. |
Верхний предел температуры подогрева 300°С выбран экспериментально. Температура подогрева выше 300°С приводит к перегреву плунжера в процессе наплавки и к его искривлению, а также снижению твердости наплавленного слоя. При снижении температуры подогрева ниже 200°С в зоне термического влияния (ЗТВ) наплавленного валика наблюдаются закалочные структуры и трещины. Это приводит к потере плотности гидроцилиндров противоизгиба и к выкрошкам наплавленного слоя.
Экспериментально установлено, что снижение скорости наплавки менее 30 м/ч приводит к перегреву плунжера и его искривлению. При увеличении скорости наплавки более 40 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки и увеличивает износ плунжеров.
При плотности электрического тока менее 20 А/мм2 из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается, возрастает расход плунжеров. Увеличение плотности электрического тока более 25 А/мм2 приводит к перегреву плунжера, появлению его искривления, снижению твердости и износостойкости наплавленного слоя.
Нагрев плунжера при наплавке до температуры выше 300°С приводит к искривлению плунжера и снижению твердости наплавляемого металла.
Термообработка плунжеров при температуре выше 300°С или ниже 250°С приводит увеличению расхода (снижению стойкости) плунжеров.
Выдержка при термообработке менее 3 часов приводит к сохранению остаточных напряжений от наплавки, изгибающих плунжер, а также снижению его износостойкости.
Выдержка более 4 часов приводит к снижению твердости и износостойкости наплавленного металла.
В процессе эксплуатации плунжеры подвержены фрикционному износу от трения со стороны направляющих гидроцилиндров, окислительного воздействия охлаждающей жидкости. Поэтому оптимальным вариантом является наплавка износостойкой хромосодержащей сталью, которая имеет наряду с высокой твердостью, еще и высокую износостойкость. Поэтому для наплавки рекомендовано в качестве материала применять электрод из стали следующего химического состава, мас.%: углерод 0,01...0,20, марганец 1,20...1,80, кремний 0,50...0,90, хром 10,0...20,0, никель 5,0...10,0, железо - остальное.
Углерод обеспечивает матричное упрочнение наплавленного металла и усиливает способность образовывать твердый и прочный рабочий слой роликов. При содержании углерода менее 0,01% наплавленный слой упрочнен недостаточно. При содержании углерода выше 0,20% наплавленный металл подвержен растрескиванию при кристаллизации.
Марганец упрочняет металлическую матрицу и значительно улучшает пластичность металла при кристаллизации. Минимальная концентрация Mn, необходимая для достижения требуемой прочности, равна 1,20%. Подобно углероду, Mn в избытке ухудшает вязкость металла и также вызывает появление трещин при наплавке, поэтому его верхний предел равен 1,80%.
Кремний введен в наплавочный электрод в качестве раскислителя в количестве 0,50...0,90%. С понижением количества кремния менее 0,50% возможно появление пор при наплавке. Взятый в избытке кремний отрицательно влияет на вязкость наплавленного металла в ЗТВ, которая при его концентрациях более 0,90% снижается, что увеличивает расход плунжеров.
Хром повышает износостойкость наплавленного металла. При содержании хрома менее 10,0% не обеспечивается износостойкость наплавленного металла и увеличивается расход плунжеров. При содержании в наплавленном слое хрома свыше 20,0% образуются сварочные трещины, что приводит к выкрошкам наплавленного металла и повышению расхода плунжеров.
Никель повышает пластичность наплавленного металла и коррозионную стойкость от воздействия агрессивной среды охлаждающей жидкости. Избыток никеля способствует, снижению твердости наплавленного метала и ухудшению износостойкости наплавленных плунжеров, поэтому верхний предел установлен 10,0%. При содержании никеля менее 5,0% снижается коррозионная стойкость плунжеров от воздействия агрессивной среды.
Примеры реализации способа
Были изготовлены пять вариантов стальных электродов различного химического состава (таблица 1) в виде проволоки диаметром 3 мм.
Наплавленный металл состава I имеет концентрацию химических элементов меньше заявленных пределов. В составах II-IV концентрация химических элементов соответствует заявленным пределам. В составе V концентрация химических элементов превышает заявленные пределы.
| Таблица 1 | |||||
| № состава | Химический состав, мас.% | ||||
| С | Mn | Si | Cr | Ni | |
| I | 0,009 | 1,19 | 0,49 | 9,0 | 4,0 |
| II | 0,01 | 1,20 | 0,50 | 10,0 | 5,0 |
| III | 0,10 | 1,50 | 0,70 | 15,0 | 7,0 |
| IV | 0,20 | 1,80 | 0,90 | 20,0 | 10,0 |
| V | 0,22 | 1,90 | 0,91 | 21,0 | 11,0 |
| Примечание: Во всех составах железо - основа. |
Изношенный плунжер гидроцилиндра противоизгиба рабочих валков подушек опорных валков стана 2000 горячей прокатки после механической обработки устанавливают на наплавочный станок и приводят во вращение. Плунжер нагревают газовой горелкой до температуры Тнаг=250°С. Электродуговую наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 электродом диаметром 3 мм из стали состава III (таблица 1). Скорость наплавки составляет Vсв=35 м/ч, плотность электрического тока при наплавке J=22,5 А/мм2. Наплавку ведут до восстановления номинального размера плунжера с припуском на механическую обработку. Во время наплавки контролируется температура нагрева плунжера. Если температура плунжера (Тнап) при наплавке становится выше 300°С, то наплавку прерывают и проводят охлаждение поверхности плунжера сжатым воздухом до снижения температуры ниже 300°С. После наплавки плунжера проводят термообработку путем нагрева до температуры Ттер=280°С с выдержкой t=3,5 ч.
Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавки поверхности плунжера. После термической обработки плунжер устанавливают на токарный, а затем шлифовальный станки и обрабатывают до номинального диаметра.
Восстановленный плунжер собирают с гидроцилиндром подушки опорного валка и устанавливают в стан горячей прокатки.
Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости плунжеров (удельный расход на тонну проката) приведены в таблице 2.
Как следует из данных, приведенных в таблице 2, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается снижение расхода восстановленных плунжеров (удельный расход минимален) за счет повышения износостойкости поверхности плунжера. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) расход восстановленных плунжеров увеличивается.
| Таблица 2 | ||||||||
| № варианта | Номер состава | Тнаг, °С | Vсв, м/ч | J, А/мм2 | Тнап, °С | Ттер, °С | t, ч | Уд. расход плунжеров, кг/т |
| 1 | I | 190 | 29 | 19 | 200 | 200 | 2,9 | 0,017 |
| 2 | II | 200 | 30 | 20 | 250 | 250 | 3,0 | 0,011 |
| 3 | III | 250 | 35 | 22,5 | 280 | 280 | 3,5 | 0,010 |
| 4 | IV | 300 | 40 | 25 | 300 | 300 | 4,0 | 0,011 |
| 5 | v | 310 | 41 | 26 | 350 | 350 | 4,1 | 0,019 |
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры восстановления плунжеров обеспечивают получение высокой твердости, коррозионной и износостойкости. Этим достигается уменьшение расхода восстановленных плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки.
Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления плунжеров на 20-30%.
1. Способ восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра подушек валков, включающий его предварительный подогрев до температуры 200...300°С, многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм2 с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С и последующую термическую обработку плунжера при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что многослойную наплавку производят стальным электродом следующего химического состава, мас.%:
| Углерод | 0,01...0,20 |
| Марганец | 1,20...1,80 |
| Кремний | 0,50...0,90 |
| Хром | 10,0...20,0 |
| Никель | 5,0...10,0 |
| Железо | Остальное |
