6. МАТЕРИАЛ ВАЛКОВ

Большую роль при производстве профильного проката играет правиль-ный выбор металла валков.

Чугунные валки для сортовых станов горячей прокатки изготавливают по ГОСТ 11143—65 следующих видов: из нелегированного чугуна с /пластин-чатым (СП) и шаровидным (СШ) графитом; из легированного чугуна с пластинчатым (СПХН) и шаровидным (СШХН) графитом.

Легированные чугунные валки с пластинчатым графитом (СП) изго-тавливают с отбеленным перлито-графитовым и с перлито-карбидо-графито-вым рабочим слоем.

Легированные чугунные валки с пластинчатым графитом (СПХН) изготав-ливают с отбеленным или с перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем, а также двухслойными с рабочей поверхностью из легированного отбеленного чугуна и с сердцевиной из серого или легированного чугуна.

Нелегироваяные чугунные валки с шаровидным графитом (СШ) (изготав-ливают с отбеленным перлито-графитовым и перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем.

Легированные чугунные валки с шаровидным графитом (СШХН) изго-тавливают с перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем, а также двух-слойный с рабочей поверхностью из легированного отбеленного чугуна и с сердцевиной из серого или легированного чугуна. Все указанные выше типы чугунных валков отливают гладкими или с профильными ручьями.

Твердость поверхности бочек отбеленных чугунных валков, как правило, определяют приборами типа Шора. Твердость валков с перлито-окарбидо-графитовой структурой должна определяться по Бринеллю.

Стальные валки (кованые и литые) для сортовых станов горячей про-катки изготавливают по ГОСТ 9487—70 (технические требования) и ГОСТ 5399—69 (основные размеры).

Стальные прокатные валки изготовляют литыми и коваными для горя-чей прокатки и коваными для холодной прокатки.

Стальные литые валки для горячей прокатки выполняют из доэвтектоидных (0,46—0,70% С, HS24—27), эвтектоидных (0,75—0,85% С, HS30—40) и заэвтектоидных (1,1—1,6% С, HS32—50) сталей.

Стальные кованые валки для холодной прокатки изготовляют по ГОСТ 3541—74, а для горячей прокатки — по техническим условиям, согласован-ным между заводами-изготовителями и заводами-потребителями.

Стальные валки для блюмингов, слябингов и заготовочных станов изго-товляют в основном из кованой углеродистой стали, содержащей 0,6— 0,8% С, или легированной хромоникелевой стали марок 50ХН и 60ХН, а так-же из литой стали 50, 50ХН, 150ΧΉΜ; валки рельсо-балочных и крупносорт-ных станов — из кованой стали 50, 55, 55Х, 40ХН, 50ХН, 60 ХН, 9Х и 9ХФ; валки среднесортных станов—из кованой стали 50, 55, 55Х и 50ХН и ли-той 150ХНМ; валки мелкосортных станов из кованой стали 50, 55, 55Х и 60ХГ и литой 150ХНМ; проволочных станов — из кованой стали 50, 9Х, 9ХФ и 9Х2МФ и литой 150ХНМ; штрипсовых станов — из кованой стали 50, 60ХГ и литой 150ХНМ.

Бандажи сборных валков станов холодной прокатки изготовляют из ста-лей 9Х, 9X2, 9ХФ, 75ХМ и оси валков из сталей 45ХНМ, 40ХН2МА, 55Х.

Химический состав металла калков должен соответствовать ГОСТ 1050— 74 для сталей марок 50 и 55, ГОСТ 4543—71 для сталей марок 40ХН, 50ХН и 40ХН2МА; ГОСТ 3541—74 для сталей марок 55Х, 9ХФ; ГОСТ 5950—63 для стали 9Х; ГОСТ 10207—70 для стали 45ХНМ.

7. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛКОВ

Чугунные валки изготавливают только отливкой. Изготовление литых, валков — сложный процесс с большим числом промежуточных операций. Ка-чество литых валков зависит в основном от вида литейной формы. Напри-мер, тепловое сопротивление земляной формы в несколько (раз больше, чем металлической.. Валки, отлитые в земляную форму, имеют более низкие прочность и износостойкость, что обусловлено медленным затвердеванием жидкого металла.

Мягкие (незакаленные) валки отливают из черного чугуна в земляную форму -(опоку). (Полутвердые (полузакаленные) валки отливают в металли-ческую чугунную форму (кокиль), покрытую изнутри слоем глины толщи-ной до 15—20:мм для замедления -процесса отбеливания чугуна «а бочке валков. Твердые (закаленные) валки отливают в металлическую нефутерованную форму. Валки высокой твердости изготавливают двухслойными: на-ружный слой из высоколегированного чугуна, а сердцевину — из чугуна де-шевого, но более прочного при работе на изгиб.

Механическая обработка валков с отлитыми ручьями значительно проще. Требуемые глубина и твердость отбеленного рабочего слоя достигаются под-бором толщины слоя обмазки и химическим.составом чугуна. Глубина отбе-ленного рабочего слоя валков мелкосортных станов составляет 15—30 мм, средне-сортных 20—40 мм и крупносортных и рельсо-балочных 150—200 мм/ Глубина отбеленного слоя ручьевых валков должна обеспечить возможность полной их переточки.

Магнитогорский (ММК) и Кузнецкий (КМК) металлургические комби-наты, Серовский металлургический завод применяют передовую технологию литья валков в металлические сборные формы. Большого внимания заслужи-вает технология литья валков на КМК. Верхняя шейка валка формируется в земляной форме, а бочка и нижняя шейка — в чугунном кокиле. Внутрен-нюю поверхность литейной формы окрашивают хромомагнезитовой краской толщиной до б мм. Окрашенные формы сушат при 300—350°С.

Чугунные валки отливают на Днепропетровском чугуно-вальцеделательном заводе (ДЧВЗ), Лутугинском заводе прокатных валков (ЛЗПВ), Кушвинском заводе и для собственных нужд на КМК, ММК, Серовском метал-лургическом заводе и на других заводах.

Химический анализ чугуна должен проводиться (ГОСТ 2331—63) на пробах, взятых при заливке чугуна.

Работниками Лутугинского завода освоен способ обработки чугуна магнием с использованием жидкой чугуно-магниевой лигатуры. Сущность способа заключается в том, что обработке магнием подвергают не всю мас-су (металла в 35-т ковше, а только часть его в малом ковше емкостью 10— 15 т.

Плавку ведут одновременно в вагранке и пламенной печи. Обе части плавки (ваграночная, обработанная магнием и печная) после смешивания обеспечивают требуемые химический состав, твердость и микроструктуру отливок.

Обработка чугуна жидкой чугуно-магниевой лигатурой позволяет повы-сить температуру заливки и сохранить в массовых отливках остаточный магний, необходимый для образования в чугуне шаровидной формы графита.

Опыт Лутугинского завода получения тяжелых отливок из магниевого чугуна переняли многие заводы как в нашей стране, так и за рубежом.

Вакуумирование жидкого чугуна при отливке способствует уменьшению газонасыщенности и загрязненности неметаллическими включениями метал-л а валков; при этом глубина отбеленного слоя валков уменьшается в 1,3 ра-за, а переходной зоны — в 1,5 раза.

На некоторых металлургических заводах при изготовлении литых сталь-ных валков наряду с заливкой металла в -форму (кокиль) сверху применя-ют сифонную заливку. Сифонная заливка позволяет уменьшить припуск под механическую обработку валков на 25—30%. Однако сифонная заливка усложняет процесс формовки и выбивки валков из формы, повышает стои-мость изготовления форм и требует больше производственных площадей.

Стойкость кокилей для валков диаметром 800—1100 мм и длиной бочки до 2000 ммдостигает 35 заливов, а для валков диаметром до 800 мм на-ходится в пределах 40—50. На КМК кокили массой более 10 τ отливают с бандажами, что приводит к увеличению стойкости кокилей на 20—25%.

Литые стальные валки для горячей прокатки находят все большее при-менение. Ряд заводов черной металлургии, используя передовую технологию-изготовления валков, уже в течение нескольких лет успешно применяет ли-тые стальные валки вместо кованых.

Литые валки из углеродистых заэвтектоидных сталей (марок У10, У12) изготавливают и эксплуатируют на ММК и КМК в черновых клетях рель-со-балочных и крупносортных станах.

Успешное применение литых стальных валков объясняется их низкой, стоимостью и высокой стойкостью. Срок службы литых валков обычно в 1,5—2,5 раза больше, чем кованых.

Основными поставщиками кованых валков горячей прокатки являются УЗТМ, НКМЗ, ЭЗТМ, ЮУМЗ, Ижорский, Днепропетровский и некоторые другие заводы тяжелого машиностроения, располагающие мощным кузнечно-прссовым оборудованием и необходимыми рредствами термообработки.

Качество валков, выпускаемых отдельными заводами, неодинаково. Как показывают многочисленные статистические данные, наиболее высокую стой-кость при эксплуатации имеют валки Уралмашзавода. Ковку валков на УЗТМ в отличие от ковки на большинстве других заводов осуществляют, как правило, с одной осадкой при степени укова не менее трех. Для повы-шения износостойкости бочку валков можно подвергать поверхностной за-калке, наплавке твердыми сплавами и обкатке роликами.

В зависимости от марки стали валки для горячей прокатки подвергают следующим видам термической обработки: нормализации и отпуску (для рельсо-балочных и крупносортных станов) — стали марок 50, 55, 9Х, 9ХФ; закалке и отпуску (для проволочных станов) —9Х, 9ХФ, 9Х2МФ; двойной нормализации и отпуску (для непрерывно-заготовочных, среднесортиых, мелкосортных станов) — 150ХНМ.

Стали марок 55Х, 60ХГ, 50ХН и 60ХН подвергают нормализации и от-пуску или по требованию заказчика — закалке и отпуску для валков с боч-кой диаметром до 500 мм, а с бочкой диаметром более 500 мм закалка и отпуск должны проводиться по соглашению сторон.

Литые валки из стали марок типа 60ХН подвергают термической обра-ботке по следующему режиму "[}]: выдержка в печи в течение 4 ч при 250°С, последующий нагрев до 650° со скоростью 40°С/ч, выдержка 3—5 ч; нагрев до 950°С со скоростью 60°С/ч, выдержка 18—22 ч; охлаждение на воздухе до 550—600°С; нагрев до 850—870°С, со скоростью 80°С/ч выдержка 14— 18 ч; охлаждение на воздухе до 400—500°С; нагрев до 600°С со скоростью 80°С/ч; выдержка 12 ч; охлаждение с печью до 200°С со скоростью 25°С/ч. Время термической обработки составляет около ПО ч.

На ММК литые валки из стали У150ХНМ подвергают термической об-работке по следующему режиму: тройная нормализация с температур 1050, 820, 900°С, последующий отпуск при 600°С (твердость HS46—49), норма-лизация с Ш50°С, последующий отжиг при 820°С (твердость HS41—45),

Кованые стальные валки из углеродистых сталей подвергают термиче-ской обработке по следующему режиму: нагрев до температуры норма-лизации (830—870°С) с выдержкой в печи после выравнивания температу-ры из расчета 0,6 ч на 100 мм толщины с последующим охлаждением на воздухе до "250—550°С. Температура отпуска 580—660°С, время выдержки из расчета 1,2 ч на 100 мм толщины. Охлаждение после отпуска: до 400°С со скоростью 40—60°С/ч, охлаждение до 250—300°С со скоростью 20—30°С/ч. Нагрев и охлаждение валков из легированных сталей осуществляют более осторожно.

Валки из углеродистых сталей можно подвергать термической обработке в необработанном виде, а из легированных — только после механической обработки.

Валки для горячей прокатки должны поставляться с чисто обработанны-ми и зацентрованными шейками. Шероховатость поверхности бочки валков для горячей прокатки должна быть не ниже 5-го класса, а грубообработанной поверхности бочки —не ниже 3-го класса (ГОСТ 2789—73).

Валки для линий листовой холодной прокатки по их использованию делят на: рабочие и опорные. См. рис. 4 и 5.

Диаметр валка подбирают на основе расчетов, выполненных при учете сортамента (его толщины), условий работы, механических свойств проката, максимальных усилий, обжатий, конструкции линии.

Длина бочки РВ зависит от ширины полосы, листа, ленты.

Приводными валками обычно делают РВ. В клетях, где отношение длины бочки к Ø валка = или > 5:1, и прокатывается очень тонкая лента из легированной стали, на многовалковых агрегатах приводными выполняются ОВ (опорные валки). У валков с подшипниками качения, шейки изготовляют ступенчатыми. На станах, где используются подшипники скольжения, шейки валков, как правило, гладкие. Для редуцирования давления на подшипники, повышения прочности валковых шеек, работающих на ПЖТ, шейки имеют макс. Ø, а места переходов от шеек к бочке закругляются.

В РВ (при Ø бочки >160 мм) делают сквозные пазы по оси, так называемые осевые каналы. В валках больших размеров эти каналы в области бочки переходят в более широкие камеры. Камеры имеют Ø, превышающий в значительной степени Ø входных отверстий.

Осевые каналы способствуют охлаждению центра валка в момент его закалки. Такое дополнительное охлаждение РВ в процессе функционирования линии создаёт стабильный термальный режим, повышая, таким образом, стойкость валка.

Опорные валки могут быть цельноковаными (как на рис. 3 и 4), литыми, бандажированными (см. рис. 5). К качеству подготовки ОВ предъявляются особо жесткие требования. Возникающее при работе биение бочки ОВ относительно шеек ведёт к разнотолщинности прокатываемой полосы. Макс. допустимое биение бочки валка Ø1500 мм будет равно 0,03 мм.

Для агрегатов холодной прокатки валки предусматривают из высококачественных сталей, в составе которых небольшое содержание вредных компонентов S и P. Наряду с механич. свойствами после термообработки стали оценивают по технологическим характеристикам — закаливаемости, склонности к перегреву, чувствительности к деформации при закалке, обрабатываемости, шлифуемости и др.

Важнейшими признаками для сталей, идущих на производство валков, считаются твердость и прокаливаемость. Твердость стали марки 9Х в закаленном состоянии достигает 100 ед. по Шору.

РВ многовалковых прокатных линий производят из сталей 9Х и 9Х2. За границей для этого служат инструментальные, среднелегированные и быстрорежущие стали. Твёрдость рабочей поверхности в состоянии после термообработки достигает HRC 61-66.

В последних технологиях все чаще упоминаются РВ, изготовленные из металлокерамических твердых сплавов (основу их образует карбид вольфрам). Изготовление валков из твердых сплавов основано, как правило, на горячем прессовании или спекании пластифицированных заготовок. Количество кобальтового порошка принимается, равным 8-15 % (остальной компонент - карбид вольфрам).

Твёрдосплавные валки, по сравнению с валками из легированных марок стали, более износостойкие. Их стойкость к износам в 30—50 раз выше. При прокатке ими может быть получена макс. шероховатость на поверхности прокатываемого материала.

Их изготавливают цельными и составными. В качестве РВ многовалковых прокатных линий, как правило, применяют цельные металлокерамические валки. При проектировании твёрдосплавных валков учитывают определенные соотношения Ø шейки к Ø бочки (≥ 0,6) и Ø и длины бочки (≤ 4).

Основным недостатком металлокерамических валков является повышенная хрупкость, что исключает возможность эксплуатации их при толчках, ударах, больших прогибах. При завалке их в клеть необходимо полностью устранить перекосы, влияющие на качество прокатываемого материала. ОВ для линий холодной прокатки обычно изготовлены из сталей марок 9X2, 9XФ, 75ХМ, 65XНМ. В последнее время сталь марки 75ХМ для цельнокованых ОВ наиболее широко применяется.

Марки сталей 40ХНМА, 55Х, 50ХГ и стали 70 идут на изготовление осей составных (бандажированных) ОВ (малых и средних). Для изготовления осей крупных ОВ тяжелонагруженных станов применяют стали марок 45XHВ и 45XHМ.

Стали 9Х, 9ХФ, 75ХН, 9X2, 9Х2Ф и 9Х2В используются для изготовления бандажей составных ОВ. Твёрдость поверхности бандажа после конечной термообработки 60—85 ед. по Шору.

Целесообразно применение литых ОВ, они дешевле кованых, обладают значительно большей износостойкостью. Крупные литые опорные валки изготавливают из хромоникельмолибденовых и хромомарганцево-молибденовых сталей. Например, изготовляют ОВ из стали типа 65ХНМЛ. Они после термообработки имеют твёрдость 45—60 ед. по Шору.

ОВ многовалковых станов изготавливают из инструментальной стали. В ней содержится 1,5% С и 12 % Сг. Твёрдость их после термообработки HRC 56— 62.

Металлургия - одна из основных отраслей современного производства. Именно благодаря ей в бюджет государства идут колоссальные финансовые поступления, ведь стальная и чугунная продукция, как правило, идет на экспорт и формирует валютную выручку как самого комбината или завода, так и страны. Существуют различные металлургические предприятия, рабочий цикл которых может быть как полным, так и неполным. Но в любом случае финальным этапом металлургического цикла будет являться прокатка металла с целью получения требуемого для потребителя профиля. Именно в прокатных цехах производят балки, швеллеры, рельсы и прочее. Основными элементами любого прокатного стана являются прокатные валки. Заводы металлургического комплекса без них просто немыслимы, поэтому о валках поговорим подробно в этой статье.

Общее описание

Прокат металла - операция достаточно сложная, энергозатратная и требующая наличия специальных навыков и знаний от персонала. Обжатие материала, которое производит прокатный валок, позволяет достичь определённых размеров обрабатываемого профиля. Важно знать, что валки в процессе своей работы берут на себя внушительное усилие, которое возникает непосредственно в процессе работы всей прокатной линии. Именно поэтому прокатный валок - наиболее изнашивающаяся часть любого прокатного стана.

Составные части и характеристики

Все прокатные валки имеют три основных компонента, в числе которых:

• Бочка валка. Именно она находится в непосредственном контакте с раскалённым и подвергаемым обработке металлом. У бочки есть два главных линейных параметра - длина (L) и диаметр (ØD).
• Шейки (опорные части) - расположены по бокам от бочки и опираются на подшипники валка. Также характеризуются длиной и диаметром.
• Приводной конец.

Для валко-сортового стана главными показателями считаются: номинальный диаметр, диаметр буртов и рабочий диаметр. В тех случаях, когда прокатный валок служит для вращения с помощью шпинделя универсального типа, его приводной конец будет иметь форму лопасти или цилиндра. Вид крестовины приводной конец будет иметь, если предусмотрено вращение валка с помощью трефа (обязательно наличие промежуточной муфты).

Валки для листового проката

Листовые прокатные валки, изготовление которых - достаточно трудоемкий процесс, выполняют прокатку ленты, полос. Бочка у таких валков гладкая, выполнена в цилиндрической форме.

Валки сортопрокатные используются для изготовления фасонного материала, который может иметь как круглое, так и квадратное сечение уголки).

Бочки прокатных валков делают немного выпуклыми, если они предназначены для холодной прокатки тонколистового проката. В остальных случаях для горячей прокатки бочке валка придают вогнутую форму. Это делается потому, что в момент движения металла по валку бочка его будет нагреваться и выпрямляться.

Валки для сортового проката

Бочка таких валков имеет специальные углубления (ручьи), которые повторяют профиль прокатываемого впоследствии металла. Ручьи пары валков при соединении между собой образовывают калибр. Длина бочки сортовых валков находится в зависимости от ширины прокатываемой заготовки и условий калибровки.

Сортовые валки характеризуются номинальным диаметром и длиной бочки. Если же стан имеет много клетей и различные по диаметру валки, то доминирующим будет диаметр валков чистовой клети.

По назначению сортовые валки разделяются следующим образом:

• Для тяжёлых обжимных станов.
• Для крупносортовых и рельсобалочных станов.
• Для среднесортового проката.
• Для мелкосортового проката.
• Для проволочных станов.
• Для штрипосвых станов.

Центробежное литье

Прокатных валков в качестве одного из основных методов предусматривает способ Этот метод является весьма дорогостоящим, однако он в полной мере позволяет по максимуму уплотнить структуру металла наружной поверхности, которая и является рабочей у валка. Такой подход позволяет в значительной степени увеличить срок службы изделия.

Для данного способа применяют специальную машину, имеющую горизонтальную ось вращения формы центробежного литья. Сама форма установлена на опорные ролики. Приводные ролики смонтированы таким образом, что в полной мере обеспечивают синхронизацию процесса вращения. Расположенный вверху страховочный ролик имеет зазор относительно обода катания самой формы. Для поглощения вибрации между роликами и ступицей имеются демпфирующие прокладки. Снижение уровня вибрации и колебания формы сводит к нулю вероятность получения брака.

Литье валков центробежным методом осуществляют из высоколегированного чугуна. Во вращающийся вокруг своей вертикальной оси кокиль заливают металл, объем которого находится в пределах 95 % от всего объема рабочего слоя прокатного валка.

Неоспоримыми преимуществами центробежного литья являются:

Метод ковки

Это самый дорогостоящий метод производства прокатных валков, который тем не менее дает возможность максимально упрочнить полностью все тело валка. Благодаря этому существенно повышаются надёжность и долговечность.

Сама же ковка выполняется на специальных автоматизированных комплексах, разработанных и изготовленных с использованием передовых технологий. Мощность этих агрегатов может составлять до 150 МН.

Полученные таким способом валки чаще всего применяют на блюмингах и слябингах, а также сортовых станах. Эти стальные валки обладают повышенным в момент соприкосновения с прокатываемой заготовкой. Такой нюанс крайне важен для клетей с высокой степенью обжатия.

Сама по себе ковка предусматривает следующие операции:

• Биллетировку слитка.
• Осадку.
• Протяжку.
• Ковку на размер поковки.

Обработка прокатных валков после ковки предусматривает сложную термическую обработку, заключительным этапом которой непременно являются и отпуск.

Титан производства

Сегодня Россия входит в число тех стран, которые регулируют мировой рынок стали и сплавов. Поэтому созданию комплектующих и деталей для металлургии в стране уделено самое пристальное внимание. В частности, Магнитогорский завод прокатных валков - один из лидеров по выпуску данной продукции.

В июле 2016 года на этом предприятии были запущены новые высокопроизводительные тигельные Эти высокотехнологичные агрегаты позволят выпускать сложнолегированные сплавы, снизить количество потребляемых ферросплавов и шихты. При этом снижение потребления электроэнергии составит порядка 10 %. Режим плавления можно будет осуществлять с частотой 250 Гц, а доводку и перемешивание - с частотой 125 Гц. Немаловажно и соблюдение экологических требований: снижение вредных выбросов на этих печах произойдет в 2,6 раза.

В целом уральское предприятие регулярно снабжает рынок прокатных валков своей продукцией и является активно развивающимся предприятием.

Свердловский гигант

Нельзя также обойти вниманием и Кушвинский завод прокатных валков. Его продукцией являются все виды валков, бандажи для них. На предприятии валки прокатных станов производятся с применением таких материалов для рабочего слоя, как:

• Индефинит.
• Индефинит, улучшенный специальными карбидами.
• Высокохромистый чугун.
• Высокохромистая сталь.
• Быстрорежущая сталь.

Шейки и сердцевина листопрокатных валков выпускаются из особо прочного чугуна.

Валки для сортопрокатных станов производятся на основе бейнитных и перлитных с шаровидной или пластинчатой формой графита.

Украинские производители

В Украине существуют три основных предприятия по производству прокатных валков: Днепропетровский, Лутугинский и Новокраматорский заводы прокатных валков.

Днепровский комбинат имеет широчайшую номенклатуру производства валков, причем не только для металлургии, но и для других отраслей. Очень часто предприятие работает для конкретного заказчика, подключая своих высококвалифицированных специалистов из технического отдела для создания разнообразных чертежей и новых моделей валков.

До начала боевых действий на Донбассе в 2014 году в когорту лучших стабильно входил и Лутугинский завод прокатных валков. Его продукция поставлялась не только на все металлургические предприятия Украины, но и во многие страны ближнего зарубежья и Европы. Однако военный конфликт привёл к тому, что завод был остановлен. Пострадали и основные фонды предприятия. Но все же в 2015 году удалось вновь запустить предприятие, а в наши дни оно начало получать заказы из Российской Федерации.

Контроль над качеством валков

В процессе производства абсолютно каждый прокатный валок в обязательном порядке проходит процедуру технического контроля качества его изготовления. Особое внимание уделяется:

Упаковка

Все прокатные валки (заводы, производящие их, имеют соответствующие сертификаты качества) поставляются к потребителю в специальной упаковке. Эта тара зачастую представляет собой деревянные ящики с перегородками, внутри которых укладываются валки и надежно закрепляются стяжными элементами. Упаковочному контейнеру производители уделяют также пристальное внимание, ведь плохое крепление валков и отсутствие надлежащей защиты рабочей и посадочной поверхностей промышленного изделия вполне могут привести к негативным последствиям в вопросе качества валков.

Заключение

Прокатные валки, технология производства которых была детально рассмотрена выше, оказывают существенное влияние на получаемую в итоге с их помощью продукцию. Поэтому ведущие мировые производители проката уделяют особо пристальное внимание этому элементу. Каждый руководитель металлургического предприятия прекрасно понимает, что от технического состояния прокатного стана в целом и прокатных валков в частности будет во многом зависеть итоговая рентабельность всего производства.

Валки прокатных станов по сравнению с другими деталями работают в неблагоприятных условиях, так как они воспринимают большие знакопеременные изгибающие усилия и тепловые нагрузки. Поверхность валка, работающая при прокатке металла на истирание, должна обладать высокой твердостью и износостойкостью, т. е. материал валков должен быть одновременно вязким в сердцевине и достаточно твердым на рабочей поверхности бочки (не менее 90 ед. по Шору), а глубина закаленного слоя должна составлять не менее 3% от величины радиуса валка. Поковки валков холодной прокатки изготовляются способом свободной ковки на гидравлических прессах; в качестве заготовок используют крупные слитки массой 40...90 т. Перед окончательным получением заготовки валка слиток или часть его предварительно проковывается. Основная цель ковки заключается в обеспечении проработки литой структуры металла слитка, полном разрушении карбидной сетки и измельчении зерна, достижении наиболее выгодного расположения волокон в поковке и получении необходимых механических свойств металла в поперечном, продольном направлениях и по сечению поковки. Из двух существующих схем ковки: «круг -- круг» и «круг -- квадрат -- круг» более предпочтительной является последняя, так как с ее помощью обеспечивается получение более качественной структуры металла поковки, достигается лучшая прорабатываем ость слоев сердцевины и завариваемость макро- и микронесплошностей металла, что определяется его металлургическими свойствами. Поковки крупных валков массой более 3 т следует изготовлять с двумя осадками слитков. Правильный выбор степени деформации при осадке слитков обеспечивает улучшение качества поковок и повышение прочности и износостойкости валков. Технологическая схема ковки валков предусматривает биллетировку слитка, осадку, предварительную протяжку, а также ковку на окончательные размеры.

Особое место в технологии изготовления валков холодной прокатки занимает термическая обработка, с помощью которой обеспечивается получение необходимых свойств материала валка.

В качестве предварительной термообработки при изготовлении валков используют изотермический отжиг, сущность которого заключается в перекристаллизации стали при температуре 950...960 .° С, последующем охлаждении в печи до 300...350.° С, изотермической выдержке при температуре 700...710СС и медленном охлаждении. Предварительная термообработка производится после обдирки поковки валка с припуском 8...12 мм и глубокого сверления центрального отверстия. Для подготовки структуры под поверхностную закалку применяется нормализация с отпуском: нормализация производится при температурах 850...870.°С с последующим охлаждением валков на воздухе и нагревом под отпуск до 600,..620.° С; отпуск обеспечивает получение требуемой твердости на шейках валков в пределах 35...55 ед. по Шору. Закалка валков осуществляется путем нагрева током промышленной 50 Гц или высокой частоты 1000 Гц, а также с помощью газопламенного нагрева. Износостойкость и долговечность работы валков в значительной степени зависят от величины и распределения остаточных напряжений, возникающих при термообработке. Рабочие валки тяжелонагруженных станов холодной прокатки нуждаются в закалке с предварительным подогревом по всему сечению валка до температуры 600...650.°С или с предварительным подогревом поверхности валка до 800...820.° С с помощью тока промышленной частоты. Дополнительное охлаждение должно осуществляться через поверхность осевого отверстия валка, в результате чего получается наиболее рациональное распределение остаточных напряжений по сечению валка.

Малонагруженные валки холодной прокатки закаливают с подогревом внутренних слоев до 500...550 . С; это снижает уровень растягивающих напряжений на поверхности валка и не вызывает образования больших напряжений растяжения во внутренних слоях.

Крупные валки, работающие в легких условиях эксплуатации, можно закаливать с подогревом центральной зоны бочки до 300...400 .° С без дополнительного внутреннего охлаждения. После закалки током промышленной частоты при температуре 900...910.°С и последующего отпуска при 400...520. С достигается твердость рабочей поверхности валка в пределах 45...90 ед. по Шору (в зависимости от технических требований на изготовление валка). Термическая обработка, результатом которой является сочетание высокой вязкости металла в сердцевине с высокой твердостью поверхности валка, повышает долговечность работы валков прокатных станов. Последовательность обработки валка состоит из следующих этапов: черновая обработка поверхности валка под изотермический отжиг и нормализация с припуском 8...12 мм; глубокое сверление центрального канала и растачивание камеры; изотермический отжиг и нормализация; обработка под закалку поверхности бочки с припуском 0,5...1,5 мм и шеек с припуском 5...6 мм; обработка всех мелких поверхностей; закалка токами промышленной частоты с отпуском; обработка закаленных валков под второй отпуск; второй отпуск для снятия напряжений; окончательная механическая обработка. Обработка крупных валков начинается с разметки осевых линий и центров. После центрования отверстий валок устанавливается на токарном станке, где обрабатываются шейки под люнеты и базовые поверхности установки на станке для глубокого сверления; торцы валка намечаются с припуском 5...6 мм; концы заготовки отрезаются по намеченным надрезам. Центральное отверстие обрабатывается сверлом для глубокого сверления с последующим растачиванием камеры. В процессе глубокого сверления возникают значительные технологические трудности, связанные со сверлением консольным инструментом, имеющим значительный вылет, трудностью получения прямолинейной оси и цилиндрической формы отверстия, ухудшением теплоотвода и охлаждения инструмента. Для глубокого сверления применяются перовые, пушечные, двух - и четырех-кромочные и кольцевые сверла; последние используют при сверлении отверстий диаметром свыше 70 мм.

Четырех кромочные сверла с напайными твердосплавными пластинками для сверления глубоких отверстий диаметром до 70 мм. Двухперое четырехкромочное сверло при сверлении валков длиной до 7500 мм дает увод отверстия 10...15 мм; четырехкромочное сверло с центральной выточкой позволяет уменьшить увод до 1...1.5 мм на той же длине сверления. При сверлении глубоких отверстий диаметром более 70 мм применяют кольцевые сверла. С помощью режущих пластинок сверла, закрепленных в корпусе, выбирают кольцевую канавку в обрабатываемой заготовке. Прочность шеек вала зависит от диаметра осевого отверстия, поэтому в полости бочки растачивается камера с плавными переходами от осевого отверстия. Растачивание ведется при работе борштанги на сжатие или на растяжение. Производительность расточки повышается при работе борштанги на сжатие. После изотермического отжига и нормализации валок обрабатывают под закалку; устанавливают в отверстие временные пробки и на токарном станке протачивают на шейках две выточки под люнеты, пробки удаляют. Поверхность валка не должна иметь острых кромок и рисок, переход от одной поверхности к другой должен выполняться плавно, через галтели. Перед закалкой следует обрабатывать различные мелкие поверхности. Трефы обрабатываются на специальных трефофрезерных станках в размер. На продольно-фрезерных станках фрезеруются шпоночные пазы или квадраты с припуском на сторону 2 мм; радиальные отверстия сверлятся в размер. После закалки валок устанавливают в патроне и люнете с точностью до 0,25 мм, используя бочку как базовую поверхность, после чего растачивают отверстия под центровые пробки. Пробки после охлаждения в жидком азоте запрессовывают в отверстие. Деталь устанавливают в центрах и протачивают бочку до устранения биения. Для повышения производительности при обработке закаленных валков используют точение резцами с широкими лезвиями, оснащенными минералокерамическими пластинками из сплава ВЗ.

Задний угол резца с широким лезвием--6е, передний угол -- (--6а), угол наклона режущей кромки -- 13°, ширина фаски режущей кромки --0,5 мм. Валки площадью до 26 м обрабатывают резцами с такими геометрическими параметрами. Шероховатость поверхности при этом не превышает Ra = 1,25 мкм. При шлифовании валок устанавливается в центрах, поверхность бочки шлифуется до снятия следов токарной обработки. При этом необходимо поддерживать правильный режим охлаждения и правки круга во избежание появления прижогов, которые снижают поверхностную твердость валков и способствуют появлению микротрещин. Затем проводится окончательная обработка мелких поверхностей -- пазов, трефов, шлицев н. т. п. После второго отпуска выполняют чистовое шлифование поверхности бочки и окончательную обработку шеек валков. Заправку галтелей после шлифования производят твердосплавными радиусными резцами на токарном станке. В качестве материала для изготовления валков горячей прокатки используют легированные стали, а также чугун с отбеленной поверхностью. Валок для горячей прокатки. Валок изготовляется из стали 55Х, масса детали 20 890 кг, масса заготовки 26 000 кг. Технологический процесс обработки валка для горячей прокатки аналогичен процессу обработки валков для холодной прокатки, но несколько проще, Обработка валка делится на три стадии: черновую обработку заготовки, термическую и чистовую обработки. На заготовку наносят осевые линии и центры, а затем проверяются величина и расположение припусков на обработку. Целью токарной черновой операции является снятие основной массы металла припуска с поверхности валка и с торцов, а также подготовка валка к термической обработке.

При этом надрезается прибыль, которая удаляется на слесарной операции; здесь же проверяется твердость бочки и шеек валка, а также размечается лопатка под черновую обработку. Деталь передается на термическую обработку, которая производится с целью улучшения структуры, устранения внутренних напряжений и получения твердости.

После термообработки исправляются центровые гнезда детали, и производится чистовая токарная обработка, которая должна обеспечить точность и концентричность всех цилиндрических поверхностей, перпендикулярность к ним торцов детали и требуемую шероховатость поверхности. Перед шлифованием или упрочняющим обкатыванием роликом предварительно протачивают шейки валка. Обкатка шеек валков производится на тяжелых токарных станках специальными рычажными или гидравлическими устройствами. На токарном станке за счет натяжения суппорта винтом поперечной подач» нельзя получить силу обкатки выше 3000 ДаН.

Гидравлическое обкатное устройство для обработки валов большого диаметра. Усилие обкатки (до 6000 ДаН) создается автономным гидравлическим цилиндром установленным в корпусе; оно передается на поверхность детали через тарельчатые пружины, снижающие жесткость системы. Недопустимые перекосы цилиндрических роликов во время обкатки устраняются за счет их самоустановки; для этого головка, несущая рабочий ролик диаметром 32 мм, свободно поворачивается на цапфах вокруг оси, перпендикулярной к линии контакта ролика с деталью. Под действием момента, возникающего при перекосах, ролик поворачивается до восстановления равномерного контакта с деталью по всей длине образующей. После разметки трефы обрабатывают начерно, а затем начисто на расточном станке. При изготовлении валков из отбеленного чугуна твердость на поверхности бочки составляет НВ 500...650, что способствует увеличению их стойкости. При механической обработке отбеленных чугунных валков трудно обеспечить требуемую производительность процесса. Значительного увеличения производительности при изготовлении валков из отбеленного чугуна можно добиться, применяя шлифование только для снятия литейной корки, а лезвийную обработку использовать в качестве основной обдирочной операции. Для увеличения стойкости резцов из сплавов ВК применяют резание при вводе в зону обработки низкого напряжения, а также резание с предварительным подогревом поверхности заготовки. Прокатные валки. Валки для прокатных станов

ковка заготовка сортовый листовой

Прокатные валки и станы

1. Прокатные валки - основной рабочий инструмент для про­катки. Они могут быть гладкими (рис. III. 4, a), калиброванными (ручьевыми) (рис. 14. 7, 6) и специальными.

Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового про­ката.

На рабочей поверхности калиброванных валков имеются ка­навки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков размещается несколько калиб­ров. Калибры могут быть открытыми (рис. III. 4, в) и закрытыми (рис. III. 4, г).

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1 (рис. III. 4, а), две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы 3 (трефы) для соединения валка с приводом.

2. Калибровка валков - это разработка схемы прокатки и размещения калибров, обеспечивающая получение заданного профиля проката при минимальном числе проходов. Одна из основ­ных задач калибровки - расчет режима обжатия при прокатке. По назначению калибры прокатных станов разделяют на обжим­ные (или вытяжные), черновые (или подготовительные) и чистовые (или отделочные).

Обжимные калибры предназначены только для уменьшения сечения прокатываемого металла. Чаще всего они имеют прямо­угольную, квадратную, ромбическую и овальную формы.

В черновых калибрах уменьшается площадь, изменяется форма поперечною сечения прокатываемого металла с постепенным при­ближением к готовому изделию. Чистовые калибры отличаются от прокатываемого профиля тем, что в них учтены коэффициент ли­нейного расширения и допуски на размеры профиля.

Для прокатки одного и того же профиля, исходя из технико­экономических показателей, можно применить различные схемы калибровки. Например, при прокатке квадратного и круглого профиля наиболее часто используют системы калибров: ромб - квадрат, овал - квадрат или овал - круг (рис. III. 4, д). При пере­даче заготовки из ручья в ручей для улучшения обжатия ее кантуют на 90°.

Рис. III. 4. Прокатные валки и схемы калибровки.

3. Устройство прокатного стана. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм.

Рабочая клеть состоит из станины 1 (рис. III. 5, a) с установ­ленными в ней в подшипниках валками 2. Для изменения зазора между ними верхний валок вместе с подшипниками перемеща­ется в пазах станины с помощью нажимного устройства 3. Дви­жение от электродвигателя 8 к валкам передается через редук­тор 7, шестеренную клеть 6 и трефовые шпиндели 5, которые со­единены с валками трефовыми муфтами 4.

4. Классификация прокатных станов. Прокатные станы клас­сифицируют по трем признакам: назначению, числу и расположе­нию валков в клетях, числу и взаимному расположению клетей.

По назначению прокатные станы делят на станы для прокатки полупродукта (блюминги, слябинги и заготовочные станы) и ста­ны для прокатки готовых изделий (сортовые, листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные, для специального проката).

Рис. III. 5. Схема прокатного стана, расположения валков и рабочих клетей.

По числу и размещению валков в клетях станы бывают: с гори­зонтальными валками; универсальные с горизонтальными и вер­тикальными валками; с косо расположенными валками. Станы с горизонтальными валками по числу их в рабочей клети подразде­ляют на двух-, трех- и многовалковые. Двухвалковые станы (дуо) могут быть нереверсивные и реверсивные (рис. III. 5, б). На трех­валковых (трио) станах (рис. III. 5, в) заготовка в одну сторону идет между нижним и средним, а в обратном направлении - меж­ду средним и верхним валками. Двух- и трехвалковые станы при­меняют при производстве всех видов сортового проката и листов.

Многовалковые станы (рис. III. 5, г) имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные валки большего диаметра являются опорными. Они предотвращают прогиб тонких рабочих валков, благодаря чему повышается точность изделий. Такие станы применяют для горячей и холодной прокатки тонких листов и полос.

Универсальные станы (рис. III. 5, д) используют при прокатке слябов, толстых листов и широкополочных двутавровых балок.

Станы с косо расположенными валками приме­няют при поперечно-винтовой прокатке бесшовных труб, периоди­ческого проката, шаров.

В зависимости от числа взаимного расположения клетей прокат­ные станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с ли­нейным и последовательным расположением клетей.

У линейных станов клети 10 (рис. III. 5, д) расположены в одну линию и имеется один привод 9. Они характеризуются невысокими скоростями прокатки (до 4 м/с) и производительностью. Последова­тельное расположение валков используется в непрерывных станах (рис. III. 5, ж). Для них характерны высокая скорость прокатки (до 45 м/с) и производительность (1...4 млн т проката в год). Не­прерывные станы-основное оборудование современных прокатных цехов.