Способ восстановления эксплуатационных свойств валков станов горячей прокатки

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки. Цель изобретения - повышение стойкости рабочих валков путем уменьшения глубины переточек, проводимых для удаления трещин разгара. В способе, включающем нагрев поверхности валка до температуры отпуска и охлаждение, нагрев ведут в процессе эксплуатации валка за счет контакта его поверхности с прокатываемым металлом и одновременного подстуживания валка, охлаждение с температуры отпуска осуществляют в два этапа, сначала замедленное, а затем ускоренное, и отпуск проводят с периодом, равным 50-20000 циклов-оборотов валка. Во избежание нарушения технологии прокатки отпуск проводят во время остановок стана. При этом для валка клети дуо и клети сортового стана нагрева поверхности валка осуществляют до температуры не выше 530^oC а для рабочего валка клети кварто - не выше 400^oC. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки для увеличения долговечности рабочих прокатных валков.

Цель изобретения повышение стойкости рабочих валков станов горячей прокатки путем уменьшения глубины переточек, проводимых для удаления трещин разгара.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный способ включает в себя нагрев поверхности валка до температуры отпуска и охлаждение, причем нагрев ведут в процессе эксплуатации валка за счет контакта его поверхности с прокатываемым металлом и одновременного подстуживания валка, при этом охлаждение с температуры отпуска осуществляют в два этапа, сначала замедленное, а затем ускоренное, отпуск проводят с периодом равным 50-20000 циклов-оборотов валка. Во избежание нарушения технологии прокатки нагрев валка осуществляют за счет его контакта с последними прокатываемыми слябами перед остановкой стана, длительность замедленного охлаждения равна времени перерыва в эксплуатации валка, а ускоренное охлаждение осуществляют перед началом эксплуатации валка. При восстановлении валков непрерывного стана горячей прокатки осуществляют нагрев поверхности валка черновой клети за счет его контакта с последними прокатываемыми слябами перед перевалкой валков чистовых клетей. При восстановлении валка клети дуо и клети сортового стана нагрев его поверхности ведут до температуры не выше 530^oC, а для валка клети кварто нагрев поверхности не должен превышать 400^oC.

Рабочие валки станов горячей прокатки эксплуатируются в сложных условиях: в условиях одновременного воздействия абразивной среды, высоких температур, ударных нагрузок, развивающихся при входе полосы в контакт с валками, а также переменных контактных и термомеханических нагружений. Циклически меняющееся температурное поле валка вызывает значительные напряжения, которые ведут к возникновению и накоплению усталостных изменений в структуре материала валка, переходящие в усталостные микротрещины. Механизм образования трещин разгара широко изучен и описан в ряде работ. Общая схема образования трещин разгара заключается в следующем: при каждом обороте валка тонкий поверхностный слой материала испытывает пластическую деформацию сжатия, а при охлаждении пластическую деформацию растяжения. Через определенное количество циклов теплосмен на поверхности валка образуются трещины разгара, которые, в свою очередь, увеличивают износ валков. После прокатки регламентированного количества металла валки вываливаются из стана и для подготовки к следующей кампании производится токарная обработка поверхности для удаления трещин разгара, глубина которых зависит от многочисленных факторов: материала валка, интенсивности нагрева и охлаждения поверхностного слоя, температуры прокатываемого металла, величины наработки за одну кампанию и другие. Так, для валков клети дуо (сталь 9ХФ) стана 2000 НЛМК глубина трещин достигает 7-8 мм на сторону. В случае, если трещины термической усталости уже образовались, то проведение промежуточного отпуска не дает положительного результата.

Известно, что разрушение активного слоя рабочих валков происходит в три этапа. Первый, инкубационный этап накопления микродефектов. Второй этап интенсивного образования микротрещин, переходящий местами в макротрещины. Третий этап этап стабилизации, характеризующийся устойчивой сильно развитой сеткой разгара, глубина трещин достигает глубины колебаний температуры поверхностного слоя валка. Таким образом, если не опустить развития второго и третьего этапа, то можно исключить образование макротрещин разгара и повысить стойкость валка за счет уменьшения глубины токарной обработки валка между перевалками. Этого можно достичь, если проводить отпуск во время первого этапа, т.е. когда микродефекты можно залечить и снизить уровень остаточных напряжений, которые образуются в поверхностном слое валка во время его эксплуатации. Исходя из этих условий выбран интервал периодичности отпуска. Нижний предел 50 циклов-оборотов рекомендуется для валков клети дуо, окалиноломателей и других, где скорость прокатки невысокая, валки вращаются медленно и контакт с нагретым прокатываемым металлом длителен. В результате в месте контакта поверхность валка разогревается до высоких температур (≈ 700^oC) и градиент температур достигает 10-15 мм вглубь валка. При выходе из зоны контакта нагретый участок резко охлаждается водой и уже через несколько десятков термоциклов на поверхности трещины разгара. Верхний предел 20000 цикло-оборотов выбран исходя из условий эксплуатации валков клетей средней группы.

Известно, что в связи с удлинением металла при прокатке соответственно повышается скорость прокатки с увеличением номера клети, следовательно время контакта поверхности валка с прокатываемым металлом уменьшается, что приводит к снижению температуры поверхности в зоне контакта и снижению градиента температуры. В результате увеличивается верхний предел проведения периодически отпуска. Многочисленные исследования показали, что при проведении отпуска чаще, чем через 50 циклов валка практически не сказывается на повышении стойкости валка, а при проведении отпуска реже, чем через 20000 циклов-оборотов снижается стойкость, т.к. уже образуются макродефекты, которые невозможно залечить промежуточной термической обработкой. Для проведения отпуска целесообразно использовать тепло прокатываемого металла, уменьшая при этом степень охлаждения валка, регулируя этим скорость нагрева валка. Максимальная температура поверхности бочки валка для валка дуо, обжимных станов, клетей сортовых станов и других, где нет опорных валков, не должна превышать 530^oC. Это связано с тем, что при более высокой температуре происходит резкое снижение твердости для большинства валковых сталей, повышается износ и, даже возможна микропластическая деформация поверхностного слоя валка со стороны прокатываемого металл, т. к. при этой температуре снижаются и прочностные характеристики валковой стали. Для рабочих валков кварто верхний предел температуры снижен до 400^oC. Это связано с тем, что в клетях кварто рабочие валки испытывают высокие удельные давления со стороны опорных и повышается вероятность протекания пластической деформации поверхностного слоя валка. Одновременно при этом для рабочих валков клетей кварто создаются наиболее благоприятные условия для залечивания микродефектов. В контакте с прокатываемым металлом происходит разогрев валка до заданной температуры, а при контакте с опорным валком протекает упругая деформация, которая благотворно влияет на залечивание микродефектов.

Наиболее целесообразно проводить отпуск между периодическими плановыми остановками стана. В этом случае валок разогревается за несколько циклов последними партиями прокатываемого металла. За эти несколько циклов поверхность валка не успевает износиться, затем прокатка прекращается, температура валка выравнивается и начинает медленно снижаться. При этом время замедленного охлаждения определяется длительностью планового простоя стана. На этот период целесообразно полностью отключить охлаждение валка для того, чтобы он как можно дольше пребывал при повышенной температуре, а охлаждение включать перед началом прокатки. При эксплуатации рабочего валка черновой клети непрерывного стана горячей прокатки отпуск целесообразно проводить при прокатке последних полос (если это валок не первой клети) или слябов (для валка клети дуо) перед очередной перевалкой рабочих валков чистовых клетей. Известно, что время между перевалками рабочих валков чистовых клетей непрерывных станов горячей прокатки невелико и определяется наработкой. Так, например, для НШС 2000 НЛМК она составляет 3 тыс. тонн, а для перевалки валков клети дуо наработка составляет 360 тыс. тонн, т.е. в 120 раз больше. Поэтому, за время перевалок рабочих валков чистовых клетей удобно проводить промежуточный отпуск рабочим валкам черновых клетей. Ниже приведены конкретные примеры выполнения предложенного способа.

Пример 1. На непрерывном широкополосном стане 2000 НЛМК проводились периодические отпуски валкам клети дуо. Валки диаметром 1400 мм выполнены из стали 9ХФ. Регламентируемое количество прокатываемого металла между перевалками до 360 тыс. тонн. Периодический отпуск проводился следующим образом: через каждые 3 тыс. тонн проката, что соответствует 380 циклам валка клети дуо перед перевалкой рабочих валков чистовых клетей при прокатке двух последних слябов постепенно уменьшалось охлаждение валков клети дуо и перед последними двумя циклами (оборотами) валка отключалось совсем. Температура слябов 1200^oC. Температура поверхности валка контролировалась по инфракрасному излучению оптическим пирометром типа "Гефест". Температура поверхности валка после нагрева и окончания прокатки составляла 480^oC, через 30 секунд температура понизилась до 435^oC. Затем температура начала медленно снижаться (из-за большой массы валка) со скоростью 3^oC/мин и через один час после перевалки рабочих валков чистовой группы температура составила 255^oC. Охлаждение валка включали перед началом прокатки. В результате эксплуатации на поверхности валка не образовывались трещины разгара, что привело к уменьшению величины токарной обработки поверхности бочки между перевалками. Величина наработки до полного выхода валка из строя составила 3300 тыс. тонн проката. Величина наработки на валок, который эксплуатировался без промежуточного отпуска, составила 1630 тыс. тонн.

Пример 2. Проводились отпуски рабочих валков клети дуо из стали 9ХФ аналогично примера 1, отличие в нагреве до максимальной температуры поверхности валка. Результаты эксплуатационных данных представлены в таблице 1.

Как видно из табл. 1 максимальная температура бочки валка при проведении отпуска рекомендуется не более 530^oC.

Пример 3. Проводились отпуски рабочих валков НШС 2000 первой клети кварто диаметром 1200 мм (сталь 9ХФ) аналогично примера 1, отличие в нагреве до максимальной температуры бочки валка. Результаты представлены в таблице 2.

Как видно из табл. 2 максимальная температура поверхности бочки рабочего валка клети кварто не должна превышать 400^oC.

Пример 4. Проводились отпуски рабочих валков НШС 2000 первой клети кварто аналогично примера 1. Диаметр валков 1200 мм, сталь 9ХФ. Отличие заключалось в периодичности промежуточного отпуска. Результаты экспериментальных данных представлены в таблице 3.

Как видно из табл. 3 проведение промежуточного отпуска чаще, чем через 50 цикло-оборотов не сказывается на стойкости валка, а при проведении отпуска реже, чем через 20000 цикло-оборотов резко снижает его стойкость и его стойкость становится равной стойкости валка, для которого не проводился промежуточный отпуск (N 6, пример 3). Преимущества предлагаемого способа эксплуатации заключаются в повышении стойкости рабочего вала станов горячей прокатки за счет уменьшения глубины токарной обработки, проводимой для удаления трещин разгара. Повышается качество прокатываемого металла за счет отсутствия отпечатков трещин разгара. Достоинством предложенного способа является его легкость и доступность, отсутствие дополнительных затрат на его проведение, он хорошо укладывается в технологические рамки прокатки без нарушения ее технологии.

Формула изобретения

1. Способ восстановления эксплуатационных свойств валков станов горячей прокатки, включающий нагрев поверхности валка до температуры отпуска и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут в процессе эксплуатации валка путем контакта его поверхности с прокатываемым металлом и одновременного подстуживания валка, охлаждение с температуры отпуска осуществляют в два этапа, сначала замедленное, а затем ускоренное, отпуск проводят с периодом 50 20000 циклов-оборотов валка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев валка осуществляют путем его контакта с последними прокатываемыми слябами перед остановкой стана, длительность замедленного охлаждения равна времени перерыва в эксплуатации валка, а ускоренное охлаждение осуществляют перед началом эксплуатации валка.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при восстановлении валков непрерывного стана горячей прокатки осуществляют нагрев поверхности валка черновой клети путем его контакта с последними прокатываемыми слябами перед перевалкой валков чистовых клетей.

4. Способ по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что при восстановлении валка клети дуо и клети сортового стана нагрев его поверхности ведут до температуры не выше 530^oС.

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что при восстановлении валка в клети кварто нагрев его поверхности ведут до температуры не выше 400^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1