Способ восстановления эксплуатационных свойств прокатных валков

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей и холодной прокатки для повышения долговечности прокатных валков. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости прокатных валков. Рабочий валок стана 2030 из стали 9Х2МВ устанавливают на станке, к каретке которого закрепляют подключенный к генератору импульсов индуктор, создающий магнитное поле. Валок вращают со скоростью 30 об/мин и подвергают обработке импульсным магнитным полем, начиная с края бочки валка. Напряженность магнитного поля 1000 А/м, количество импульсов составляет 5 импульсов в 1 с, продолжительность одного импульса 5·10^-3 с. Каретку с индуктором перемещают вдоль бочки валка со скоростью 500 мм/мин. 3 з.п.ф-лы.

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

Известен способ восстановления эксплуатационных свойств прокатных валков, в котором валок с целью удаления разупрочненного слоя (после определенного числа перешлифовок) подвергают токарной обработке на заданную глубину [1] . Недостатком известного способа является низкая стойкость валка вследствие образования на его поверхности дефектов контактно-усталостного характера, т. к. не всегда удается точно определить глубину разупрочненного слоя и удалить его полностью токарной обработкой.

Известен способ восстановления эксплуатационных свойств прокатных валков, включающий нагрев поверхности валка до температуры отпуска и охлаждение [2] . Недостатком известного технического решения является низкая стойкость валка, т. к. термическая обработка не всегда предотвращает разрушение бочки валка из-за действия накопленных остаточных эксплуатационных напряжений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ восстановления эксплуатационных свойств прокатных валков, включающий магнитноимпульсную обработку бочки валка [3].

Недостатком известного технического решения является низкая стойкость прокатных валков, т.к. предлагаемые режимы рекомендованы для валков малого диаметра (не более 100 мм), и обработка ведется при большой напряженности магнитного поля (300-600 кА/м) и длительности импульса 0,5-1,0 с, в результате увеличивается время и снижается качество обработки.

Техническая задача изобретения - повышение стойкости прокатных валков.

Технический результат достигается тем, что магнитно-импульсную обработку бочки валка ведут при напряженности магнитного поля 500-50000 А/м, в 1 секунду задают 2-10 импульсов, при перемещении индуктора вдоль бочки валка со скоростью 30-3000 мм/мин.

В процессе обработки валок вращают со скоростью 2-200 об/мин, длительность одного импульса назначают равной 2·10^-2 - 8·10^-5 с, а количество полных перемещений индуктора вдоль бочки валка назначают 1-20 раз.

В процессе эксплуатации прокатные валки подвергаются циклическим нагрузкам, что приводит к накоплению остаточных напряжений в поверхностном слое валка, которые накладываются на остаточные напряжения, имеющиеся в валке после его изготовления, и приводят к разрушению бочки валка. Проведенные исследования показали, что разрушение валка протекает в несколько стадий: накопление остаточных напряжений и зарождение микродефектов, увеличение размера дефектов до образования макротрещин, разрушение поверхностного слоя валка. При этом было установлено, что если еще на стадии накопления напряжений и микродефектов понизить в валке уровень остаточных напряжений, имевшихся в валке после изготовления и накопленных им при эксплуатации, то наступление следующей стадии разрушения, приводящей к необратимым последствиям, можно будет избежать. Снижение уровня напряжений в активном слое валка может быть достигнуто путем обработки бочки валка магнитным полем.

При обработке валка магнитным полем по рекомендуемым режимам в поверхностном слое вследствие неоднородности кристаллической структуры возникают вихревые токи. Магнитное поле и вихревые токи вызывают локальные микровихри, которые, в свою очередь, нагревают участки вокруг кристаллитов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла [3]. В местах концентраций остаточных или усталостных напряжений теплота, наведенная при магнитной обработке вихревыми токами, уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры, особенно в зоне контакта напряженных участков, что приводит к снижению концентрации и общего уровня остаточных напряжений.

Поверхность валков обрабатывают импульсным магнитным полем с напряженностью 500-50000 А/м с количеством импульсов 2-10 штук в секунду и длительностью одного импульса 2·10^-2 - 8·10^-5 секунды. При меньшей напряженности магнитного поля (или количества импульсов менее 2-х) тепловой энергии, созданной магнитным полем, становится недостаточно для уменьшения в валке уровня остаточных напряжений. Увеличение напряженности свыше 50000 А/м и количества импульсов более 10 в 1 секунду уже не приводит к дальнейшему снижению уровня остаточных напряжений и не сказывается на выходе валков из строя вследствие образования контактно-усталостных дефектов. При длительности одного импульса менее 8·10^-5 с не хватает энергии для снятия напряжений, а при длительности более 2·10^-2 с продолжительность паузы между импульсами становится недостаточной для релаксации напряжений.

В процессе обработки валок вращают со скоростью 2-200 об/мин. Небольшие скорости применяют для валков с большим диаметром бочки, например опорных валков, а большие скорости вращения используют при обработке валков малого диаметра, что в целом обеспечивает внесение необходимого количества импульсов на единицу поверхности. Из тех же соображений выбран интервал скорости перемещения индуктора вдоль бочки валка (30-3000 мм/мин). При малом перемещении индуктора увеличивается количество вносимой энергии в единицу времени на единицу поверхности, при быстром перемещении - уменьшается.

Количество магнитных обработок бочки валка назначают 1-20 раз и их число зависит от толщины активного слоя валка. При небольшой толщине (5-10 мм) достаточно 1-2 обработки; при большой, например, опорных валков (с толщиной активного слоя 110-120 мм на диаметр) количество магнитных обработок возрастает до 20 раз, и их назначают регулярно по мере эксплуатации валка и износа его активного слоя.

Ниже приведены примеры реализации предложенного способа.

Пример 1. Обработке подвергают стальной рабочий валок стана 2030 холодной прокатки. Валок выполнен из стали 9Х2МФ, диаметр бочки 600 мм, длина бочки 2030 мм. Валок устанавливают на вальцешлифовальный станок, к каретке которого закрепляют индуктор (устройство для создания магнитного поля), индуктор подключают к генератору импульсов. Рабочий паз индуктора подводят к поверхности валка, затем валок приводят во вращение со скоростью 30 об/мин. Обработку импульсным магнитным полем начинают с края бочки с напряженностью 1000 А/м, задают 5 импульсов в 1 секунду, продолжительность одного импульса назначают 5·10^-3 секунды. Каретку с закрепленным на ней индуктором перемещают вдоль бочки валка со скоростью 500 мм/мин, в процессе обработки производят 4 полных прохода индуктора вдоль бочки валка.

После нескольких кампаний эксплуатации валок подвергают второй раз магнитно-импульсной обработке по тем же режимам.

Пример 2. Обработке подвергают стальной опорный валок стана 2030 холодной прокатки. Валок выполнен из стали 9ХФ, диаметр бочки 1600 мм, длина бочки 2030 мм. Валок устанавливают на вальцешлифовальный станок, к каретке которого закреплен индуктор. Обработку ведут на режимах: напряженность магнитного поля 1500 А/м, 5 импульсов в 1 секунду, длительность одного импульса 6·10^-3 с. Валок вращают со скоростью 10 об/мин, каретку с индуктором перемещают вдоль бочки валка со скоростью 100 мм/мин, количество полных проходов индуктора - 10 раз.

По мере эксплуатации валка и износа активного слоя его подвергают магнитно-импульсной обработке 8 раз по установленному выше режиму.

Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в повышении стойкости прокатных валков за счет уменьшения количества дефектов контактно-усталостного характера (трещин, отслоений, выкрошек). Способ не требует капитальных затрат, имеет широкие возможности и может использоваться для валков любого типоразмера и стана.

Источники информации: 1. Полухин П. И. и др. Тонколистовая прокатка и служба валков. - М.: Металлургия, 1967, с. 281.

2. Авт.св. СССР 210199, кл. C 21 D 9/38, 1968.

3. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989, с. 105.

Формула изобретения

1. Способ восстановления эксплуатационных свойств прокатных валков, включающий магнитно-импульсную обработку бочки валка, отличающийся тем, что обработку ведут при напряженности поля 500-50000 А/м, в одну секунду задают 2-10 импульсов, а валок при обработке вращают со скоростью 2-200 об/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке количество полных перемещений индуктора вдоль бочки валка назначают 1-20 раз.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что длительность одного импульса назначают 2·10^-2 - 8·10^-5 с.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при обработке индуктор перемещают вдоль бочки валка со скоростью 30-3000 мм/мин.