Способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей. Задача изобретения - повышение стойкости валка и качества сортовых профилей. Способ включает восстановление ручьев на бочке чугунного валка сортопрокатного стана, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды. В соответствии с изобретением деформирование в калибрах ведут с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 при температуре полосы 800-1100°С. Чугун, из которого изготовлен валок, имеет следующий химический состав, масс.%: углерод 2,8-3,5; кремний 1,2-1,7; марганец 0,35-0,70; фосфор 0,04-0,11; сера - не более 0,16; хром 0,2-0,5; никель 2,8-3,6; молибден 0,1-0,5; ванадий 0,01-0,03; медь 0,4-0,8; железо - остальное. Изобретение обеспечивает повышение стойкости валков в отношении трещинообразования, фрикционного, окислительного износа, микросхватывания с металлом в очаге деформации. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей.
Известен способ эксплуатации валка стана горячей прокатки, включающий монтаж валка, завалку в клеть и прокатку разогретой стальной полосы с подачей на валок охлаждающей воды. При этом чугунный валок имеет следующий химический состав, масс.%:
| Углерод | 2,5-3,7 |
| Кремний | 0,2-2,2 |
| Марганец | 0,2-1,5 |
| Фосфор | не более 0,1 |
| Сера | не более 0,08 |
| Никель | 0,8-4,5 |
| Хром | 0,5-5,0 |
| Молибден | 0,2-1,5 |
| Железо | Остальное [1] |
Недостатки указанного способа состоят в том, что вследствие действия контактных скольжений металла в очаге деформации и температурных циклических нагрузок происходит интенсивный износ валка. Это ухудшает качество прокатываемых стальных полос.
Известен также способ эксплуатации чугунного рабочего валка стана горячей прокатки, включающий его переточку, завалку в клеть и прокатку стальных полос с одновременной подачей охлаждающей жидкости. Валок выполнен из чугуна следующего состава, масс.%:
| Углерод | 2,8-4,0 |
| Кремний | 0,5-1,5 |
| Марганец | 0,5-1,0 |
| Фосфор | не более0,08 |
| Сера | не более0,06 |
| Никель | 3,0-5,0 |
| Хром | 1,0-3,0 |
| Молибден | 1,5-5,0 |
| Железо | Остальное [2] |
При таком способе эксплуатации также имеет место интенсивный износ сортопрокатных валков вследствие термической усталости. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающий удаление поврежденного слоя и восстановление первоначального профиля валка, т.е. ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды. Валок типа СШХН-50 изготовлен из чугуна следующего химического состава, масс.%:
| Углерод | 3,5-3,8 |
| Кремний | 1,6-1,8 |
| Марганец | 0,5-0,6 |
| Фосфор | не более 0,3 |
| Сера | не более 0,02 |
| Хром | 0,2-0,5 |
| Никель | 0,8-1,4 |
| Железо | Остальное [3] |
Недостатки известного способа состоят в следующем. После завалки валка из чугуна известного состава в клеть, при прокатке сортового профиля его ручей в очаге деформации подвергается циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке. На выходе из очага деформации ручей резко охлаждается водой. Все это вызывает ускоренный износ валка, образование в нем трещин и отслоений. В результате снижаются стойкость валка и качество сортовых профилей.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валка и качества сортовых профилей.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающем восстановление ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды, согласно предложению деформирование в калибрах ведут с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 при температуре полосы 800-1100°С, причем чугун, из которого изготовлен валок, имеет следующий химический состав, масс.%:
| Углерод | 2,8-3,5 |
| Кремний | 1,2-1,7 |
| Марганец | 0,35-0,70 |
| Фосфор | 0,04-0,11 |
| Сера | не более 0,16 |
| Хром | 0,2-0,5 |
| Никель | 2,8-3,6 |
| Молибден | 0,1-0,5 |
| Ванадий | 0,01-0,03 |
| Медь | 0,4-0,8 |
| Железо | Остальное |
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Стойкость чугунного валка сортопрокатного стана определяется комплексом его служебных свойств и условий работы. Поэтому для повышения стойкости валка необходимо одновременно оптимизировать как состав чугуна, так и параметры его нагружения. Валки из чугуна предложенного состава показали наилучшую стойкость против образования термических и усталостных трещин, фрикционного износа, окислительного износа, микросхватываний с металлом в очаге деформации только в случаях прокатки с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 и температуре полосы 800-1100°С. Указанные ограничения по вытяжке и температуре выполняются при прокатке сортовых профилей из углеродистых, низколегированных и легированных марок сталей в промежуточных и чистовых клетях сортопрокатных станов. Следствием повышения стойкости валка является повышение качества сортовых профилей по точности размеров и отсутствию дефектов поверхности.
Экспериментально установлено, что увеличение коэффициента относительной вытяжки более 1,35 ведет к увеличению длины пути контактного трения в очаге деформации и температуры поверхности ручья из-за удлинения его времени контакта с нагретым металлом. Это приводит к увеличению износа ручья и интенсивности термического удара при попадании на ручей охлаждающей воды. В таких условиях чугун предложенного состава работает неудовлетворительно, снижаются стойкость валка и качество сортовых профилей.
Снижение температуры стальной полосы менее 800°С приводит к росту ее прочностных характеристик и механических нагрузок на прокатный валок, что снижает его стойкость. Повышение температуры полосы более 1100°С вызывает перегрев поверхности ручья и ускоренное образование термических трещин, что недопустимо.
При содержании в чугуне углерода менее 2,8% снижается степень его графитизации. Поскольку графит играет роль технологической смазки, уменьшение его количества увеличивает износ ручья валка. Увеличение содержания углерода более 3,5% приводит к снижению прочностных свойств и разрушению поверхности ручья валка при прокатке.
Кремний обеспечивает необходимую жидкотекучесть при отливке валка и повышает его упругость. Снижение содержания кремния менее 1,2% ухудшает износостойкость валка, а увеличение сверх 1,7% охрупчивает чугун, ведет к образованию сколов на ручье.
Марганец раскисляет чугун, связывает примесную серу в сульфиды, повышает прочность и износостойкость металлической матрицы. Снижение содержания марганца менее 0,35% приводит к повышенному износу ручья валка, а увеличение более 0,7% способствует развитию термических трещин вглубь валка, снижает его стойкость.
Фосфор является элементом, оказывающим при концентрации 0,04-0,11% благоприятное влияние на литейные свойства чугуна. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость валка. Снижение содержания фосфора менее 0,04% ухудшает равномерность свойств литых валков и их стойкость. Увеличение содержания фосфора более 0,11% способствует развитию термических трещин на ручье валка.
Сера является вредной примесью, она снижает жидкотекучесть чугуна при отливке и ухудшает вязкостные свойства литого валка, поэтому его содержание ограничено величиной 0,16%, при которой отрицательное влияние серы проявляется слабо. При содержании серы в чугуне более 0,16% валок характеризуется неравномерными свойствами и низкой трещинностойкостью.
Хром и никель введены в чугун для повышения термической и фрикционной стойкости ручья валка. При содержании хрома менее 0,2% или никеля менее 2,8% снижается стойкость ручья. Увеличение концентрации хрома более 0,5% или никеля более 3,6% переупрочняет металлическую матрицу, способствуют развитию термических трещин вглубь валка. Это снижает его стойкость.
Молибден и ванадий повышают механическую прочность валка, стойкость против износа. При снижении содержания в чугуне молибдена менее 0,1% или ванадия менее 0,01% ручей валка имеет низкую твердость и износостойкость. Увеличение содержания молибдена более 0,5% или ванадия более 0,03% не приводит к дальнейшему повышению стойкости валка и качества сортовых профилей, а лишь увеличивает стоимость легирующих.
Медь введена для повышения износостойкости ручья валка. Под действием высоких температур в очаге деформации происходит выпаривание меди из приповерхностного слоя валка с образованием разделительного слоя между чугунным ручьем и прокатываемым металлом. При содержании меди менее 0,4% имеет место снижение стойкости валка и ухудшение качества сортовых профилей. Увеличение содержания меди более 0,8% приводит к ослаблению границ кристаллитов в литом чугунном валке и снижению его прочностных свойств, что недопустимо.
Примеры реализации способа
Для прокатки сортовых профилей на среднесортном стане 350 используют чугунные валки с диаметром бочки 400 мм и с химическим составом, приведенным в табл. 1.
Чугунные валки с ручьями в форме полукруга заваливают в 8-ю клеть стана 350. При этом ручьи смежных валков образуют калибр круглой формы. Площадь поперечного сечения полосы перед 8-й клетью составляет S=5770 мм2, а площадь поперечного сечения полосы после 8-й клети составляет 4641,7 мм2. Таким образом, коэффициент относительной вытяжки А в 8-й клети равен:
Температура полосы при прокатке в 8-й клети равна Т=950°С.
Горячую прокатку сортовых профилей ведут до достижения величины износа ручьев валков 8-й клети, равной 0,1 мм, после чего валки вываливают из клети и восстанавливают форму ручьев переточкой. Переточенные валки вновь заваливают в клеть для прокатки.
| Таблица 1 Химический состав чугуна литых сортопрокатных валков | |||||||||||
| № состава | Содержание химических элементов, масс.% | ||||||||||
| С | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | V | Cu | Fe | |
| 1 | 2,7 | 1,1 | 0,34 | 0,03 | 0,06 | 0,18 | 2,7 | 0,09 | 0,009 | 0,3 | Остальное |
| 2 | 2,8 | 1,2 | 0,35 | 0,04 | 0,007 | 0,20 | 2,8 | 0,1 | 0,01 | 0,4 | -:- |
| 3 | 3,1 | 1,5 | 0,52 | 0,08 | 0,008 | 0,35 | 3,2 | 0,3 | 0,02 | 0,6 | -:- |
| 4 | 3,5 | 1,7 | 0,70 | 0,11 | 0,16 | 0,50 | 3,6 | 0,5 | 0,03 | 0,8 | -:- |
| 5 | 3,6 | 1,8 | 0,72 | 0,12 | 0,17 | 0,52 | 3,7 | 0,6 | 0,04 | 0,9 | -:- |
| 6 (СШХН-50) | 3,7 | 1,7 | 0,6 | 0,20 | 0,02 | 0,42 | 1,3 | - | - | - | -:- |
Удельный расход валков при этом составляет R=0,20 кг/т (кг на тонну проката) при выходе кондиционной продукции Q=97,5%.
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в табл.2.
| Таблица 2 Режимы эксплуатации чугунных валков и их эффективность | |||||
| № варианта | № состава | λ | Т, °С | R, кг/т | Q, % |
| 1 | 5 | 1,20 | 780 | 0,33 | 86,5 |
| 2 | 2 | 1,15 | 800 | 0,21 | 96,4 |
| 3 | 3 | 1,27 | 950 | 0,20 | 97,5 |
| 4 | 4 | 1,35 | 1100 | 0,22 | 97,3 |
| 5 | 1 | 1,36 | 1110 | 0,38 | 85,1 |
| 6 (прототип) | 6 | 1,17 | 1130 | 0,34 | 86,9 |
Из данных, приведенных в табл.1 и 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение стойкости валков и качества сортовых профилей. В этих случаях удельный расход валков минимальный при максимальном выходе кондиционного проката. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение стойкости валков и качества сортовых профилей.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация режимов эксплуатации и материала обеспечивает наиболее высокую стойкость чугунного валка сортопрокатного стана. Уменьшение износа ручьев валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности сортопрокатного производства на 5-10%.
Литература:
1. Заявка Японии №63174706, МПК В 21 В 27/02, В 21 В 27/00, 1988 г.
2. Заявка Японии №62-160702, МПК В 21 В 27/00, С 22 С 37/00, 1989 г.
3. Н.А.Будагьянц, В.Е.Карсский. Литые прокатные валки. М., Металлургия, 1983 г., с.16-21, 56-61 - прототип.
Способ эксплуатации чугунного валка сортопрокатного стана, включающий восстановление ручьев на его бочке, завалку в клеть и деформирование стальной полосы в калибрах, образуемых ручьями смежных валков, с подачей на ручьи охлаждающей воды, отличающийся тем, что деформирование в калибрах ведут с коэффициентом относительной вытяжки не более 1,35 при температуре полосы 800-1100°С, причем чугун, из которого изготовлен валок, имеет следующий химический состав, мас.%:
| Углерод | 2,8-3,5 |
| Кремний | 1,2-1,7 |
| Марганец | 0,35-0,70 |
| Фосфор | 0,04-0,11 |
| Сера | Не более 0,16 |
| Хром | 0,2-0,5 |
| Никель | 2,8-3,6 |
| Молибден | 0,1-0,5 |
| Ванадий | 0,01-0,03 |
| Медь | 0,4-0,8 |
| Железо | Остальное |
