Способ прокатки сортовых профилей
Владельцы патента RU 2342205:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение предназначено для повышения качества сортовых профилей и стойкости валков. Способ включает нагрев заготовки и многопроходное обжатие в валках с калибрами на рабочих частях бочек с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам. Уменьшение износа валков обеспечивается за счет того, что проходы производят в температурном интервале 850-1150°С с коэффициентом вытяжки за проход 1,015-1,45 в валках, рабочие части которых выполнены из сплава следующего химического состава, мас.%: 18-24 Со; 4,8-9,6 Ni; 0,8-3,2 Cr; остальное WC. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей.
Известен способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев и многопроходное обжатие разогретой стальной заготовки в чугунных валках с калибрами с одновременной подачей на валки охлаждающей воды. В процессе прокатки происходит охлаждение полосы. Рабочие части валков с калибрами выполнены из чугуна следующего химического состава, мас.%:
| 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 в процессе прокатки по действием циклических температурных и силовых нагрузок происходит интенсивный износ калибров, имеющих различные окружные скорости по глубине. Это снижает стойкость валков и ухудшает качество прокатываемых сортовых профилей.
Известен также способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки, ее многопроходное обжатие в валках с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. При этом рабочие части валков с калибрами выполнены из чугуна следующего состава, мас.%:
| Углерод | 2,8-4,0 |
| Кремний | 0,5-1,5 |
| Марганец | 0,5-1,0 |
| Фосфор | не более 0,08 |
| Сера | не более 0,06 |
| Никель | 3,0-5,0 |
| Хром | 1,0-3,0 |
| Молибден | 1,5-5,0 |
| Железо | Остальное [2]. |
При таком способе прокатки имеет место интенсивный износ калибров валков вследствие термической усталости и истирания. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в чугунных валках с калибрами, с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. Рабочие участки валков типа СШХН-50 с калибрами выполнены из железоуглеродистого сплава (чугуна) следующего химического состава, мас.%:
| 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. При прокатке непрерывно охлаждающейся заготовки в температурном интервале 850-1150°С калибры из железоуглеродистого сплава в очаге деформации подвергаются циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке и неравномерности окружных скоростей по глубине калибра. При выходе из очага деформации валки резко охлаждаются водой. Это вызывает ускоренный износ калибров, образование трещин и отслоений. В результате снижается стойкость валка и качество прокатываемых сортовых профилей.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества сортовых профилей и стойкости валков.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей, включающем нагрев заготовки и многопроходное обжатие в валках с калибрами на рабочих частях бочек, с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, согласно предложению проходы в температурном интервале 850-1150°С производят с коэффициентом вытяжки за проход 1,015-1,45 в валках, рабочие части которых выполнены из сплава следующего химического состава, мас.%:
| Кобальт | 18-24 |
| Никель | 4,8-9,6 |
| Хром | 0,8-3,2 |
| Карбид вольфрама | Остальное. |
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Качество сортовых профилей (точность размеров и формы, отсутствие поверхностных дефектов, стабильность размеров по длине) зависит от способности калибров на рабочих частях бочек валков противостоять износу. Наиболее высокая стойкость валков (а следовательно, и качество сортовых профилей) достигается при оптимальном сочетании материала рабочих частей бочек, на которых выполнены калибры, температуры прокатываемого металла и контактного скольжения в очаге деформации, определяемого вытяжкой металла.
Валки с рабочими частями из сплава предложенного состава показали наилучшую стойкость против образования термических и усталостных трещин, фрикционного износа, окислительного износа, микросхватываний с металлом в очаге деформации при температуре заготовки в интервале Тп=850-1150°С при коэффициенте вытяжки λ=1,015-1,45. Именно при этих температурах и коэффициентах вытяжки работают промежуточные и чистовые сортопрокатные клети, в которых полосы имеют увеличенную длину, а валки испытывают наибольшее количество циклов нагружения.
Эксперименты показали, что прокатка в валках из сплава предложенного состава при температуре выше 1150°С или при коэффициенте вытяжки λ более 1,45 приводит к интенсивному их износу и образованию термических трещин. Это снижает качество сортовых профилей и стойкость валков. Уменьшение температуры металла ниже 850°С ведет к потере его пластичности и увеличению прочности. Возрастают нагрузки на валки, увеличивается их износ, имеет место невыполнение формы профиля, что недопустимо. Уменьшение коэффициента вытяжки менее 1,015 ведет к неоправданному увеличению количества проходов, тогда как стойкость валков и качество сортовых профилей не повышаются.
Кобальт в сплаве способствует вязкостных свойств рабочих частей валков, улучшает термическую стойкость. При содержании кобальта менее 18% возрастал термический износ калибров. Увеличение его содержания сверх 24% приводило к повышению хрупкости и поверхностным сколам.
Никель обеспечивает повышение пластических свойств сплава и исключает разрушение рабочих частей валка под действием изгибных нагрузок, характерных для горячей сортовой прокатки с коэффициентом вытяжки λ=1,015-1,45. При содержании никеля менее 4,8% рабочие части валка отслаивались под действием прокатных нагрузок. Увеличение содержания более 9,6% приводило к повышению износа калибров, снижению стойкости валков.
Хром введен для повышения износо- и разгаростойкости участков, взаимодействующих с прокатываемым металлом, имеющим температуру 850-1150°С. Снижение концентрации хрома менее 0,8% приводит к росту трещин разгара. Увеличение его концентрации более 3,2% ослабляет твердосплавную матрицу и способствует образованию выкрошек, что снижает стойкость валков и качество сортовых профилей.
Матрица из карбида вольфрама (химическая формула компонента WC) сама по себе обладает высокой антифрикционной стойкостью, но в отсутствие остальных элементов в предложенных концентрациях (18-24 Со; 4,8-9,6 Ni; 0,8-3,2 Cr), которые пластифицируют ее, разрушается от термических напряжений.
Примеры реализации способа
В табл.1 приведены составы сплавов, из которых изготовлены бандажи с ручьями (рабочие части бочек) мелкосортного стана 250.
| Таблица 1 | ||||
| Химический состав материала бандажей | ||||
| № состава | Содержание химических элементов, мас.% | |||
| Со | Ni | Cr | WC | |
| 1. | 17 | 4,6 | 0,7 | Остальное |
| 2. | 18 | 4,8 | 0,8 | -··- |
| 3. | 21 | 7,2 | 2,0 | -··- |
| 4. | 24 | 9,6 | 3,2 | -··- |
| 5. | 25 | 9,7 | 3,4 | -··- |
| 6. (прототип) | - | 1,3 | 0,4 | 3,7 [С] |
Для прокатки сортовых профилей на мелкосортном стане 250 в 5-ти промежуточных клетях (проходы №7-11) предчистовом (проход №12) и чистовом (проход №13) используют бандажированные валки с диаметром 305 мм и с химическим сплавом состава №3 (табл.1).
Непрерывно литые заготовки квадратного сечения 100×100 мм из стали марки 45 нагревают в методических печах с газовым отоплением до температуры аустенитизации Та=1215°С и осуществляют их горячую прокатку за 6 проходов в черновой группе клетей в полосу прямоугольного сечения. В процессе прокатки полоса непрерывно остывает, и к 7-му промежуточному проходу температура снижается до величины Тнп=1150°С. В промежуточных проходах №7-11 полосу обжимают в валках с калибрами по системе "овал-ребровой овал" с коэффициентом вытяжки λ=1,24 при температуре Тп=1000°С. В предчистовом проходе №12 полосу обжимают в овал, а в чистовом проходе №13 полосу обжимают с коэффициентом вытяжки λ=1,015 в круг с конечным диаметром 30 мм. Температура полосы в чистовом проходе составляет Ткп=850°С. В процессе прокатки на валки всех клетей подают охлаждающую воду. Благодаря тому что при прокатке полос в проходах №7-13, в которых используются валки с бандажами из сплава состава №3, в заданном температурном диапазоне от Тнп=1150°С до Ткп=850°С бандажи валков из сплава предложенного состава №3 эффективно противостоят износу, достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. Выход кондиционной продукции составляет Q=99,8% при удельном расходе валков К=0,10 кг/т (кг на тонну проката).
Варианты реализации предложенного способа представлены в табл.2.
Из данных, приведенных в табл.1 и табл.2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. 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 качества сортовых профилей и стойкости валков.
| Таблица 2 | |||||
| Режимы прокатки сортовых профилей | |||||
| № варианта | № состава | Тп, °C | λ | К, кг/т | Q,% |
| 1. | 1 | 1160 | 1,46 | 0,15 | 98,5 |
| 2. | 2 | 1150 | 1,45 | ,0,11 | 99,7 |
| 3. | 3 | 1000 | 1,24 | 0,10 | 99,8 |
| 4. | 4 | 850 | 1,015 | 0,11 | 99,7 |
| 5. | 5 | 840 | 1,014 | 0,15 | 98,6 |
| 6. | 6 | 800 | 1,20 | 0,34 | 86,9 |
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация температуры нагрева заготовок, температуры металла в процессе прокатки и состава чугуна валков обеспечивает наиболее высокую стойкость валков сортопрокатного стана. Уменьшение износа валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового проката на 5-7%.
Литературные источники
1. Заявка Японии №63174706, МПК В21В 27/02, В21В 27/00, 1988 г.
2. Заявка Японии №62-160702, МПК В21В 27/00, С22С 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 прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в валках с калибрами на рабочих частях бочек, с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, отличающийся тем, что многопроходное обжатие заготовки производят в температурном интервале 850-1150°С с коэффициентом вытяжки заготовки за проход 1,015-1,45, при этом используют валки, рабочие части которых выполнены из сплава следующего химического состава, мас.%:
| Кобальт | 18-24 |
| Никель | 4,8-9,6 |
| Хром | 0,8-3,2 |
| Карбид вольфрама | Остальное |
