CC BY
120
учных исследований научными группами под руководством кандидатов наук», проект «Развитие методов деформационного наноструктуриро-вания для получения конструкционной стальной проволоки с уникальным комплексом механических свойств» (государственный контракт П983)
Библиографический список
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.
2. Никитенко О.А., Ефимова Ю.Ю., Копцева Н.В. Изменение микроструктуры при равноканальном угловом прессовании углеродистых конструкционных сталей с тонкопластинчатым строением перлита в исходной структуре // Материалы X Междунар. науч.-техн. Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2010. С. 85-88.
3. Формирование структуры и свойств при наноструктурировании углеродистых конструкционных феррито-перлитных сталей / Н.В. Копцева, М.В. Чукин, Ю.Ю. Ефимова, О.А. Никитенко // ХХ Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», посвященная 100-летию со дня рождения Н.Н. Липчина. Пермь, 1-5 февраля 2010 г.: Сборник материалов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2010. С. 117.
УДК
Л.С. Белевский
ГОУ ВПО «МГТУ» Р.Р. Исмагилов ОАО «ММК», г. Магнитогорск О.С. Клочков, А.Ю. Фиркович
«ЮжУралТехноТрейд», г. Магнитогорск И.В. Боровков
ОАО «ММК», г. Магнитогорск
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИТЫХ СТАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ВАЛКОВ НА СТАНАХ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ЛИСТА
Интенсификация процессов прокатного производства создает все более напряженные условия эксплуатации валков, предъявляя повышенные требования к их качеству и стойкости. Высокие нагрузки в зонах контакта рабочего валка с опорным и прокатываемым металлом, циклические изменения этих нагрузок, упругих деформаций и температур за
каждый оборот валка при работе стана часто приводят к образованию на бочках дефектов и предварительному выходу валков из строя, снижая при этом производительность стана и ухудшая качество проката. Основные пути повышения стойкости валков - изыскание и применение новых, более стойких материалов, совершенствование технологии их изготовления и эксплуатации. В каждом из этих направлений достигнуты определенные успехи, однако качество и эксплуатационная стойкость валков все еще отстают от возрастающих запросов производства.
Обычная технология изготовления рабочих валков холодной прокатки [1] состоит из выплавки стали в мартеновской или электродуговой печах, разливки ее в изложницы, ковки, предварительной термической обработки, окончательной термической обработки и чистовой механической обработки. Анализ показывает, что высокая работоспособность валков определяется, прежде всего, качеством металла, из которого они изготовлены, т.е. условиями выплавки и последующей обработки. Современная электросталь, в основном применяемая для изготовления валков холодной прокатки, не всегда обеспечивает необходимый уровень свойств валков. Применение методов специальной электрометаллургии (вакуумного, дугового, электрошлакового и электроннолучевого переплавов) способствует улучшению качества валковой стали.
Распространенным и перспективным методом получения заготовок является электрошлаковый переплав (ЭШП), разработанный институтом электросварки им. Е.О. Патона.
За последние годы появилось много модификаций ЭШП. Есть и различные установки для производства валков (рис. 1) [2].
Выбор в качестве заготовки для изготовления рабочих валков холодной прокатки металла ЭШП обосновывается значительными его преимуществами перед металлом электродуговой выплавки [3]. При ЭШП валковая сталь очищается от неметаллических включений в 1,5-2,5 раза больше, в основном за счет уменьшения количества сульфидов, достигаются меньшая микронеоднородность, повышенная плотность и равномерность структуры и, следовательно, равномерность свойств металла по сечению и высоте переплавленного слитка. Сталь ЭШП характеризуется меньшей дендритной неоднородностью и более равномерным распределением ликвирующих элементов.
Следует также отметить, что литая сталь ЭШП с меньшей структурной и химической неоднородностью обладает большей прокаливаемо-стью, имеет повышенную на 40-50 % технологическую пластичность, по
сравнению с обычной сталью ЭШП. Для металла ЭШП характерна тенденция к увеличению контактной выносливости, что обусловлено характером микроструктуры, степенью микронеоднородности и типом неметаллических включений.
Рис. 1. Схема электрошлакового переплава
В настоящее время, на многих отечественных предприятиях металл, выплавленный в электропечи, разливается в слитки, с последующим изготовлением электродов ковкой. Электроды подвергаются электрошлаковому переплаву, при котором сечение слитка ЭШП выбирается таким, чтобы при последующей ковке обеспечивался уков бочки не менее 2,5 (при традиционной технологии уков бочки не менее 3,0). При такой технологии валки получаются полностью в кованом исполнении - и бочка и шейки.
Московским вечерним металлургическим институтом, ПО «Элек-тростальтяжмаш» и НПО «ЦНИИТМАШ» разработана технология изготовления валков в литокованом исполнении, при которой бочка остается в литом состоянии, а оттягиваются только шейки [3].
Партия рабочих валков холодной прокатки с литой бочкой диаметром 400 мм и коваными шейками из металла ЭШП, изготовленная на ПО «Электростальтяжмаш» при эксплуатации на непрерывном пятиклетье-вом стане 400x1200 ОАО «НЛМК» показала повышенную стойкость валков по сравнению с серийными коваными валками из стали открытой выплавки в 1,4-1,6 раза. Максимальный развес слитков диаметром 420 мм составлял 2500 кг. Однако серийное внедрение этой технологии на ПО «Электростальтяжмаш» произошло только при выпуске всех валков диаметром с бочки до 250 мм с развесом слитка 800-850 кг.
Массовое применение литокованых валков осуществлено в 20052009 годах на ОАО «ММК» на станах «1200», «2500» и «400» холодной прокатки листа. Этому способствовали технологические разработки: ООО «ЮжУралТехноТрейд», ОАО «ММК», ООО «Уральский завод нестандартного оборудования» и МГТУ им. Г.И. Носова, основанные на информации, что на некоторых предприятиях, имеющих установки ЭШП, были освоены технологии получения слитков диаметром 525 мм, длиной 4100 мм и массой до 7000 кг. Характерной особенностью этих технологий явилось применение в качестве электродов отработанных и списанных прокатных валков. Химический состав марок стали полученных слитков ЭШП приведен в табл. 1.
Процесс изготовления прокатных валков проводился на специализированном предприятии с корректировкой режимов ковки, предварительной термической обработки и закалки применительно к разным маркам стали.
Сначала валки изготавливались по схеме литокованого исполнения (рис. 2, а, б). Для изготовления валка размером 500x1200 с общей длиной 3200 мм и массой 2700 кг отливается слиток диаметром 525 мм длиной 3100 мм и массой 5300 кг, из которого изготавливается литокованая заготовка массой 3552 кг. С одной заготовки из стали марки 9Х2МФШ после проведения термической обработки (двойная нормализация с отпуском) были отобраны технологичные пробы с кованой шейки и литой бочки.
Таблица 1
Химический состав слитков ЭШП
Марка стали Массовая доля элементов, %
Углерод С Марганец Мп Кремний Э! Сера Э Не Фосфор р более Хром Сг Ванадий V Молибден Мо
9Х2МФ-Ш 0,80-0,95 0,20-0,70 0,25-0,65 0,018 0,025 1,70-2,30 <0,20 <0,35
9ХЗМФ-Ш 0,80-0,95 0,20-0,70 0,25-0,65 0,018 0,025 2,50-3,50 <0,20 <0,35
8Х2СГФ-Ш 0,70-0,80 0,25-0,80 0,45-0,80 0,018 0,025 1,90-2,50 <0,20 <0,35
8ХЗСГФ-Ш 0,65-0,80 0,40-0,80 0,45-0,80 0,018 0,025 2,50-3,50 <0,20 <0,35
60Х2СМФ-Ш 0,55-0,70 0,20-0,70 0,70-1,30 0,018 0,025 1,80-2,30 <0,20 0,10-0,35
60ХЗСМФ-Ш 0,55-0,70 0,20-0,70 0,70-1,30 0,018 0,025 2,50-3,50 <0,20 0,10-0,35
Рис. 2. Размеры заготовки ЭШП, поковки и валка 500х1200
Макроструктура изучалась на пробах, отобранных от верхнего и нижнего по отливке краев бочки и от верхней и нижней по отливке кованых шеек. Макроструктуры кованых шеек и литой бочки плотные, без дефектов (рис. 3, 4) и практически не отличаются друг от друга.
Микроструктура изучалась на шлифах, отобранных от шеек и бочек валков. Она состоит из зернистого перлита 6-8 балла с дисперсностью зерна 1-3 балла, карбидной сетки нет. Имеются неметаллические (оксидные) включения 1-3 балла. Микроструктура соответствует стали, прошедшей нормализацию. Твердость на пробах от бочек колеблется от 187 до 229 НВ.
Испытания на разрыв и ударную вязкость проводились на образцах, отобранных в тангенциальном направлении. Усредненные результаты испытаний приведены в табл. 2.
Рис. 3. Макроструктура бочки валка
Рис. 4. Макроструктура шейки валка
Из табл. 2 следует, что механические свойства стали соответствуют стандартным справочным данным для нормализованной стали 9Х2МФ. Структура и механические свойства металла литых бочек и кованых шеек практически не отличаются.
Таблица 2
Механические свойства литокованых валков
Место От, Ов, 55 , КУС+20,
отбора МПа МПа % % Дж/м2
проб
Бочка 363,3 736,6 19,5 38,3 25,9
Шейка 383,8 810,0 19,0 38 25,8
Таким образом, разработанные режимы термической обработки заготовок позволили получить почти одинаковые механические свойства литого и кованого металла. Это дает возможность изготавливать валки полностью в литом исполнении (рис. 2, в). С этой целью выплавляется сли-
ток диаметром 525 мм длиной 3600 мм, массой 6095 кг. Подковка шеек не производится. Далее слиток проходит термическую и механическую обработку.
Возможность применения на прокатных станах литых валков подтверждается расчетами на прочность валков с диаметром бочки 500 мм: рабочих валков на кручение и изгиб, опорных на изгиб. Расчеты на прочность показывают, что даже при максимальных нагрузках литая сталь имеет пятикратный запас прочности.
Из сравнения вариантов изготовления валков в литокованом и литом исполнении следует, что масса слитка для производства валков в литом исполнении (6095 кг) превышает массу слитка при литокованом исполнении (5300 кг) в 1,15 раза. Но, не смотря на это, производство валков в литом исполнении экономически оправдано, так как опыт показывает, что совместные материальные затраты на ковку шеек и механическую обработку литокованых валков значительно превышают затраты только на механическую обработку литых валков при прочих равных условиях. Еще одно преимущество валков в литом исполнении заключается в том, что их производство может осуществляться на предприятиях, не имеющих прессов для ковки валков.
С точки зрения экономии металла при производстве валков из слитков ЭШП, был бы оптимальным вариант технологии получения отливок ЭШП переменного сечения. Такие агрегаты уже имеются за рубежом.
На ОАО «ММК» и ОАО «ММК-МЕТИЗ» на прокатных станах работают опытные литокованые валки 500x2500 и литые валки 500x1200, 500x400 и 500x1700, изготовленные на ООО «ЮжУралТехноТрейд». Тип валков определяется исключительно возможностями установки ЭШП, позволяющими получать слитки ограниченной длины. В табл. 3 представлены сравнительные данные по стойкости опытных валков и среднегодовые статистические данные стойкости кованых валков, изготовленных по традиционной технологии.
Анализ данных работы валков на стане «1200» показывает, что стойкость литых валков превышает стойкость кованых на 16%. Несмотря на то, что опытные валки в 3,5 раза больше подвергались аварийным ситуациям (о чем свидетельствует процент списания валков по наварам), стойкость их также превышает стойкость кованых на 13%. Следует отметить, что ни один валок не был разрушен по литой шейке и трефу, что и предполагалось по результатам расчетов на прочность.
В условиях работы стана «2500», где уровень аварийных ситуаций в виде застреваний и порывов полосы на порядок ниже, чем на стане «1200», литокованые валки показали повышение стойкости на 4% по сравнению с коваными валками. Следует отметить, что испытания опытных валков пока не дают оснований для окончательных выводов. Тем не менее, положительным фактом является отсутствие поверхностных повреждений валков.
Таблица 3
Данные по стойкости валков с кованой и литой бочкой
Стан Размер валка Исполнение Кол-во, Причины списания, % Показатели стойкости на 1 валок
валка шт.
- - - - Износ Навар Повреждение бочки Прочие Прокат, т Съем, мм Кол-во завалок, шт. Износостойкость, т/мм
Рабочий 500x1200 Ковка 111 33 5 49 13 20251 9,9 58 2051
1200 Литье ЭШП 23 22 18 60 - 23462 10,1 58 2316
Ковка 305 58 33 9 - 74041 18,8 66 3938
2500 Рабочий Литокова
500x2500 ный ЭШП 2 50 50 - - 77808 18,3 65 4248
Аналогичные данные получены при эксплуатации рабочих валков 500x1700 на дрессировочном стане «1700» и опорных валков 500x400 на стане «400» холодной прокатки листа.
На основании изложенного, можно заключить, что изготовление рабочих валков станов холодной прокатки в литом или литокованом исполнении позволяет снизить стоимость изготовления и повысить их качество.
Библиографический список
1. Надежность и долговечность валков холодной прокатки / В.П. По-лухин, В.А. Николаев, М.А. Тылкин и др. - М: Металлургия, 1976. - 448 с.
2. Прокатные валки / К.Н, Вдовин, Р.Х. Гималетдинов, В.М. Колокольцев и др. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. - 543 с.
3. Башнин Ю.А. Влияние способа выплавки на структуру и свойства стали для производства валков холодной прокатки // Сталь. - 1984. - № 10. С. 65-69.
УДК 621.735.32
Ю.Д. Залетов, Д.И. Минько, Е.М. Потемкина
ГОУВПО «МГТУ»
АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОТРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
В настоящее время постоянно увеличиваются объем производства гаек на предприятии ОАО «ММК-МЕТИЗ», особенно высокопрочных гаек из стали 40Х. Заготовки для получения такой гайки получают на отрезных автоматах АМР-30.
Система закрепления отрезного инструмента влияет на стойкость инструмента и на качество отрезаемых заготовок для гаек. Вследствие недостаточной жёсткости системы закрепления отрезного инструмента заготовки получаются с торцовыми поверхностями, которые не перпендикулярны оси заготовки (рис. 1), поэтому на последующих операциях изготовления гайки уменьшается стойкость, как пуансонов, так и матриц. Кроме того, не обеспечивается необходимое качество торцевой поверхности гаек, в результате чего часть продукции переходит в брак.
