UA34624C2 - Композитний валок для станів гарячого прокатування - Google Patents

Abstract

Винахід належить до області металургії, а більш конкретно - до робочих валків прокатувальних станів переважно у чорнових і чистових клітях безперервних листопрокатних станів, і може бути використаний при виготовленні валків чорнових і чистових клітей листових і широкосмугових станів гарячого прокатування. Композитний валок для станів гарячого прокатування, що складається з сердечника у вигляді бочки з шийками, виконаного з залізовуглецевого сплаву, і зміцненого зовнішнього шару, що покриває бочку сердечника і складає з ним одне ціле, причому згаданий зовнішній шар виконаний з високовуглецевої швидкорізальної сталі з карбонітридним зміцненням.

Description

Винахід відноситься до області металургії, а більш конкретно - до робочих валків прокатувальних ста- нів переважно у чорнових і чистових клітях безперервних листопрокатувальних станів, і може бути викорис- тано при виготовленні валків чорнових і чистових клітей листових і широкосмугових станів гарячого про- катування.

Широко відоме застосування для цих цілей цільнолитих чавунних валків, а також цільнокованих вал- ків з вуглецевих і легованих сталей, у вигляді бочки з шийками.

У зв'язку з все більш жорсткими умовами експлуатації прокатувальних валків ступінь легування ста- лей для валків постійно збільшується. Наприклад, для виготовлення валків багатовалкових станів засто- совують комплексно-леговані сталі, зокрема високохромисту сталь типу Х1І2МВФ (Див. Є. І. Трейгер, В.П.П- риходько. Підвищення якості і експлуатаційної стійкості валків листових станів. М.: Металургія, 1988, с. 40).

Застосування таких високоміцних і дорогих сталей змушує шукати способи здешевлення продукції. Одним з основних шляхів при рішенні цієї задачі є створення бандажованих і композитних валків, коли сердечник валка у вигляді бочки з шийками виготовляється з простої вуглецевої або низьколегованої дешевої сталі або навіть з чавуна, а з високолегованої дорогої сталі робиться тільки зовнішній шар, що покриває бочку і торкається при прокатуванні з прокатуваною заготовкою, яку нагріто до високої температури (Див. Трейгер,

В.П. Приходько. Підвищення якості і експлуатаційної стійкості валків листових станів. М.: Металургія, 1988, с. 14). Зокрема, патенти Франції Мо 792752 і 8610216 (публикації Мо 2469221 і 2601268 від 22 травня 1981 р. і 16 січня 1988 р.) передбачають для зовнішнього шару сталі, які містять евтектичні карбіди М7Сз, Мо2сС і карбіди ванадію. Самою сучасною тенденцією у виробництві прокатувальних валків є застосування для зов- нішнього шару композитних валків високовуглецевих швидкорізальних сталей, вміщуючих значну кількість евтектичних карбідів хрому, молібдену, вольфраму, а також карбідів ванадію. При цьому ступінь легування, тобто сумарний вміст легувальних елементів звичайно перевищує 1595. (Див. «Валки 2000». Проблеми спе- целектрометалургії, Мо 3, 1996, с. 67).

Найбільш близький по сукупності ознак і тому взятий за прототип композитний валок для станів га- рячого прокатування описано у патенті США Ме 5536230 від 16 липня 1996 р., МПК В7ЗР 15/00. Винахід по даному патенту представляє собою композитний валок для станів гарячого прокатування, що складається з сердечника у вигляді бочки з шайками, виконаного з залізовуглецевого сплаву, і зміцненого зовнішнього шару, що покриває бочку сердечника і складає з ним одно ціле. Матеріал зовнішнього шару - високовугле- цева хромованадієва сталь - окрім 1,3-2,2905 С, 8-1695 Сг, 4-795 М містить карбідоутворюючі елементи МУ, МБ,

Ті, Мо, В. Матеріал зовнішнього шару може також містити кобальт. Сумарний вміст евтектичних карбідів

М;?Сз становить від З до 1595. Завдяки такому високому вмісту твердих і важко розчинених карбідів, зовніш- ній шар має високу твердість і зберігає її при нагріванні до високих температур.

Проте одержання такого високого вмісту евтектичних карбідів змушує легувати сталь для зовнішнього шару значними кількостями таких дорогих і дефіцитних елементів як молібден і вольфрам, сумарна кіль- кість яких може досягати 1095. Крім того, високий вміст вуглецю у сталі зумовлює її прихильність до ство- рення карбідної неоднорідності, що проявляється у створенні карбідної сітки у литому металі і викликає ок- рихчування металу. Характерний фрагмент структури литого матеріалу зовнішнього шару з карбідним зміц- ненням показаний на кресленні, доданому до згаданого патента США Ме 5536230. Для зруйнування цієї кар- бідної сітки необхідна гаряча деформація металу, що не завжди можливо, або тривалий і складний режим термічної обробки.

Вказані обставини є істотними вадами цього валка, які невиправдано ускладнюють і здорожують його виготовлення.

В основу передбачуваного винаходу поставлена задача вдосконалити відомий композитний валок для станів гарячого прокатування шляхом змінення складу його зовнішнього шару і ув'язування товщини цього шару з діаметром бочки сердечника з метою усунення схильності твердого зовнішнього шару до ок- рихчення при одночасному зниженні у ньому кількості таких дорогих та дефіцитних елементів як молібден і вольфрам.

Поставлена задача вирішена тим, що запропоновано композитний валок для станів гарячого прокату- вання, що складається з сердечника у вигляді бочки з шийками, виконаного з залізовуглецевого сплаву, і зміцненого зовнішнього шару, що покриває бочку сердечника і складає з ним одно ціле, у якому, згідно ви- находу, згаданий зовнішній шар виконаний з високовуглецевої швидкоріжучої сталі з карбонітридним зміц- ненням при такому відсотковому співвідношенні компонентів (по масі): с 1,7-2,0 і 0,4-0,6

Мп 0,6-0,8

Сг 4-6

Мо 4-6

М 5-7

М 0,7-1,5

М 0,22-0,26

Ее Решта

При вказаному складі матеріалу зовнішнього шару забезпечується оптимальне співвідношення кар- бідної і нітридної фаз у його структурі, які визначають його міцнісні характеристики і стійкість до термічних впливів. Таке рішення дозволяє зменшити карбідну неоднорідність матеріалу зовнішнього шару у порівнян- ні з прототипом і одержати у литому стані структуру без евтектичної карбідної сітки або, принаймні, з розір- ваною карбонітридною сіткою, яку легко ліквідувати при подальшій термічній обробці. При цьому з'являєть-

ся можливість зменшити легування сталі такими карбідостворюючими елементами як хром, вольфрам і мо- лібден, не знижуючи твердість і відпускостійкість матеріалу зовнішнього шару.

Переважно також, щоб товщина зовнішнього шару становила 5-2095 діаметру бочки сердечника.

Таке співвідношення товщини зовнішнього шару і діаметру осі забезпечує оптимальний строк експ- луатації валка з урахуванням переточок зовнішнього шару при оптимальній витраті дорогого матеріалу на його виготовлення.

Нижнє значення вказаного інтервалу відноситься переважно до валків діаметром вище 700 мм, а верхнє значення - до валків діаметром нижче 350 мм.

Композитний валок згідно винаходу забезпечує виготовлення гарячого прокату високої якості і має при цьому стійкість не нижче, ніж стійкість валків з зовнішнім шаром з швидкоріжучих сталей з карбідним зміцненням згідно передуючому рівню техніки. При цьому вартість його виготовлення істотно нижче за ра- хунок економії дорогих легувальних елементів і спрощення режимів термічної обробки.

Композитний валок, що пропонується, може бути виготовлений будь-яким відомим способом вироб- ництва композитних валків, зокрема, способом електрошлакової наплавки рідким металом у струмопідвід- ному кристалізаторі.

Більш докладне пояснення винаходу дається далі на прикладі з посиланнями на рисунок, що прикла- дається, на якому схематично зображено структуру литого матеріалу зовнішнього шару з карбонітридним зміцненням.

Композитний валок для станів гарячого прокатування складається з сердечника у вигляді бочки з шийками і зміцненого зовнішнього шару, що покриває бочку сердечника і складає з ним одно ціле. Сердеч- ник виконано з залізовуглецевого сплаву (чавуна або конструкційної сталі), а зовнішній шар - з високовуг- лецевої швидкорізальної сталі з карбонітридним зміцненням, у структурі якої існує як карбідна, так і нітрид- на фази. На відміну від використовуваної у прототипі сталі тільки з карбідним зміцненням, лита структура якої містить карбіди ванадію усередині австенітного зерна, яке оточувано ледебуритною евтектикою з ев- тектичними карбідами молібдена і вольфраму типа Ме?Сз, структура сталі зовнішнього шару з карбонітрид- ним зміцненням містить менше евтектичної ледебуритної компоненти, яка розташована окремими остров- ками 1 на межах менших по розмірах австенітних зернят, усередині яких розташовуються як карбіди, так і нітриди ванадія 2. Карбонітридна фаза змінює також вигляд евтектичної ледебуритної компоненти. В струк- турі сталі міститься більша кількість залишкового австеніту. Відзначені особливості структури сталі з карбо- нітридним зміцненням свідчать про більш рівномірний розподіл її зміцнюючої фази і зумовлюють більш ви- сокі технологічні властивості сталі. Наявність додаткової зміцнюючої нітридної фази дає можливість змен- шити кількість карбідної фази за рахунок зменшення концентрації дорогих карбідостворюючих елементів, таких як хром, вольфрам, молібден без зниження твердості зовнішнього шару і його відпускостійкості.

Одержання нітридної фази у зовнішньому шарі забезпечується легуванням сталі азотом у кількості 0,22- 0,2695. Легування сталі азотом здійснюється будь-яким відомим способом, наприклад, за допомогою азото- ваних феросплавів і підтримується під час електрошлакової наплавки зовнішнього шару рідким металом у струмопідвідному кристалізаторі захистом плавильного простору газоподібним азотом. Оптимальне співвід- ношення карбідної і нітридної фаз у наплавленому металі забезпечується при такому співвідношенні інших легуючих компонентів і вуглецю: 1,7-2,095 С; 0,4-0,695 51; 0,6-0,89о Мп; 4-695 Сг; 4-695 Мо; 5-795 М; 0,7-1,595

М.

Товщина зовнішнього шару повинна давати можливість переточки його поверхні по мірі зносу і забез- печувати при кінцевій його переточці залишкову товщину, яка є достатньою для здійснення нормального режиму прокатування. Доцільно, щоб товщина зовнішнього шару залежала від діаметра бочки валка і ста- новила 5-2095 діаметру бочки, причому нижнє значення цього інтервалу відноситься переважно до валків діаметром вище 700 мм, а верхнє значення - до валків діаметром нижче 350 мм. При товщинах зовнішнього шару менших, ніж 5905 діаметру бочки строк експлуатації валка з урахуванням його переточки невиправдано зменшується. При значеннях більше 2095 невиправдано збільшується витрата дорогого матеріалу для зов- нішнього шару.

Далі заявлений композитний валок для станів гарячого прокатування пояснюється конкретним прик- ладом його реалізації.

В реальному випадку виготовлення і застосування композитного валка для стану гарячого прокату- вання згідно цьому винаходу конкретні дані такі:

Композитний валок діаметром 350 мм виготовляють шляхом електрошлакової наплавки рідким ме- талом у струмопідвідному кристалізаторі зовнішнього шару товщиною 50 мм з сталі, що має склад: 1,995 С; 0,490 51; 0,69о Мп; 4,190 Ст; 4,095 Мо; 5,295 М; 0,790 М; 0,2295 М, на бочку сердечника діаметром 250 мм з ста- лі 40Х. Рідкий метал готували у магнезитовому тиглі шляхом електрошлакового переплавлення витратного електрода з додаванням у металеву ванну азотованих феросплавів марганцю, хрому і ванадію. Електрош- лакову наплавку вели при захисті плавильного простору газоподібним азотом при нормальному тиску. Піс- ля сповільненого охолодження наплавленого валка твердість зовнішнього шару становила 85850. Значен- ня твердості не змінилось після нагрівання валка до 500"С, витримки протягом 2 годин і подальшого охолодження. Величина твердості і відпускостійкість зовнішнього шару з сталі з карбонітридним зміцненням не нижче, ніж звичайно у швидкорізальних сталей з карбідним зміцненням з істотно більшим ступенем ле- гування.

Промислова застосованість.

Найбільший ефект застосування композитних валків згідно винаходу виражений при їх застосуванні у чорнових і чистових клітях безперервних широкосмугових станів гарячого прокатування.

у см нн е

Фе кг в ей / шо

Є єва З (ой Шк -2 ї св. да збо Кр Й б си зн ет» о тую , фена 1 0.дг 9 у, 2 і г

Ко

Ч

Тираж 50 екз.

Відкрите акціонерне товариство «Патент»

Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72 -89 (03122)2-57- 03

Claims (2)

1. Композитний валок для станів гарячого прокатування, що складається з сердечника у вигляді бочки з щийками, виконаного з залізовуглецевого сплаву, і зміцненого зовнішнього шару, що покриває бочку сердечника і складає з ним одне ціле, який відрізняється тим, що згаданий зовнішній шар виконаний з високовуглецевої швидкорізної сталі з карбонітридним зміцненням при такому відсотковому співвідношенні компонентів (по масі): с 1,7-2,0 Бі 0,4-0,6 Мп о 0,6-0,8 Сг 4-6 Мо (4-6 М 5-7 М 0,7-1,5 М 0,22-0,26 Бе решта.

2. Композитний валок за п. 1, який відрізняється тим, що товщина зовнішнього шару становить 5- 2090 діаметру бочки сердечника.