СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУННЫХ ДВУСЛОЙНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 1995 года по МПК C21D9/38 C21D5/00 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано на прокатных станах, эксплуатирующих чугунные двухслойные валки, а также в машиностроении.

Известен способ получения литых композитных валков, включающий отливку и изотермическую термообработку наружного слоя при 200.450^оС. В результате термической обработки остаточный аустенит, имеющийся в структуре таких валков, превращается в бейнит, что приводит к повышению твердости и прочности чугуна при сжатии. Однако описанный способ не позволяет в достаточной мере повысить надежность и наработку валков, так как вызывает определенный рост внутренних напряжений вследствие увеличения объема при превращении остаточного аустенита в бейнит, что может служить причиной выкрашивания рабочего слоя.

Известен также способ термической обработки составного валка из высоколегированного чугуна, включающий нагрев до температуры 300.400^оС. При этом остаточный аустенит превращается в бейнит и мартенсит и стабилизируется структура рабочего слоя валка.

Недостатком описанного аналога является то, что известный способ может вызвать некоторое снижение твердости и износостойкости рабочего слоя из-за распада мартенситной матрицы при температуре выше 350^оС.

Наиболее близким по технической сущности является способ термической обработки чугунных двухслойных прокатных валков, включающий нагрев до температуры ниже А_с1, конкретное значение которой определяется исходя из величин твердости рабочего слоя, содержания никеля и глубины отбела, выдержку и охлаждение. Этот способ обеспечивает снижение выкрашивания рабочего слоя и повышение наработки валков.

К недостаткам прототипа относится то, что он применяется только для валков с глубиной отбеленного рабочего слоя более 15 мм. Это связано с тем, что использование известного способа для валков с глубиной рабочего слоя менее 15 мм не приводит к повышению его твердости и износостойкости вследствие пониженной температуры нагрева валков Т_н, недостаточной для протекания фазового превращения остаточного аустенита в бейнит и определяемой по предлагаемой в прототипе зависимости.

Целью изобретения является повышение твердости и износостойкости чугунных двухслойных прокатных валков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки чугунных двухслойных прокатных валков, включающем нагрев до температуры ниже А_с1, выдержку и охлаждение, валки нагревают до температуры, определяемой по зависимости:
T_н=T_А+K^°C где Т_А температура превращения остаточного аустенита рабочего слоя, ^оС;
НSD твердость рабочего слоя валка в литом состоянии, ед. Шора;
h средняя глубина отбела рабочего слоя, мм;
К_т коэффициент, учитывающий интенсивность измерения температуры нагрева в зависимости от величины отношения HSD/h ^оС, мм/ед. Шора.

Нагрев чугунных двухслойных прокатных валков до температуры, определяемой по предложенной зависимости, позволяет повысить их твердость за счет прекращения остаточного аустенита в бейнит, а также снизить уровень остаточных напряжений на границе рабочего слоя и сердцевины, что уменьшит выкрошивание и увеличит наработку валков.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлены значения температуры превращения остаточного аустенита рабочего слоя Т_А=270.290^оС и коэффициента, учитывающего интенсивность изменения температуры нагрева в зависимости от отношения НSD/h, К_т=3.10^оС, мм/ед. Шора.

При нагреве валков до температуры Т_н<Т_А+3 твердость и износостойкость рабочего слоя не увеличиваются из-за недостаточно полного превращения остаточного аустенита в бейнит, кроме этого, при таких температурах нагрева релаксационные процессы в материале идут еще замедленно и не достигается эффективное снижение внутренних напряжений.

При нагреве валков до температуры Т_н>Т_А+10 твердость и износостойкость материала рабочего слоя снижаются вследствие начинающегося процесса сфероидизации структуры металлической матрицы.

Способ осуществляется следующим образом. На основе паспортных данных из валков, имеющихся на складе, выбирают партию с идентичными значениями НSD/h, являющегося показателем напряженности рабочего слоя валка. Используя предложенную зависимость, определяют оптимальную температуру нагрева для этой партии валков в процессе термической обработки.

Проводят термическую обработку партии валков при температуре нагрева Т_н= Т_А+(3.10) , выдерживают при этой температуре 8.10 ч и охлаждают с печью до температуры 80.90^оС. Дальнейшее охлаждение до температуры цеха проводят на спокойном воздухе.

Пример конкретного осуществления способа. Чугунные двухслойные прокатные валки диаметром 665х1700 мм имеют следующий химический состав материала рабочего слоя, углерод 2,65.2,76; кремний 0,37.0,52; марганец 0,60.0,72; фосфор 0,46.0,50; сера 0,1; хром 0,68.0,73; никель 3,82.3,97; железо остальное. Твердость валков в литом состоянии 72 НSD; глубина отбела рабочего слоя 14 мм. Температура Т_А для валков с указанным химическим составом 280^оС.

Валки подвергали термообработке по следующему режиму: нагрев со скоростью 25^оС/ч до температуры Т_н=280+(2.11) , выдержка при этой температуре в течение 10 ч, охлаждение с печью со скоростью 15^оС/ч до температуры 90^оС, после чего валки охлаждали до температуры цеха на спокойном воздухе. Одну партию валков испытывали после обработки по предлагаемому способу, вторую после обработки по способу прототипа, а третью в литом состоянии.

Результаты испытаний приведены в таблице. Определение твердости по Шору осуществляли с использованием стандартной методики.

Испытание на износостойкость проводили на установке, создающей удельное давление 500 Н/мм², проскальзывание 0,27 м/с, продолжительность испытания 3 ч, охлаждение дисков образцов осуществлялось эмульсией. Относительный износ рассчитывался как отношение разности начального и конечного веса дисков к начальному весу дисков. Износостойкость образцов, вырезанных из валков в литом состоянии, была принята за эталон (1,0).

Как видно из таблицы, термическая обработка отливок по режимам вне граничных параметров (варианты 1 и 6) не обеспечивает повышение твердости и износостойкости относительно прототипа (вариант 7)
В результате использования заявляемого способа термической обработки двухслойных чугунных валков твердость рабочего слоя по сравнению с прототипом возросла на 1.3 НSD (73.75 НSD против 72 НSD), а относительная износостойкость повысилась на 10.30% (1,1.1,3 ед. против 1,0 ед.).

Кроме этого, у валков, прошедших термическую обработку по предлагаемому способу в сравнении с литыми валками, термообработанными по способу прототипа, уровень остаточных напряжений снизился на 15.20% что в процессе их работы уменьшает вероятность выкрашивания рабочего слоя и поломок валков.

Согласно данным проведенных испытаний изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами:
твердость рабочего слоя валков увеличивалась на 1.3 ед. НSD;
износостойкость повысилась на 10.30%
Заявляемый способ термической обработки чугунных прокатных валков представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит снизить затраты энергоресурсов на проведение термической обработки, улучшить качество металлопроката, а также уменьшить расход валков за счет увеличения их службы не менее чем в 1,2 раза.

Сущность изобретения: способ включает нагрев чугунных двухслойных валков до температуры ниже A_c1 , выдержку и охлаждение, причем нагрев ведут до температуры, определяемой по зависимости: где T_A - температура превращения остаточного аустенита рабочего слоя, °С, HSD - твердость рабочего слоя валка в литом состоянии, ед. Шора, h - средняя глубина отбела рабочего слоя, мм, K_Т - коэффициент, учитывающий интенсивность изменения температуры нагрева в зависимости от отношения HSD/h, 3....10°С мм/ед Шора. 1 табл.

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУННЫХ ДВУСЛОЙНЫХ ВАЛКОВ, включающий нагрев до температуры ниже выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут до температуры, определяемой по зависимости

где T_A температура превращения остаточного аустенита рабочего слоя, ^oС;
HSD твердость рабочего слоя валка в литом состоянии, ед. Шора;
h средняя глубина отдела рабочего слоя, мм;
K_Т коэффициент, учитывающий интенсивность изменения температуры нагрева в зависимости от соотношения HSD/h, 3 10^oС м/ед Шора.