ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК Российский патент 1997 года по МПК B21B27/02 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкциям бандажированных валков для листовых станов горячей и холодной прокатки.

Известен прокатный валок с составной бочкой, состоящей из оси и бандажа, сопряженных между собой по посадке с натягом, причем толщина стенки бандажа равна 0,15-0,175 диаметра от валка [1] Недостатком известного прокатного валка является его низкая стойкость вследствие образования трещин и выкрошек в бандаже.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату является прокатный валок с составной бочкой, содержащий ось, и износостойкий бандаж из стали мартенситного класса с регламентированной толщиной, равной 0,9-1,3 половины площадки контакта опорного валка с рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокатки [2]
Недостатком указанного валка является его низкая стойкость вследствие образования трещин и выкрошек уже после нескольких кампаний эксплуатации. Это происходит вследствие того, что после каждой кампании прокатный валок подвергают профилактическому съему поверхности или перешлифовке. В результате уменьшается толщина активного слоя валка и при последующей загрузке валка в работу максимальные касательные напряжения уже действуют по границе или глубже активного слоя валка, что приводи к выкрашиванию.

Цель изобретения повышение ресурса валка, исключение образования трещин и выкрошек в активном слое.

На чертеже изображен валок, где 1 ось валка, 2 износостойкий бандаж, D_н начальный диаметр валка, d диаметр оси валка, D_к - конечный диаметр бочки валка, H толщина бандажа.

Поставленная цель достигается тем, что прокатный валок с составной бочкой имеет ось и износостойкий бандаж, толщина бандажа составляет 0,01-0,07 начального диаметра бочки валка, а половина разности начального и конечного диаметров бочки валка не превышает 0,9 толщины бандажа, при этом бандаж может быть наплавленным или посаженным на ось с натягом.

Как известно, причиной разрушения прокатных валков являются касательные напряжения, которые направлены под углом 45^o к оси действия нагрузки и наибольшие свои значения достигают на глубине 0,78 b, где b половина ширины площадки контакта рабочего и опорного валков и определяется по формуле

q погонное давление, Н/м;
μ₁, μ₂ соответственно коэффициенты Пуассона опорного и рабочего валков;
E₁, E₂ соответственно модули упругости опорного и рабочего валков, Н/м;
R₁, R₂ соответственно радиусы опорного и рабочего валков, м.

Создание напряжений сжатия в зоне действия максимальных касательных напряжений замедляет образование микротрещин, приводящих к разрушению активного слоя валка. Причем напряжения сжатия можно создавать не только путем изготовления бандажа из стали чисто мартенситного класса, но также и из сталей промежуточных классов: мартинситно-перлитного или ферритного, где остаточные напряжения сжатия могут образовываться в период кристаллизации металла. Уровень и знак остаточных напряжений зависит от химического состава, затрудненности расширения и сжатия металла в период нагрева и охлаждения и последующей термической обработки.

Кроме того, вне зависимости от знака остаточных напряжений в бандаже, нельзя допускать действие максимальных касательных напряжений по границе раздела бандажа и оси валка, т.к. это наиболее ослабленный участок, т.е. даже при эксплуатации валка при минимально допустимом диаметре максимальные значения касательных напряжений должны находиться в бандаже, который имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с осью. Предложенная конструкция прокатного валка предназначена не только для валков холодного проката и опорных валков станов горячей прокатки, которые выходят из строя вследствие выкрашивания, а также для бандажированных рабочих валков и валков клетей для станов горячей прокатки, т.к. толщина бандажа должна превышать на регламентированную величину толщину активного слоя бандажа. Из области прокатки известно, что глубина трещин разгара, образующихся на рабочих прокатных валках, равна или превышает глубину действия максимального градиента температуры. Если градиент температуры действует в переходной области между осью и бандажом (при износе активного слоя и эксплуатации валка на минимальном диаметре), то образующиеся трещины разгара распространяются не только вглубь валка, но и вдоль его оси, что приводит к выкрашиванию активного слоя.

Выполнение толщины бандажа менее 0,01 диаметра бочки является нецелесообразным ввиду его малой толщины и валок уже через несколько кампаний вырабатывает весь активный слой, хотя по своему наружному диаметру он еще годен в эксплуатацию. Увеличение толщины бандажа более 0,07 приводит к излишнему расходу дорогих легированных материалов, т.к. в этом случае толщина бандажа намного превышает толщину активного слоя валка и глубину действия максимальных касательных напряжений и глубину действия градиента температуры. При регламентированном размере бандажа толщина активного слоя, которая определяется половиной разности начального и конечного диаметров бочки валка, должна составлять не более 0,9 толщины бандажа. При соблюдении этих условий в случае работы валка в клети даже с минимально возможным диаметром действие максимальных касательных напряжений, а также градиента температуры, обеспечивается в бандаже и достаточно удалено от опасной зоны сопряжения оси валка с бандажом.

Новизна и изобретательский уровень заявленного технического решения заключается в том, что только при заявленном соотношении толщины бандажа с диаметром бочки валка и регламентированной толщине активного слоя обеспечивается высокая стойкость бандажированных прокатных валков даже на минимально возможных диаметрах бочки.

Пример 1. На непрерывном широкополосном стане 2000 АО "НЛМК" используются опорные валки в клетях кварто с диаметром бочки 1600 мм и выполнены из стали 9ХФ. Изношенные валки используются в качестве осей для бандажированных валков после токарной обработки на соответствующую глубину. Износостойкий бандаж формируют на ось с помощью электродуговой наплавки по известной в металлургии технологии из стали 20Х6НВМФ до диаметра 1600 мм. Диаметр оси принимают равным 1460 мм, тогда толщина бандажа составляет 70 мм, что равно 0,044 от диаметра бочки валка. Конечный диаметр бочки опорного валка НШС 2000 составляет 1480 мм. В этом случае половина разности начального и конечного диаметров бочки валка составляет 0,86 от толщины бандажа.

Валок предназначается для работы в клети N 7 чистовой группы. Для этих условий: q 1,4•10⁷ Н/м; R₁ 0,8 м; R₂ 0,4 м; μ₁ = μ₂ 0,27; E₁ 2,1•10¹¹ Нм/м²; E₂ 1,15•10¹¹ Н/м²

Таким образом, при эксплуатации опорного валка даже на конечном диаметре (1480 мм) действие максимальных касательных напряжений (0,78•b 0,78•7,7 6 (мм)) будет находиться в бандаже на достаточно большом расстоянии от переходной зоны между бандажом и осью (диаметр которой 1460 мм).

Эксплуатация бандажированного опорного валка показала его высокую стойкость. Валок вышел из строя вследствие полной выработки всего активного слоя бандажа без образования трещин и отслоений.

Пример 2. На НШС 2000 АО "НЛМК" используются рабочие валки в клети дуо с диаметром бочки 1400 мм и выполнены из стали 9ХФ. Валки изготавливались аналогично примера 1. Ось валка имеет диаметр 1280 мм, толщина бандажа 60 мм, что составляет 0,043 от начального диаметра валка. Половина разности начального и конечного диаметров бочки валка составляет 0,83 от толщины бандажа (при конечном диаметре валка, равным 1300 мм). В процессе эксплуатации валок вышел из строя вследствие износа активного слоя бандажа.

Технико-экономические преимущества прокатного валка заключаются в том, что при его эксплуатации исключается вероятность образования трещин и выкрошек в переходной зоне между бандажом и осью за счет рационального конструирования бандажа. В результате валок выходит из строя вследствие полного износа активного слоя валка. В связи с тем, что на валках отсутствует выкрашивание, то отпадает необходимость в их неплановых перевалках, остановках стана, что приводит к повышению его производительности.

Использование: повышение ресурса прокатного валка, исключение образования трещин и выкрошек в активном слое. Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкциям бандажированных валков для листовых станов горячей прокатки. Сущность: прокатный валок содержит ось и износостойкий бандаж. Бандаж имеет толщину, равную 0,01-0,07 начального диаметра бочки валка, толщина активного слоя, которая выражается половиной разности начального и конечного диаметров бочки валка, составляет не более 0,9 толщины бандажа, при этом бандаж может быть наплавленным или посаженным на ось с натягом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Прокатный валок с составной бочкой, содержащий ось и износостойкий бандаж, отличающийся тем, что толщина бандажа составляет 0,01 0,07 начального диаметра бочки валка, а половина разности начального и конечного диаметров бочки валка не превышает 0,9 толщины бандажа. 2. Валок по п.1, отличающийся тем, что бандаж сопряжен с осью по посадке с натягом. 3. Валок по п.1, отличающийся тем, что бандаж выполнен наплавкой.