СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РОЛИКА Российский патент 1997 года по МПК C21D9/38 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке роликов установок непрерывной разливки стали (УНРС) после наплавки их бочек.

Тянущие и транспортирующие ролики УНРС являются тяжелонагруженными деталями, работающими в неблагоприятных температурных условиях. Силовые и температурные воздействия приводят к появлению трещин разгара, фрикционному износу, изгибам и разрушению роликов, особенно поверхностных их слоев. В настоящее время получают распространение ролики УНРС, на бочках которых выполнены несущие бурты кольцевой и винтовой формы. Ролики таких конструкций имеют более высокую стойкость. Достигается это за счет того, что контактирующие с разогретым слябом бурты, разделенные зазорами, имеют возможность свободного термического расширения в пределах этих зазоров. Термоциклическая выносливость резко возрастает, так как уменьшаются до нуля осевые напряжения в поверхностных слоях. Помимо этого, раздельная тепловая деформация буртов снижает суммарный температурный прогиб ролика. Кроме того, развитая поверхность бочки ролика с буртами более эффективно охлаждается.

Изношенные ролики УНРС с кольцевыми и винтовыми буртами подвергают ремонту. Для этого поврежденные бурты удаляют на токарном станке, после чего наплавляют новые из хромистой стали и проводят термообработку наплавленного ролика.

Известны способы термообработки деталей в форме тел вращения при их восстановлении наплавкой, согласно которым наплавленные детали подвергают нормализации путем нагрева за 1 ч до температуры 860-900 ^oC с выдержкой при этой температуре 20 мин и последующего охлаждения на воздухе /1/.

Недостаток указанного режима термообработки заключается в том, что он не пригоден для восстановления роликов УНРС из-за снижения прочностных характеристик и износостойкости, появления термических напряжений в наплавленном и переходном слоях при охлаждении на воздухе.

Известен также способ термообработки валков и роликов при восстановлении наплавкой, включающий их разогрев до 450-500 ^oC со скоростью 25-30 ^oC/ч и выдержку при этой температуре в течение 20-24 ч, наплавку, охлаждение со скоростью 30 ^oC/ч до температуры 300 ^oC и завершающее охлаждение в термостате /2/.

Указанный способ приемлем для деталей, работающих при низких температурах. В случае термообработки наплавленных роликов УНРС не обеспечивается их термоциклическая выносливость, стойкость к трещинам разгара.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ восстановления валка или ролика, включающий предварительный двухступенчатый разогрев до 520-550 ^oC с выдержкой 22-26 ч, многослойную электродуговую наплавку бочки хромистой сталью и последующую термическую обработку с нагревом со скоростью 38-52 ^oC/ч до температуры 500-520 ^oC, выдержкой в течение 20-22 ч и охлаждением со скоростью 13-19 ^oC/ч /3/ -прототип.

Указанный способ имеет следующие недостатки. После термообработки по известному режиму в местах перехода наплавленных стальных буртов в бочку сохраняются остаточные растягивающие напряжения, возникшие в процессе наплавки и кристаллизации жидкой фазы. Это приводит к снижению стойкости роликов с буртами на бочке. Кроме того, спиральный наплавленный слой после термообработки имеет низкую термоциклическую долговечность.

Цель изобретения состоит в повышении стойкости роликов со спиральными буртами на бочке.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе восстановления ролика, преимущественно УНРС, включающем многослойную электродуговую наплавку его бочки и последующую термическую обработку с нагревом, выдержкой и охлаждением со скоростью 5-20 ^oC/ч, согласно предложению нагрев вначале ведут со скоростью 45-55 ^oC/ч до промежуточной температуры 180-220 ^oC, после чего осуществляют повторный нагрев со скоростью 45-55 ^oC/ч до температуры 580-620 ^oC при которой выдерживают в течение 5-7 ч и затем охлаждают.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами восстановления ролика. Оба включают многослойную электродуговую наплавку его бочки хромистой сталью. В обоих случаях после наплавки предусмотрена термическая обработка с нагревом, выдержкой и охлаждением. При этом скорости охлаждения взаимно перекрываются: в известном способе она равна 13-19 ^oC/ч, а в предложенном 5-20 ^oC/ч.

Отличия предложенного способа состоят в том, что нагрев осуществляется за два этапа: вначале со скоростью 75-85 ^oC/ч до температуры 180-220 ^oC и затем со скоростью 45-55 ^oC/ч до конечной температуры термообработки. В известном способе нагрев после наплавки осуществляют за один этап со скоростью 38-52 ^oC/ч от температуры 180 ^oC. В предложенном способе температура термообработки 580-620 ^oC, а в известном 500-520 ^oC. В предложенном способе продолжительность выдержки составляет 5-7 ч, а в известном 18-20 ч.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков и заключающиеся в повышении стойкости роликов со спиральными буртами на бочке. Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенность отличий".

Сущность изобретения заключается в следующем. После многослойной наплавки на цилиндрическую бочку ролика спиральных буртов в наплавленных слоях, а особенно в переходном слое от бочки к бурту, возникают значительные сварочные напряжения, неравномерно распределенные по телу ролика. Для их уменьшения предусмотрена термообработка. Разогрев массивного ролика УНРС вызывает появление термических напряжений, которые, суммируясь со сварочными напряжениями, могут привести к образованию зародышей трещин и их развитию. В области низких температур (от 20 до 180-220 ^oC) термические напряжения от разогрева незначительны, что позволяет увеличить скорость нагрева до 75-85 ^oC/ч. Однако в дальнейшем эту скорость приходится снижать до 45-55 ^oC/ч, чтобы гарантированно исключить образование и развитие трещин в переходном слое наплавки. Выдержка при температуре 580-620 ^oC в течение 5-7 ч обеспечивает снятие сварочных напряжений, рекристаллизацию микроструктуры стали. При этом ролик с наплавленными буртами спиральной формы из хромистой стали приобретает наибольшую термоциклическую долговечность и стойкость к образованию трещин разгара. Последующее замедленное охлаждение со скоростью 5-20 ^oC/ч обеспечивает окончательное снятие сварочных напряжений и исключает возможность появления остаточных термических напряжений.

Экспериментально установлено, что при начальной скорости нагрева более 85 ^oC/ч возникающие при нагреве термические напряжения, суммируясь со сварочными, могут привести к развитию микротрещин в переходном слое. Снижение скорости нагрева менее 75 ^oC/ч нецелесообразно, т. к. не повышает стойкости ролика, а приводит к удлинению технологического процесса.

При увеличении промежуточной температуры более 220 ^oC скоростной нагрев приводит к образованию микротрещин и снижению стойкости ролика. Снижение этой температуры менее 180 ^oC удлиняет процесс термообработки ролика без повышения его стойкости.

Увеличение скорости повторного нагрева более 55 ^oC/ч недопустимо, т. к. не исключает образования и развития трещин в наплавленном слое, требует удлинения времени выдержки, ухудшает стабильность состояния готового ролика. Снижение скорости повторного нагрева менее 45 ^oC/ч удлиняет производственный цикл, снижает эксплуатационные характеристики ролика.

Увеличение температуры термообработки более 620 ^oC или времени выдержки более 7 ч приводит к снижению механической прочности ролика, ухудшению его износостойкости. Снижение температуры термообработки менее 580 ^oC или сокращение времени выдержки менее 5 ч не позволяют полностью снять сварочные напряжения в наплавленном слое. Стойкость ролика при этом снижается.

Примеры реализации способа. Ролик УНРС из стали 25Х1М1Ф с длиной бочки 2100 мм подвергают обточке до диаметра 370 мм (для удаления поврежденного в процессе работы поверхностного слоя). Затем ролик устанавливают на наплавочный станок и осуществляют электродуговую наплавку на поверхность бочки рабочих буртов шириной 28 мм, расходящихся от середины бочки к ее краям по винтовым линиям с правым и левым направлениями. Угол подъема винтовой линии составляет 15^o, а расстояние между смежными буртами 15 мм. Наплавку осуществляют электродом из хромистой стали марки 12Х13 в несколько слоев до получения внешнего диаметра ролика по буртам, равным 380 мм. Сразу же после наплавки ролик помещают в газовую печь для термообработки, где одновременно с вращением производят его разогрев со скоростью Vн₁=80 ^oC/ч до промежуточной температуры Т_п= 200 ^oC. Затем ролик разогревают со скоростью Vн₂=50 ^o C/ч до температуры термообработки Т_т=600 ^oC, при которой выдерживают в течение времени τ9610= 6 ч. После этого ролик охлаждают со скоростью V_охл= 15 ^o C/ч (с печью) и устанавливают в рабочую линию УНРС. Восстановленный наплавкой и термообработкой ролик обеспечивает стойкость Q 5,1 млн т непрерывно литых слябов. Варианты реализации способа и показатели стойкости роликов приведены в таблице. Как следует из таблицы, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение стойкости роликов с наплавленными спиральными буртами на бочке. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1,5-13) имеет место снижение стойкости наплавленных роликов УНРС. Также более низкую стойкость имеют ролики, термообработанные по способу-прототипу (вариант 14).

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что термообработка роликов с наплавленными винтовыми буртами из хромистой стали по режиму: нагрев до температуры 180-220 ^oC со скоростью 75-85 ^o C/ч, повторный нагрев до температуры 580-620 ^oC со скоростью 45-55 ^o C/ч и выдержкой при этой температуре 5-7 ч с последующим охлаждением со скоростью 5-20 ^o C/ч позволяет полностью снять сварочные напряжения в переходном слое, повысить твердость, прочность, термоциклическую устойчивость наплавленных винтовых буртов. За счет этого обеспечивается повышение стойкости роликов УНРС.

За базовый объект принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность применения наплавленных роликов УНРС на 17-20

Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к термической обработке роликов установок непрерывной разливки стали (УНРС) после наплавки их бочки. Способ восстановления ролика, преимущественно УНРС, включает многослойную электродуговую направку его бочки и последующую термическую обработку с нагревом, выдержкой и охлаждением со скоростью 5-20 ^oс/ч. Задачей изобретения является повышение стойкости роликов со спиральными буртами на бочке, нагрев вначале ведут со скоростью 75-85 ^oс/ч до промежуточной температуры 180-220 ^oC, после чего осуществляют повторный нагрев со скоростью 45-55 ^oс/ч до температуры 580-620 ^oC, при которой выдерживают в течение 5-7 ч и затем охлаждают. 1 табл.

Способ восстановления ролика, преимущественно установки непрерывной разливки стали, включающий многослойную электродуговую наплавку его бочки хромистой сталью и термическую обработку с нагревом, выдержкой и охлаждением со скоростью 5 20 град./ч, отличающийся тем, что нагрев вначале ведут со скоростью 75 85 град./ч до промежуточной температуры 180 220^oС, затем осуществляют повторный нагрев со скоростью 45 55 град./ч до температуры 580 620^oС, при которой выдерживают в течение 5 7 ч и охлаждают.