СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ, ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПОДДЕРЖАНИЯ В РАБОЧЕМ СОСТОЯНИИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 2004 года по МПК B21B28/02 C21D9/38 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для улучшения, быстрой эффективной подготовки и поддержания в рабочем состоянии валков металлургических прокатных станов. Известен способ подготовки к эксплуатации валков для горячей прокатки металлов, согласно которому валки перед эксплуатацией должны подвергаться естественному старению у потребителя не менее 3-х месяцев для чугунных валков с твердостью до 50 ед. по Шору и не менее 6-ти месяцев с твердостью более 50 ед. по Шору (ТУ 14-2-799-88 Валки чугунные для горячей прокатки металлов. ОКП 313782. Группа Г44. ГЛАВМАШЧЕРМЕТ Минчермета СССР от 29.09.88 г.).

Недостатком данного способа является его низкая эффективность, обусловленная большими временными затратами, требующими значительных оборотных средств, а также возможное снижение показателей эксплуатационной стойкости валков из-за отсутствия ограничения по продолжительности естественного старения, организационной сложности обеспечения его регламента и в многочисленных случаях невозможности предотвращения развития процессов коагуляции атомов внедрения в материале валков при увеличении срока вылеживания, значительно превышающего регламентируемый по ТУ срок.

Известен способ обработки валков, включающий вывалку после эксплуатации, охлаждение, перешлифовку (восстановление) его не позднее чем через 30 часов с момента вывалки (А.с. СССР 470544, C 21 D 9/38, 1/30. Заявл. 16.06.71 г. Опубл. 15.05.75 г. Бюл. 18). Недостатком этого способа является низкая эффективность ввиду использования дорогостоящих и достаточно длительных операций искусственного старения при температуре 90-120^oС в течение 1-3 суток и охлаждения со скоростью 5-8^oС/ч, т.е. ниже естественной скорости остывания. Известно применение вибрационного нагружения в качестве способа обработки металлических конструкций с целью улучшения качества путем снижения уровня внутренних напряжений, повышения стойкости материала конструкции к образованию холодных трещин и повышения усталостной прочности. Ранее вибрационное нагружение не применяли с целью повышения износостойкости металлических деталей и эксплуатационной стойкости валков металлургических прокатных станов. Применение вибронагружения было ограничено и по перечню улучшаемых характеристик, и по типу (специфике) объектов применения. Использование ограничивалось применением преимущественно для сварных металлоконструкций и литых деталей машиностроительного назначения с целью стабилизации их размеров и улучшения ряда служебных свойств материала за исключением износостойкости (SU 1592354 А1, МКИ⁴ C 21 D 1/04, Заявл. 25.10.88 г. Опубл. 15.09.90. Бюл. 34).

Известен способ обработки металлических конструкций с целью снятия остаточных напряжений, включающий установку вибратора на поверхности, измерение резонансных частот конструкции, вибрацию на всех резонансных частотах, определение узловых зон на различных поверхностях конструкции и установку вибратора в узловых зонах поверхности.

К недостатку способа относится недостаточная эффективность и избыточная сложность в случае применения его для цилиндрических деталей типа валков. Максимальная по величине резонансная частота из рабочего диапазона частот, на которой определяют узловые зоны колебаний, может не соответствовать резонансной частоте бочки валка и тем более крутильному виду колебаний, в то время как вибронагружение бочки требуется осуществлять на резонансных частотах преимущественно крутильных колебаний и именно бочки валка. Последнее требование обусловлено необходимостью наиболее равномерного распределения вибрационных напряжений по поверхности бочки в слое ограниченной глубины, для которого предъявляются высокие требования к износостойкости. Поэтому специфические требования к обрабатываемой детали накладывают свои требования к приемам выбора места ввода колебаний, выполнение которых не всегда обеспечивается известным способом. Бочка валка наиболее интересна с точки зрения эффективности обработки, а поскольку обработку цилиндрических объектов целесообразнее вести с приложением крутильных нагрузок, вибратор необходимо устанавливать в зоне, наиболее благоприятной для эффективного ввода крутильных колебаний бочки валка. Это требование может не выполняться в известном способе при условии, когда максимальной резонансной частотой из рабочего диапазона резонансных частот является частота с другим видом колебаний (изгибные и т.п.). Максимальная по величине резонансная частота из диапазона рабочих резонансных частот может не соответствовать резонансной частоте крутильных колебаний. Устанавливать вибратор в узловую зону другого вида колебаний недостаточно эффективно для обработки валков. Таким образом, известный способ не обеспечивает высокой эффективности создания колебаний бочки валков прокатных станов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ эксплуатации прокатных валков, предусматривающий перевод новых валков из исправного состояния в работоспособное и периодическое восстановление их работоспособного состояния. (SU 1810144 А1, МКИ⁴ В 21 В 28/02, Заявлено 25.04.91 г. Опубликовано 23.04.93 г. Бюл. 15).

Недостатком данного способа является периодическое использование в процессе восстановления дорогостоящего термоциклического воздействия.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы валков, повышение эксплуатационной стойкости и прежде всего износостойкости, а также повышение эффективности подготовки к эксплуатации и их восстановления.

Для достижения поставленной цели в заявляемом техническом решении при подготовке к эксплуатации прокатных валков и поддержании их в рабочем состоянии осуществляют перевод новых валков из исправного состояния в работоспособное и периодическое восстановление после каждой кампании эксплуатации, назначают вибрационное нагружение валков до и после каждой кампании эксплуатации в процессе перевода новых валков из исправного состояния в работоспособное и их восстановления, причем предварительно определяют интервал времени с момента изготовления валка и при условии, если этот интервал не превышает 3-х месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6-ти месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3-х месяцев с момента изготовления новых стальных валков, назначают вибронагружение до перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, в противном случае назначают вибронагружение только после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, либо перевод валков из исправного состояния в работоспособное с использованием вибронагружения осуществляют не позднее 3-х месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6-ти месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3-х месяцев с момента изготовления новых стальных валков, а после каждой очередной кампании эксплуатации валков вибрационное нагружение назначают в период времени остывания его рабочей поверхности до температуры не ниже 90^oС, в противном случае назначают вибронагружение только во время или после восстановления перед началом последующей кампании эксплуатации, а также контролируют твердость рабочей поверхности бочки валка после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное и периодически после каждого очередного восстановления в зоне поверхности, наименее удаленной от оси вращения валка, контрольное значение твердости сравнивают с предыдущим в аналогичной зоне контроля, а вибрационное нагружение после восстановления валка назначают только перед началом той кампании эксплуатации, перед которой изменение твердости превысило в 2 раза величину изменения твердости на предыдущей кампании эксплуатации после следующего за ней восстановления, причем вибронагружение производят не позднее, чем через 30 часов с момента окончания эксплуатации, и обеспечивают вибрационное нагружение величиной вибрационных напряжений в рабочем диапазоне значений, ограниченного величинами напряжения сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии и σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии при резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, при этом предварительно подвергают вибрации типовой валок на резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, определяют узловые зоны и зоны пучности крутильных колебаний бочки, устанавливают вибратор в одну из узловых зон, измеряют величины вибрационных напряжений в зонах пучностей и задают величину вибрационных напряжений нагружения, сначала равную напряжению σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии, затем равную напряжению σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии, одновременно измеряют величину мощности, расходуемой на создание вибрационных напряжений, задаваемых равными напряжениям σ_смд материала бочки в каждом состоянии, а осуществляют вибрационное нагружение каждого валка величиной вибрационных напряжений в рабочем диапазоне значений, поддержанием расходуемой на вибронагружение мощности в диапазоне значений, соответствующем рабочему диапазону значений вибрационных напряжений, и окончание вибронагружения по достижении стабилизации уровня мощности колебаний бочки валка.

Последовательность совокупности операций улучшения, перевода (подготовки), эксплуатации и восстановления валков выбирают по критериям минимума затрат и времени на обслуживание при максимальной эффективности использования операции вибронагружения. Последовательность операций, составляющая цикл поддержания валков в работоспособном состоянии, многократно повторяется до полного их износа.

Способ реализуют следующим образом.

Новые прокатные валки с завода-изготовителя по приходу к потребителю подвергают вибронагружению до эксплуатации, причем предварительно определяют интервал времени с момента изготовления валка (с момента плавки у изготовителя) по данным технического паспорта на каждый валок и, если этот интервал не превышает 3-х месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6-ти месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3-х месяцев с момента изготовления новых стальных валков, назначают вибронагружение до перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, т.е. по приходу валка к потребителю.

Вибронагружение новых валков сразу по приходу к потребителю позволяет улучшить микроструктуру материала валков, оперативно и с малыми затратами завершить технологический процесс их производства. Таким образом, новые валки, подвергнутые вибронагружению, переходят в стабильное состояние и не требуют применения длительного естественного старения или термической обработки типа стабилизирующего отжига, отпуска или искусственного старения после завершения их изготовления. В то же время происходит улучшение свойств материала валков, превышающее по своим технико-экономическим показателям свойства, получаемые известными способами. Материал новых валков, прошедших вибронагружение, находится в состоянии, в котором не подвержен существенному влиянию естественных условий, процессы коагуляции атомов внедрения не протекают так интенсивно, как это наблюдается при естественном старении, срок которого превысил рекомендуемое известными способами время. Поэтому новые валки после вибронагружения могут сохранять высокие технико-экономические показатели более длительное время, чем валки, обработанные известными способами (в том числе и термическим), и в случае, если по каким-либо производственным обстоятельствам валки не могут быть направлены в эксплуатацию, то сразу по прибытии новых валков на предприятие потребитель обеспечивает сохранность и дополнительное улучшение свойств материала, а также упрощает учет и контроль операции подготовки валков к эксплуатации.

В том случае, если валки по каким-либо причинам вылеживали более указанного срока, назначают вибронагружение уже после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, а именно после чистовой или черновой механической обработки (переточки, шлифовки и т.п.) валков до начала эксплуатации, поскольку процессы в материале валка, свойственные естественному старению, уже произошли, то вибронагружение, позволяющее дополнительно улучшить свойства материала и снизить внутренние напряжения целесообразно проводить уже после других технологических операций подготовки валков к эксплуатации (механической или другой обработки). Это обеспечивает стабилизацию состояния материала и в поверхностном слое, подвергаемом термомеханическому или другому воздействию при других видах подготовительных операций.

Наиболее оптимальным экономически является перевод валков из исправного состояния в работоспособное с использованием вибронагружения, осуществляемый не позднее 3-х месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6-ти месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3-х месяцев с момента изготовления новых стальных валков. Процессы естественного старения еще не перешли в фазу, когда улучшение свойств завершается и наблюдается постепенное ухудшение показателей. Таким образом, переведенные из исправного состояния в работоспособное валки с использованием вибронагружения направляют в эксплуатацию.

В период кампании валки испытывают различного рода термодеформационное воздействие, в результате которого происходит накопление повреждений поверхностного слоя, появляются внутренние напряжения, наблюдается нагрев валков до значительных температур. В прокатных станах, в которых не предусмотрено в технологическом процессе проката интенсивное охлаждение валков, валки после завершения кампании находятся в нагретом состоянии. Охлаждение их при естественных условиях приводит к дополнительному возникновению напряженного состояния и возможному развитию микротрещин. Это ухудшает возможности их дальнейшего восстановления и использования в очередной кампании эксплуатации. Вибронагружение по данному способу позволяет предотвратить процесс развития микротрещин после завершения эксплуатации. Для этого назначают вибронагружение после кампании эксплуатации в период времени остывания его рабочей поверхности до температуры не ниже 90^oС и начинают осуществлять вибронагружение в наиболее короткий период времени после завершения эксплуатации. Указанная температурная граница может быть проконтролирована простыми средствами. В тех условиях эксплуатации, при которых по завершении кампании эксплуатации валки не подвержены интенсивному воздействию термических напряжений по мере остывания, вибронагружение не используют сразу после эксплуатации, а назначают вибронагружение только во время или после восстановления до начала последующей кампании эксплуатации. При этом используют вибронагружение только после той кампании эксплуатации, после которой наблюдается резкое изменение твердости рабочей поверхности бочки валка, наблюдаемое в процессе или после восстановления (переточки, шлифовки и т.п.). Изменение твердости означает появление слоя металла несколько другой структуры и напряженного состояния и требует проведения дополнительного улучшения. Для выявления этого контролируют величину твердости рабочей поверхности бочки валка после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное перед эксплуатацией и периодически после каждого восстановления (переточки, шлифовки и т.п.) до очередной кампании эксплуатации. Контроль осуществляют в зоне поверхности, доступной для измерения и наименее удаленной от оси вращения валка, поскольку по мере удаления от поверхности валка по направлению к оси вращения твердость уменьшается, структура материала изменяется и после того, как при очередном восстановлении валка обнаруживают резкое изменение величины твердости рабочей поверхности, т.е. изменение ее не менее чем в два раза, назначают вибронагружение в процессе восстановления валков для улучшения микроструктуры рабочей поверхности и снижения внутренних напряжений. А выполняют восстановление, контроль твердости и вибронагружение не позднее 30 часов по окончании эксплуатации валков (окончания процесса проката), что позволяет предотвратить наблюдаемый в естественных условиях после каждой очередной кампании эксплуатации процесс развития поверхностных и других дефектов бочки валка, обусловленный действием внутренних напряжений и нестабильным состоянием микроструктуры материала.

Тщательность выбора диапазона вибрационных нагрузок определяет эффективность достижения результата. Значительное повышение показателя износостойкости бочки валков возможно только при обеспечении определенного уровня вибрационных напряжений. Обеспечивают уровень вибрационных напряжений нагружения исходя из микропластических свойств материала бочки валка. Величины напряжений сопротивления микропластическим деформациям для каждой марки материала бочки валка заведомо могут быть найдены в технической справочной литературе либо измерены в лабораторных условиях на специальных установках внутреннего трения, установках для прецизионных статических испытаний либо непосредственно на валке по специальной методике. Вибрационные нагрузки в диапазоне значений, ограниченных величинами сопротивления материала микропластическим деформациям в различных состояниях, активируют процессы распада метастабильных фаз в естественных условиях, создают условия для захвата движущихся под действием внутренних напряжений частиц (например, атомов внедрения) в режим каналирования, обеспечивая частичное перераспределение в приграничных зонах раздела фаз легирующих элементов, развивают процессы преобразования морфологии микроструктуры сплавов, стабилизации фазового состояния, снижения внутренних напряжений и в целом улучшение эксплуатационных свойств материала (сплавов) валков. Для обеспечения этого условия предварительно для вибронагружения в промышленном производстве выбирают из группы однотипных по характеристикам валков типовой по размерам и свойствам материала валок, подвергают этот валок вибрации на резонансных частотах крутильных колебаний бочки, определяют узловые зоны крутильных колебаний бочки валка (зоны с минимальной амплитудой колебаний) и устанавливают вибратор в одну из узловых зон. Правильное определение зоны ввода колебаний в бочку валка (правильная установка вибратора на валке) обеспечивает наиболее эффективный ввод колебаний в тело бочки валка.

Частотный фактор нагружения обеспечивает возможность создания вибрационных нагрузок необходимого уровня нагружения и распределение этих нагрузок наиболее равномерно по рабочей поверхности валка. Настройку на заданный уровень вибрационного напряжения обеспечивают всеми доступными методами - как выбором силы вибрационного воздействия, так и регулированием частоты колебаний в интервале частот пологого участка кривой резонансного пика колебаний.

Кривую резонансного пика колебаний наблюдают, например, по вольт-амперной характеристике вибровозбудителя, а также с помощью нее контролируют мощность, расходуемую на колебания. Крутильные колебания в интервале частот кривой резонансного максимума колебаний бочки валка позволяют наиболее равномерно распределить вибрационные напряжения по рабочей поверхности бочки.

Затем измеряют величины вибрационных напряжений в зонах пучностей (зонах с максимальными амплитудами колебаний) и нагружают типовой валок вибрационными напряжениями, в начале равными σ_смд материала валка в исходном нестабильном состоянии, затем σ_смд материала валка в стабилизированном или эталонном состоянии (например, состоянии после вибростабилизации валка в лабораторных условиях и определения напряжения сопротивления микропластическим деформациям или после одного из стандартных методов стабилизации валков), одновременно измеряют величину мощности, расходуемой на создание вибрационных напряжений, задаваемых равными напряжениям σ_смд материала бочки валка в каждом состоянии. Тем самым находят диапазон значений расходуемой на вибронагружение мощности, в котором обеспечивается для валков выбранного типа условие вибронагружения вибрационными напряжениями из диапазона значений, ограниченного величинами напряжения сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии и σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии, и в дальнейшем вибронагружение каждого валка выбранного типа в промышленном производстве осуществляют поддержанием расходуемой на вибронагружение мощности в диапазоне значений, соответствующем рабочему диапазону значений вибрационных напряжений, необходимых для активации процесса улучшения эксплуатационных свойств материала валков.

Осуществлять контроль и управление за уровнем вибрационных напряжений по величине расходуемой на вибронагружение мощности значительно проще и эффективнее, требует значительно меньше затрат на специальное оборудование для реализации способа. Такой подход к управлению процессом решает проблему перехода реализации способа от лабораторных условий к эффективной реализации в промышленном производстве крупных партий типовых валков.

Под воздействием вибронагружения по мере протекания процесса улучшения микроструктуры материала валка происходит изменение величины расходуемой на вибронагружение мощности. В том случае, если значение величины расходуемой мощности выйдет за пределы указанного диапазона, осуществляют изменение ее значения до величины, находящейся в пределах указанного диапазона. Тем самым обеспечивают поддержание уровня вибрационных напряжений нагружения в пределах диапазона, ограниченного величинами напряжения сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии и σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии. Контролируют величину расходуемой мощности и продолжают нагружение валка вибрацией до стабилизации уровня мощности, расходуемой на колебания бочки валка. На этом вибронагружение бочки валка заканчивают и валок направляют в эксплуатацию или на выполнение последующих операций технологического процесса подготовки и поддержания валков в работоспособном состоянии.

Пример. На предприятии-потребителе на складе находились новые валки в количестве 20 шт. типа СПХН-65 диаметром бочки от 300 до 310 мм, длиной бочки 600 мм, предназначенные для использования в производстве мелкосортного проката. Срок изготовления, указанный в паспорте валка, 30.07.96 г. Необходимость направить валки в эксплуатацию возникла в сентябре 1997 г. Из имеющихся 20 шт. формируют комплекты (пары) валков по размерам, твердости и прочим характеристикам и направляют первую пару валков в вальцетокарный цех на механическую обработку и нарезку калибров. Другой валок диаметром 305 мм в качестве типового валка направляют на предварительное вибронагружение.

Типовой валок подвергают вибрации на резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, определяют узловые зоны и зоны пучности крутильных колебаний бочки. Выполняют эти действия с помощью виброизмерительных приборов или используют вспомогательные простые приемы анализа форм колебаний, а также может быть определено расчетным путем - построением математической модели колебаний валка. Затем перед каждым вибронагружением валков из группы одного типа устанавливают вибратор в одну из узловых зон, измеряют величины вибрационных напряжений в зонах пучностей и задают величину вибрационных напряжений нагружения, сначала равную напряжению σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии, затем равную напряжению σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии, одновременно измеряют величину мощности, расходуемой на создание вибрационных напряжений, задаваемых равными напряжениям σ_смд материала бочки в каждом состоянии. Мощность, измеренная по величинам электрического напряжения и тока электропривода вибратора, составила для нижней границы диапазона 117 ВxА (Вольт x Ампер), соответствующей созданию в зоне пучности бочки валка вибрационного напряжения, равного напряжению сопротивления микропластическим деформациям σ_смд чугуна марки валков СПХН-65 в нестабильном состоянии, которое в свою очередь равно 15 мПа. Расход мощности для верхней границы диапазона составил 210 ВхА. Это значение соответствует созданию вибрационного напряжения в зоне пучности колебаний бочки валка, равного напряжению сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в стабильном состоянии равным 50 мПа.

Валки после полной механической обработки в вальцетокарном цехе перед завалкой в стан подвергают вибронагружению. Для этого вибратор установили в одну из узловых зон крутильных колебаний бочки валка, определенную на типовом валке, регулированием вибрационного воздействия вибратора находят первый резонансный пик крутильных колебаний бочки валка, например, по вольт-амперной характеристике электропривода вибратора, подстраивают частоту вибрационного воздействия в интервале частот резонансного пика крутильных колебаний так, чтобы расход мощности на вибронагружение по величине находился в интервале от 117 до 210 ВхА. Поддерживают величину мощности при вибронагружении в пределах этого интервала значений и контролируют ее величину. После того как значение величины расходуемой мощности, находясь в указанном интервале, перестает изменяться - стабилизируется при каком-то одном значении, вибронагружение завершают.

Аналогичным образом производят вибронагружение второго валка из комплекта валков, прошедших механическую обработку. Таким образом, комплект валков полностью подготовлен к первой кампании эксплуатации и валки считаются переведенными из исправного состояния (момент поставки предприятию потребителю) в работоспособное. Затем производят контроль твердости рабочей поверхности бочки предпочтительно в зоне ручья и отмечают положение зоны контроля. Твердость составила 65 ед.

Отработав первую кампанию эксплуатации валки, переходят в неработоспособное состояние, требующее восстановления. Поскольку в процессе кампании применяют непрерывное охлаждение валков при работе в стане, по окончании кампании эксплуатации нагрев валков незначителен, вибронагружение сразу после эксплуатации не производят. Валки отправляют в вальцетокарный цех на механическую обработку. После очередной нарезки калибров контролируют величину твердости в отмеченной ранее зоне контроля. Твердость составила 64 ед. Валки направляют на отработку второй кампании эксплуатации, после которой следует очередной раз восстановление в вальцетокарном цехе и последующий контроль твердости. Твердость составила 63.5 ед. Затем следует очередная кампания эксплуатации, восстановление и контроль твердости. Твердость составила 61 ед., т. е. начала значительно снижаться - более чем в два раза по сравнению с предыдущими значениями изменения твердости после эксплуатации и последующего восстановления. Это определяет необходимость назначить очередное вибронагружение перед началом следующей кампании эксплуатации. Далее продолжают аналогичным образом до полного износа валков, до выработки по диаметру или полного расхода отбеленного слоя валков.

Практика показала, что для мелкосортных чугунных валков достаточно назначить вибронагружение всего 2 раза за весь период срока жизни валков, а контроль твердости произвести на 2-3 парах валков и назначать вибронагружение после восстановления уже по номеру очередной кампании эксплуатации.

В результате проведения опытно-промышленных испытаний данного способа в промышленном производстве мелкосортного проката в соответствии с приведенным примером достигнуто повышение стойкости чугунных валков типа СПХН-65 в последней чистовой клети стана на 45-70% (с 89 тонн выработки на ручей металлопроката типа уголка до 135 тонн) по сравнению с показателями выработки металлопроката валками, прошедшими естественное старение по ТУ 14-2-799-88. Затраты на реализацию способа при этом в 5-10 раз меньше, чем на выполнение способа аналогичного назначения с применением термического воздействия (термоциклирование, замедленное охлаждение, низкотемпературный отжиг после изготовления валков и т.п.), а результат от использования данного способа превышает результаты от термических низкотемпературных способов улучшения. Кроме того, простота реализации вибронагружения и минимальные затраты времени на его осуществление (длительность вибронагружения в пределах от 15 до 60 минут) обеспечивают высокую технологическую гибкость использования данного способа непосредственно в производстве проката.

Изобретение относится к прокатному производству. Техническим результатом является улучшение ресурса работы валков, повышение эксплуатационной стойкости и прежде всего износостойкости, а также повышение эффективности подготовки к эксплуатации и восстановления. Для достижения технического результата назначают вибрационное нагружение валков до и после кампании эксплуатации в процессе перевода новых валков из исправного состояния в работоспособное и их восстановления и обеспечивают вибрационное нагружение величиной вибрационных напряжений из рабочего диапазона значений, ограниченного величинами напряжения сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии и σ_смд материала валка в стабилизированном или эталонном состоянии при резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, при этом предварительно подвергают вибрации типовой валок на резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, устанавливают вибратор в одну из узловых зон, а в зоне пучностей колебаний задают величину вибрационных напряжений нагружения, сначала равную напряжению σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии, затем в стабилизированном или эталонном состоянии, одновременно измеряют величину мощности, расходуемой на создание вибрационных напряжений из рабочего диапазона значений, а осуществляют вибрационное нагружение каждого валка величиной вибрационных напряжений из рабочего диапазона значений поддержанием расходуемой на вибронагружение мощности в диапазоне значений, соответствующем рабочему диапазону значений вибрационных напряжений, и окончание вибронагружения до достижения стабилизации уровня мощности колебаний бочки валка.

Способ улучшения, подготовки к эксплуатации и поддержания в рабочем состоянии прокатных валков, включающий перевод новых валков из исправного состояния в работоспособное и периодическое восстановление их после каждой кампании эксплуатации, отличающийся тем, что назначают вибрационное нагружение валков до и после кампании эксплуатации в процессе перевода новых валков из исправного состояния в работоспособное и их восстановления, причем предварительно определяют интервал времени с момента изготовления валка и при условии, если этот интервал не превышает 3 месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6 месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3 месяцев с момента изготовления новых стальных валков, назначают вибронагружение до перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, в противном случае назначают вибронагружение только после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное, либо перевод валков из исправного состояния в работоспособное с использованием вибронагружения осуществляют не позднее 3 месяцев с момента изготовления новых чугунных валков с твердостью до 50 единиц по Шору, 6 месяцев новых чугунных валков с твердостью более 50 единиц по Шору и 3 месяцев с момента изготовления новых стальных валков, а после каждой очередной кампании эксплуатации валков вибрационное нагружение назначают в период времени остывания его рабочей поверхности до температуры не ниже 90°С, в противном случае назначают вибронагружение только во время или после восстановления перед началом последующей кампании эксплуатации, а также контролируют твердость рабочей поверхности бочки валка после перевода нового валка из исправного состояния в работоспособное и после каждого очередного восстановления в зоне поверхности наименее удаленной от оси вращения валка, контрольное значение твердости сравнивают с предыдущим в аналогичной зоне контроля, а вибрационное нагружение после восстановления валка назначают только перед началом той кампании эксплуатации, перед которой изменение твердости превысило в 2 раза величину изменения твердости на предыдущей кампании эксплуатации после следующего за ней восстановления, причем вибронагружение производят не позднее, чем через 30 ч с момента окончания эксплуатации, и обеспечивают вибрационное нагружение величиной вибрационных напряжений из рабочего диапазона значений, ограниченного величинами напряжения сопротивления микропластическим деформациям σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии и σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии при резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, при этом предварительно подвергают вибрации типовой валок на резонансных частотах крутильных колебаний бочки валка, определяют узловые зоны и зоны пучности крутильных колебаний бочки, устанавливают вибратор в одну из узловых зон, измеряют величины вибрационных напряжений в зонах пучностей, и задают величину вибрационных напряжений нагружения сначала равную напряжению σ_смд материала бочки валка в исходном нестабильном состоянии, затем равную напряжению σ_смд материала бочки валка в стабилизированном или эталонном состоянии, одновременно измеряют величину мощности, расходуемой на создание вибрационных напряжений, задаваемых равным напряжениям σ_смд материала бочки в каждом состоянии, а осуществляют вибрационное нагружение каждого валка величиной вибрационных напряжений из рабочего диапазона значений, поддержанием расходуемой на вибронагружение мощности в диапазоне значений, соответствующему рабочему диапазону значений вибрационных напряжений, и окончание вибронагружения по достижении стабилизации уровня мощности колебаний бочки валка.