СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПЛАВКОЙ ПЛУНЖЕРА ГИДРОЦИЛИНДРА ПОДУШЕК ВАЛКОВ Российский патент 2008 года по МПК B23P6/02 B23K9/04 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ремонту металлургического оборудования, и может быть использовано для восстановления плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков в подушках опорных валков станов горячей и холодной прокатки.

Плунжеры гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков в подушках опорных валков работают в условиях циклического механического воздействия со стороны направляющих гидроцилиндра, окислительного воздействия охлаждающей жидкости и абразивного действия окалины. В результате плунжеры быстро изнашиваются по диаметру и гидроцилиндры не обеспечивают необходимого давления противоизгиба рабочих валков при прокатке полос.

В процессе проведения патентного поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не были обнаружены источники информации, содержащие сведения о способе восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра подушек валков.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении расхода плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков за счет повышения износостойкости поверхности плунжера.

Для этого способ восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра противоизгиба рабочих валков включает его предварительный подогрев до температуры 200...300°С, многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм² с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С и последующую термическую обработку плунжера при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 часа. Кроме того, многослойную наплавку производят стальным электродом следующего состава, мас.%:

Углерод0,01...0,20Марганец1,20...1,80Кремний0,50...0,90Хром10,0...20,0Никель5,0...10,0Железоостальное.

Верхний предел температуры подогрева 300°С выбран экспериментально. Температура подогрева выше 300°С приводит к перегреву плунжера в процессе наплавки и к его искривлению, а также снижению твердости наплавленного слоя. При снижении температуры подогрева ниже 200°С в зоне термического влияния (ЗТВ) наплавленного валика наблюдаются закалочные структуры и трещины. Это приводит к потере плотности гидроцилиндров противоизгиба и к выкрошкам наплавленного слоя.

Экспериментально установлено, что снижение скорости наплавки менее 30 м/ч приводит к перегреву плунжера и его искривлению. При увеличении скорости наплавки более 40 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки и увеличивает износ плунжеров.

При плотности электрического тока менее 20 А/мм² из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается, возрастает расход плунжеров. Увеличение плотности электрического тока более 25 А/мм² приводит к перегреву плунжера, появлению его искривления, снижению твердости и износостойкости наплавленного слоя.

Нагрев плунжера при наплавке до температуры выше 300°С приводит к искривлению плунжера и снижению твердости наплавляемого металла.

Термообработка плунжеров при температуре выше 300°С или ниже 250°С приводит увеличению расхода (снижению стойкости) плунжеров.

Выдержка при термообработке менее 3 часов приводит к сохранению остаточных напряжений от наплавки, изгибающих плунжер, а также снижению его износостойкости.

Выдержка более 4 часов приводит к снижению твердости и износостойкости наплавленного металла.

В процессе эксплуатации плунжеры подвержены фрикционному износу от трения со стороны направляющих гидроцилиндров, окислительного воздействия охлаждающей жидкости. Поэтому оптимальным вариантом является наплавка износостойкой хромосодержащей сталью, которая имеет наряду с высокой твердостью, еще и высокую износостойкость. Поэтому для наплавки рекомендовано в качестве материала применять электрод из стали следующего химического состава, мас.%: углерод 0,01...0,20, марганец 1,20...1,80, кремний 0,50...0,90, хром 10,0...20,0, никель 5,0...10,0, железо - остальное.

Углерод обеспечивает матричное упрочнение наплавленного металла и усиливает способность образовывать твердый и прочный рабочий слой роликов. При содержании углерода менее 0,01% наплавленный слой упрочнен недостаточно. При содержании углерода выше 0,20% наплавленный металл подвержен растрескиванию при кристаллизации.

Марганец упрочняет металлическую матрицу и значительно улучшает пластичность металла при кристаллизации. Минимальная концентрация Mn, необходимая для достижения требуемой прочности, равна 1,20%. Подобно углероду, Mn в избытке ухудшает вязкость металла и также вызывает появление трещин при наплавке, поэтому его верхний предел равен 1,80%.

Кремний введен в наплавочный электрод в качестве раскислителя в количестве 0,50...0,90%. С понижением количества кремния менее 0,50% возможно появление пор при наплавке. Взятый в избытке кремний отрицательно влияет на вязкость наплавленного металла в ЗТВ, которая при его концентрациях более 0,90% снижается, что увеличивает расход плунжеров.

Хром повышает износостойкость наплавленного металла. При содержании хрома менее 10,0% не обеспечивается износостойкость наплавленного металла и увеличивается расход плунжеров. При содержании в наплавленном слое хрома свыше 20,0% образуются сварочные трещины, что приводит к выкрошкам наплавленного металла и повышению расхода плунжеров.

Никель повышает пластичность наплавленного металла и коррозионную стойкость от воздействия агрессивной среды охлаждающей жидкости. Избыток никеля способствует, снижению твердости наплавленного метала и ухудшению износостойкости наплавленных плунжеров, поэтому верхний предел установлен 10,0%. При содержании никеля менее 5,0% снижается коррозионная стойкость плунжеров от воздействия агрессивной среды.

Примеры реализации способа

Были изготовлены пять вариантов стальных электродов различного химического состава (таблица 1) в виде проволоки диаметром 3 мм.

Наплавленный металл состава I имеет концентрацию химических элементов меньше заявленных пределов. В составах II-IV концентрация химических элементов соответствует заявленным пределам. В составе V концентрация химических элементов превышает заявленные пределы.

Таблица 1№ составаХимический состав, мас.%СMnSiCrNiI0,0091,190,499,04,0II0,011,200,5010,05,0III0,101,500,7015,07,0IV0,201,800,9020,010,0V0,221,900,9121,011,0Примечание: Во всех составах железо - основа.

Изношенный плунжер гидроцилиндра противоизгиба рабочих валков подушек опорных валков стана 2000 горячей прокатки после механической обработки устанавливают на наплавочный станок и приводят во вращение. Плунжер нагревают газовой горелкой до температуры Т_наг=250°С. Электродуговую наплавку ведут под слоем флюса марки АН-60 электродом диаметром 3 мм из стали состава III (таблица 1). Скорость наплавки составляет V_св=35 м/ч, плотность электрического тока при наплавке J=22,5 А/мм². Наплавку ведут до восстановления номинального размера плунжера с припуском на механическую обработку. Во время наплавки контролируется температура нагрева плунжера. Если температура плунжера (Т_нап) при наплавке становится выше 300°С, то наплавку прерывают и проводят охлаждение поверхности плунжера сжатым воздухом до снижения температуры ниже 300°С. После наплавки плунжера проводят термообработку путем нагрева до температуры Т_тер=280°С с выдержкой t=3,5 ч.

Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавки поверхности плунжера. После термической обработки плунжер устанавливают на токарный, а затем шлифовальный станки и обрабатывают до номинального диаметра.

Восстановленный плунжер собирают с гидроцилиндром подушки опорного валка и устанавливают в стан горячей прокатки.

Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости плунжеров (удельный расход на тонну проката) приведены в таблице 2.

Как следует из данных, приведенных в таблице 2, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается снижение расхода восстановленных плунжеров (удельный расход минимален) за счет повышения износостойкости поверхности плунжера. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) расход восстановленных плунжеров увеличивается.

Таблица 2№ вариантаНомер составаТ_наг, °СV_св, м/чJ, А/мм²Т_нап, °СТ_тер, °Сt, чУд. расход плунжеров, кг/т1I19029192002002,90,0172II20030202502503,00,0113III2503522,52802803,50,0104IV30040253003004,00,0115v31041263503504,10,019

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры восстановления плунжеров обеспечивают получение высокой твердости, коррозионной и износостойкости. Этим достигается уменьшение расхода восстановленных плунжеров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки.

Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления плунжеров на 20-30%.

Изобретение может быть использовано для восстановления плунжеров гидроцилиндров в подушках валков станов горячей и холодной прокатки. Предварительный подогрев проводят до температуры 200...300°С. Осуществляют многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм² с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С. Используют для наплавки электрод следующего состава, мас.%: углерод 0,01...0,20, марганец 1,20...1,80, кремний 0,50...0,90, хром 10,0...20,0, никель 5,0...10,0, железо - остальное. Последующую термическую обработку плунжера проводят при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 часа. Изобретение обеспечивает снижение расхода плунжеров гидроцилиндров подушек валков за счет повышения износостойкости поверхности плунжера. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ восстановления наплавкой плунжера гидроцилиндра подушек валков, включающий его предварительный подогрев до температуры 200...300°С, многослойную наплавку стальным электродом со скоростью 30...40 м/ч при плотности электрического тока 20...25 А/мм² с поддержанием температуры плунжера в процессе наплавки не выше 300°С и последующую термическую обработку плунжера при температуре 250...300°С с выдержкой 3...4 ч.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что многослойную наплавку производят стальным электродом следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,01...0,20Марганец1,20...1,80Кремний0,50...0,90Хром10,0...20,0Никель5,0...10,0ЖелезоОстальное