Прокатный валок Советский патент 1984 года по МПК B21B27/02 

Изобретение относится.к прокатному производству и может быть использовано при изготовлениии листов и лент, преимущественно на многовалковых станах.

Известен прокатный валок, бочка которого выполнена из хромованадиевой стали ij .

Однако при прокатке в данных валках довольно быстро достигается предел по уменьшению толщины полосы, так как материал валков не имеет достаточного модуля упругости, из-за чего наступает сплющивание по катающему диаметру бочки.

Наиболее близким к предложенному изобретению является валок, изготовленный из твердых сплавов на основе карбида вольфрама 2 .

Однако твердому сплаву присущ принципиальный недостаток всех керамических материалов - их неоднородность, поскольку твердый сплав состоит из сверхтвердых зерен (микрокристаллов карбида вольфрама) и более мягкой матрицы (кобальта, связывающего зерна). Поэтому не представляется возможным получить чистоту поверхности твердосплавноговалка выше 12-го класса чистоты, тем более, сохранить ее в процессе эксплуа тации, поскольку кобальт вдавливается между зернами карбида вольфрама под действием сил реакции со стороны ленты. Поэтому при прокатке лента получается не выше 11-го класса чистоты. Неоднородность твердого сплава приводит также к появлению в валке микротрещйн, образующихся во время изготовлениякерамики, которые увеличиваются и возникают в п хэцессе эксплуатации валка. Это происходит из-за того, что зерна и матрица имеют различные свойства, в том числе различные значения температурных коаффициентов линейного расширения (ТКЛР) и модулей упругоети. Все микрокристаллы кристал- . лографически ориентированы хаотично, поэтому при изготовлении валка путем прессования и спекания между зернами и матрицей в микрообъемах возникают контактные напряжения (образование пор за счет выгорания пластификаторов не учитывыется). При охяаждении валка разме ры зерен и матрицы между ними в различных направлениях изменяются

не одинаково, в результате чего ha предыдущие контактные напряжения накладываются новые. При деформациях во время прокатки зерна и матрица стремятся деформироваться в различной мере, поэтому накладывается 3-я система контактных напряжений (одновременно происходит и нагрев поверхности валка), причем циклично.

В результате в отдельных местах контактные напряжения превосходят предельные значения и там образуются микротрещины. С каждым циклом появляются новые микротрещины, а старые растут, поверхность ;валка выкрашивавется, он выходит из строя.

Цель изобретения - повышение срока службы валков и улучшение качества проката.

Поставленная цель достигается тем, что прокатный валок, преимущественно для многовалкового стана, выполнен из монокристалла, кристаллографическая ось (0001) которого ориентирована вдоль оси вращения валка.

Монокристалл - наиболее однородный материал, деформации в нем являются изменениями расстояния между узлами единой кристаллической решетки, которые восстанавливаются после снятия нагрузки полностью за счет электрических сил, поэтому монокристалл - идеально (почти) упругое тало и в нем не возникают контактные напряжения и микротрещины, не происходит выкрашивание поверхности при эксплуатации валков, а тем более, во время изготовления и во время изменений температуры. Поэтому монокристаллический валок может быть отполирован до 14-го класса чистоты и сохраняет этот класс в эксплуатации. Следовательно, такой валок позволит получить прокат 13-го класса чистоты, т.е. обеспечивает повышение качества проката. Отсутствие микротрещин обеспечивает отсутствие выкрашивания при штатной эксплуатации, т.е. повышение срока службы валка.

Однако монокристаллы анизотропны, поэтому их деформация зависит от направления приложенной силы. При неудачной кристаллографической ориентации своей оси валок из монокристалла при нагружении деформируется непредвиденным (с точки зрения сопротивления изотропных материалов) образом, например изгибается при сжатии, что может привести к браку проката, например к разнотолщинности. Такая возможность исключается только в том случае, если в поперечной плоскости ва;дка указанные свойства изотропны. Для этого необходи1ио, чтобы валок, был выполнен при такой кристаллографической ориентации, при которой его ось перпендикулярна плоскости, в которой упомянутые свойства изотропны, т.е. чтобы кристаллографическая ось (0001) была совмещена с осью вращения валка.

Свойства материалов зависят и от температуры, поэтому достижение цели обеспечивается только в том случае, если монокристалл превосходит материал проката при температуре прокатки.

Лейкосапфир обладает следукадим сочетанием свойств: твердость по шкале Mdoca - 9, модуль упругости примерно в 2 раза выше, чем у стали, предел упругости приблизительно в 4 раза выше, чем у стали (допустимые деформации достигают 1%), температура плавления , химически стоек. Механические свойства и ТКЛР изотропны в плоскости (0001), которая перпендикулярна направлению (0001).

Преимуществами использования при прокатке валков из лейкосапфира в сравнении с твердосплавными валками являются: большие модуль и предел упругости, так как в материале нет металлической матрицы (например кобальта) , имеющей меньшие значения этих свойств, чем мойокристаллические зерна. Благодаря этому предложенным валком можно изготовить ленту несколько меньшей, толщины, чем известным, а также изготовить ленту из более твердого материала, что дает экономию металла.

Большая твердость при одном и том же материале, поэтому на валке будет меньше надавов, которые получаются при попадании между валками особо твердых включений. Эти надавы отпечатываются на ленте, вызывая ее брак/

Лучшее сохранение высоких значений механических свойств, так как в монокристаллах нет слабого места металлической матрицы

Изотропия температурных и механических свойств в поперечном сечении валка, поэтому валок ведет себя в работе, как обычный валок из

0 изотропного материала.

Высокая чистота поверхности, так как валки можно отполировать до 14-го класса чистоты, поэтому можно получить ленту 13-го класса;

5 простота изготовления. Валок изготавливается непосредственно выращиванием из расплава по методу Степанова, после чего требуется лишь шлифовка и полировка, тее. отпадает большинство операций, необходимых

0 для изготовления твердосплавного валка.

За базовый объект при расчете технико-экономического эффекта при- нят валок, изготовленный из хромованадиевой стали. Разность между стоимостью годового расхода валков, используемых при прокатке листов и лент на хромованадиевых валках и согласно предложению, составляет 6000 руб.

ПРОКАТНЬТЙ ВАЛОК; преимущественно для многовалкового стана, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и качества проката, он выполнен из монокристалла лейкосапфира, кристаллографическая ось 1) которого ориентирована вдоль оси вращения валка.