Способ изготовления бандажированного опорного валка Советский патент 1992 года по МПК B21B27/03 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к способам изготовления бандажированных опорных валков, и может быть использовано для изготовления и восстановления опорных валков четырехвалковых систем станов холодной и горячей прокатки.

Известен способ изготовления прокатных валков, включающий получение оси и наплавку на нее бандажа. Причем износостойкий бандаж изготавливается электродуговой наплавкой из материалов различных классов.

Недостаток известного прокатного валка состоит в том, что не регламентируется класс остаточных напряжений в бандаже, т.е. напряжения в бандаже могут быть как сжимающими, так и растягивающими в зависимости от химического состава применяемого наплавочного материала. Кроме того, не регламентирована толщина бандажа, в результате чего невелика долговечность валка и высок расход наплавочного металла.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления бандажированных валков, включающий получение оси

токарной обработкой износившегося опорного валка и наплавку бандажа сталями мартенситного класса, которые создают в бандаже напряжения сжатия. Так, при наплавке проволоками Св -08, Св -12 ГС, Нп - 30 ХГСА под легирующим флюсом ЖСН-5 образуется легированный металл типа 17Х6МФС; 20Х7ГМФС и 35Х7ГМФС. В известном техническом решении поставлена задача с помощью сварки и последующей термической обработкой обеспечить суммарную величину остаточных и рабочих напряжений ниже допустимых напряжений износостойкого слоя и зоны сплавления, а также обеспечить переменную износостойкость по длине бочки валка.

Недостатком указанного валкового узла является низкая эксплуатационная долговечность опорного валка вследствие образования в активном слое бандажа трещин и выкрашивания. Также при наплавке бандажа толще (0,9-1,3) Ь, где Ь- половина ширины площадки контакта рабочего и опорного валков, в бандаже образуются значительные по величине остаточные напряжения сжатия (вследствие большого объема металла мартенситного класса), которые могут привести к образованию трещин в бандаже, а иногда и к его разрыву еще до его эксплуатации.

Целью изобретения является снижение расхода наплавочных материалов при одновременном повышении ресурса узла путем уменьшения образования трещин и выкро- шек.

Поставленная цель достигается тем, что толщину бандажа определяют с учетом распределения контактных напряжений между смежными опорным и рабочим валками, возникающих при приложении усилия прокатки на поверхности и по глубине опорного валка, и выполняют равной 0,9-1,3 половм- ны ширины площадки контакта опорного валка со смежным рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокатки.

Отличие изобретения состоит в том, что толщину бандажа определяют с учетом распределения контактных напряжений между смежными опорными и рабочим валками, возникающих при приложении усилия прокатки на поверхности и по глубине опорного валка, и выполняют равной 0,9-1,3 половины ширины площадки контакта опорного валка со смежным рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокатки. Изготовление бандажа в указанных диапазонах позволяет уменьшить зарождение усталостных трещин в зоне, где действуют напряжения сжатия, что уменьшает трещинообразование и выкрашивание активного слоя бандажа.

В процессе наплавки в результате местного (неравномерного) нагрева металла,

обусловленного воздействием концентрированного источника теплоты, в наплавляемой конструкции бандажа возникают временные и остаточные сварочные напряжения. Временные сварочные напряжения

наблюдаются только в определенный момент наплавки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания наплавки при формировании бандажа и полного его остывания, называются остаточными сварочными напряжениями. Они возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и остывании. Затрудненность расширения и сжатия металла в период нагрева и охлаждения при наплавке приводит к образованию напряжений первого рода в объеме всей конструкции,

Образование напряжений второго рода связано с неоднородностью процесса распада аустенита по объему сварного шва. Для различных по химическому составу сталей, т.е. сталей, имеющих различные структурные превращения при одинаковых температурах, остаточные структурные превращения возникают по-разному: чем выше температура распада аустенита, тем больше величина остаточных напряжений, возникающих при сварке и наплавке. Сокращение интервала начала распада аустенита приводит к еще большему увеличению остаточных напряжений. При снижении температуры начала распада аустенита наблюдается и снижение остаточных напряжений растяжения, а при значительном понижении температуры в зоне сварки появляются остаточные напряжения сжатия.

Свойства различных материалов образовывать или положительные, или отрицательные сварочные напряжения в

зависимости от химсостава использованы при изготовлении бандажа.

Результаты анализа разрушений валков показывают, что очаг зарождения усталостной трещины на опорных валках лежит

обычно в области действия максимальных касательных напряжений. Максимальные касательные напряжения направлены под углом 40° к- оси действия нагрузки (Ро) и наибольшие свои значения достигают -на

глубине 0,78 Ь, где Ь - половина ширины площадки контакта рабочего и опорного валков и определяется по формуле

b- 128 f ч та

Ri R2

1 -w2 , n о и J

1 Me ,

EiЈ2

q - погонное давление, Н/м;

//i: 2 - соответственно коэффициенты Пуассона опорного и рабочего валков;

Ei; E2 - соответственно модули vnovro- сти опорного и рабочего валков, Н/м2;

Ri; R2 - соответственно радиусы опорного и рабочего валков, м.

Таким образом, остаточные напряжения сжатия в бандаже будут препятствовать зарождению трещин на наиболее опасной глубине 0,78 В, так как их возникновение связано с расширением объема, и чтобы преодолеть сжимающие усилия остаточных напряжений, необходима большая энергия, чем в валке без рекомендуемого бандажа. Следовательно, повышается время зарождения и развития трещин, в результате чего повышается эксплуатационная долговечность валков.

Приме р. Изготавливали ось валка токарной обработкой бочки износившегося валка. Производили наплавку на стане 2000 НЛМК опорных валков по всей длине бочки. Окончательный диаметр валков 1600 мм, материал - сталь 9ХФ, вес одного валка 41т. Валки работали в одинаковых условиях. Для них: q 1.4 -107 Н/м; Ri 0,8 м- Ra 0,4 м; /Л № 0,27;Ei 2,1-10 Н/м2: Ј2 1,15 х х1011Н/м2;

1,128

7,7 (мм).

Наплавку осуществляли проволокой Св- 10X11 НВМФ под флюсом АН-20С. Диаметр проволоки 5 мм, ток 500 А, напряжение 32- 34 В, скорость наплавки 36 м/ч. При наплавке валки подвергали предварительному и сопутствующему подогреву до 400°С с по- следующим (после наплавки) нагревом до 500°С и замедленным, охлаждением в термостатической яме. После полного охлаждения производилась шлифовка валка и завалка его в клеть.

Производилась наплавка валков по способу-прототипу, т.е. без регламентации толщины бандажа. И, как правило, валки наплавлялись с толщиной, значительно превышающей Ь (чтобы избежать влияния дей- ствия максимальных касательных напряжений на глубине 0,78В. так как наиболее опасным является случай, когда глубина 0,78В приходится на границу сплавления бандажа с телом валка). Сопо10

5

U

0

5

5

0 5 0

5

ставленные результаты эксплуатационных данных представлены в таблице.

Как видно из таблицы, мллую долговечность имеет валок Ms 1 в связи с тем, что нижняя граница бандажа практически сон падает с глубиной действия максимальных значений касательных напряжений (0,78В), что приводит к быстрому образованию в этом месте микродефектов, затем переходящих в микротрещины и выкрошку. С увеличением толщины бандажа от 0,9-Ь до 1,3-Ь (№№ 2-5) значительно растет стойкость валков в связи с тем, что максимальные касательные напряжения действуют внутри бандажа с остаточными напряжениями сжатия, которые препятствуют зарождению микродефектов (микропустоты, микротрещины и т.д). Но в то же время максимальных значений остаточных сжимающих напряжений недостаточно, чтобы в бандаже образовались технологические трещины вследствие действия указанных напряжений из-за малого обьема наплавленного металла. Совсем противоположная картина наблюдается при выполнении бандажа толще 1,3-Ь (№Мг 6-8). В указанных бандажах .происходит также задержка образованию микродефектов, которые возникают на глубине 0,78Ь в процессе работы валка, но в то же время в указанных бандажах возникают технологические трещины в результате действия больших остаточных сварочных напряжений сжатия, обусловленных большим объемом наплавленного металла/Образовавшиеся микротрещины и микронадрывы в бандаже в процессе его эксплуатации приводят к образованию выкрошек е бандаже и, следовательно, к снижению ресурса валкового уЗла. Следовательно, оптимальной толщиной наплавленного бандажа опорного валка являются значения (0,9-1,3)Ь. При выполнении бандажа опорного валка по способу-прототипу, где основным условием было лишь превышение толщины бандажа 0,78Ь, выявлен низкий ресурс валкового узла вследствие образования трещин и отслоений в наплавленном бандаже опорного валка по причинам, аналогичным, что и для валков ISfeN; 6-8. Кроме повышения стойкости, у валков №№ 2-5 значительно меньше расход наплавленного металла по сравнению с валком по способу-прототипу. Совокупность малого количества наплавленного металла с большим объемом прокатанного металла обусловлено тем, что указанные валки выходят из строя в результате полного износа наплавленного бандажа, а прототип - в результате выкрашивания наплавленного металла.

Технико-экономические преимущества предложенного валкового узла состоят в том, что использование бандажа с остаточными напряжениями сжатия позволяет увеличить время зарождения и распространения усталостной трещины при условии, что толщина бандажа равна (0,9-1,3)Ь. Вследствие этого повышается эксплуатационная долговечность валкового узла и экономится наплавленный металл. Причем с повышением долговечности валка возможно увеличение производительности стана, Кроме того, остаточные напряжения сжатия в активном слое валка повышают его износостойкость и контактную выносливость.

0

5

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ изготовления бандажированно- го опорного валка преимущественно для четы рехвалковых систем, включающий получение оси и наплавку на нее бандажа из стали мартенситного класса с регламентируемой толщиной, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения расхода наплавочных материалов при одновременном повышении ресурса валка путем уменьшения образования трещин и выкрошек, бандаж выполняют с толщиной, равной 0,9-1,3 половины ширины площадки контакта опорного валка, с рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокат-

КИ. ..-:.. : .

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к способу изготовления бандажировзнных опорных валков, и может быть использовано для изготовления и восстановления опорных валков четырехвалковых систем станов холодной и горячей прокатки. Цель изобретения - снижение расхода наплавочных материалов при одновременном повышении ресурса валка путем уменьшения образования трещин и выкрошек. Перед наплавкой бандажа на ось определяют толщину наплавляемого слоя с учетом распределения контактных напряжений между смежными опорным и рабочим валками, возникающих при приложении усилия прокатки на поверхности и по глубине опорного валка, и выполняют равной 0,9-1,3 половины ширины площадки контакта опорного валка со смежным рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокатки. В таком бандаже максимальные касательные напряжения действуют в области сжимающих напряжений, что позволяетувеличить время зарождения и распространения усталостной трещины, а также избежать технологических трещин от действия остаточных сварочных напряжений. При использовании предложения расход наплавочных материалов снизился с 1410 до 735 кг при наплавке опорного валка с внешним диаметром 1600 мм для стана 2000. 1 табл. (Л С