Способ обработки оси прокатного валка Советский патент 1980 года по МПК C23C28/00 C21D9/38 C23C16/02 C23C16/32 

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОСИ ПРОКАТНОГО ВАЛКА

Изобретение относится к тгрокатному производству, в частаоста к оборудованию прокатны станов, и может быть использовано в различных областях техники. Известен способ получения прокатного валка путем наплавки на рабочую поверхность различ ных сплавов для повышения износостойкости иоверхностного слоя 1. Однако этот способ не позво.ляет получать валки с высокой износостойкостью рабочей поверхности и прочностью соединения нагапгавленного слоя с основой. Известен также способ производства валков из твердых сплавов, заключающийся в том, что на рабочую поверхность валков наносят осаждением из газовой фазы защитный слой карбидов тугоплавких металлов толщиной 515 мк и оптимальное покрытие, которое вклю чает соединение титана с углеродом и азотом. В процессе нанесения покрытия по данному способу, вначале в реакционную камеру подаю водород, нагревают изделие в потоке водорода до 950-ЛОО°С и подают четыреххлористый титан TiCU в соотношении к водороду 1:2 и азот в соотношешш к водороду 1:0,5. При образовании на поверхности инструмента небольшого слоя нитрида титана в газовую фазу вводят пропан в соотношении к Н2 1:1 На поверхности нитрида титшга образуется слой карбонитрида титана. С уменьшением содержания азота в газовой смеси до нуля слой карбонитрида титана постепенно сменяется слоем карбида титана 2. Однако валки, полученные по данному способу, дороги в изготовлении, так как покрытие из титана и его карбидов наносят на ось, выполненнзто из твердых сплавов, стоимость которых в 10-30 раз выше стоимости стали, а ось по объему составляет до 98% от объема всего валка. Кроме того, валки используют только для проволочных станов, т.е. .с корот- . кой бочкой. Применение существующего способа для изготовления валков сдлинной бочкой приводит к тому, что валки в эксплуатации ненадежны. За счет больщих изгибающих и крутящих моментов при прокатке происходит отслоение 7 покрытия, а сама ось, выполнёшая из хрупких твердых сплавов, разрушается. Непосредственное осаждение тугоплавких металлов и их карбидов из тазовой фазы на стальную основу (ось) не позволяет подучить прочное сцепление покрытия со сталью, что приводит к быстрому износу и отслоению покрытия, снижению надежности и срок службы инструмента. Это связано с тем, что по сле осаждения покрытия на валок в процессе его охлаждения происходит отслоение и разрушение нанесенного слоя. Плохое сцепление покрытия со сталью бёз промежуточного слоя объясняется взаимодействием компонентов сташ с галогенидами газовой фазы и присутствием в металлической основе примесей (чаще всего окислов). Цель изобретения - повышение надежггости валка. Для достиже1шя указанной цели предлагается способ обработки оси прокатного валка, например, из высокохромистой или быстрорежущ стали, включающий осаждение из газовой фазы тугоплавких металлов и их карбидов и последу ющее охлаждение, в котором ось предварительн закаливают и наносят промежуточный слой из металла, выбранного из группы Ni, Си, Мо, Со Сг, а осаждение из газовой фазы проводят при 490-560° С. При этом закалку оси из высокохромистой стали с содержанием хрома 12-13% производят с 1170-1180°С, а закалку оси из быстрорежущей стали т содержанием вольфрама более 9% - с 1260-1280°С. При осаждении из газовой фазы вначале в камеру подают гексафторид вольфрама и водорода в соотнощении от 1: (15-17) для получения слоя вольфрама, а затем пропан при соотношении пропана и водорода 1:1 для получения карбида вольфрама. Использование высоколегированных сталей, в частности высокохромпстых или быстрорежущих, и указанные для них температуры закалки позволяют получить в структуре боль шое количество остаточного аустенита (60- 80%) и подготовить ось валка перед осаждением покрытия, с целью исключения разрушения и отслоения нанрсимого слоя от оси во время охлаждения и эксплуатации валка. Нанесение промежуточног.о слоя таких металлов, как Ni, Си, Со, Мо, Сг обеспечивает хорощую адгезию покрытия со стальной осью Последующий нагрев подготовленного валка до температуры 490-560°С позволяет совме.стить процесс осаждения покрытия с высоким отпуском материала основы. При указанных температурах реакция осажд КИЯ тугрппавКИх металлов и их карбидов пр текает устойчиво, так как изобарно-изотерми4еский потенциал отрицателен, а осадки имеют мелкозернистую столбчатую структуру стехио- метрического состава с высокими механическими свойствами. ( Во время дополнительной изотермической выдержки в течение 1-2 ч при 490,-560°С происходит зиа штельная релаксация внутренних напряжений в покрытиии, а в остальной основе получают обедненный остаточный аустенит, который при последующем охлаждении превращается в мартенсит отпуска. Кроме того, дополнительная изотермическая выдержка в течение 1-2 ч yBeHjnmBaeT общее время выдержки стальной основы при 490-560° С до 3-4 ч, так как продолжительность осаждения покрытия составляет 2-3 ч. Это позволяет повысить температуру начала мартенситного превращения остаточного аустерита закаленной стали до 350ЗбО°С. При охлаждении валка из-за разницы в коэффициентах линейного расширения стальной оси и осаждаемого слоя возникают, остаточные напряжения: радиально растягивающие в зоне соединения и тангенциальные сжимающие в покрытии. За счет выделения мартенсита отпуска при 350-360°С объем стальной оси увеличивается и значения растягивающих напряжений снижаются до безопасного уровня (не превыщают пределов прочности соединения и промежутотаого сдоя металла). Покрытие не отслаивается, а прокатньш валок имеет высокую надежность и износостойкость. Пример. Прокатный валок для двадцативалкового стана 160 изготовляют из стали марки Х12Ф1, а затем подвергают предварительной термической обработке по следующему режиму: подогрев в соляной ванне при в течение 8-10 Mmi, нагрев в бариевой ванне под закалку при , выдержка 4 мин и закалка в масле. После закалки бочку валка шлифуют до диаметра 18 мм и обдувают сухим пескомС целью повыщения прочности сцепления основы с покрытием рабочую часта валка покрывают химическим способом в щелочном растворе слоем никеля толщиной 10 мк с содержанием фосфора в осадке 4,8-5%. Подготовленный валок помещают в реакционную камеру и нагревают в потоке водорода до 510°С, после чего в камеру подают гексафторид вольфрама в соотнощенни к водороду 1:15 с увеличением соотношения до 1:17, и на поверхности стальной оси образуется промежуточный слой металлического вольфрама с высокой прочностью сцепления с основой и микротвердбстью 480-520 кг/мм. После получения на нагретой основе Слоя вольфрама толщиной 20-25 мк газовую фазу