Спосіб термічної обробки прокатних валків

Корисна модель відноситься до металургії, а зокрема до термообробки прокатних біметалічних (композитних валків) з наплавленим робочим шаром з малопластичного матеріалу і в'язкою серцевиною. Відомий спосіб термічної обробки валків холодної прокатки, що включає попереднє об'ємне нагрівання в печі до 650°С, наступне нагрівання до 910-930°С струмом промислової частоти по поверхні бочки, інтенсивне охолодження бочки водою і наступне відпускання [див. опис до а.с. СРСР №175070, B21D9/38, B21D1/42, Бюлетень №19, 1965р.]. Цей спосіб, крім рівномірного нагрівання, забезпечує збільшення глибини загартованого (робочого) шару за рахунок об'ємного попереднього підігріву й інтенсивного охолодження. Однак при виготовленні цим способом прокатних валків мають місце високі тимчасові і залишкові напруги, що приводить до зародження і розвитку тріщин і руйн уванню поверхневого шару композитних валків. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб термообробки в основу якого покладений спосіб по [заявці РФ №98114592 МПК C21D1/04], що включає попереднє нагрівання до 650°С, об'ємне наскрізне нагрівання до температури перекристалізації 890-900°С і відпускання на задану твердість. Цей спосіб застосуються при виробництві композитних валків на ЗАТ НКМЗ (див. те хнологію, додається). Подібними ознаками відомого способу і того, що заявляється, є: попередній наскрізний підігрів нижче точки АС1, нагрівання під нормалізацію і нормалізацію з наступним відпусканням на задану твердість. Цей спосіб забезпечує одержання заданої твердості і припустимий рівень тимчасових і залишкових напруг. Разом з тим недоліком цього способу є обмежена прогартовуваність через недостатню температуру перекристалізації і низьких швидкостей нагрівання й охолодження. Це позначається на зниженні твердості по глибині наплавленого шару, а, отже, зносостійкості валка. В основу корисної моделі покладена задача - створити спосіб термообробки, що забезпечує підвищену зносостійкість валка шляхом підвищення прогартовуваності наплавленого шару і за рахунок технічного результату, що полягає у виборі режиму нагрівання наплавленого шару, при якому відбувається розчинення (перехід у твердий розчин) в аустеніті карбідів хрому. Для досягнення цього технічного результату в способі термічної обробки композитних прокатних валків з наплавленим робочим шаром, при якому роблять попередній наскрізний підігрів нижче точки АС 1, нагрівання під нормалізацію і нормалізацію з наступним відпусканням на задану твердість, - нагрівання під нормалізацію роблять індукційним методом до температури 1100-1150°С зі швидкістю 2500-3000°С/годину, після чого валок рівномірно охолоджують зі швидкістю 1500-1750°С/годину до температури 270-330°С й витримують при цій температурі 4-6 годин, після цього піддають відпусканню на задану твердість. Між відмітними ознаками корисної моделі і технічним результатом, що досягається, мається причиннонаслідковий зв'язок. Високі швидкості нагрівання й охолодження дозволяють нагрівати наплавлений шар до більш високої температури 1100-1150°С без перегріву. Підвищена температура нагрівання забезпечує розчинення (перехід у твердий розчин) в аустеніті карбідів хрому. Унаслідок цей аустеніт відрізняється високим ступенем легування й у результаті помітно підвищується твердість матриці. Крім того, підвищена температура нагрівання сприяє підвищенню магнітної проникності і магнітної сприйнятливості наплавленого шару, що забезпечує рівномірність температури по глибині і, отже, рівномірну твердість. Високі швидкості нагрівання й охолодження перешкоджають виділенню карбідів і збіднінню матриці вуглецем, що забезпечує значне підвищення зносостійкості. Діапазон температур 1100-1150°С є найбільш оптимальним для більшості сполук робочого шару композитних валків. Нагрівання вище 1150°С приводить до перегріву, при температурі нижче 1100°С не забезпечується гарантоване розчинення карбідів хрому і збільшення магнітної проникності (магнітної сприйнятливості). Пропонований спосіб здійснюється в наступній послідовності: композитний прокатний валок, робочий шар якого виконаний з малопластичного матеріалу, попередньо нагрівають у печі до температури нижче точки АС 1 (400-700°С в залежності від матеріалу наплавленого шару) і охолоджують на повітрі до температури 300-450°С по поверхні. Далі роблять нагрівання під нормалізацію індукційним методом зі швидкістю 2500-3000°С/годину до температури 1100-1150°С, після чого рівномірно охолоджують потоком повітря до температури 270-330°С й витримують при цій температурі в плині 4-6 годин. Заключною операцією є відпускання при температурі 400600°С. Приклад реалізації способу термообробки Для термообробки використовували композитний валок наступних розмірів: діаметр бочки 680мм (діаметр осі 580мм), довжина бочки 1740мм, загальна довжина 4460мм, маса 7,8т. Наплавлення зробили на установці электрошлакового наплавлення ЭШН-1 рідким чавуном, що містить 3,0% вуглецю, 18,2% хрому, 1,1% нікелю, 1,2% молібдену. Після відпалення зробили механообработку до зазначених розмірів. Валок попередньо піддавали об'ємному нагріванню до температури 520°С, після чого охолоджували до температури 420°С по поверхні бочки і встановлювали в індукційну установку ТПЧ-1500. Для нагрівання використовували індуктор діаметром 750мм і висотою обмотки 200мм. Нагрівання валка до температури 1100°С робили, с одночасним його обертанням, при швидкості переміщення індуктора 0,3мм/сек (розрахункова швидкість нагрівання 2700°С/годину). Після нагрівання бочки валок, який обертався, охолоджували повітрям до 500°С по поверхні (швидкість охолодження 1600°С/годину) і далі на спокійному повітрі до 310°С, після чого помістили в нагріту до 280-300°С піч, де при температурі 290-300°С витримували 5 годин. Після витримування при температурі 290-300°С, що забезпечує перетворення переохолодженого аустеніту в бейнітній зоні валок, нагрівали до відпускної температури 520-530°С и витримували 35 годин. Після відпускання була забезпечена твердість бочки 78-80 HSD. Для дослідження із середньої частини бочки вирізали диск товщиною 30мм. Вимір твердості по глибині наплавленого шару показав її високу рівномірність 59-62 HRC. Міцність при вигині зразків склала 1000-1200МПа, стріла прогину 1,0-1,2мм. Мікроструктура: розірвана ледебуритна сітка і матриця, що має високу мікротвердість 850-870кг/мм 2. У валках, виготовлених по способу-найближчому аналогу, міцність при вигині складала 800 1000Мпа, стріла прогину 0,5-0,6мм, а твердість по глибині наплавленого шару - 47-57 HRC. Крім того, нагрівання і охолодження, як у пропонованому способі, сприяють зміцненню поверхні осі і перехідної зони. Це забезпечує високу надійність валків навіть при екстремальних навантаженнях. За пропонованою технологією виготовлена партія валків у кількості 4шт., яка проходить експлуатаційні іспити на стані 1700 гарячої прокатки. Попередні результати експлуатації на перших 8 завалках: питомий наробіток 7700т/мм (у валків виготовлених по способу-найближчому аналогу 5500т/мм), відсутність утворення і відшарування окалини (на валках виготовлених по способу-найближчому аналогу періодично спостерігається відшарування окалини). На підставі викладеного і проведених досліджень можна зробити висновок про те, що пропонований спосіб відповідає критеріям корисної моделі і має істотні відмінності і новизну. В остаточному підсумку підвищуються експлуатаційні характеристики валків і надійність в експлуатації.