Спосіб зміцнення валків для гарячої та холодної деформації металів

1. Спосіб зміцнення валків для гарячої та холодної деформації металів, що включає електрошлакове наплавлення на валок шару легованих сталей, їх охолодження та твердіння, який відрізняється тим, що твердіння здійснюють до одержання розміру зерна первинного d-фериту 50200мкм шляхом охолодження в інтервалі 14601340°С зі швидкістю 15-20°С/хв. та забезпечують перитектичне перетворення шляхом охолодження наплавленого шару в інтервалі 1340-1280°С зі швидкістю 100-150°С/хв. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для електрошлакового наплавлення використовують леговані сталі ледебуритного класу. Винахід відноситься до області металургії, прокатного виробництва та спеціальної електрометалургії. Може бути використаний для підвищення або відновлення характеристик міцності робочого шару композитах валків для гарячої та холодної деформації металів. Відомий спосіб зміцнення валкі з, [МПК В21В28/02, Регистрационный номер заявки 2000108637/02] сутність якого полягає в наступному: перед електрошлаковим наплавленням валок нагрівають до температури 600-650°С зі швидкістю 30-50°С/год, після чого здійснюють процес наплавлення, потім наплавлений валок охолоджують зі швидкістю 10-20°С/год до температури 600-650°С та піддають термічній обробці в печі. Зазначений спосіб вирішує задачу відновлення поверхні прокатних валків, але є дуже тривалим за часом через наявність етапу термічної обробки і потребує спеціального обладнання. Найбільш близьким за технологічною сутністю, що заявляється, і результатом, одержуваним при використанні, є взятий за прототип спосіб зміцнен ня, [авт.свид 558753, В 22 D 19/00 бюл.№35 від 25,05,77] сутність якого полягає в наступному: заготівлю підігрівають, здійснюють процес наплавлення, охолоджують до температури 800-900°С зі швидкістю 8-10°С/хв. Завдяки низькій швидкості охолодження цей метод є нетехнологічним з точки зору витрат часу, які складають приблизно 2 години. Крім того, вироби з відновленим покриттям добре зарекомендували себе в умовах роботи у абразивних та газоабразивних середовищах, але прокатні валки піддаються ще й значним механічним навантаженням. В основу винаходу поставлене завдання створення такого способу зміцнення прокатних валків, який забезпечить одержання підвищених технологічних властивостей, міцності та зносостійкості за коротший технологічний цикл. Поставлене завдання вирішується за допомогою того, що в способі зміцнення валків для гарячої та холодної деформації металів, що включає електрошлакове наплавлення матеріалів та їх (19) UA (11) 83166 (13) C2 (21) a200709759 (22) 30.08.2007 (46) 10.06.2008, Бюл.№ 11, 2008 р. (72) КАЛИНУШКІН ЄВГЕН ПАВЛОВИЧ, UA, БАЛАКІН ОЛЕКСАНДР АН АТОЛІЙОВИЧ, U A, СИТАЛО ЮРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, U A, ФЕДОРКОВА НАТАЛІЯ МИКОЛАЇВН А, U A, ПІДГОРНА КАТЕРИНА ДМИТРІВН А, UA, БІЛА ОЛЕНА ВІКТОРІВН А, UA (73) НАЦІОН АЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ, U A (56) UA 22301 U, 25.04.2006 SU 1139760 A1, 15.02.1985 SU 1539218 A1, 30.01.1990 RU 2066659 C1, 20.09.1996 RU 2228958 C2, 10.06.2002 RU 2218220 C1, 10.12.2003 JP 55073827 A, 03.06.1980 3 83166 охолодження згідно винаходу, в процесі твердіння наплавленого матеріалу одержують зерна первинного d-фериту розміром 50-200мкм при охолодженні в інтервалі 1460-1340°С зі швидкістю 1520°С/хв із забезпеченням перитектичного перетворення при охолодженні наплавленого шару в інтервалі 1340-1280°С зі швидкістю 100-150°С/хв. Технічним результатом можна вважати формування у наплавленому шарі стр уктури відманштеттового а устеніту з утворенням дендритних вісей вищого рівня з високим ступенем гомогенності. Запропонований спосіб двоступінчатого охолодження забезпечує високий рівень диспергування структури за рахунок здійснення зсувного механізму утворення аустеніту у температурному інтервалі перитектичного перетворення. Утворення відманштеттової стр уктури позитивно позначається на технологічних властивостях сталі, тому що кількість легуючи х елементів у твердому розчині та пластинах відманштетта є однаковою, тобто розподіленою рівномірно, і в такому випадку при розпаді аустеніту одержуємо однорідний твердий розчин і аустеніт з рівномірним розподілом легуючи х елементів, а отже однорідну дрібнозернисту структур у й рівномірний розподіл дрібних карбідів, що забезпечує одержання високих характеристик міцності та технологічних властивостей, а також зносостійкості готових виробів - композитних прокатних валків. Загальними ознаками способу, що заявляється, з відомим, є створення зміцненого поверхневого шару прокатного валка за умови двоступінчастого охолодження з формуванням структури, що забезпечує високу твердість і зносостійкість. Відмітні ознаки зазначені вище. Зазначена сукупність загальних і відмітних ознак забезпечує одержання високих характеристик міцності та технологічних властивостей, а також зносостійкості готових виробів - композитних прокатних валків. За наявними в авторів відомостями, сукупність заявлених ознак, що характеризують сутність винаходу, є невідомою в техніці, тому винахід відповідає критерію «новизна». Графіки впливу швидкостей охолодження при кристалізації на характеристики структури dфериту, отримані Є.П. Калинушкіним у роботі "Теорія та практика керування перитектичною кристалізацією при виробництві легованих сталей" наведені на Фіг.1. Наведені данні свідчать про те, що підвищення швидкості охолодження від температури 1460 до 1340 в інтервалі 1-15°С/хв призводить до інтенсивного подрібнення зерна. В інтервалі значень Vохол=20-75°С/хв прискорення кристалізації має значно менший вплив на зменшення розміру зерна, але при подальшому прискоренні тепловідведення зерно d-фериту знову інтенсивно подрібнюється. У зв'язку з тим, що в інтервалі значень Vохол=20-75°С/хв підвищення швидкості кристалізації несуттєво позначається на процесі зменшення розміру зерна, а процес охолодження з такими швидкостями досить енергоємний і важко забезпечити виконання такого режиму, то для досягнення поставленої мети буде достатньо обрати інтер 4 вал швидкостей охолодження 15-20°С/хв. При цьому в процесі затвердіння наплавочного матеріалу на остаточній стадії кристалізації d-фериту середній розмір перетинів дендритних гілок складає близько 240-260мкм, що є оптимальним для подальшої перитeктичної реакції. При охолодженні сталі нижче 1340°С починається перитектична реакція утворення аустеніту з d-фериту й рідини. Підвищення швидкості охолодження при кристалізації сталей перитектичного типу подрібнює дендрити первинного d-фериту, збільшує розчинність в них ферктостабілізуючих компонентів. Відомо, що при різних швидкостях охолодження: сталі на стадіях кристалізації d-фериту та перитектичного перетворення відбувається утворення шаруватих і відманштеттови х стр уктур аустеніту. Визначення кінетичних умов утворення відманштеттового аустеніту показало, що необхідна для цього критична швидкість охолодження залежить від розміру зерна вихідного d-фериту. При цьому значення критичної швидкості знижується зі збільшенням первинного зерна. Залежність критичної швидкості охолодження початку утворення відманштеттового аустеніту від розміру зерна вихідного d-фериту наведена на Фіг.2. У зв'язку з тим, що первинне зерно d-фериту в нашому випадку не перевищує 240-260мкм, критичний інтервал швидкостей охолодження початку утворення відманштеттсвого аустеніту згідно графіка становить 100-150°С/хв. Відманштеттовий аустеніт здатний розчиняти значну кількість вольфраму, молібдену й ванадію у швидкорізальних сталях. Приклад. У процесі наплавлення прокатного валка (сталь 175Х7НМ5В2Ф5) методом електрошлакового переплаву наплавлений валок охолоджували з температури 1460°С (температура початку кристалізації d-фериту) до 1280-1340°С (температура початку перитектичної реакції) зі швидкістю 10-15°С/хв. Потім охолодження від 1340°С до 1280°С проводили зі швидкістю 100150°С/хв, в умовах о холодження у спреєрі. Спосіб включає: наведення кільцевої шлакової ванни між поверхнею що наплавляють та охолоджуючим кристалізатором, який містить не менше двох секцій, нижню - формуючу, верхню - струмопровідну та стр умопровідний піддон. До струмопровiдної секції струмопідвід здійснюється від одного полюсу джерела струму, а від другого полюсу до нижнього торця валка крізь струмопровідний піддон. У стр умопровідній секції кристалізатора виробляють вертикальний паз у якому розміщують ізольовану підкладку, а струмовідвід здійснюють від одного полюсу джерела стуму до другого верхньою струмопровідною секцією на межі з пазом. До другого торця верхньої стр умопровідної секції на межі з пазом підключають один вивід струмообмежувального пристрою, регулюючого розмір току, а другий вивід підключають до верхнього торця валка й підтримують швидкість обертання шлакової ванни у встановлених межах. Запропонований спосіб у порівнянні з прототипом, має; наступні переваги: підвищена однорідність структури наплавлених валків сприяє в ос 5 83166 таточному підсумку збільшенню терміну служби готового виробу та підвищенню продуктивності 6 при експлуатації; скорочення витрат часу на відновлення. Таблиця Утворення структури d-фериту Утворення структури аустеніту Рівень легованості, мас. % Voxoл. на стадії Voxoл. на стадії перитектичної кристалізації, С/хв. Розмір зерна і dМо кристалізації d- фериту, мкм 1-100 100-150 150-1000 фериту, С/хв 450-1000 Зріст дендритів d- Утворення шару- Морфологія незмінна, Морфологія фериту з округ- ватих стр уктур але поперечний пере- незмінна, торці 1-10 лим перетином перитектичного різ комірок зменшуєть- комірок змен- 7.5-8 шують свою гілок й інтенсиваустеніту. ся. не здрібнення кривину. зерна. Розмір аустенітних пластин приблизно Утворення шаруі260-430 Інтен- ватих стр уктур відповідає розміру ауссивне здрібнен10-15 6-8 перитектичного тенітних комірок, було ня зерна. зафіксовано утворення аустеніту. відманштеттового аустеніту. Торці комірок зменшують Аустенітні комірки свою кривину. зростають у на- Морфологія незмінна, 240-260 Слабке Відбувається прямку d-фериту, але поперечний пере- відтиснення 15-75 зменшення роз5-6 мають невисокий різ комірок зменшуєтьміру зерна. феритостабіліся. рівень розгалузуючих компоженості нентів у рідку фазу. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 W 9-10 7-9 6-7