Прокатний валок

Реферат: Винахід належить до прокатного виробництва, а саме до конструкції прокатних валків, і може бути використаний при виготовленні і відновленні валків широкосмугових і обтискних прокатних станів, зокрема шляхом наплавлення. Прокатний валок містить бочку з наплавленим багатошаровим робочим шаром, утвореним такими, що чергуються між собою в кожному шарі та зміщеними один відносно одного в суміжних шарах ділянками високої міцності і високої пластичності. Протяжність уздовж бочки валка ділянок з високою пластичністю перекриває протяжність ділянок з високою міцністю суміжного шару на величину, рівну або більшу двох товщин одного наплавленого шару. Твердість кожної ділянки високої пластичності (HV пласт.) дорівнює 0,65-0,75 твердості ділянки високої міцності (HVміц.). Винахід забезпечує збільшення терміну експлуатації валка за рахунок підвищеного опору розтріскуванню і руйнуванню робочого шару, зниження рівня залишкової напруги, поліпшення видалення окалини з прокатуваного металу і усунення прослизання валка при прокатці за рахунок виборчого зносу кільцевих ділянок заданих розмірів і зниженої твердості. UA 107533 C2 (12) UA 107533 C2 UA 107533 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до прокатного виробництва, а саме до конструкції прокатних валків, і може бути використаний при виготовленні і відновленні валків широкосмугових і обтискних прокатних станів, зокрема, шляхом наплавлення. Відомий прокатний валок, який з метою поліпшення умов захоплення прокатуваного металу містить бочку з нанесеним робочим шаром з ділянок, що чергуються в шаховому порядку, виконаних з двох матеріалів з більшою і меншою зносостійкістю (А.С. СРСР № 995931, Β23Β27/02). Недоліком відомого способу є обмежений термін служби через низьку ударну в'язкість ділянок металу з більшою зносостійкістю, яка забезпечується підвищеною твердістю. Відомий прокатний валок, що містить бочку з багатошаровим робочим шаром з матеріалів з різними механічними властивостями суміжних шарів, у якого з метою поліпшення умов захоплення і видалення окалини з поверхні прокатуваного металу зовнішня твірна бочки виконана у вигляді синусоїди із залежними від діаметру валка довжиною хвилі і висотою виступів (А.С. СРСР № 1154015, В23В27/02). У відомому рішенні низька зносостійкість виступів синусоїди призводить до вирівнювання поверхні і погіршення умов видалення окалини, а також до необхідності в частих переточуваннях для відновлення профілю синусоїди. Найбільш близькою по своїй технічній суті і результатам, що досягаються, є конструкція прокатного валка, на бочці якого виконаний багатошаровий робочий шар з послідовним чергуванням ділянок високої міцності і пластичності в кожному шарі і зі зміщенням їх один відносно одного в суміжних шарах. Це забезпечує нерівномірний знос поверхні валка і стабільні умови видалення окалини з прокатуваного металу. Крім того, підвищений опір руйнуванню такої конструкції викликаний гальмуванням тріщини на межах шарів, що пояснюється зміною характеру руйнування і стрибком зварювальної напруги на межі. При цьому чергування ділянок високої міцності і високої пластичності в межах кожного з шарів призводить до зниження рівня напруженого стану (див. статтю "Підвищення ресурсу роботи наплавлених роликових направляючих машин безперервного литва заготівель" //Зварювальне виробництво. - 1991. - № 1. - С. 9-11)- прототип. Недолік прототипу - низькі значення ударної в'язкості в перерізах композиції, ділянок високої міцності, що проходять по межах, оскільки руйнування в усіх шарах відбувається за матеріалом високої твердості, проте, крихкого. У основу винаходу поставлена задача удосконалити прокатний валок, в якому нова конструкція робочого шару дозволить за рахунок зміни умов поширення тріщини і її гальмування на межах ділянок високої міцності і високої пластичності підвищити ударну в'язкість робочого шару, понизити рівень залишкових напруг, забезпечити стабільні умови видалення окалини, виключити прослизання валка при прокатці. Для вирішення поставленої задачі в прокатному валку, що містить бочку з багатошаровим робочим шаром, утвореним смугами, що чергуються між собою і зміщеними одна відносно одної в суміжних шарах ділянками високої міцності і високої пластичності, відповідно до винаходу, протяжність уздовж бочки валка ділянок, що утворює, з високою пластичністю перекриває протяжність ділянок з високою міцністю на величину, що перебільшує або дорівнює двом товщинам одного наплавленого шару. При цьому твердість кожної ділянки високої пластичності (HVпласт.) має дорівнювати 0,65-0,75 твердості ділянки високої міцності (HVміц.). Для підвищення зносостійкості валків чорнових клітей станів гарячої прокатки, особливо, валків першої кліті, використовується наплавлення матеріалами високої твердості ( 450-470 HV). Здатність таких матеріалів чинити опір зносу поєднується з низькою ударною в'язкістю 2 (0,10-0,14 МДж/м ). Висока залишкова напруга в композиції з поверхневим шаром високої твердості підвищує схильність до уповільненого руйнування, що посилюється дією дифузійнорухливого водню. Запобігти поширенню поверхневих тріщин, що зародилися в процесі експлуатації валка, дозволяє застосування багатошарових наплавлених композицій з внутрішніми пластичними шарами. Як пластичні шари можуть використовуватися матеріали, 2 твердість яких не більше 300-330 HV, а ударна в'язкість 0,45-0,50 МДж/м . Разом зі зносостійкістю і опором поширенню тріщин, поверхневий шар повинен забезпечити захоплення прокатуваної заготовки, а також видалення окалини з поверхні прокату. Високу ефективність при цьому створює чергування ділянок високої твердості і міцності з ділянками низької твердості і високої пластичності, як в межах кожного шару, так і від шару до шару. При цьому в суміжних шарах такі ділянки, відповідно, зміщені один відносно одного. В процесі зносу поверхні валка ділянки низької твердості (високій пластичності) зношуються швидше, що призводить до виборчого зносу з утворенням виступів і западин, забезпечуючи стабільне видалення окалини з прокатуваного металу і усуваючи прослизання валка при прокатці. 1 UA 107533 C2 5 10 15 Понизити рівень залишкової напруги дозволяє конструкція наплавленого шару з чергуванням ділянок високої міцності і високої пластичності в межах кожного з шарів, що наплавляються. Але ударна в'язкість значно знижується, коли руйнування розвивається з поверхні углиб в площині, що перпендикулярна твірній, де співпадають межі міцних і пластичних ділянок, і гальмування тріщини не відбувається. Щоб підвищити ударну в'язкість наплавленої на валок композиції, необхідно збільшити довжину пластичних ділянок і зменшити довжину міцних ділянок так, щоб в суміжних шарах ділянки високої пластичності перекривали одна одну уздовж тієї, що утворює прокатний валок на величину не менше товщини одного наплавленого шару. В цьому випадку мінімальна відстань уздовж твірної, між суміжними ділянками високої міцності, в кожному шарі складає L  (Lміц.+ 2 • δШ). Це дозволяє усунути збіг в площині, що перпендикулярна твірній валка, меж ділянок високої міцності з різних шарів і забезпечує підвищення ударної в'язкості наплавленої композиції. Збільшення протяжності ділянок високої пластичності призводить до зниження рівня залишкової напруги. В той же час, величина перекриття не повинна значно перевищувати висоту одного наплавленого шару, щоб довжина пластичних і міцних ділянок, будучи різною, залишалася сумірною. Від цього залежить інтенсивність зносу поверхні валка, а також розміри виступів, що утворюються із-за нерівномірності зносу, і западин, що впливає на ефективність видалення окалини. Таблиця 1 2 Перекриття Р, мм 0 прототип 2 4 6 8 Ударна в'язкість KCV (МДж/м )* 0,14 0,25 0,40 0,40 0,42 * - тришарова композиція (35В9 × 3ФС + 16 × 4ГМФС + 35В9 × 3ФС); 20 25 30 гострий надріз в зразках розташовується на межі ділянки підвищеної міцності і підвищеної пластичності. Як видно з таблиці. 1, зі збільшенням перекриття від 0 до 4 мм ударна в'язкість зростає від 0,14 до 0,40 МДж/м. З подальшим збільшенням перекриття до 8 мм ударна в'язкість практично залишається незмінною, але при значно збільшених розмірах ділянок високої пластичності (низької твердості) знижується не лише зносостійкість бочки валка, але також ефективність видалення окалини. Оскільки від співвідношення твердості міцних і пластичних ділянок залежить не лише нерівномірність зносу поверхні валка, але також ударна в'язкість багатошарової наплавленої композиції, потрібно певне поєднання властивостей вживаних матеріалів. Відомо, що гальмування руйнування на межі шарів багатошарової композиції відбувається навіть у разі, якщо їх склади, міцність і пластичність розрізняються в обмежених межах. Це дозволяє при виборі матеріалів для ділянок високої міцності і ділянок високої пластичності задавати різницю в їх твердості, що надійно забезпечує нерівномірність зносу, що в той же час підвищує ударну в'язкість шаруватої композиції. 35 Таблиця 2 Ділянка високої міцності, склад HVміц 35В9×3ФС 35×7Μ2ΦΤ 30×4В2М2ФС 35×6ГМФС 25×5ФМС 40 Ділянка високої пластичності, склад HVпласт. 16×4ГМФС 16×4ГМФС 15×3ГМФС 15×3ГМФС 14×3ΓΜΦ 530 510 475 450 420 345 345 320 320 315 HVпласт. / HVміц 0,65 0,68 0,67 0,71 0,75 Як видно з таблиці 2, для наплавлення ділянок високої міцності можуть застосовуватися склади 35В9×3ФС, 35×7М2ФТ, 30×4В2М2ФС, 35×6ГМФС, 25×5ФМС, що мають твердість 530420 ІIV. При використанні для наплавлення ділянок високої пластичності складів 16×4ГМФС, 15×3ГМФМ, 14×3ГМФ, твердість яких 345-315 HV, відношення HVпласт. /HVміц складає 0,65-0,75. 2 UA 107533 C2 5 10 15 20 25 30 Суть винаходу пояснюється кресленням, де представлений загальний вигляд пристрою та робочий шар. Прокатний валок містить бочку 1 з багатошаровою робочою поверхнею 2, утвореною наплавленням ділянок високої пластичності 3 і високої міцності 4, що чергуються. Приклад конкретного виконання Багатошаровий робочий шар бочки валка (кліть чорнового окалиновідламувача стана 1700 гарячої прокатки, матеріал валка сталь 90ХФ, діаметр бочки 900 мм, довжина бочки 1700 мм, загальна довжина 4340 мм, маса 13,8 т) наплавляється складеним стрічковим електродом під флюсом. Робочий шар (загальною товщиною 12 мм) формується з 3-х шарів (кожен товщиною δсл = 4 мм) і наплавляється на підшар (перехідний шар). Формування робочого шару здійснюється так, що уздовж тієї, що утворює валок довжина ділянок високої міцності складає Lміц. = 40 мм, величина перекриття ділянок високої пластичності Ρ = δ сл. = 4 мм, довжина ділянок високої пластичності Lпласт. = (40+2·4) = 48 мм. Для наплавлення ділянок високої 2 міцності використовується склад 35В9×ЗФС (твердість 530 HV, ударна в'язкість 0,12 МДж/м ), ділянок високої пластичності - склад 16 × 4ГМФС (твердість 345 HV, ударна в'язкість 0,44 2 МДж/м ), відношення HVпласт./ HVміц = 0,65. За результатами проведених досліджень, в умовах тертя металу по металу при температурі 600 °C, порівняльна зносостійкість цих матеріалів складає 3,0:1,0. Ділянки високої міцності, наплавлені складом 35В9ХЗФС, забезпечують високий опір зносу. В той же час, за рахунок виборчого зносу ділянок, наплавлених складом 16 × 4ГМФС зі значно нижчою твердістю, в процесі експлуатації валка утворюються кільцеві виступи шириною 36-38 мм з інтервалом між ними 44-46 мм. Такий нерівномірний характер зносу забезпечує інтенсивне видалення окалини з прокатуваного металу. В той же час, набагато підвищується опір руйнуванню наплавленого робочого шару від динамічного навантаження. За результатами випробувань стандартних зразків 10  10  55 мм з гострим надрізом, ударна в'язкість тришарової наплавленої композиції 35В9 × 3ФС t-16 × 4ГМФС + 35В9 2 × 3ФС при перекритті Ρ = 4 мм складає 0,40 МДж/м . Перевагою пропонованої конструкції прокатного валка є збільшення терміну його експлуатації за рахунок підвищеного опору розтріскуванню і руйнуванню робочого шару, поліпшення видалення окалини з прокатуваного металу і усунення прослизання валка при прокатці внаслідок виборчого зносу кільцевих ділянок заданих розмірів і зниженої твердості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 1. Прокатний валок, що містить бочку з багатошаровим наплавленим робочим шаром, утвореним ділянками високої міцності і високої пластичності, що чергуються між собою в кожному шарі та зміщеними одна відносно одної в суміжних шарах, який відрізняється тим, що протяжність уздовж бочки валка ділянок з високою пластичністю перекриває протяжність ділянок з високою міцністю суміжного шару на величину, рівну або більшу двох товщин одного наплавленого шару. 2. Прокатний валок за п. 1, який відрізняється тим, що твердість кожної ділянки високої пластичності (HVпласт.) дорівнює 0,65-0,75 твердості ділянки високої міцності (HVміц.). 3 UA 107533 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4