Валки для линий листовой холодной прокатки по их использованию делят на: рабочие и опорные. См. рис. 4 и 5.

Диаметр валка подбирают на основе расчетов, выполненных при учете сортамента (его толщины), условий работы, механических свойств проката, максимальных усилий, обжатий, конструкции линии.

Длина бочки РВ зависит от ширины полосы, листа, ленты.

Приводными валками обычно делают РВ. В клетях, где отношение длины бочки к Ø валка = или > 5:1, и прокатывается очень тонкая лента из легированной стали, на многовалковых агрегатах приводными выполняются ОВ (опорные валки). У валков с подшипниками качения, шейки изготовляют ступенчатыми. На станах, где используются подшипники скольжения, шейки валков, как правило, гладкие. Для редуцирования давления на подшипники, повышения прочности валковых шеек, работающих на ПЖТ, шейки имеют макс. Ø, а места переходов от шеек к бочке закругляются.

В РВ (при Ø бочки >160 мм) делают сквозные пазы по оси, так называемые осевые каналы. В валках больших размеров эти каналы в области бочки переходят в более широкие камеры. Камеры имеют Ø, превышающий в значительной степени Ø входных отверстий.

Осевые каналы способствуют охлаждению центра валка в момент его закалки. Такое дополнительное охлаждение РВ в процессе функционирования линии создаёт стабильный термальный режим, повышая, таким образом, стойкость валка.

Опорные валки могут быть цельноковаными (как на рис. 3 и 4), литыми, бандажированными (см. рис. 5). К качеству подготовки ОВ предъявляются особо жесткие требования. Возникающее при работе биение бочки ОВ относительно шеек ведёт к разнотолщинности прокатываемой полосы. Макс. допустимое биение бочки валка Ø1500 мм будет равно 0,03 мм.

Для агрегатов холодной прокатки валки предусматривают из высококачественных сталей, в составе которых небольшое содержание вредных компонентов S и P. Наряду с механич. свойствами после термообработки стали оценивают по технологическим характеристикам — закаливаемости, склонности к перегреву, чувствительности к деформации при закалке, обрабатываемости, шлифуемости и др.

Важнейшими признаками для сталей, идущих на производство валков, считаются твердость и прокаливаемость. Твердость стали марки 9Х в закаленном состоянии достигает 100 ед. по Шору.

РВ многовалковых прокатных линий производят из сталей 9Х и 9Х2. За границей для этого служат инструментальные, среднелегированные и быстрорежущие стали. Твёрдость рабочей поверхности в состоянии после термообработки достигает HRC 61-66.

В последних технологиях все чаще упоминаются РВ, изготовленные из металлокерамических твердых сплавов (основу их образует карбид вольфрам). Изготовление валков из твердых сплавов основано, как правило, на горячем прессовании или спекании пластифицированных заготовок. Количество кобальтового порошка принимается, равным 8-15 % (остальной компонент - карбид вольфрам).

Твёрдосплавные валки, по сравнению с валками из легированных марок стали, более износостойкие. Их стойкость к износам в 30—50 раз выше. При прокатке ими может быть получена макс. шероховатость на поверхности прокатываемого материала.

Их изготавливают цельными и составными. В качестве РВ многовалковых прокатных линий, как правило, применяют цельные металлокерамические валки. При проектировании твёрдосплавных валков учитывают определенные соотношения Ø шейки к Ø бочки (≥ 0,6) и Ø и длины бочки (≤ 4).

Основным недостатком металлокерамических валков является повышенная хрупкость, что исключает возможность эксплуатации их при толчках, ударах, больших прогибах. При завалке их в клеть необходимо полностью устранить перекосы, влияющие на качество прокатываемого материала. ОВ для линий холодной прокатки обычно изготовлены из сталей марок 9X2, 9XФ, 75ХМ, 65XНМ. В последнее время сталь марки 75ХМ для цельнокованых ОВ наиболее широко применяется.

Марки сталей 40ХНМА, 55Х, 50ХГ и стали 70 идут на изготовление осей составных (бандажированных) ОВ (малых и средних). Для изготовления осей крупных ОВ тяжелонагруженных станов применяют стали марок 45XHВ и 45XHМ.

Стали 9Х, 9ХФ, 75ХН, 9X2, 9Х2Ф и 9Х2В используются для изготовления бандажей составных ОВ. Твёрдость поверхности бандажа после конечной термообработки 60—85 ед. по Шору.

Целесообразно применение литых ОВ, они дешевле кованых, обладают значительно большей износостойкостью. Крупные литые опорные валки изготавливают из хромоникельмолибденовых и хромомарганцево-молибденовых сталей. Например, изготовляют ОВ из стали типа 65ХНМЛ. Они после термообработки имеют твёрдость 45—60 ед. по Шору.

ОВ многовалковых станов изготавливают из инструментальной стали. В ней содержится 1,5% С и 12 % Сг. Твёрдость их после термообработки HRC 56— 62.

Развитие прокатного производства в сторону расширения сортамента связано с увеличением выпуска различных прокатных валков, проводок, роликов, направляющих прокатных станов. Такие детали изготавливают из чугуна, литой или деформированной стали, твердых сплавов. Прокатные валки являются основной рабочей частью прокатного стана, которая создает определенные размеры, форму и качество поверхности проката. К материалу валков предъявляют разнообразные и, часто, противоречивые требования, поэтому универсальной стали или сплава для их изготовления нет.

В общем случае материал валков должен обладать высокой поверхностной твердостью и прочностью, износостойкостью. Если валок работает в условиях теплосмен (горячая прокатка), материал должен иметь достаточную теплостойкость. При выборе чугуна в качестве материала для изготовления валка необходимо учесть тип стана, способ прокатки, производительность стана и другие технологические характеристики. Кроме прокатных, чугунные валки применяют в резинотехнической, бумагоделательной, мукомольной и других отраслях промышленности. Преимущества чугуна, как материала для их изготовления, возрастают с увеличением размеров валка. Существующие технологии производства чугунных отливок позволяют получать заготовки валков массой от 0,5 до 40 т и более.

Износостойкость и термостойкость чугуна при заданных условиях эксплуатации может колебаться в весьма широких пределах и регулируется в первую очередь природой и количеством структурных составляющих, обладающих высокой стойкостью.

Такими составляющими являются карбиды. В чугуне с обычным содержанием элементов наиболее распространенным является карбид железа – цементит Fe 3 C. Можно считать, что износостойкость определяется твердостью чугуна с однотипным фазовым составом и чем выше твердость, тем выше износостойкость. Следует иметь в виду, что повышение твердости, как правило, сопровождается очень резким ухудшением литейных свойств, склонности к образованию трещин, обрабатываемости резанием. Поэтому при выборе марки чугуна в каждом конкретном случае следует учитывать, наряду с механическими свойствами, конфигурацию и размер отливки. Придание конструкции заготовки технологичных литейных форм, сокращение объемов механической обработки, являются обязательным условием получения качественной отливки.

Основные структурные составляющие чугуна располагаются по возрастанию твердости и износостойкости в такой ряд: графит, феррит, перлит, аустенит, мартенсит, цементит, легированный цементит, специальные карбиды хрома, вольфрама, ванадия и др., бориды. Износостойкость находится в сложной зависимости от количественного соотношения и распределения твердой, хрупкой фазы и сравнительно мягкой, пластичной основы.

Требованиям, предъявляемым к материалу валков, отвечает чугун, имеющий в поверхностном слое отливки большое количество структурно свободной карбидной фазы (см. глава 1, белый чугун). Регулирование состояния металлической основы за счет легирования позволяет в достаточно широком интервале изменять износостойкость, термостойкость и обрабатываемость такого чугуна. Более глубокие внутренние слои могут не содержать карбиды, поэтому в отливке формируется несколько слоев, отличающихся структурой и свойствами. Таким образом, в поверхностном слое чугун содержит карбидную эвтектику, в более глубоких слоях углерод может выделяться в виде графита. Матрица может быть различной и зависит от состава чугуна, скорости охлаждения отливки и проведения термической обработки. В результате появления фаз с различными коэффициентами термического расширения в отливках возникают значительные внутренние напряжения. Для снятия напряжений и получения требуемых механических свойств литье подвергают термической обработке. При этом основное требование – отбеленная часть не должна претерпевать существенных изменений ни при термической обработке, ни в процессе эксплуатации.

Выделяют глубину чистого отбела, которая соответствует расстоянию от поверхности валка до первого серого пятна на макрошлифе – скопления зерен графитной эвтектики. Глубина переходной зоны определяется расстоянием от этого пятна до места полного исчезновения белых пятен, т.е. отдельных видимых невооруженным глазом скоплений цементитной эвтектики.

Таблица 5.1 – Химический состав чугуна для прокатных валков с отбеленным рабочим слоем, мас. %

Примечание . Содержание фосфора ограничено

По содержанию основного элемента – углерода чугун может быть с пониженным (2,8-3,2 %), средним (3,2 – 3,6 %) и повышенным (3,6 – 3,8 %) углеродом. С увеличением содержания углерода уменьшается глубина отбела, одновременно сокращается глубина переходной зоны. Повышенное содержание углерода увеличивает твердость, износостойкость и чистоту валков, однако в ряде случаев рекомендуется снижать углерод (валки для горячей прокатки, жестепрокатные валки, рифленые валки). Повышенное содержание углерода снижает прочность, так как при этом растет количество графита во внутренних слоях и повышенное содержание хрупкого цементита в поверхностных. Глубина отбеленного слоя на валках различных типов составляет 10 – 40 мм. Количество цементита в поверхностном слое доходит до 50 %, наиболее распространенные марки чугуна имеют 25 – 30 % карбидов. Дисперсность карбидов зависит от состава чугуна и скорости охлаждения поверхности отливки. Обычно размер карбидов 4 – 12 мкм, длина может быть в несколько раз больше. Чем выше степень дисперсности карбидов, тем выше износостойкость. Однако с ростом количества карбидов в поверхностном слое падает термостойкость валка. Твердость зависит от содержания углерода и других элементов, а также размеров заготовки (рис. 5.1). Приведены значения динамической твердости по Шору, которую часто используют при контроле качества валков. При содержании углерода более 3,8 % твердость поверхностного слоя начинает падать. Для неметаллургических валков используют аналогичные чугуны, однако содержание углерода в них поддерживают на уровне 3,4 – 3,7 %, а хром и никель ограничивают до 0,45 % и 0,5 – 0,8 %, соответственно. Недопустимо выделение графита в поверхностных слоях, так как в этом случае резко падает износостойкость и качество поверхности валка.

Рисунок 5.1 – Влияние содержания углерода на твердость рабочего слоя валков различного диаметра: 1 – 250 – 350 мм; 2 – 400 – 600 мм; 3 – свыше 600 мм.

Влияние углерода на твердость и другие свойства поверхностного слоя нельзя рассматривать без учета влияния остальных элементов.

Кремний в чугунах является наиболее сильным графитизатором после углерода. При отливке отбеленных валков и с учетом строго регламентированного содержания других элементов, содержанием кремния регулируют глубину отбеленного слоя и переходной зоны. При уменьшении содержания кремния отбел возрастает, а переходная зона распространяется на большую глубину.

Хром, являясь сильным карбидообразующим элементом, сильно повышает глубину отбеленного слоя и повышает его твердость. При содержании хрома, указанном в табл. 5.1 (

Модифицирование чугуна повышает стойкость валков. Это связано с получением в основном сечении шаровидного графита, существенно улучшающего свойства чугуна. Валки из магниевого чугуна имеют высокую прочность и во многих случаях пригодны для замены более дорогих стальных валков обжимных и черновых клетей.

В табл. 5.2 приведены значения микротвердости некоторых фаз и структурных составляющих в белых чугунах.

Таблица 5.2

Несмотря на допустимое содержание серы до 0,12 %, весьма желательно ее снижать. Сера несколько повышает отбел, но резко ухудшает основные механические свойства, особенно при высоких температурах. Это в целом снижает стойкость валков (рис. 5.2). Для нейтрализации вредного влияния серы необходимо не менее 0,45 – 0,50 % Mn. При содержании марганца более 1,5 % влияние серы не выражено.

Рисунок 5.2

Литейные свойства легированных чугунов для валков хуже, чем у обычных чугунов. Жидкотекучесть хромистых чугунов почти не уступает жидкотекучести серых чугунов (230 – 450 мм), линейная усадка выше – до 1,8 – 2,0 %, и близка к усадке стали.

Оценка литейных свойств легированного чугуна по углеродному эквиваленту (1.1) затруднительна из-за заметного влияния легирующих элементов на вид диаграммы состояния, а также эффектов их совместного взаимодействия. Предполагается, что при содержании углерода менее 4 % влияние основных легирующих элементов (коэффициенты в уравнении углеродного эквивалента) не является постоянным, а зависит от содержания углерода. На основании термодинамического анализа предложен метод расчета углеродного эквивалента С экв (5.1):

Значения коэффициентов зависят, в свою очередь, от содержания углерода и приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Уравнения для расчета коэффициентов B i при содержании элементов

Используя эти данные, рассчитаем углеродный эквивалент чугуна с мартенситной структурой (табл. 5.1). Подставляя значения содержания элементов в формулу (5.1), получим:

Следовательно, данный чугун при литье ведет себя как доэвтектический и, при кристаллизации из жидкости выделяется аустенит, обеспечивая получение относительно более мягкой и менее хрупкой матрицы по сравнению с карбидами (см. табл. 5.2). Необходимо отметить, что расчет СЭКВ по формуле (1.1) дает аналогичный результат – 3,45 %. Следовательно, содержание элементов в указанном количестве мало влияет на характер кристаллизации.

Значительный процент повреждений рабочих валков (в среднем около 40-50%) и в очень многих случаях преждевременный выход их из строя объясняются недо­брокачественностью изготовления валков.

а) Литье валков . В области составления шихты ряд американских и ан­глийских фирм имеет тенденцию к применению наименьшего количества компонен­тов, максимально однородных и по химическому составу (в особенности по содер­жанию кремния) и по физическим свойствам.

Английские фирмы составляют шихту для валков из 25-30% «переплава», соот­ветствующего по химическому составу изготовляемым валкам с поправкой на угар, 40-50% валковой ломи и 20-35% подшихтовочных материалов (шведский древесноугольный чугун, или чугун «холодного дутья»).

Ряд американских и английских фирм и широко применяет раскис­ление и дегазификацию расплавленного металла (в ковше), используя в качестве раскислителя ферро-карботитан и ферро-кремнетитан. Первый из них, содержащий около 15-18% Тi имеет высокую точку плавления (1400°) и трудно растворяется в основной массе, второй имеет точку плавления значительно более низкую (1200°) и поэтому дает лучшие результаты. На основе ряда исследований, произведенных в СССР, считают , что значительно целесообразнее вводить титан и алюминий в состав чушковых доменных чугунов.

Формовочные материалы должны обладать высокими физическими свойствами в отношении огнестойкости, газонепроницаемости и связывающей способности.

Отливка валков прокатных станов производится в опоках, кокилях, а также в сборных кокилях. В последнем случае шейки и трефы валков предварительно формуются в опоках, формы просушиваются, затем для бочки валка устанавливается кокиль.

Мягкие валки из серого чугуна отливаются в глиняных опоках, стальные-в специальных опоках, имеющих для бочки песчаную форму с холодильниками (фиг. 187, а).

Чугунные валки большой твердости с отбеленной поверхностью бочки отлива­ются в металлических кокилях без футеровки, тогда как кокили для полутвердых валков обмазываются внутри глиной, что противодействует резкой отбелке чугуна. Шейки и трефы валков отливаются в глиняных формах.

При производстве двухслойных чугунных валков (шведский способ) формовка производится как обычно, но только диаметр литника делается больше на 25-30%, причем для спуска промытого металла на верхней прибыли устанавливается спуск­ной жолоб (фиг. 187, б). Отливка ведется в кокилях обычной формы и размеров. Количество серого чугуна, потребного для промывки, зависит от химического состава белого и серого чугунов, веса и назначения валков. На европейских заводах оно достигает 25% от общего веса валка, на Надеждинском заводе - 40% и даже больше.

Сборные кокили устраиваются с прорезями для свободного выхода газов и для ослабления деформаций, возникающих под влиянием термических ударов, или с го­фрированной, волнообразной поверхностью, обеспечивающей меньшую овальность закаленного слоя после обработки поверхности валка на токарных станках.

На фиг. 188, а, б, в изображено кольцо сборного кокиля Никольса.

Гладкие и калиброванные закаленные и даже полутвердые валки отливаются теперь с готовыми трефами, формовка которых осуществляется по моделям в пес­чаных формах в одной опоке с шейками.

Калиброванные валки отливаются с уплотненными ручьями, для чего в отдельные участки формы чугунных кокилей помещаются холодильники.

Литниковые лейки применяются с вертикальной стенкой и квадратным сечением воронки, что способ­ствует спокойной заливке металла (патент Даниэльса) (фиг. 189, а, б).

Некоторые английские фирмы (Акрилл и др.) опоки для полутвердых валков и кокили для закаленных по­догревают перед заливкой до температуры 250 - 400° в зависимости от диаметра, химического состава и тре­буемых механических свойств валков.

Широко распространилась отливка калиброванных (фиг. 190, а) и комбинированных (фиг. 190, б) валков для сортовых и рельсобалочных станов ввиду зна­чительного экономического преимущества их перед глад­кими отливками, которые при вырезке калибров зна­чительно ослабляются.

б) Термическая обработка имеет целью уничтожение литейной неоднородности, перевод всей ме­таллической массы в твердый раствор, получение по­требной структуры и необходимой твердости, уменьше­ние внутренних напряжений.

Известная английская фирма «Брайтсайд Чиллед Грейн и Элоу Ролле» для валков со стальной основой применяет двойную или при высококачественных вал­ках даже тройную термическую обработку.

1. Первый нагрев до температуры выше верхней критической точки Асз - 50° со скоростью 15-20°/час и выдержкой при этой температуре (час на каждые 25 мм диаметра) с последующим охлаждением на воз­духе (без сквозняков) до температуры 300°.

2. Второй нагрев с 300° до температуры, близкой к нижней критической точке, с выдержкой в течение не­скольку часов для облегчения перлитного превращения.

Фиг. 187. Способы отливки валков: а - отливка сталь­ных валков по способу «Юнай­тед»; б - отливка чугунных (двухслойных) валков «швед­ским» способом

Фиг. 188. Устройство кольца сборного кокиля Никольса: а - вид сверху; б- разрез по АВ; в - разрез, показывающий углубление формы для местной закалки

3. Третий нагрев производится до температур кри­тического интервала (в зависимости от желаемой струк­туры и твердости), но не выше верхней критической точки. За нагревом следует выдержка при этой температуре (час на каждые 25 мм диаметра) с последующим насколько возможно быстрым охлаждением в печи (до 450°). Затем новая вы­держка при этой температуре (минимум час на каждые 25 мм диаметра) с по­следующим медленным охлаждением вместе с печью.

На этом же заводе режим термической обработки валков с чугунной основой заключается в следующем: нагрев (15-20°/час) ниже нижней критической точки Ас выдержка при температуре 500-450° (час на каждые 25 мм диаметра) и медленное охлаждение вместе с печью.

Чтобы облегчить уничтожение литейной неоднородности и дендритности струк­тур при термообработке, за границей широко практикуют производство валков с об­щим содержанием углерода в пределах растворимости его в основной металлической массе. Широко применяют также заливку валков при возможно более высокой температуре, причем для защиты кокилей и форм шеек и трефов, последние покры­вают при помощи пульверизатора специальной огнестойкой краской, способствующей активному удалению газов.

Внутренние напряжения, возникающие от усадки и при переходе критического интервала в углеродистых валках ослабляют охлаждением в кокилях до 180-200°; в легированных - при помощи замедленного охлаждения до температуры окружаю­щего воздуха. Высоколегированные и специальные валки нуждаются в неоднократ­ном нагреве, охлаждении, нормализации и выдержке. Охлаждение применяется как быстрое, так и замедленное, в частности охлаждение вместе с печью.

Фиг. 189. Сборный кокиль Даниэль­са: а -вид свер­ху; б - продоль­ный разрез

Фиг. 190. Отливка в кокилях калиброванных (а) и комбинированных (б) валков

Американская фирма «Люис фаундри Ко» применяет для охлаждения цилиндри­ческие кожухи, изготовленные из котельного железа с внутренним диаметром, боль­шим внешнего диаметра кокилей на 150-200 мм. Пространство между кожухом и кокилем засыпается сухим песком или другим каким-либо нетеплопроводным материалом.

Некоторые американские и английские фирмы придают большое значение вопро­су естественного и искусственного старения. Прежде чем пустить валки в работу, фирма «Пери и Сын» выдерживает их на стеллажах в течение 3-6 месяцев.

Искусственное старение прокатных валков заключается в нагреве их до темпе­ратуры ниже нижней критической точки Ас и выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

в) Ковка валков , как и литье, тесно связана с термической их обра­боткой, отдельные операции которой чередуются со стадиями ковки, оказывая влияние на режим всего процесса в целом при изготовлении стальных кованых валков.

г) Сведения о механической обработке валков подробно излагаются ниже, здесь же приводим только общие указания о шлифовке и поли­ровке, завершающих процесс изготовления валков.

Валки твердостью до 90 единиц по Шору требуют зеркальной отделки, осу­ществляемой полировкой несколькими (2-6) шлифовальными кругами с постепенно возрастающим номером зерна (24-500). Шлифовку на предшествующих стадиях необходимо вести очень тщательно, так как дефекты шлифовки не могут быть испра­влены последующей полировкой на более тонких шлифовальных кругах.

Недостаточное охлаждение и смазка, внезапные остановки при шлифовке валка, большая подача и т. д. могут вызвать местное горение валка, приводящее к тре­щинам. Трещины могут появиться также от шлифовки валка слишком твердым кругом.

д) Хромирование валков , впервые освоенное в СССР в 1936г. на заводах «Красный гвоздильщик» , и НКМЗ , в последнее время получает все более широкое применение в технике.

Осуществленные электрическим способом хромовые покрытия придают валкам большую твердость, повышенную стойкость на истирание, пониженный коэффициент трения и высокие антикоррозийные свойства. Стойкость хромированных валков в 2-6 раз выше стойкости нехромированных . Твердость первых выше твердости вторых на 2-4 единицы по Шору.

Процесс хромирования валков можно разбить на три основных этапа: механи­ческая очистка поверхности валка, химическая подготовка, хромирование.

Механическая очистка заключается в шлифовке и полировке бочек валков. Шлифовка производится корундо-шеллаковыми кругами с зернистостью 90-120, полировка - при помощи войлочного круга, покрытого полировочной пастой (венская известь, техническое сало, стеарин и жир) или пастой ГОИ акад. Гребенщикова (прокаленная окись хрома и стеариновая кислота).

Химическая подготовка поверхности валка заключается в обезжиривании в бензине, протирке венской известью, промывке и подогреве в горячей воде (до 50°).

Нормальное проведение процесса хромирования обеспечивается установлением правильного режима, подбора состава электроли­та, его температуры и плотности тока.

На заводе «Красный гвоздильщик» состав электролита (нормальная ванна) таков: хромового ангидрида-250 г/л, серной кислоты - 2-2,5 г/л; плотность тока 15 А/дм (в начальный момент 10 А/дм ); температура электролита 45-47°.

На этом заводе хромированию подвергались валки диаметром 100-220 мм, с твердостью по Шору не ниже 90 единиц. Каждый валок помещался в отдельную ванну и, будучи подвешен крючком (фиг. 191, а) на токоподводящую ванну, служил катодом; анод имел форму цилиндра, разделенного на две части и подвешенного на крючках к токоподводящей шине.

Для лучшего сцепления хрома с основным металлом через 30-40 сек. пребывания валка в ванне подавался обратный ток. Хромирование 1лилось 2 часа, после чего валок вынимали из ванны, промывали в горячей воде и выдерживали в течение суток, прежде чем отправить на стан.

Впоследствии благодаря изменению форм анода схемы подвода тока получили возможность вместо одного хромировать одновременно несколько валков (фиг. 191, б), с расстоянием между ними а =270 мм.

Фиг. 191. Хромирование валков: а - рабочий валок (сверху) и приспособления для хромирования (снизу); б - одновременное хромирование в одной ванне трех валков

Фиг. 192. Способы хроми­рования валков и крупных деталей на НКМЗ: 1- ролик; 2 - вентиляцион­ные клапаны; 3 - анодная шина; 4 - деревянное кольцо; 5 - аноды; 6 - электролитная ванна; 7 - целлулоидный экран; 8 - водяная рубашка; 9 - за­жимной хомут, 10 - шту­цер для спуска электролита; 11 - резина; 12 -подвод тока

Большого внимания заслуживает способ хромирования крупных деталей, примененный на НКМЗ при изготовлении роликов моечной машины тонколистового стана завода «Запорожсталь».

Вследствие больших размеров роликов (диаметр 220 мм, длина 1700 и 2200 мм, соответственно хромируемые поверхности 1,36 и 1,76 м ) и ограниченной мощности источников тока (максимум 1000 А) была применена ванна (фиг. 192), в которой можно было вести хромирование по частям. Ванна представляет собой бак с водяной рубашкой, подогреваемой паровым змеевиком. В дне ванны имеется отверстие, выложенное резиной. Диаметр отверстия соответствует диаметру ролика, подвергающегося хромированию. Дно ванны выложено трехслойным целлулоидом с толщиной каждого слоя в 0,5мм.

Фиг. 193, в. Схема действия сил между полосой и валками, вызываемых трением при истечении материала

Концы роликов на длине в 360 мм сначала хромировались в обычной хромовой ванне. Для хромирования середины ролики переносили в ванну, изображенную на фиг. 192, где процесс хромирования осуществлялся поясами высотой в 350 мм каж­дый. При переходе от одного пояса к другому ролик не вынимался из ванны, а продвигался на необходимую высоту сквозь отверстие, обложенное резиной.

Исследования показали , что хромированные валки имеют твердость по от­ношению к нехромированным больше на 2-4 единицы по Шору.

Фиг. 193, а и о. Схемы буксования полосы при ее задаче в валки (а), буксования валков при выходе полосы (б)

Валки рабочих клетей изготавливают из чугуна, стали и иногда, когда необходима особенно высокая твердость − из карбида вольфрама.

Достоинством чугунных валков является их высокая износоустойчивость. Однако прочность их меньше, чем стальных. Чугунные валки подразделяются на мягкие (незакаленные), полутвердые (полузакаленные) и твердые (закаленные). Мягкие валки отливают из серого чугуна в опоках из глины. Вследствие малой скорости остывания в опоках чугун остается в виде твердого раствора углерода в железе. Полутвердые льют в чугунных кокилях, изнутри обмазанных слоем глины толщиной ≈ 15мм. Благодаря этому появляется поверхностный отбеленный слой из белого чугуна, который лучше сопротивляется износу, а мягкая сердцевина – напряжениям изгиба. Шейки и трефы не отбеливают. Твердые валки отливают в кокилях без футеровки их внутренней поверхности, что ведет к образованию твердого закаленного слоя значительной толщины.

Чугун используется с пластинчатым или шаровидным графитом, нелегированный и легированный. Легированный чугун по прочности приближается к углеродистой стали. Примером является чугун марки

СШХН – с шаровидным графитом, легированный хромом и никелем.

Мягкие чугунные валки применяются в обжимных клетях, в черновых клетях крупносортных и рельсобалочных станов. Полутвердые – в черновых клетях сортовых и листовых станов, в чистовых клетях крупносортных и заготовочных станов. Твердые – в качестве рабочих валков чистовых клетей листовых станов и в чистовых клетях сортовых станов.

Стальные валки для станов горячей прокатки изготавливают литыми и коваными, из конструкционных углеродистых и легированных сталей. Применяют стали 50, 55, 55ХН, 60ХН, 4Х2МФ и т.п.

Стальные валки применяют в тех случаях, когда прочность чугунных недостаточна. Кованые валки из углеродистых и легированных сталей используют в клетях обжимных, заготовочных и сортовых станов, в черновых клетях НШС и ТЛС и в качестве опорных - в чистовых клетях листовых станов.

Валки для станов холодной прокатки обычно изготавливают из хромистых сталей с высокой твердостью поверхности за счет закалки ТВЧ. Благодаря этому стойкость валков увеличивается в 2÷3 раза. С целью повышения усталостной (циклической) прочности применяют поверхностный наклеп бочек валков обкатыванием роликами. Имеются сообщения о попытках повышения стойкости валков путем лазерной обработки поверхности бочек.

Эффективным способом повышения срока службы стальных валков является восстановление поверхности бочки после переточки электродуговой наплавкой.

Лекция № 6

6.1 Условия работы и требования к опорам прокатных валков

Опорам (подшипникам) прокатных валков приходится работать в чрезвычайно тяжелых условиях. Характерными являются:

1. Очень высокие удельные нагрузки, связанные с большой величиной силы прокатки и малыми величинами т.н. «живого сечения» в радиальном направлении (D-d)/2, где D и d − наружный и внутренний диаметр подшипника (рис.6.1):

Рисунок 6.1 − К определению размеров подшипника

Внутренний диаметр d подшипника ограничен диаметром шейки валка, поскольку подшипник устанавливается на шейку. Наружный диаметр D ограничен диаметром бочки валка D в , т.к. необходимо обеспечить установку валков «в забой», т.е. до их соприкосновения. Отсюда условие:

,

где
− минимальный диаметр бочки после последней переточки;

с − минимально допустимая толщина стенки подушки в ненагру- женной зоне подшипника;

Δ − половина минимального зазора между подушками в «забое».

В осевом направлении габариты подшипников менее ограничены. Однако при увеличении ширины В подшипника уменьшается жесткость валковой системы, а в подшипнике растет неравномерность распределения нагрузки по его ширине.

2. Ударный характер приложения нагрузки и большие амплитуды ее колебания у крупных станов;

3. Высокие числа оборотов валков у отдельных станов;

4. Большая загрязненность окружающей среды, особенно у станов горячей прокатки.

При этом опоры должны обеспечивать:

1. Заданную долговечность (желательно 7000 час. непрерывной работы и не менее – 5000 час.);

2. Высокую точность установки валков и жесткость всей валковой системы для получения необходимой точности проката;

3. Легкость проведения монтажных операций при частых перевалках и неприхотливость в эксплуатации;

4. Минимальную стоимость.

Поскольку один какой-то тип подшипников не может удовлетворить всем этим требованиям, то в качестве опор валков рабочих клетей, в зависимости от особенностей их работы, используются как подшипники скольжения (открытого и закрытого типов), так и подшипники качения.

Валки прокатных станов по сравнению с другими деталями работают в неблагоприятных условиях, так как они воспринимают большие знакопеременные изгибающие усилия и тепловые нагрузки. Поверхность валка, работающая при прокатке металла на истирание, должна обладать высокой твердостью и износостойкостью, т. е. материал валков должен быть одновременно вязким в сердцевине и достаточно твердым на рабочей поверхности бочки (не менее 90 ед. по Шору), а глубина закаленного слоя должна составлять не менее 3% от величины радиуса валка. Поковки валков холодной прокатки изготовляются способом свободной ковки на гидравлических прессах; в качестве заготовок используют крупные слитки массой 40...90 т. Перед окончательным получением заготовки валка слиток или часть его предварительно проковывается. Основная цель ковки заключается в обеспечении проработки литой структуры металла слитка, полном разрушении карбидной сетки и измельчении зерна, достижении наиболее выгодного расположения волокон в поковке и получении необходимых механических свойств металла в поперечном, продольном направлениях и по сечению поковки. Из двух существующих схем ковки: «круг -- круг» и «круг -- квадрат -- круг» более предпочтительной является последняя, так как с ее помощью обеспечивается получение более качественной структуры металла поковки, достигается лучшая прорабатываем ость слоев сердцевины и завариваемость макро- и микронесплошностей металла, что определяется его металлургическими свойствами. Поковки крупных валков массой более 3 т следует изготовлять с двумя осадками слитков. Правильный выбор степени деформации при осадке слитков обеспечивает улучшение качества поковок и повышение прочности и износостойкости валков. Технологическая схема ковки валков предусматривает биллетировку слитка, осадку, предварительную протяжку, а также ковку на окончательные размеры.

Особое место в технологии изготовления валков холодной прокатки занимает термическая обработка, с помощью которой обеспечивается получение необходимых свойств материала валка.

В качестве предварительной термообработки при изготовлении валков используют изотермический отжиг, сущность которого заключается в перекристаллизации стали при температуре 950...960 .° С, последующем охлаждении в печи до 300...350.° С, изотермической выдержке при температуре 700...710СС и медленном охлаждении. Предварительная термообработка производится после обдирки поковки валка с припуском 8...12 мм и глубокого сверления центрального отверстия. Для подготовки структуры под поверхностную закалку применяется нормализация с отпуском: нормализация производится при температурах 850...870.°С с последующим охлаждением валков на воздухе и нагревом под отпуск до 600,..620.° С; отпуск обеспечивает получение требуемой твердости на шейках валков в пределах 35...55 ед. по Шору. Закалка валков осуществляется путем нагрева током промышленной 50 Гц или высокой частоты 1000 Гц, а также с помощью газопламенного нагрева. Износостойкость и долговечность работы валков в значительной степени зависят от величины и распределения остаточных напряжений, возникающих при термообработке. Рабочие валки тяжелонагруженных станов холодной прокатки нуждаются в закалке с предварительным подогревом по всему сечению валка до температуры 600...650.°С или с предварительным подогревом поверхности валка до 800...820.° С с помощью тока промышленной частоты. Дополнительное охлаждение должно осуществляться через поверхность осевого отверстия валка, в результате чего получается наиболее рациональное распределение остаточных напряжений по сечению валка.

Малонагруженные валки холодной прокатки закаливают с подогревом внутренних слоев до 500...550 . С; это снижает уровень растягивающих напряжений на поверхности валка и не вызывает образования больших напряжений растяжения во внутренних слоях.

Крупные валки, работающие в легких условиях эксплуатации, можно закаливать с подогревом центральной зоны бочки до 300...400 .° С без дополнительного внутреннего охлаждения. После закалки током промышленной частоты при температуре 900...910.°С и последующего отпуска при 400...520. С достигается твердость рабочей поверхности валка в пределах 45...90 ед. по Шору (в зависимости от технических требований на изготовление валка). Термическая обработка, результатом которой является сочетание высокой вязкости металла в сердцевине с высокой твердостью поверхности валка, повышает долговечность работы валков прокатных станов. Последовательность обработки валка состоит из следующих этапов: черновая обработка поверхности валка под изотермический отжиг и нормализация с припуском 8...12 мм; глубокое сверление центрального канала и растачивание камеры; изотермический отжиг и нормализация; обработка под закалку поверхности бочки с припуском 0,5...1,5 мм и шеек с припуском 5...6 мм; обработка всех мелких поверхностей; закалка токами промышленной частоты с отпуском; обработка закаленных валков под второй отпуск; второй отпуск для снятия напряжений; окончательная механическая обработка. Обработка крупных валков начинается с разметки осевых линий и центров. После центрования отверстий валок устанавливается на токарном станке, где обрабатываются шейки под люнеты и базовые поверхности установки на станке для глубокого сверления; торцы валка намечаются с припуском 5...6 мм; концы заготовки отрезаются по намеченным надрезам. Центральное отверстие обрабатывается сверлом для глубокого сверления с последующим растачиванием камеры. В процессе глубокого сверления возникают значительные технологические трудности, связанные со сверлением консольным инструментом, имеющим значительный вылет, трудностью получения прямолинейной оси и цилиндрической формы отверстия, ухудшением теплоотвода и охлаждения инструмента. Для глубокого сверления применяются перовые, пушечные, двух - и четырех-кромочные и кольцевые сверла; последние используют при сверлении отверстий диаметром свыше 70 мм.

Четырех кромочные сверла с напайными твердосплавными пластинками для сверления глубоких отверстий диаметром до 70 мм. Двухперое четырехкромочное сверло при сверлении валков длиной до 7500 мм дает увод отверстия 10...15 мм; четырехкромочное сверло с центральной выточкой позволяет уменьшить увод до 1...1.5 мм на той же длине сверления. При сверлении глубоких отверстий диаметром более 70 мм применяют кольцевые сверла. С помощью режущих пластинок сверла, закрепленных в корпусе, выбирают кольцевую канавку в обрабатываемой заготовке. Прочность шеек вала зависит от диаметра осевого отверстия, поэтому в полости бочки растачивается камера с плавными переходами от осевого отверстия. Растачивание ведется при работе борштанги на сжатие или на растяжение. Производительность расточки повышается при работе борштанги на сжатие. После изотермического отжига и нормализации валок обрабатывают под закалку; устанавливают в отверстие временные пробки и на токарном станке протачивают на шейках две выточки под люнеты, пробки удаляют. Поверхность валка не должна иметь острых кромок и рисок, переход от одной поверхности к другой должен выполняться плавно, через галтели. Перед закалкой следует обрабатывать различные мелкие поверхности. Трефы обрабатываются на специальных трефофрезерных станках в размер. На продольно-фрезерных станках фрезеруются шпоночные пазы или квадраты с припуском на сторону 2 мм; радиальные отверстия сверлятся в размер. После закалки валок устанавливают в патроне и люнете с точностью до 0,25 мм, используя бочку как базовую поверхность, после чего растачивают отверстия под центровые пробки. Пробки после охлаждения в жидком азоте запрессовывают в отверстие. Деталь устанавливают в центрах и протачивают бочку до устранения биения. Для повышения производительности при обработке закаленных валков используют точение резцами с широкими лезвиями, оснащенными минералокерамическими пластинками из сплава ВЗ.

Задний угол резца с широким лезвием--6е, передний угол -- (--6а), угол наклона режущей кромки -- 13°, ширина фаски режущей кромки --0,5 мм. Валки площадью до 26 м обрабатывают резцами с такими геометрическими параметрами. Шероховатость поверхности при этом не превышает Ra = 1,25 мкм. При шлифовании валок устанавливается в центрах, поверхность бочки шлифуется до снятия следов токарной обработки. При этом необходимо поддерживать правильный режим охлаждения и правки круга во избежание появления прижогов, которые снижают поверхностную твердость валков и способствуют появлению микротрещин. Затем проводится окончательная обработка мелких поверхностей -- пазов, трефов, шлицев н. т. п. После второго отпуска выполняют чистовое шлифование поверхности бочки и окончательную обработку шеек валков. Заправку галтелей после шлифования производят твердосплавными радиусными резцами на токарном станке. В качестве материала для изготовления валков горячей прокатки используют легированные стали, а также чугун с отбеленной поверхностью. Валок для горячей прокатки. Валок изготовляется из стали 55Х, масса детали 20 890 кг, масса заготовки 26 000 кг. Технологический процесс обработки валка для горячей прокатки аналогичен процессу обработки валков для холодной прокатки, но несколько проще, Обработка валка делится на три стадии: черновую обработку заготовки, термическую и чистовую обработки. На заготовку наносят осевые линии и центры, а затем проверяются величина и расположение припусков на обработку. Целью токарной черновой операции является снятие основной массы металла припуска с поверхности валка и с торцов, а также подготовка валка к термической обработке.

При этом надрезается прибыль, которая удаляется на слесарной операции; здесь же проверяется твердость бочки и шеек валка, а также размечается лопатка под черновую обработку. Деталь передается на термическую обработку, которая производится с целью улучшения структуры, устранения внутренних напряжений и получения твердости.

После термообработки исправляются центровые гнезда детали, и производится чистовая токарная обработка, которая должна обеспечить точность и концентричность всех цилиндрических поверхностей, перпендикулярность к ним торцов детали и требуемую шероховатость поверхности. Перед шлифованием или упрочняющим обкатыванием роликом предварительно протачивают шейки валка. Обкатка шеек валков производится на тяжелых токарных станках специальными рычажными или гидравлическими устройствами. На токарном станке за счет натяжения суппорта винтом поперечной подач» нельзя получить силу обкатки выше 3000 ДаН.

Гидравлическое обкатное устройство для обработки валов большого диаметра. Усилие обкатки (до 6000 ДаН) создается автономным гидравлическим цилиндром установленным в корпусе; оно передается на поверхность детали через тарельчатые пружины, снижающие жесткость системы. Недопустимые перекосы цилиндрических роликов во время обкатки устраняются за счет их самоустановки; для этого головка, несущая рабочий ролик диаметром 32 мм, свободно поворачивается на цапфах вокруг оси, перпендикулярной к линии контакта ролика с деталью. Под действием момента, возникающего при перекосах, ролик поворачивается до восстановления равномерного контакта с деталью по всей длине образующей. После разметки трефы обрабатывают начерно, а затем начисто на расточном станке. При изготовлении валков из отбеленного чугуна твердость на поверхности бочки составляет НВ 500...650, что способствует увеличению их стойкости. При механической обработке отбеленных чугунных валков трудно обеспечить требуемую производительность процесса. Значительного увеличения производительности при изготовлении валков из отбеленного чугуна можно добиться, применяя шлифование только для снятия литейной корки, а лезвийную обработку использовать в качестве основной обдирочной операции. Для увеличения стойкости резцов из сплавов ВК применяют резание при вводе в зону обработки низкого напряжения, а также резание с предварительным подогревом поверхности заготовки. Прокатные валки. Валки для прокатных станов

ковка заготовка сортовый листовой