книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

* В структуре сохранилась игольчатая ориентировка по бывшему мартенситу.

следованием. Им показано, что нагрев различных типов валков не­ одинаков. Так, при прокатке в обжимной клети стана 550 отмечает­ ся интенсивный наклеп и умеренный нагрев поверхности. Совсем иная картина наблюдается для валка третьей клети непрерывного трубопрокатного стана, изготовленного из стали марки 55. Следов пластической деформации и видимых изменений структуры после прокатки 5640 т труб в этом валке нет. Трещины термической уста­ лости распространяются на глубину до 3,5 мм от поверхности, их расположение не зависит от расположения ферритных и перлитных участков.

валка при деформации стали повышенной прочности также больше' обычного. В результате на некоторых участках рабочей поверхно­ сти калибра температура поверхности достигает критического ин­ тервала и происходит закалка поверхности валка. Возникает мартенситная корочка толщиной 0,05—0,1 мм. Исследование шлифов, вырезанных из валка для прокатки периодического профиля (кова­ ная сталь 45), показало, что в зависимости от максимально достиг­ нутой температуры закалка происходит на разную глубину, в об­ щем не превышающую 0,5 мм. Трещины термической усталости об­ разуются по всей поверхности. Исследование шлифов, вырезанных из стальных валков для прокатки полосы и круглого профиля, не

280

(144]. Показания термопар записывались на ленте самопишущего прибора. В качестве термопар были использованы щетки, выпол­ ненные из железной и константановой проволоки. Щетки прижима­ лись к поверхности валка на входе и выходе полосы. Изготовленные комплекты щеточных термопар были отградуированы на специаль­ ном стенде в виде вращающегося диска, к которому монтировались щеточные термопары. При градуировке менялись окружная ско­ рость диска, сила прижатия щеток к диску, подача воды. Изменение

том числе стационарную установку для постоянного контроля тем­ пературы валков листовых станов.

Контактирующий с измеряемой поверхностью чувствительный элемент датчика представляет собой тонкую пластинку из теплопро­ водного упругого и износостойкого материала, к середине которой

Рис. 6.20. Схема установки термопар по оси валка

приварен горячий спай хромель-копелевой термопары. Небольшая толщина контактирующей ленты обеспечивает малую инерцион­ ность датчика и практически не вносит искажений при измерении. Датчик устанавливали на верхнем рабочем валке (рис. 6.19) со стороны выхода полосы из клети [144].

Для замера температуры внутри валка по оси на половину дли­ ны бочки было просверлено отверстие диаметром 40 мм, в которое вставляли термопары (рис. 6.20). Термоэлектродвижущая сила

282

от термопар к проводам электронного регистрирующего потенцио­ метра передавалась с помощью токосъемника специальной кон­ струкции.

Сопоставление температур поверхности рабочих валков показы­ вает одинаковый характер хода кривых для всех клетей. За первые несколько оборотов валка после входа раската в клеть температу­ ра тонкого кольцевого слоя поверхности быстро повышается до оп­ ределенной величины (в зависимости от температуры полосы, но­ мера клети, интенсивности подачи охлаждающей воды и других

102

факторов). При дальнейшем нахождении раската в клети темпера­ тура поверхности продолжает увеличиваться, но уже более медлен­ но. Когда задний конец раската выходит из клети, температура тонкого кольцевого слоя валка резко падает и через несколько обо­ ротов становится близкой к температуре охлаждающей воды. В ка­ честве примера на рис. 6.21 показано изменение температуры по­ верхности валков клети № 6 при прокатке полос 3x1250 мм.

лено, что температура валков на оси при достаточно высоком тем­ пе прокатки достигает 80—85° С.

Нагрев валков в процессе эксплуатации оказывает значитель­ ное влияние и на профиль рабочих и опорных валков. Действитель­ но, в результате нагрева происходит тепловое расширение и, следо­ вательно, увеличение размеров валков, главным образом той части бочки, которая находится в непосредственном соприкосновении с прокатываемым металлом. Если бы увеличение диаметра валков по всей длине бочки было одинаковым, то нагрев ее не оказал бы влияния на профиль прокатываемого листа. Однако условия нагре-

283

ва и охлаждения валков в процессе прокатки неодинаковы по дли­ не бочки; соответственно неодинаково и увеличение диаметра бочки. Части валков, прилегающие к шейкам, нагреваются ме­ нее интенсивно, чем середина, находящаяся в контакте с полосой. В результате неравномерного разогрева увеличение диаметра посе­ редине бочки больше, чем у края.

80

ta"

I 2

Ло

Рис. 6.22. Изменение температуры на оси валка (с) и график темпа прокатки (б):

1 — в середине бочки; 2— в сечении, соответствующем краю прокатывае­ мых листов; 3 — на краю бочки

В клетях кварто опорные валки, получая тепло через рабочие, также разогреваются неравномерно, приобретая бочкообразную форму. Таким образом, в процессе прокатки, если не учитывать износа поверхности валков, все валки рабочей клети приобретают различную выпуклость вследствие неодинаковых условий нагрева и охлаждения [144].

Вопросу влияния характера нагрева и охлаждения в процессе эксплуатации на тепловой профиль валков посвящено значительное число работ и в первую очередь работы А. П. Ч е к м а р е в а , М. М. С а ф ь я н а , А. В. Т р е т ь я к о в а , В. П. П о л у х и н а , В.Х. Ф а й з у л и н а и др. [144, 149, 161 — 163].

Не останавливаясь на характеристике и результатах этих работ, отметим лишь, что в работе П. И. П о л у х и н а [149] получен ряд закономерностей по тепловому состоянию рабочих и опорных вал­ ков станов с большой длиной бочки. Температуры и тепловые про-

284

285

охлаждающей воды на 2—3°С. Температура подшипников и краев бочек опорных валков стана 2500 возрастает от клети к клети по ходу прокатки, так как зависит главным образом от величины и длительности действия нагрузки.

При неравномерном тепловом поле в валках возникают напря­ жения, приводящие к образованию трещин, поломкам, выкраши­ ванию и др. M . М. С а ф ь я н указывает [144], что этапы теплового состояния валков в зависимости от условий нагрева и охлаждения можно представить следующим образом.

1. Поверхность валка на сравнительно небольшой глубине име­ ет высокую температуру, остальная часть валка (центральная об­ ласть) непрогрета или прогрета незначительно. Такое тепловое со­ стояние валка наблюдается после перевалки валков при их разо­

имеет температуру ниже, чем его центральная часть. Такое тепло­

валков наблюдается после нескольких часов работы при ритмичной прокатке.

В первом случае расширение нагретого кольцевого слоя вызы­ вает появление внутри валка радиальных и осевых растягивающих напряжений, а на поверхности — тангенциальных и осевых растяги­ вающих напряжений. Охлаждение поверхностных слоев приводит к появлению внутри валка сжимающих тангенциальных и радиаль­

286

тангенциальное напряжение:

турный перепад в валках непрерывного листового стана составляет 70° С, а при втором 60° С.

Результаты расчета напряжений показаны на рис. 6.25 [144]. В процессе прокатки температурные напряжения в рабочем валке

ные изменения в валках некоторых станов. Такие сведения, по дан­ ным авторов, применительно к валкам листового стана трио при­ ведены на рис. 6.26, а применительно к валкам стана поперечно-

287

разованию трещин термической усталости. Применительно к темпе­ ратурному режиму работы валков стана 120 минимальной сопро­ тивляемостью образованию трещин при испытании по всем режи­ мам обладают образцы из стали марок 45 и 6ХС. Небольшое число циклов испытаний выдерживают и две другие стали, зачастую при­ меняемые для изготовления валков горячей прокатки, — 50ХН,

Рис. 6.26. Сопротивление термической усталости валковых материалов

60ХГ. В то же время стали марок ЗОХГСА, 5ХНМ и ЗХ2В8Ф обла­ дают высоким сопротивлением термической усталости. Особенно

(рис. 6.26) минимальным сопротивлением термической усталости обладают чугунные образцы. Особенно низко число циклов до обра­ зования трещин у отбеленного чугуна. Образцы из серого чугуна

легко объясняется его высокой хрупкостью и невозможностью пла­ стических сдвигов на поверхности образцов, то в серых чугунахэто явление можно объяснить, по-видимому, влиянием включений пла-

288

стинчатого графита. Включения графита, нарушая сплошность металлической матрицы, служат очагами зарождения микро- и макротрещин. Действительно, изменение формы графитных вклю­ чений при модифицировании чугуна магнием повышает сопротив­ ление чугуна термической усталости.

Значительно выше число циклов до образования трещин у стальных и наплавленных образцов, особенно у образцов, изготов­ ленных из стали марок ЗОХГСА и 50ХН. Сопротивление термиче­ ской усталости углеродистой стали несколько ниже. Наплавленные