книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

Глава III

СОРТОПРОКАТНЫЕ ВАЛКИ

К сортопрокатным валкам относится большое количество раз­ нообразных валков с размерами бочек от 150X450 до 1200Х Х3000 мм и весом от нескольких десятков килограммов до 50 т

в одной штуке. Предназначены они для работы в различных ста­

нах, от мелкосортных, выпускающих катанку диаметром 5—6 мм,

до крупносортных станов и блюмингов, прокатывающих слитки

весом Юти более.

Потребность в сортопрокатных валках весьма большая и по мере роста прокатного производства она непрерывно повы­

шается.

В настоящее время значительное количество сортопрокатных валков, особенно крупных, изготовляется ковкой из среднеугле­ родистых сортов стали, иногда легированных небольшими при­ садками хрома и никеля. Для блюмингов новых конструкций при­ меняются исключительно кованые стальные валки. Эти же валки в большинстве случаев применяются для обжимных клетей круп­ носортных станов, однако кованые стальные валки по своим свойствам не всегда удовлетворяют требованиям прокатного про­ изводства. Эти требования также не всегда обеспечиваются со­ временными способами повышения свойств валков путем наплав­

ки и поверхностной закалки рабочих поверхностей. Для ряда ста­ нов, особенно в предчистовых и чистовых клетях, значительно

лучшие результаты дают чугунные валки, называемые полутвер­ дыми. Будучи в несколько раз дешевле кованых стальных, они обеспечивают высокое качество проката и производительность станов; вследствие высокой износостойкости рабочей поверх­ ности расход этих валков на тонну проката невелик.

За последние годы получили распространение особостойкие сортопрокатные валки нового типа из магниевого чугуна. В этих валках удачно сочетаются высокая твердость, почти не изменяю­ щаяся по сечению, и высокая прочность, дающая возможность в ряде случаев заменять кованые стальные валки в обжимных и

черновых клетях.

Валки нового типа пользуются большим спросом в прокат­

ных цехах, в связи с чем необходимо кратко рассмотреть основ­ ные их свойства и технологию производства.

70 Сортопрокатные валки

1. Требования, предъявляемые к сортопрокатным валкам

Многообразие условий службы валков в различных станах и на различном сортаменте проката затрудняют выработку единых

лировать.

Качество сортопрокатных валков определяется, в первую оче­ редь, их стойкостью, т. е. количеством прокатанного металла,

приходящегося на один валок, и расходом валков на тонну про­

ката, а также характером износа калибров. Валки высокого ка­ чества должны иметь равномерный и медленный износ стенок ка­ либров по всем направлениям, обеспечивать чистоту поверхности проката и хороший захват металла. При этом важное значение имеет фактор стоимости валков. Можно, например, обеспечить указанные требования путем изготовления валков из высоколе­ гированных сплавов, но если преимущества высокого легирова­ ния не компенсируют расходов, связанных с легированием, то применение таких валков вряд ли оправдано.

Сортопрокатные валки должны обладать соответствующими

служебными свойствами. Понятие «служебные свойства», весьма удачно предложенное А. Е. Кривошеевым [44], включает в себя высокую прочность и пластичность материала валков, высокую

износостойкость, зависящую прежде всего от твердости и коэф­

фициента трения, высокую термостойкость и малый рост, а также ряд других механических и физических свойств.

Естественно, что достижение высоких показателей всех этих свойств в каком-либо одном валке, изготовленном из одного сплава, является трудной и пока еще не решенной задачей. Это, однако, не может служить препятствием для получения хорошо

работающих валков в определенных условиях производ­

ства.

В обжимных клетях, например, первостепенное значение имеют такие показатели служебных свойств, как прочность и пластич­ ность, а требования к твердости и чистоте поверхности менее значительны. В чистовых клетях, напротив, первостепенное зна­ чение приобретают высокая твердость и чистота поверхности, а требования к прочности менее значительны.

Указанные обстоятельства существенно облегчают вальцелитейщикам задачу создания валков с нужными служебными свой­ ствами. Свойства валков определяются структурой чугуна, а основным средством получения требуемой структуры являет­ ся регулирование химического состава и скорости охлаждения путем изменения теплового сопротивления формы, в которую за­

ливается валок.

2. Характеристика сортопрокатных валков в зависимости от размеров и назначения

Валки для мелкосортных

исреднесортных станов

Кэтой группе относятся валки с размерами бочки: диаметр

Рис. 23. Перлито-графитная структура сортопрокатных валков из магниевого чугуна иа расстоянии 50 мм от поверх1йости. ,Х100.

ных и черновых клетях, а также в первых клетях непрерывно­ заготовочных станов. Однако они с большим успехом применя­ ются в предчистовых и чистовых клетях предприятий малой ме­ таллургии, где прокат производится малыми партиями и износ

не имеет решающего значения.

Незаменимыми они оказываются при прокатке специальных профилей с глубокими врезами калибров в тех случаях, когда

для обработки валков не могут быть применены резцы из сверх­

твердых сплавов.

Основное требование к этим валкам заключается в высокой их прочности и достаточном коэффициенте трения, обеспечи­ вающих отсутствие поломок и хороший захват металла. Требо­ вания к твердости и чистоте поверхности менее значительны в связи с тем, что удельные давления невелики, а выходящий под­ кат подвергается дальнейшей обработке в предчистовых и чи­ стовых клетях.

72 Сортопрокатные валки

Этим требованиям удовлетворяют валки, отлитые из магние­ вого чугуна следующего химического состава: 3,3—3,7% С; 2—

2,2% Si; 0,5—1,0% Мп; до 0,2% Р; до 0,02%! S.

Твердость бочки, измеренная на глубине 20—40 мм от по­ верхности, должна быть в пределах 35—45 Hsh-

Валки этой же группы, отлитые из нелегированного чугуна, но имеющие перлито-цементито-графитную структуру (рис. 24, а),

предназначаются для работы в черновых и чистовых клетях, в

последних клетях непрерывно-заготовочных станов, штрипсовых станах (кроме чистовых клетей), а также в трубопрокатных ста-

Рис. 24. Перлито-цементито-графитная структура сортопрокатных валков

нах. В соответствии с другими условиями работы, для этой груп­

пы валков требования чистоты поверхности, износоустойчивости, а следовательно, и повышенной твердости, приобретают решаю­ щее значение. Вопросы прочности и пластичности отходят на вто­ рое место.

Повышенная твердость и износостойкость достигаются в данном случае ускорением охлаждения (снижается тепловое со­

противление формы) и изменением химического состава (увели­ чивается содержание углерода и снижается содержание крем­

ния). Общие же пределы содержания элементов в химическом составе чугуна остаются неизменными.

Благодаря появлению новой структурной составляющей — це­ ментита, твердость на глубине 20—40 мм от поверхности бочки повышается до 41—55 Hsh и чем больше цементита в структу­ ре, тем выше твердость. В отдельных случаях твердость повы­ шается до 60 HSh.

желых условиях, отливаются из легированного чугуна и имеют перлито-цементито-графитную структуру, причем перлит часто приобретает сорбитообразное строение (рис. 24, б).

Легирование чугунов чаще всего осуществляется присадкой

небольших количеств хрома и никеля. Типичный химический со­

бидов и перлита и, хотя пределы твердости для валков из леги­

рованного чугуна меняются незначительно (по ЧМТУ 4893—54 45—55 HSh), расход их на тонну проката значительно ниже,

чем нелегированных валков при высоком качестве проката.

Легированные валки предназначаются для работы в черновых и чистовых клетях мелко- и среднесортных станов высокой про­ изводительности, причем в этом случае твердость составляет 45—

графитной структурой, легированные, для новейших высокопро­ изводительных станов.

Первая группа валков отличается по составу от мелко- и среднесортных лишь несколько пониженным содержанием угле­ рода (до 3,4%); требуемые же свойства достигаются, наряду с

изменением состава, изменением теплового сопротивления фор­ мы. Валки этой группы предназначены для работы в обжимных

и черновых клетях крупносортных станов, а также в первых кле­

тях непрерывно-заготовочных станов. Отличительной чертой их является высокая прочность, пластичность и высокий коэффи­ циент трения при умеренной твердости 35—45 HSh-

Вторая группа предназначена для работы в черновых и чисто­

вых клетях, а также в последних клетях непрерывно-заготовоч­ ных станов. Отличительной чертой валков этой группы является

повышенная твердость (41—55 7/$й)и износостойкость; проч­ ность и пластичность их меньше, чем у валков первой группы. Повышение твердости достигается снижением содержания крем­ ния и изменением теплового сопротивления формы.

прочности. Эти свойства достигаются легированием чугуна хро­ мом и никелем или одним только никелем в несколько большем количестве, чем для валков меньшего размера.

Для легированных валков средней твердости (41—50 ч- HShj, предназначенных для работы в черновых и чистовых клетях, ре­

выше), предназначенных для работы в последних клетях непре­

рывно-заготовочных и на крупных трубопрокатных станах, пре­ делы по химическому составу остаются практически такими же,

за исключением содержания кремния, которое несколько сни­ жается (0,8—1,7%).

Для крупносортных валков, имеющих нередко глубокие врезы

калибров, весьма важно сохранение высокой твердости металла на большую глубину, поэтому при контроле твердость замеряет­ ся на расстоянии не менее 70 мм от поверхности бочки.

Чугунные валки для современных мощных и высокопроизво­ дительных блюмингов и слябингов до настоящего времени не применялись, но изучение условий работы валков обжимных и черновых клетей некоторых крупносортных станов показывает, что они мало отличаются от условий работы валков на блюмин­ ге, а поэтому для изготовления блюминговых валков может быть использован чугун с шаровидным графитом.

На этом основании впервые в практике вальцелитейного про­ изводства на Лутугинском заводе прокатных валков отлиты опытные валки для современного блюминга «1150» металлурги­ ческого завода им. Ворошилова. Эти валки в настоящее время

проходят производственные испытания, которые позволят опреде­ лить целесообразность замены кованых стальных валков на блюмингах чугунными.

3. Особенности технологии изготовления сортопрокатных валков

Технология изготовления формы

Наряду с химическим составом, изменение скорости охлажде­ ния металла путем регулирования теплового сопротивления фор­ мы является важнейшим средством для получения валков с за­ данными служебными свойствами. В этом отношении конструк­ ция и технология изготовления формы для сортопрокатных валков имеет гораздо большее значение, чем для обычных машиностроительных отливок, где это средство используется сравнительно редко.

валки, в том числе и магниевые, отливаются в комбинированные формы. Трефы, нижние и верхние шейки и прибыли выполняют­

(0,8.—2 мм). В этом случае благодаря ускоренному охлаждению наружной поверхности бочки получается небольшой отбел на глубину до 10 мм, часто снимающийся при механической обра­ ботке, под ним имеется плотный мелкозернистый чугун, в кото­ ром по направлению к центру валка количество перлита увели­ чивается. Соответственно наблюдается довольно резкое паде­

В результате получается достаточно твердая и износостойкая, но хрупкая рабочая поверхность валка с перлито-цементито-гра­

фитной структурой и прочная вязкая перлито-графитная сердце-

вина. В кокиль с нанесенным тонким слоем краски отливают

с неглубокими калибрами.

Для мелкосортных валков глубина отбела может быть уве­ личена, путем изменения химического состава, до 30 мм. В этом случае рабочая поверхность калибров будет полностью выполне­

на в отбеленном слое и обладать высокой износостойкостью. Для валков с более глубокими врезами калибров целесооб­ разно последние выполнять литыми. В результате этого достига­ ются максимальная твердость и износоустойчивость по всем на-

Рис. 26. Форма для отливки сортопрокатных валков с литыми калибрами:

а — с холодильниками; б — с разрывным кокилем; в — с комбинированным кокилем, профилированным сверху и гладким снизу.

правлениям, а сердцевина остается прочной и вязкой. Такие вал­ ки отличаются наивысшей твердостью.

Валки, отлитые в кокиль с тонким слоем краски, предназна­ чаются для работы, главным образом, в обжимных и черновых клетях, где основным требованием является высокая прочность

валка, предотвращающая его поломку при высоких обжатиях.

Для крупносортных валков с очень глубокими врезами ка­ либров главное требование заключается в сохранении высокой твердости на большую глубину от поверхности. Валки такого ти­ па удается получать отливкой их в кокиль с обмазкой из мало­ теплопроводных материалов. Для обмазок применяются формо­ вочные смеси с большим количеством углеродсодержащих ве­ ществ. Например, на Лутугинском заводе прокатных валков для

78 Сортопрокатные валки

товыми калибрами существует два направления, возглавляемые крупнейшими вальцеделательными заводами страны, считаем необходимым остановиться на этом вопросе подробнее.

Работники Лутугинского завода прокатных валков [42] счи­

тают, что малое падение твердости по сечению валка должно до­ стигаться регулированием химического состава и скорости

охлаждения чугуна и практически доказали такую возможность отливкой большого количества валков разных размеров для многих прокатных станов страны. Они допускают возможность и целесообразность отливки некоторых типов валков с готовыми или полуготовыми калибрами с применением холодильников не столько для повышения стойкости, сколько ради экономии ме­ талла и времени на механическую обработку. Совершенно спра­

ведливо они указывают на высокую стоимость валков с литыми калибрами, примерно на 30% превышающую стоимость гладко­ литых валков. Несмотря на меньшее количество стружки при механической обработке валков, сама обработка мало облегчает­

ся при готовых калибрах из-за того, что резцами приходится снимать очень твердую и неровную литейную корку. Наконец, при валках с литыми калибрами необходимо иметь большой за­

пас валков в прокатных цехах и затрудняется маневрирование

наличным парком валков.

Работники Днепропетровского чугуно-вальцеделательного за­ вода и сотрудники кафедры литейного производства Днепропет­ ровского металлургического института [44], напротив, считают,

что отливка валков с готовыми калибрами в большинстве слу­ чаев настолько повышает их стойкость, что безусловно окупа­

ются все дополнительные расходы по отливке и повышенная стоимость таких валков. Они разработали конструкции и расче­ ты кокилей для получения валков без трещин в неразборных ко­ килях, в которых было отлито большое количество валков раз­ ных размеров и для многих станов показавшие в эксплуатации неплохие результаты.

По-видимому, правильная оценка целесообразности того или иного способа может быть дана лишь в конкретных условиях ра­

боты валка применительно к сортаменту проката, типу стана и т. п., однако при производстве валков из магниевого чугуна име­ ются факторы, обусловливающие применение валков с литыми

калибрами. В частности, при повышении твердости валков, что необходимо для увеличения их износостойкости, непрерывно увеличивается количество цементита в структуре чугуна. При твердости 300—340 Нв количество цементита в сердцевине на­ столько возрастает, что валки становятся хрупкими и существен­

ной разницы в прочности между магниевыми и обычными валка­

ми не наблюдается. Для более продолжительной работы валков желательно дальнейшее повышение твердости до 450—500 Нв