4.1.1 Наплавка роликов тпм мнлз № 2 наплавочными материалами veltek н470с и asm 4603sa

Состав наплавочного материала, в котором содержится менее 0,15…0,3 % С, до 13 % Cr, до 3,5 % Ni, до 1,5 % Mo, считают оптимальным для роликов ТПМ МНЛЗ, потому что данная сталь обладает мартенситной или мартенситно-ферритной структурой. У нее хорошая теплостойкость, высокая твердость и высокий уровень других служебных свойств при температурах до 1000 ⁰C [18].

Одними из самых перспективных наплавочных материалов можно назвать VELTEK Н470С и ASM 4603SA в части химического состава, физико-механических свойств и экономической эффективности.

Чтобы исследовать способность данных материалов сопротивляться факторам износа ролики диаметром 400 мм МНЛЗ № 2 наплавили материалами VELTEK Н470С и ASM 4603SA. Наплавку роликов материалом ПП-Нп-25Х5МФС осуществили в качестве базового, для сравнения. Все операции произвели на установке УМН-4.

Подготовленные для наплавки два ролика ТПМ МНЛЗ № 2 идентифицированы как № 1, № 2 – приводные ролики, и два ролика идентифицированы как № 3, № 4 – холостые ролики. С целью получения на поверхности роликов химического состава, соответствующего марки стали 20Х13 все они были проточены по бочке до диаметра 380 мм. Химический состав роликов, выбранных для наплавки, приведен в таблице 10.

Таблица 10 – Химический состав поверхности бочки выбранных для наплавки роликов ТПМ МНЛЗ

№ ролика	Углерод C, %	Хром Cr,%	Кремний Si, %	Марганец Mn, %	Никель Ni, %	Молибден Mo, %	Ванадий V, %	Сера S, %	Фосфор P, %
1	0,08	2,03	0,78	1,80	0,16	0,10	-	0,015	-
2	0,05	1,57	0,77	1,88	0,18	0,007	-	0,015	-
3	0,23	3,90	0,89	1,12	0,09	0,86	0,25	0,017	-
4	0,34	6,13	0,83	0,58	0,09	1,12	0,42	0,018	-

По результатам химического состава, приведенного в таблице 10, ролики №1 и № 2 соответствуют марки стали 08Г2С, ролики №3, № 4 соответствуют марки стали 25Х5МФ.

Для получения обоснованных результатов промышленных испытаний роликов принято решение наплавку выбранными марками стали фирмы ASM и фирмы VELTEK выполнить на подложке из стали марки 08Г2С. Поэтому ролик № 4 был проточен до диаметра 370 мм и наплавлен проволокой из стали 08Г2С до диаметра 380 мм. Ролик № 3 наплавлен проволокой фирмы ASМ без подложки 08Г2С до диаметра 380 мм.

Определены пары наплавляемых роликов:

№ 1 и № 4 – наплавка проволокой фирмы VELTEK;

№ 2 и № 3 – наплавка проволокой фирмы ASМ.

Наплавка роликов выполнена на универсальной наплавочной установке модели УМН-4М.

Под наплавку:

– роликов № 2 и № 3 использовали флюс ASM ВМ-21, наплавочную проволоку ASM 4603SA диаметром 3,2 мм;

– роликов № 1 и № 4 – флюс АН20С, наплавочную проволоку VELTEK Н470С диаметром 3,6 мм.

Режимы наплавки роликов и режимы термообработки приведены в таблице 11.

Таблица 11 – Режимы наплавки и термообработки (отпуск после наплавки)

№ ролика	Режим наплавки			Режим термообработки после наплавки				Нагрев перед наплавкой
	U (В)	I (А)	V (м/ч)	Нагрев (С°)	Выдержка (ч)	Охлаждение (С°)	(С°)
1	25	420	58	450	2	до 200 с печью	200
2	25	420	58	430	2	до 200 с печью	200
3	30	320	58	430	2	до 200 с печью	220
4	30	320	58	450	2	до 200 с печью	220

Твердомером Роквелла ТК-2М произвели измерения твердости опытных роликов. Твердость на поверхности бочки готовых к монтажу роликов:

– ролик № 1 – 46,8 HRC; ролик № 4 – 47,9 HRC;

– ролик № 2 – 52,6 HRC; ролик № 3 – 53,7 HRC.

Первая пара – проволока ASM – ролик приводной № 2, холостой № 3.

Вторая пара – проволока VELTEK – ролик приводной № 1, холостой № 4.

Третья, четвертая пары – проволока 25Х5МФС наплавленная по технологии, существующей на АО «ОЭМК».

В период проведения капитального ремонта МНЛЗ № 2 (октябрь 2016 года) на секциях ТПМ (второй прижим) были установлены экспериментальные ролики в следующей последовательности:

– ручей № 1 – холостой ролик № 4, приводной ролик № 1;

– ручей № 2 – холостой ролик № 3, приводной ролик № 2.

На протяжении с ноября 2016 года по сентябрь 2017 года, в периоды проведения текущих ремонтов Т1 МНЛЗ № 2, проводились замеры износа поверхности экспериментальных роликов в сравнении с роликами, наплавленными проволокой ПП-Нп-25Х5МФС. Замеры производились в точке наибольшего износа (посередине ролика) с помощью поверенного угольника с длиной грани – 450 мм. и щупа класса № 2. После одиннадцати месяцев эксплуатации ТПМ МНЛЗ № 2 выявлены следующие результаты:

а) ручей № 1(ролики наплавлены материалом VELTEK Н470С):

– ролик приводной № 1 – поверхность чистая без трещин разгара, износ – 0,15 мм;

– ролик холостой № 4 – поверхность чистая без трещин разгара, износ – 0,15 мм;

б) ручей № 2 (ролики наплавлены материалом ASM 4603SA):

– ролик приводной № 2 – поверхность чистая без трещин разгара, износ – 0,2 мм;

– ролик холостой № 3 – поверхность чистая без трещин разгара, износ – 0,25 мм;

в) ручей № 4 (ролики наплавлены материалом ПП-Нп-25Х5МФС):

– ролик приводной – имеются трещины разгара, износ – 0,45 мм;

– ролик холостой – имеются трещины разгара (рисунок 12), износ – 0,45 мм.

Рисунок 9 – Трещины разгара на холостом ролике МНЛЗ № 2 ручей № 4

Для последующего осуществления структурных, механических и трибологических испытаний с поверхности наплавленных роликов были взяты образцы. Химический состав наплавленных материалов представлен в таблице 12.

Таблица 12 – Химический состав наплавленных материалов

№ образца	Наплавочный материал		Флюс
	Марка	Состав, %		Марка	Состав, %
1	ПП-Нп-25Х5МФС	Fe – основа; 4,8…5,7 Cr; 0,6…1,2 Si; 0,5…1,0 Mn; 0,2…0,6 V; 0,2…0,3 С		АН-20С	27…32 Al2O3; 19…24 SiO2; 9…13 MgO; 3…9 CaO; ≤0,5 MnO
2	VELTEK Н470С	Fe – основа; 12,7 Cr; 2,5 Ni; 1,25 Mo; 0,9 Mn; 0,62 Si; 0,25 V; 0,2 Nb; 0,14 C; 0,014 S; 0,012 P
3	ASM 4603SA	Fe – основа; 5,0 Cr; 1,8 Mn; 1,4 Mo; 1,1 W; 0,7 Si; 0,7 V; 0,3 C; 0,1 Ni		ASM ВМ-21	33,5 MgO+CaO; 29,9 Al2O3; 19,5 SiO2; 13,4 CaF2; 2,09 Fe2O3; 1,78 К2О; 1,11 MnO; 0,41 TiO2

Трибологические свойства образцов оценивали на высокотемпературной машине трения «High-temperature Tribometer» (CSM Instruments») в НИТУ МИСиС на базе кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий.

Скорость износа рассчитывали по формуле:

(36)

где W – скорость износа, мм³∙Н^–1·м^–1; L – длина окружности, мм; s – площадь сечения износа канавки, мм²; Н – нагрузка, Н; l – путь трения, м.

На рисунках 10 – 12 представлены профили дорожек износа образцов № 1–3, а также 3D-изображение дорожек износа после трибологических