Технологія виробництва, якість і властивості відцентроволитих валків з високохромистим чавуном у робочому шарі

Нарівні з хімічним складом на процес структуроутворення впливають і технологічні параметри лиття.

Аналіз технології виробництва прокатних валків показав, що широке впровадження одержало відцентрове лиття. Проте відсутня інформація щодо конкретно застосовуваного устатковання і технологічних параметрів не дозволяє використовувати відомі технічні рішення для організації виробництва і підвищення службових властивостей прокатних валків, які б задовольняли вимогам замовників по твердості, глибині робочого шару та наробітку. Відсутня інформація про оптимальне сполучення цих параметрів для одержання максимального наробітку валків, що вимагає додаткових досліджень та потребує розроблення параметрів технології відцентрового лиття валків на принципово новому устаткованні.

У процесі тверднення масивного виливка формується підвищений рівень залишкових напруг особливо у валках з робочим шаром із високохромистого чавуну в порівнянні з іншими типами валків. Цілком усунути залишкові напруги не є можливим, а напрямки зниження їхнього рівня до припустимих значень необхідно визначити. Тобто потрібно забезпечити поєднання визначених механічних властивостей і рівня залишкових напруг, що гарантують високі експлуатаційні характеристики валків.

На стабільність карбідної фази та матриці чавуну, зниження рівня залишкових напруг істотно впливає термічне оброблення.

У світовій практиці для зниження залишкових напруг здобув поширення низькотемпературний відпал. Відомості, які виявлені в літературі і патентних матеріалах про параметри термічного оброблення високохромистих прокатних валків, недостатні для її організації та освоєння. Відсутні відомості про параметри термічного оброблення, а також визначальні властивості валків кожного конкретного призначення при експлуатації.

Тому в даній роботі при освоєнні нового технологічного устатковання для виробництва валків необхідно досліджувати ряд питань, пов'язаних із комплексним впливом технологічних параметрів лиття і термооброблення, оцінити якість металу робочого шару та її зв'язок із властивостями для прогнозування експлуатаційної стійкості.

У другому розділі наведені матеріал, методика досліджень і використовуване устатковання. Розроблена методологія проведення досліджень, що включає аналіз існуючих технологій виробництва валків зі зносостійких матеріалів. Розглядається тип використовуваного устатковання для виготовлення виливків, аналіз якості металу робочого шару та серцевини, хімічний склад використовуваних сплавів і методи дослідження процесів їхньої кристалізації.

Валки з робочим шаром з високохромистого чавуну виготовляли відповідно до розроблених нових технічних умов ТУ В-14-2-1188-97 на їхнє постачання ВАТ “НЛМК”, ВАТ “Северсталь” (Росія) та ВАТ “Металургійний комбінат ім. Ілліча” (Україна), що відрізнялися для кожного замовника й оформлялися додатковими угодами.

Хімічний аналіз сплавів для валків визначали по ковшовій пробі, відібраної безпосередньо перед заливанням заготовок по діючих методиках. Для експресного аналізу використовували спектрометри “SPECTRO F8”, ДФС-51 і ДФС-36, газоаналізатори.

Контроль твердості на валках проводили з використанням переносних приладів Шора, на пробах, відібраних від верхніх і нижніх торців бочок на глибині 5, 10, 15, 20 і так далі через кожні 5 мм до 50-60 мм, що дозволяє оцінити рівномірність її розподілу по перетину робочого шару. Твердість на пробах оцінювали методами Роквела і Бринеля.

Глибину робочого шару визначали на валках вимірами лінійкою по оброблених торцях бочки. Неоднорідність шару не перевищує 7-10%.

Запропоновано методику оцінки рівня напруженого стану валків після різних етапів їхнього виробництва. Для оцінки прийняте визначення коерцитивної сили з використанням автоматизованого приладу моделі КРМ-Ц.

Контроль якості (наявність тріщин, раковин) поверхні валків здійснювали візуально, а на наявність внутрішніх дефектів (незварюваність різнорідних металів) використовували ультразвуковий дефектоскоп марки УД 42Т.

При виробництві легованих валків із високохромистого чавуну (табл. 1) метал виплавляли в електродуговій печі ДС-5МТ (5 т) для формування робочого шару та в електропечі ІЧТ-6 (8 т) для серцевини і шийок валків.

 

Таблиця 1

Хімічний склад досліджуваних сплавів

Склад компонентів, % 

C Si Mn Cr Ni Mo V

Високохромистий чавун (робочий шар) 

2, 5-3, 24 0, 33-1, 00 0, 81-1, 26 11, 1-18, 2 1, 02-2, 12 0, 18-1, 34 0, 0-0, 45

Сірий чавун (серцевина) 

2, 82-3, 32 2, 00-3, 10 0, 44-0, 69 0, 06-0, 37 0, 78-1, 18 - -

Концентрація фосфору і сірки складала ( ) :   і   відповідно. 

 

Шихта робочого шару складалася з переробного чавуну з концентрацією фосфору до 0, 1%, сталевого брухту і ферохрому, а серцевини – із сталевого брухту, переробного і ливарного чавунів з корегуванням по кремнію і марганцю. У процесі плавлення оцінювали зміну концентрації компонентів, а за спеціальною пробою – макроструктуру.

Температура при випусканні з печі розплаву для робочого шару складала 1520 0С, а – серцевини 1400-1420 0С. Заливання проводили при  1370-1410 і 1310-1350 0С відповідно.

Відпрацьовування технологічного процесу лиття валків проводили на машині нового покоління з вертикальною віссю обертання ЦЛВ-800-2, встановленої на ЛДНВВК. Технологічний процес лиття регулюється автоматично з пульту управління.

Технологію термічного оброблення для зміни фазового складу сплаву, твердості, рівня напруг відпрацьовували в лабораторних і промислових умовах. У першому випадку вивчали вплив температури нагрівання на зміну структури і властивостей металу валка робочого шару і серцевини, а в другому – оцінювали однорідність прогрівання заготовок у печі по їх довжині і діаметру, а також по глибині робочого і перехідного шарів для забезпечення рівномірного зниження рівня напруг.

Запропоновано комплексний метод із використанням персонального