СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧЕГО ВАЛКА СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки. Цель изобретения - повышение стойкости рабочего валка путем уменьшения глубины переточек, проводимых для удаления трещин разгара. В способе, включающем работу валка в клети и периодический отпуск, уменьшаются или исключаются переточки валков, т.к. отпуск проводят непосредственно в стане путем нагрева валка теплом от прокатываемого металла, одновременно уменьшая интенсивность охлаждения валка, причем отпуск проводят каждые 50-2•10⁴ циклов валка. Во избежание нарушения технологии прокатки отпуск целесообразно проводить во время вынужденных плановых остановок стана. При этом для валка клети дуо и клетей сортовых станов нагрев поверхности валка осуществляется до температуры не выше 530°С, а для рабочего валка клети кварто осуществляется до температуры не выше 400°С.

1. Способ эксплуатации рабочего валка стана горячей прокатки, включающий его работу в клети, и периодический отпуск, состоящий из нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что отпуск проводят непосредственно в стане путем нагрева валка теплом от прокатываемого металла, одновременно уменьшая интенсивность охлаждения валка, причем отпуск проводят каждые 50-2•10⁴ циклов валка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время отпуска и длительность замедленного охлаждения валка определяется временем плановых остановок прокатного стана, а нагрев валка осуществляется прокаткой последних партий металла перед остановкой стана.

3. Способ по п. 1 и п. 2, отличающийся тем, что применительно к непрерывным станам горячей прокатки промежуточный отпуск рабочего валка черновой клети проводится при прокатке последних полос (слябов) перед очередной перевалкой рабочих валков чистовых клетей.

4. Способ по п. 1, п. 2 и п. 3, отличающийся тем, что для валка клети дуо и клетей сортовых станов нагрев поверхности валка осуществляется до температуры не выше 530^oС.

5. Способ по п. 1, п. 2,п.3, отличающийся тем, что для рабочего валка клети кварто нагрев поверхности валка осуществляется до температуры не выше 400^oС.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано на станах горячей прокатки для увеличения долговечности рабочих прокатных валков.

Известен способ эксплуатации прокатного валка (Гедсон М.В. Соболь Г.П. Патов И. В. Термическая обработка валков холодной прокатки. М. Металлургия, 1973. С. 300), при котором валок периодически (по мере накопления усталостных явлений) подвергают отпуску путем нагрева со скоростью 10-20 град/час до температуры 165-180^oС, выдержка при этой температуре в течение 6 часов и охлаждению в печи до температуры 80^oС, далее на воздухе. Недостатком известного способа является низкая стойкость рабочего валка стана горячей прокатки, т. к. приведенные режимы рекомендованы для валков холодной прокатки, не указана периодичность проведения отпуска.

Наиболее близким к заявляемому является способ эксплуатации прокатного валка (а. с. СССР N 1403452 В 21 В 28/02 от 24.07.86), который включает его работу в клети и периодический принудительный отдых, состоящий из нагрева, выдержки и охлаждения, причем работу валка в клети ведут до повышения твердости бочки на 10-18% от исходной, после чего его подвергают принудительному отдыху со скоростью нагрева 50-100^oС/ч до 350-420^oС, выдержке при этой температуре 4-10 часов и охлаждению со скоростью 2-50^oС/ч. Основным недостатком известного способа является низкая стойкость рабочих прокатных валков станов горячей прокатки, т.к. указанные режимы рекомендованы в основном для опорных валков, т.к. они подвергаются наклепу и, как следствие, повышается твердость бочки валка, а рабочие валки, контактируя с горячим металлом, наоборот разупрочняются, поверхность окисляется и твердость снижается. Таким образом, периодичность отпуска для рабочих валков станов горячей прокатки нельзя определять исходя из повышения твердости бочки валка. Кроме того принудительный отдых проводится не в стане, а на специальной установке, что приводит к дополнительным затратам и отдых можно проводить только после вывалки валка из стана после прокатки определенного количества металла. К этому времени рабочий валок, как правило, имеет трещины разгара, которые уже невозможно устранить проведением низко- или среднетемпературного отпуска.

Цель изобретения повышение стойкости рабочего валка стана горячей прокатки путем уменьшения глубины переточек, проводимых для удаления трещин разгара.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый способ эксплуатации рабочего валка станов горячей прокатки включает в себя эксплуатацию валка в клети и периодический отпуск, состоящий из нагрева, выдержки и охлаждения, причем отпуск проводят непосредственно в стане путем нагрева валка теплом от прокатываемого металла, одновременно уменьшая интенсивность охлаждения валка, при этом отпуск проводят каждые 50-2•10⁴ циклов валка. Во избежание нарушения технологии прокатки отпуск рекомендуется проводить во время вынужденного простоя стана, причем время отпуска и длительность замедленного охлаждения валка определяется временем плановых остановок прокатного стана, а нагрев валка осуществляется прокаткой последних партий металла перед остановкой стана. Применительно для непрерывных станов горячей прокатки отпуск валка черновой клети проводится при прокатке последних полос (слябов) перед очередной перевалкой рабочих валков чистовых клетей. Для валков клети дуо и сортовых станов нагрев поверхностного слоя осуществляется до температуры не выше 530^oС, а для рабочих валков кварто нагрев поверхностного слоя не должен превышать 400^oС.

Рабочие валки станов горячей прокатки эксплуатируются в сложных условиях: в условиях одновременного воздействия абразивной среды, высоких температур, ударных нагрузок, развивающихся при входе полосы в контакт с валками, а также переменных контактных и термомеханических погружений. Циклически меняющееся температурное поле валка вызывает значительные напряжения, которые ведут к возникновению и накоплению усталостных изменений в структуре материала валка, переходящие в усталостные микротрещины. Механизм образования трещин разгара широко изучен и описан в ряде работ. Общая схема образования трещин разгара заключается в следующем: при каждом обороте валка тонкий поверхностный слой материала испытывает пластическую деформацию сжатия, а при охлаждении пластическую деформацию растяжения. Через определенное количество циклов теплосмен на поверхности валка образуются трещины разгара, которые, в свою очередь, увеличивают износ валков. После прокатки регламентированного количества металла валки вываливаются из стана и для подготовки к следующей кампании производится токарная обработка поверхности для удаления трещин разгара, глубина которых зависит от многочисленных факторов: материала валка, интенсивности нагрева и охлаждения поверхностного слоя, температуры прокатываемого металла, величины наработки за одну кампанию и другие. Так, для валков клети дуо (сталь 9ХФ) стана 2000 НЛМК глубина трещин достигает 7-8 мм на сторону. В случае, если трещины термической усталости уже образовались, то проведение промежуточного отпуска не дает положительного результата. Известно, что разрушение активного слоя рабочих валков происходит в три этапа. Первый, инкубационный этап накопления микродефектов. Второй этап интенсивного образования микротрещин, переходящих местами в макротрещины. Третий этап
этап стабилизации, характеризующийся устойчивой сильно развитой сеткой разгара, глубина трещин достигает глубины колебаний температуры поверхностного слоя валка. Таким образом, если не допустить развития второго и третьего этапа, то можно исключить образование макротрещин разгара и повысить стойкость валка за счет уменьшения глубины токарной обработки валка между перевалками. Этого можно достичь, если проводить отпуск во время первого этапа, т.е. когда микродефекты можно залечить и снизить уровень остаточных напряжений, которые образуются в поверхностном слое валка во время его эксплуатации. Исходя из этих условий выбран интервал периодичности отпуска. Нижний предел 50 циклов рекомендуется для валков клети дуо, окалиноломателей и других, т.к. скорость прокатки в этих клетях невысокая, валки вращаются медленно и контакт с нагретым прокатываемым металлом длителен. В результате в месте контакта поверхность валка разогревается до высоких температур (до 700^oС) и градиент температур достигает 10-15 мм вглубь валка. При выходе из зоны контакта нагретый участок резко охлаждается водой и уже через несколько десятков термоциклов на поверхности валка образуются трещины разгара. Крайний предел 2•10⁴ циклов теплосмен выбран исходя из условий эксплуатации валков клетей средней группы. Известно, что в связи с удлинением металла при прокатке соответственно увеличивается скорость прокатки с увеличением номера клети, следовательно время контакта поверхности валка с прокатываемым металлом уменьшается, что приводит к снижению температуры поверхности в зоне контакта и снижению градиента температуры. В результате увеличивается верхний предел проведения периодичности отпуска. Многочисленные исследования показали, что при проведении отпуска чаще, чем через 50 циклов валка практически не сказывается на повышении стойкости валка, а при проведении отпуска реже, чем через 2•10⁴ циклов снижается стойкость, т.к. уже образуются макродефекты, которые невозможно залечить промежуточной термической обработкой. Для проведения отпуска целесообразно использовать тепло прокатываемого металла, уменьшая при этом степень охлаждения валка, регулируя при этом скорость нагрева валка. Максимальная температура поверхности бочки валка для валка дуо, обжимных стоков, клетей сортовых станов и других, где нет опорных валков, температура поверхности не должна превышать 530^oС. Это связано с тем, что при более высокой температуре происходит резкое снижение твердости для большинства валковых сталей, повышается износ и, даже возможна микропластическая деформация поверхностного слоя валка со стороны прокатываемого металла, т.к. при этой температуре снижаются и прочностные характеристики валковой стали. Для рабочих валков кварто верхний предел температуры снижен до 400°С. Это связано с тем, что в клетях кварто рабочие валки испытывают высокие удельные давления со стороны опорных и усиливается возможность протекания пластической деформации поверхностного слоя валка. При этом для рабочих валков кварто создаются наиболее благоприятные условия для залечивания микродефектов. В контакте с прокатываемым металлом происходит разогрев валка да заданной температуры, а при контакте с опорным валком протекает упругая деформация, которая благотворно влияет на залечивание микродефектов.

Целесообразно проводить отпуск между периодическими плановыми остановками стана. В этом случае валок разогревается за несколько циклов последними партиями прокатываемого металла. За эти несколько циклов поверхность валка не успевает износиться, затем прокатка прекращается, температура валка выравнивается, некоторое время держится постоянной из-за большой массы валка и затем начинает медленно спадать. При этом время пребывания при повышенной температуре и время замедленного охлаждения определяется длительностью планового простоя стана. На это время целесообразно полностью отключить охлаждение валка для того, чтобы он как можно дольше пребывал при повышенной температуре. При эксплуатации рабочего валка черновой клети непрерывного стана горячей прокатки отпуск целесообразно проводить при прокатке последних полос (если это валок не первой клети) или слябов (для валка клети дуо) перед очередной перевалкой рабочих валков чистовых клетей. Известно, что время между перевалками рабочих валков чистовых клетей непрерывных станов горячей прокатки невелики и определяется наработкой. Так, например, для НШС 2000 НЛМК она составляет 3 тыс.тонн, а для перевалки валков клети дуо наработка составляет 360 тыс. тонн, т. е. в 120 раз больше. Поэтому, во время перевалок рабочих валков чистовых клетей удобно проводить промежуточный отпуск рабочим валкам черновых клетей. Ниже приведены конкретные примеры выполнения предложенного способа эксплуатации прокатного валка.

Пример 1. На непрерывном широкополосном стане 2000 НЛМК проводились периодические отпуски валкам клети дуо. Валки диаметром 1400 мм выполнены из стали 9ХФ. Регламентируемые количество прокатываемого металла между перевалками до 360 тыс.тонн. Периодический отпуск проводился следующим образом: через каждые 3 тыс.тонн проката, что соответствует 380 циклам валка клети дуо перед перевалкой рабочих валков чистовых клетей при прокатке двух последних слябов постепенно уменьшалось охлаждение валков клети дуо и перед последними двумя циклами (оборотами) валка отключалось совсем. Температура слябов 1200^oС. Температура поверхности валка контролировалась по инфракрасному излучению оптическим пирометром типа "Gefest". Температура поверхности валка после нагрева и окончания прокатки составляла 480^oС, через 30 секунд температура понизилась до 435^oC, которую сохраняла в течение 15 минут (из-за большой массы валка). Затем темпера тура начала медленно снижаться со скоростью 3^oС/мин и через один час после перевалки рабочих валков чистовой группы температура составила 255^oС. Перед началом прокатки включали охлаждение валка, постепенно увеличивая его интенсивность (во избежание образования трещин). В результате эксплуатации на поверхности валка не образовывались трещины разгара, что привело к уменьшению величины токарной обработки поверхности бочки между перевалками. Величина наработки до полного выхода валка из строя составила 3300 тыс.тонн проката. Величина наработки на валок, который эксплуатировался без промежуточного отпуска, составила 1630 тыс.тонн.

Пример 2. Проводилась эксплуатация рабочих валков клети дуо из стали 9ХФ аналогично примера 1, отличие в нагреве до максимальной температуры поверхности валка. Результаты эксплуатационных данных представлены в таблице 1.

Как видно из табл.1 максимальная температура бочки валка при проведении отпуска рекомендуется не более 530^oС.

Пример 3. Проводилась эксплуатация рабочих валков НШС 2000 первой клети кварто диаметром 1200 мм (сталь 9ХФ) аналогично примера 1, отличия в нагреве до максимальной температуры бочки валка. Результаты представлены в таблице 2.

Как видно из табл. 2 максимальная температура поверхности бочки рабочего валка клети кварто не должна превышать 400^oC.

Пример 4. Проводилась эксплуатация рабочих валков НШС 2000 первой клети кварто с промежуточным отпуском аналогично примера 1. Диаметр валков 1200 мм, сталь 9ХФ. Отличие заключалось в периодичности промежуточного отпуска. Результаты экспериментальных данных представлены в таблице 3.

Как видно из табл.3 проведение промежуточного отпуска чаще, чем через 50 циклов не сказывается на стойкости валка, а при проведении отпуска реже, чем через 2•10⁴ циклов резко снижает его стойкость и его стойкость становится равной стойкости валка, для которого не проводился промежуточный отпуск (N 6, пример 3). Преимущества предлагаемого способа эксплуатации заключаются в повышении стойкости рабочего валка станов горячей прокатки за счет уменьшения глубины токарной обработки, проводимой для удаления трещин разгара. Достоинством предложенного способа является его легкость и доступность, отсутствие дополнительных затрат на его проведение, он хорошо укладывается в технологические рамки прокатки без нарушения ее технологии. ТТТ1 ТТТ2