способ производства валков из штамповой стали

Формула изобретения

1. Способ производства прокатных валков из штамповой стали, включающий получение литой заготовки электрошлаковым переплавом, ковку и окончательную термообработку, отличающийся тем, что заготовку получают диаметром, равным диаметру валка по бочке, а ковку осуществляют в области шеек со степенью деформации 45-55%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что валок подвергают поверхностной закалке в индукторе токами высокой частоты 2000-3000 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии производства валков сортовых станов горячей прокатки. Условия работы прокатных валков в указанных станах требуют применения весьма прочного и износостойкого, термостойкого инструмента.

Высокой износостойкостью обладают валки из отбеленного чугуна с содержанием углерода 3,3-3,6%, отливаемые в комбинированную форму. Однако эти валки имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что из-за сплошной сетки ледебурита, характерной для чугуна, валки обладают высокой чувствительностью ударным нагрузкам и выходят из строя по поломкам шеек, сколам буртов калибров и т.д. При прокатке труднодеформируемых сталей и сплавов в наиболее нагружаемых клетях прокатного стана используют валки из кованой легированной стали. Последние, обладая высокой прочностью на изгиб, не обеспечивают достаточную износостойкость, что приводит к необходимости чаще производить перевалки валков и переходы на дублирующие калибры, а также может снижать качество проката.

Известен способ изготовления валков с использованием инструментальной штамповой стали. После горячей обработки (штамповки) валка его нагревают до температуры аустенизации посредством индукционного нагрева, а также проводят закалку путем охлаждения струей газа. После отпуска валков получают структуру отпущенного мартенсита (см. заявку Японии 58-36649, кл. С 21 D 9/38, опубл. 1983 г.).

Однако несмотря на применение специальной легированной штамповой стали рабочая поверхность валков имеет недостаточно высокую износостойкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства прокатных валков из штамповой стали, включающий получение литой заготовки электрошлаковым переплавом, ковку и термическую обработку (см. М.В.Гедеон и др. Термическая обработка валков холодной прокатки, М.: Металлургия, 1973, 125-128, 280-290). При этом способе процесс ковки включает в себя следующие операции: биллетирование слитка, осадку слитка, протяжку бочки и шеек под размер, рубку концов. Основной целью процесса ковки является исправление дефектов структуры литого металла: заваривание пор, разрушение карбидной сетки, измельчение зерна, создание текстуры деформации. Наиболее оптимальным уковом по бочке валков считается уков в пределах 3,0-4,5. Расчеты рабочих нагрузок на прокатные валки показывают значительную неравномерность распределения напряжений между бочкой и шейкой валка. В силу конструкционных особенностей валков напряжения изгиба в шейках при прокатке превышают напряжения изгиба по бочке в 1,5-2,0 раза, а учитывая дополнительную нагрузку от крутящего момента, становится понятным, почему поломки по шейкам валков происходят значительно чаще, чем по бочке. В то же время практика показывает, что литой инструмент по сравнению с кованым обладает более высокой износостойкостью.

Задача изобретения - повышение эксплуатационной стойкости валков стана горячей прокатки.

Поставленная задача решается путем получения электрошлаковым переплавом литой круглой заготовки диаметром, равным диаметру валка по бочке, горячей деформации ковкой в локальных участках, соответствующих шейкам валка, причем степень деформации составляет 45-55%. Участок, соответствующий бочке валка, деформации не подвергают, он сохраняет литую структуру. Валки подвергают поверхностной закалке в индукторе токами частотой 2000-3000 Гц.

Сочетание литой структуры бочки валка со структурой кованой шейки обеспечивает достаточную износостойкость валка.

Степень деформации шейки валка 45-55% позволяет получить заданное структурное состояние материала, обеспечивающее повышение прочности и пластичности. Деформированный валок характеризуется более плотной структурой металла в результате пластической деформации и заваривания микропор. Кроме того, при деформации происходит дробление хрупких эвтектических скоплений и последующее более равномерное распределение этих частиц в массе твердого раствора. Чем больше степень обжатия слитка, достигаемая при ковке, тем полнее завершается этот процесс и тем больше пластичность металла. Особенно сильно этот процесс проявляет себя при степени укова до 4, что соответствует обжатию 50%. В то же время за счет рекристаллизации после деформации происходит измельчение зерна, что увеличивает прочность и пластичность металла.

Деформация со степенью обжатия менее 45% не обеспечивает получения достаточно плотной макроструктуры по всему сечению, а также мелкодисперсного рекристаллизованного зерна.

Деформация со степенью обжатия более 55% затруднительна из-за конструктивных особенностей прокатных валков (соотношение диаметров валков по шейке и бочке по ТУ 14-120-28-93 составляет 1:2).

Применение при термической обработке поверхностной закалки в индукторе токами частотой 2000-3000 Гц позволяет получить сочетание высокой твердости закаленного поверхностного слоя по бочке валка (глубиной 15-20 мм) и мягкой сердцевины, сохраняющей достаточную вязкость и пластичность.

Нагрев токами частотой менее 2000 Гц приведет к увеличению глубины закаленного слоя, что ведет к уменьшению прочности и устойчивости ударный нагрузкам.

Нагрев токами частотой более 3000 Гц уменьшает глубину закаленного слоя, что ведет к сокращению количества переточек и уменьшению износостойкости.

Легированную штамповую сталь марки 4Х5МФIС выплавляли в 5-тонной дуговой электропечи. Электрода, полученные на установке полунепрерывной разливки, подвергали электрошлаковому переплаву в водоохлаждаемом кристаллизаторе диаметром 420 мм. Литые заготовки диаметром 420 мм после нагрева в методической печи до температуры 1170-1190^oC подвергались деформации ковкой 45-55% по обоим концам до диаметра 250 мм. После смягчающего отпуска при 700^oС в течение 24 часов производили механическую обработку валка и нарезку рабочих калибров по бочке. Для повышения твердости и прочности рабочего слоя калибров в щелевом индукторе производили закалку токами частотой 2000-3000 Гц с последующим отпуском при температуре 400-450^oС.

Валки, полученные по предлагаемому способу, обладают комплексом свойств, обеспечивающим повышение эксплуатационной стойкости (твердость на уровне 40-50 ед.HRC и ударная вязкость 30-40 Дж/см²).