способ термической обработки (улучшения) бандажа составного ролика

Формула изобретения

Способ термической обработки бандажа составного ролика, включающий его нагрев до температуры закалки за два этапа, закалку и последующий отпуск, отличающийся тем, что на первом этапе бандаж нагревают до температуры 580-620°С, при которой выдерживают в течение 0,8-1,2 ч, на втором этапе - до температуры закалки 930-980°С, при которой выдерживают в течение 2,4-2,6 ч, а отпуск ведут путем нагрева до температуры 660-720°С и выдержки при этой температуре в течение 4-6 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении бандажей составных роликов машин непрерывного литья заготовок.

Бандажированные ролики машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) работают в постоянном контакте с отливаемым металлом, вследствие чего подвержены термоциклическим нагрузкам, вызывающим интенсивный термический износ бандажей. Для повышения прочности и износостойкости бандажи роликов МНЛЗ заготовок изготавливают из хромомолибденованадиевой стали.

Известен способ изготовления валка из хромомолибденованадиевой стали, по которому после механической обработки изделие подвергают термической обработке, включающей нагрев до температуры аустенитизации, закалку водой и низкотемпературный отпуск [Заявка №2205656 (Япония), МПК С 22 С 38/00, В 21 В 27/00 1990 г.].

Недостаток известного способа состоит в том, что он не пригоден для термической обработки бандажа ролика МНЛЗ, т.к. после закалки и низкотемпературного отпуска в изделии сохраняются высокие остаточные напряжения, провоцирующие его термический износ.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ термической обработки валка, включающий его нагрев до температуры закалки за два этапа: вначале до температуры 600-650°С, а затем до температуры закалки 840-850°С. После закалки изделие подвергают отпуску при температуре 170-190°С, причем продолжительность выдержки при температуре отпуска назначают из расчета: 2 мин на 1 мм диаметра бочки [В.П. Полухин и др. Надежность и долговечность валков холодной прокатки. М.: Металлургия, 1976 г., с.184-186, 196-197] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что после такой термической обработки изделия из хромомолибденованадиевой стали имеют низкую стойкость против термического износа, что отрицательно сказывается на долговечности бандажированных роликов МНЛЗ и качестве поверхности литых заготовок.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе термической обработки бандажа составного ролика, включающем его нагрев до температуры закалки за два этапа, закалку и последующий отпуск, на первом этапе бандаж нагревают до температуры 580-620°С, при которой выдерживают в течение 0,8-1,2 ч, на втором этапе - до температуры закалки 930-980°С, при которой выдерживают в течение 2,4-2,6 ч, а отпуск ведут путем нагрева до температуры 660-720°С и выдержки при этой температуре в течение 4-6 ч.

Сущность изобретения состоит в следующем. Термическая обработка (улучшение - закалка + отпуск) бандажа должна обеспечить одновременно высокую его прочность, стойкость к термическому износу, а также исключить образование трещин в процессах нагрева под закалку и закалки.

Нагрев на первом этапе до температуры 580-620°С с выдержкой 0,8-1,2 ч обеспечивает снятие фазовых напряжений в хромомолибденованадиевой стали и сокращает необходимое время выдержки при более высоких температурах на втором этапе для выравнивания температурного поля бандажа. Дальнейший нагрев до температуры закалки 930-980°С с выдержкой 2,4-2,6 ч обеспечивает полную аустенитизацию стали, формирование мелкозернистой микроструктуры, необходимой для последующей закалки. Кроме того, за время выдержки 2,4-2,6 ч при температуре повторного нагрева в металлической матрице стали не успевают развиваться процессы окисления и ослабления границ зерен.

В закаленном состоянии хромомолибденованадиевая сталь характеризуется высокими термическими и фазовыми напряжениями и неустойчивым фазовым составом. Высокотемпературный отпуск при 660-720°С с выдержкой в течение 4-6 ч приводит к распаду мартенсита, образовавшегося при закалке с температуры 930-980°С, формированию ячеистой микроструктуры матрицы. В отпущенном состоянии сталь имеет стабильную мелкозернистую микроструктуру, которая характеризуется высокой термической стойкостью и не претерпевает изменений при термических циклах в процессе работы бандажированного ролика. За счет этого достигается повышение стойкости бандажа против термического износа, а также качества поверхности литых заготовок.

Экспериментально установлено, что при уменьшении температуры нагрева на первом этапе ниже 580°С или сокращении времени выдержки менее 0,8 ч не достигается снижение фазовых напряжений стали, и для выравнивания температурного поля бандажа требуется более длительная его выдержка при повышенных температурах на втором этапе нагрева. Это отрицательно сказывается на стойкости бандажа. Увеличение температуры нагрева выше 620°С или времени выдержки более 1,2 ч увеличивает разнозернистость микроструктуры и снижает стойкость бандажа.

При температуре нагрева под закалку ниже 930°С и времени выдержки менее 2,4 ч хромомолибденованадиевая сталь сохраняет двухфазную структуру, поэтому после закалки имеет низкую прочность и износостойкость. Увеличение температуры повторного нагрева выше 980°С и времени выдержки при этой температуре более 2,6 ч способствует чрезмерному росту аустенитных зерен, ослаблению и окислению их границ. В результате снижается эксплуатационная стойкость бандажа и качество поверхности литых заготовок.

Также экспериментально установлено, что при уменьшении температуры отпуска ниже 660°С или сокращении времени отпуска менее 4 ч не достигается полного снятия структурных и фазовых напряжений закалки. Бандаж приобретает неравномерные механические и трибологические свойства, что приводит к его повышенному термическому износу. Увеличение температуры отпуска более 720°С и времени выдержки более 6 ч приводит к падению твердости, прочности и износостойкости бандажа, ухудшению качества поверхности литых заготовок, что недопустимо.

Примеры реализации способа

Бандаж составного ролика из хромомолибденованадиевой стали марки 25Х1M1Ф в виде отрезка трубы с внешним диаметром 600 мм и толщиной стенки 30 мм нагревают на первом этапе до промежуточной температуры Т _п=600°С, при которой выдерживают в течение времени _п=1,0 ч. Затем бандаж нагревают до температуры закалки Т_з=950°С и, после выдержки в течение времени _з=2,5 ч, подвергают закалке в масляной ванне.

Закаленный бандаж отпускают путем выдержки при температуре Т _о=690°С в течение _о=5 ч, после чего охлаждают на воздухе.

Термически обработанные (улучшенные) бандажи напрессовывают на ось и устанавливают на горизонтальном участке радиальной слябовой МНЛЗ. При работе МНЛЗ бандаж составного ролика, по которому перемещается отлитый сляб, подвержен циклическим термическим и механическим нагрузкам. Благодаря тому что в процессе термического улучшения была сформирована мелкозернистая ячеистая микроструктура бандажа и сняты фазовые, структурные и термические напряжения, бандаж имеет высокую прочность и стойкость против термического износа. За счет этого наработка бандажированного ролика на слябовой МНЛЗ составила: Q=2,5 тыс. штук разлитых плавок при высоком качестве поверхности слябов.

Варианты реализации способа термической обработки бандажа составного ролика представлены в таблице.

Из таблицы следует, что при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение стойкости бандажа против термического износа. В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) и при реализации способа-прототипа (вариант 6) стойкость бандажа против термического износа снижается, вследствие чего ухудшается качество поверхности литых слябов.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что предложенные режимы термической обработки (улучшения) обеспечивают формирование микроструктуры бандажа составного ролика из хромомолибденованадиевой стали, имеющей высокую прочность и наиболее хорошо противостоящей термическому износу. Это позволяет повысить количество плавок металла, разливаемого на МНЛЗ без замены бандажированных роликов при высоком качестве поверхности слябов.

В качестве базового объекта при определении эффективности предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа позволит повысить рентабельность производства непрерывно литых слябов на МНЛЗ на 2,5-4,4%.

Таблица Режимы термической обработки и стойкость бандажа
№ п/п	Тп, °С	п, ч	Т з, °С	з, ч	Т о, °С	о, ч	Q, тыс. плавок
1.	570	0,7	925	2,3	655	3,9	0,97
2.	580	0,8	930	2,4	660	4,0	2,20
3.	600	1,0	950	2,5	690	5,0	2,50
4.	620	1,2	980	2,6	720	6,0	2,27
5.	625	1,3	990	2,7	730	6,2	1,32
6.	630	не регл.	850	не регл.	190	30,0	0,99