RU2087218C1

RU2087218C1 - Rolling roll

Info

Publication number: RU2087218C1
Application number: RU95111673A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; Г.А. Белкин; А.В. Мельников; И.С. Сарычев; Д.П. Мельник
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"; Общество с ограниченной ответственностью- Научно-производственное предприятие "Валок"
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1997-08-20
Also published as: RU95111673A

Abstract

FIELD: rolled stock production, namely designs of band rolls for sheet hot rolling mills. SUBSTANCE: rolling roll includes arbor and wear resistant band whose thickness is equal to 0.01-0.07 of initial diameter of roll barrel. Thickness of active layer is determined by half value of difference of initial and final diameters of roll barrel and it does not exceed 0.9 of roll band thickness. Said band may be fused on or tightly fit on roll arbor. EFFECT: increased service life of roll, elimination of cracking and crumbling out of active layer of roll. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкциям бандажированных валков для листовых станов горячей и холодной прокатки. The invention relates to rolling production, in particular to designs of bandaged rolls for sheet mills for hot and cold rolling.

Известен прокатный валок с составной бочкой, состоящей из оси и бандажа, сопряженных между собой по посадке с натягом, причем толщина стенки бандажа равна 0,15-0,175 диаметра от валка [1] Недостатком известного прокатного валка является его низкая стойкость вследствие образования трещин и выкрошек в бандаже. Known rolling roll with a composite barrel consisting of an axis and a band, interconnected to fit tightly, and the wall thickness of the band is 0.15-0.175 diameter from the roll [1] A disadvantage of the known rolling roll is its low resistance due to the formation of cracks and crumbs in the bandage.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому техническому результату является прокатный валок с составной бочкой, содержащий ось, и износостойкий бандаж из стали мартенситного класса с регламентированной толщиной, равной 0,9-1,3 половины площадки контакта опорного валка с рабочим при их упругом сплющивании от заданного усилия прокатки [2]
Недостатком указанного валка является его низкая стойкость вследствие образования трещин и выкрошек уже после нескольких кампаний эксплуатации. Это происходит вследствие того, что после каждой кампании прокатный валок подвергают профилактическому съему поверхности или перешлифовке. В результате уменьшается толщина активного слоя валка и при последующей загрузке валка в работу максимальные касательные напряжения уже действуют по границе или глубже активного слоя валка, что приводи к выкрашиванию.The closest in design and technical result to be achieved is a roll with a composite barrel containing an axis and a wear-resistant band made of martensitic steel with a regulated thickness equal to 0.9-1.3 half of the contact area of the back-up roll with the worker when they are elastic flattened from a given rolling force [2]
The disadvantage of this roll is its low resistance due to the formation of cracks and chips from several campaigns. This is due to the fact that after each campaign the roll is subjected to preventive surface removal or regrinding. As a result, the thickness of the active layer of the roll decreases, and upon subsequent loading of the roll into operation, the maximum tangential stresses already act along the boundary or deeper than the active layer of the roll, which leads to chipping.

Цель изобретения повышение ресурса валка, исключение образования трещин и выкрошек в активном слое. The purpose of the invention is to increase the life of the roll, eliminating the formation of cracks and chips in the active layer.

На чертеже изображен валок, где 1 ось валка, 2 износостойкий бандаж, D_н начальный диаметр валка, d диаметр оси валка, D_к - конечный диаметр бочки валка, H толщина бандажа.The drawing shows a roll, where 1 axis of the roll, 2 wear-resistant bandage, D _{n is the} initial diameter of the roll, d is the diameter of the axis of the roll, D _to is the final diameter of the barrel roll, H is the thickness of the bandage.

Поставленная цель достигается тем, что прокатный валок с составной бочкой имеет ось и износостойкий бандаж, толщина бандажа составляет 0,01-0,07 начального диаметра бочки валка, а половина разности начального и конечного диаметров бочки валка не превышает 0,9 толщины бандажа, при этом бандаж может быть наплавленным или посаженным на ось с натягом. This goal is achieved in that the roll with a composite barrel has an axis and a wear-resistant band, the thickness of the band is 0.01-0.07 of the initial diameter of the roll barrel, and half the difference between the initial and final diameters of the roll barrel does not exceed 0.9 of the thickness of the band, In this case, the bandage may be weld-in or fitted with an interference fit on the axle.

Как известно, причиной разрушения прокатных валков являются касательные напряжения, которые направлены под углом 45^o к оси действия нагрузки и наибольшие свои значения достигают на глубине 0,78 b, где b половина ширины площадки контакта рабочего и опорного валков и определяется по формуле

q погонное давление, Н/м;
μ₁, μ₂ соответственно коэффициенты Пуассона опорного и рабочего валков;
E₁, E₂ соответственно модули упругости опорного и рабочего валков, Н/м;
R₁, R₂ соответственно радиусы опорного и рабочего валков, м.As you know, the cause of the destruction of the rolling rolls is the shear stresses, which are directed at an angle of 45 ^o to the axis of the load and reach their maximum values at a depth of 0.78 b, where b is half the width of the contact area of the working and backup rolls and is determined by the formula

q linear pressure, N / m;
μ ₁ , μ _2, respectively, the Poisson ratios of the backup and work rolls;
E ₁ , E _2, respectively, the elastic moduli of the backup and working rolls, N / m;
R ₁ , R _2, respectively, the radii of the backup and work rolls, m

Создание напряжений сжатия в зоне действия максимальных касательных напряжений замедляет образование микротрещин, приводящих к разрушению активного слоя валка. Причем напряжения сжатия можно создавать не только путем изготовления бандажа из стали чисто мартенситного класса, но также и из сталей промежуточных классов: мартинситно-перлитного или ферритного, где остаточные напряжения сжатия могут образовываться в период кристаллизации металла. Уровень и знак остаточных напряжений зависит от химического состава, затрудненности расширения и сжатия металла в период нагрева и охлаждения и последующей термической обработки. The creation of compression stresses in the zone of maximum shear stress slows down the formation of microcracks, leading to the destruction of the active layer of the roll. Moreover, compression stresses can be created not only by manufacturing a bandage from steel of pure martensitic class, but also from steels of intermediate classes: martinsitic-pearlite or ferritic, where residual compression stresses can form during the period of crystallization of the metal. The level and sign of residual stresses depends on the chemical composition, the difficulty of expansion and contraction of the metal during heating and cooling and subsequent heat treatment.

Кроме того, вне зависимости от знака остаточных напряжений в бандаже, нельзя допускать действие максимальных касательных напряжений по границе раздела бандажа и оси валка, т.к. это наиболее ослабленный участок, т.е. даже при эксплуатации валка при минимально допустимом диаметре максимальные значения касательных напряжений должны находиться в бандаже, который имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с осью. Предложенная конструкция прокатного валка предназначена не только для валков холодного проката и опорных валков станов горячей прокатки, которые выходят из строя вследствие выкрашивания, а также для бандажированных рабочих валков и валков клетей для станов горячей прокатки, т.к. толщина бандажа должна превышать на регламентированную величину толщину активного слоя бандажа. Из области прокатки известно, что глубина трещин разгара, образующихся на рабочих прокатных валках, равна или превышает глубину действия максимального градиента температуры. Если градиент температуры действует в переходной области между осью и бандажом (при износе активного слоя и эксплуатации валка на минимальном диаметре), то образующиеся трещины разгара распространяются не только вглубь валка, но и вдоль его оси, что приводит к выкрашиванию активного слоя. In addition, regardless of the sign of the residual stresses in the bandage, one should not allow the action of maximum tangential stresses along the interface of the bandage and the axis of the roll, because this is the most weakened area, i.e. even when operating the roll at the minimum allowable diameter, the maximum tangential stresses must be in the bandage, which has higher strength characteristics compared to the axis. The proposed design of the rolling roll is intended not only for cold rolled rolls and backup rolls of hot rolling mills that fail due to spalling, but also for bandaged work rolls and rolls of stands for hot rolling mills, because the thickness of the bandage must exceed the thickness of the active layer of the bandage by a regulated amount. From the rolling field it is known that the depth of the crack cracks formed on the working rolls is equal to or greater than the depth of the maximum temperature gradient. If the temperature gradient acts in the transition region between the axis and the bandage (when the active layer is worn and the roll is operated at the minimum diameter), then the formed crack cracks propagate not only deep into the roll, but also along its axis, which leads to chipping of the active layer.

Выполнение толщины бандажа менее 0,01 диаметра бочки является нецелесообразным ввиду его малой толщины и валок уже через несколько кампаний вырабатывает весь активный слой, хотя по своему наружному диаметру он еще годен в эксплуатацию. Увеличение толщины бандажа более 0,07 приводит к излишнему расходу дорогих легированных материалов, т.к. в этом случае толщина бандажа намного превышает толщину активного слоя валка и глубину действия максимальных касательных напряжений и глубину действия градиента температуры. При регламентированном размере бандажа толщина активного слоя, которая определяется половиной разности начального и конечного диаметров бочки валка, должна составлять не более 0,9 толщины бандажа. При соблюдении этих условий в случае работы валка в клети даже с минимально возможным диаметром действие максимальных касательных напряжений, а также градиента температуры, обеспечивается в бандаже и достаточно удалено от опасной зоны сопряжения оси валка с бандажом. The implementation of the thickness of the bandage less than 0.01 diameter of the barrel is impractical due to its small thickness and the roll already after several campaigns produces the entire active layer, although its outer diameter is still suitable for use. An increase in the thickness of the bandage more than 0.07 leads to excessive consumption of expensive alloyed materials, because in this case, the thickness of the bandage is much greater than the thickness of the active layer of the roll and the depth of the maximum shear stresses and the depth of the temperature gradient. With the regulated bandage size, the thickness of the active layer, which is determined by half the difference between the initial and final diameters of the roll barrel, should be no more than 0.9 thickness of the bandage. If these conditions are met, in the case of the roll in the cage, even with the smallest possible diameter, the action of the maximum tangential stresses, as well as the temperature gradient, is provided in the bandage and is quite far from the danger zone of the interface between the roll axis and the bandage.

Новизна и изобретательский уровень заявленного технического решения заключается в том, что только при заявленном соотношении толщины бандажа с диаметром бочки валка и регламентированной толщине активного слоя обеспечивается высокая стойкость бандажированных прокатных валков даже на минимально возможных диаметрах бочки. The novelty and inventive step of the claimed technical solution lies in the fact that only with the stated ratio of the thickness of the bandage to the diameter of the roll barrel and the regulated thickness of the active layer, high resistance of the bandaged rolling rolls is ensured even at the minimum possible barrel diameters.

Пример 1. На непрерывном широкополосном стане 2000 АО "НЛМК" используются опорные валки в клетях кварто с диаметром бочки 1600 мм и выполнены из стали 9ХФ. Изношенные валки используются в качестве осей для бандажированных валков после токарной обработки на соответствующую глубину. Износостойкий бандаж формируют на ось с помощью электродуговой наплавки по известной в металлургии технологии из стали 20Х6НВМФ до диаметра 1600 мм. Диаметр оси принимают равным 1460 мм, тогда толщина бандажа составляет 70 мм, что равно 0,044 от диаметра бочки валка. Конечный диаметр бочки опорного валка НШС 2000 составляет 1480 мм. В этом случае половина разности начального и конечного диаметров бочки валка составляет 0,86 от толщины бандажа. Example 1. At a continuous broadband mill 2000 of NLMK JSC, backup rolls are used in quarto stands with a barrel diameter of 1600 mm and are made of 9KhF steel. Worn rolls are used as axles for bandaged rolls after turning to the appropriate depth. Wear-resistant bandage is formed on the axis using electric arc welding according to the technology known in metallurgy from steel 20KH6NVMF to a diameter of 1600 mm. The diameter of the axis is taken equal to 1460 mm, then the thickness of the bandage is 70 mm, which is equal to 0.044 of the diameter of the roll barrel. The final barrel diameter of the NSHS 2000 back roll is 1480 mm. In this case, half the difference between the initial and final diameters of the roll barrel is 0.86 of the thickness of the bandage.

Валок предназначается для работы в клети N 7 чистовой группы. Для этих условий: q 1,4•10⁷ Н/м; R₁ 0,8 м; R₂ 0,4 м; μ₁ = μ₂ 0,27; E₁ 2,1•10¹¹ Нм/м²; E₂ 1,15•10¹¹ Н/м²

Таким образом, при эксплуатации опорного валка даже на конечном диаметре (1480 мм) действие максимальных касательных напряжений (0,78•b 0,78•7,7 6 (мм)) будет находиться в бандаже на достаточно большом расстоянии от переходной зоны между бандажом и осью (диаметр которой 1460 мм).The roller is intended for work in stand N 7 of the finishing group. For these conditions: q 1.4 • 10 ⁷ N / m; R ₁ 0.8 m; R ₂ 0.4 m; μ ₁ = μ ₂ 0.27; E ₁ 2,1 • 10 ¹¹ Nm / m ² ; E ₂ 1,15 • 10 ¹¹ N / m ²

Thus, when operating the back-up roll even on a finite diameter (1480 mm), the action of the maximum tangential stresses (0.78 • b 0.78 • 7.7 6 (mm)) will be in the bandage at a sufficiently large distance from the transition zone between the bandage and an axis (whose diameter is 1460 mm).

Эксплуатация бандажированного опорного валка показала его высокую стойкость. Валок вышел из строя вследствие полной выработки всего активного слоя бандажа без образования трещин и отслоений. The operation of the bandaged back-up roll showed its high durability. The roll failed due to the complete development of the entire active layer of the bandage without the formation of cracks and delaminations.

Пример 2. На НШС 2000 АО "НЛМК" используются рабочие валки в клети дуо с диаметром бочки 1400 мм и выполнены из стали 9ХФ. Валки изготавливались аналогично примера 1. Ось валка имеет диаметр 1280 мм, толщина бандажа 60 мм, что составляет 0,043 от начального диаметра валка. Половина разности начального и конечного диаметров бочки валка составляет 0,83 от толщины бандажа (при конечном диаметре валка, равным 1300 мм). В процессе эксплуатации валок вышел из строя вследствие износа активного слоя бандажа. Example 2. At NShS 2000 of JSC NLMK, work rolls are used in a duo stand with a barrel diameter of 1400 mm and are made of 9KhF steel. The rolls were made analogously to example 1. The axis of the roll has a diameter of 1280 mm, the thickness of the bandage is 60 mm, which is 0.043 of the initial diameter of the roll. Half of the difference between the initial and final diameters of the roll barrel is 0.83 of the thickness of the band (with a final roll diameter of 1300 mm). During operation, the roll failed due to wear of the active layer of the bandage.

Технико-экономические преимущества прокатного валка заключаются в том, что при его эксплуатации исключается вероятность образования трещин и выкрошек в переходной зоне между бандажом и осью за счет рационального конструирования бандажа. В результате валок выходит из строя вследствие полного износа активного слоя валка. В связи с тем, что на валках отсутствует выкрашивание, то отпадает необходимость в их неплановых перевалках, остановках стана, что приводит к повышению его производительности. The technical and economic advantages of the rolling roll are that during its operation the probability of cracking and crumbling in the transition zone between the bandage and the axis is eliminated due to the rational design of the bandage. As a result, the roll fails due to complete wear of the active layer of the roll. Due to the fact that there is no spalling on the rolls, there is no need for their unplanned transshipment, mill stops, which leads to an increase in its productivity.

Claims

1. A rolling roll with a composite barrel containing an axis and a wear-resistant band, characterized in that the thickness of the band is 0.01 0.07 of the initial diameter of the roll barrel, and half the difference between the initial and final diameters of the roll barrel does not exceed 0.9 of the thickness of the band.

2. The roll according to claim 1, characterized in that the bandage is conjugated with the axis of the landing with interference.

3. The roll according to claim 1, characterized in that the bandage is made by welding.