SU1076470A1 - Способ термической обработки прокатных валков - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ преимущественно крупных из дисперсионнотвердеющих сталей, включающий форси-рованнЕлй печной нагрев до температуры закалки, выдержку до достижени  температуры закалки на заданной глубине , струйную закалку бОчки с охлаждением осевого канала и отпуск,о т личающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной стойкости путем предотвращени  образовани  трещин, после выдержки до достижени  температуры закалки на заданной глубине валок подстуживают на воздухе до достижени  на поверхс ности бочки температуры А , а охлаждение осевого канала начинают; (Л при достижении в сечении бочки максимальной температуры А(„ . |

Description

Изобретение относитс  к металлур-i гии и машиностроению, в частности к способам окончательной термической обработки опорных валков дл  листовых станов холодной и теплой прокатки .

Известны способы закалки крупных прокатных валков: объемна  закалка и закалка с нагрева ТПЧ (поверхностна ) 1 .

Закалка с нагрева ТПЧ обладает р дом преимуществ перед объемной закалкой : обеспечивает более высокую поверхностную твердость на бочке, .большую глубину закаленного сло , несколько меньший уровень остаточных напр жений. Кроме того, закалка с нагрева ТПЧ способствует значительному увеличению производительности операции закалки (в 5-10 раз) , исключает операции сборки валков и теплоизол цию шеек. Вместе с тем, закалка с нагрева ТПЧ в случае особо крупных валков, диаметром свыше 1800 мм, сопр жена со значительными конструк1тивными и технологическими трудност  ми, главным образом из-за необходимости высоких энергозатрат при нагреве .

Объемна  закалка обладает и некоторыми положительными качествами, основным из которых  вл етс  более плавна , чем при закалке с нагрева ТПЧ, переходна  зона от закаленного сло  к сердцевине валка. Однако указанные преимущества закалки с нагрева ТПЧ ограничивают применение объемной закалки.

Одним из перспективных путей повышени  твердости и глубины активного сло   вл етс  применение сталей с более высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, высоким сопротивлением отпуску и, в частности, дисперсионно-твердеющих сталей, легированных сильными карбидообразующими элементами (ванадием, ниобием и др.) Повышенна  прокаливаемость и способ .ность к дисперсионному твердению при высоком отпуске обеспечиваютс  у таких сталей определенной степенью растворени  карбидной фазы в аустените при закалке от высоких температур (1000-1200 0), при этом получаетс  мелкое действительное зерно.

Общим недостатком объемной закалки и закалки с нагрева ТПЧ крупных валков, .изготовленных из дисперсионно-твердеющих; сталей,  вл етс  опасность возникновени  трещин в сечении из-за высоких временных и остаточных раст гиваюишх напр жений.

Известен способ термической обработки крупных валков, включак дий форсированный печной нагрев до достижени  на поверхности бочки, заданной температуры закалки, последующий про

грев по сечению вьше точки Acj на заданную глубину, закалку поверхности бочки t2.

Указанный способ, облада  всеми преимуществами закалки с нагрева ТПЧ, имеет значительно более низкие энергозатраты при нагреве, более плавную переходную зону.

Недостатком указанного способа особенно в случае термообработки валков из дисперсионно-твердеющих сталей  вл етс  уровень временных и остаточных напр жений в процессе закалки, способствующий образованию трещин и разрушению валков непосредственно при термообработке или в первоначальный период эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ термообработки крупных валков, включающий форсированный печной нагрев до температуры закалки, выдержку до достижени  температуры закалки на заданной глубине, струйную закалку бочки с одновременным охлажением осевого канала 3 .

Принудительное охлаждение осевого канала при закалке обеспечивает суественное снижение остаточных напр ений . Однако уровень временных нар жений остаетс  весьма высоким, собенно в первоначальный период закалки , что не исключает возможность бразовани  трещин. При этом высокие аст гивающие напр жени  образуютс  ак в поверхностном слое бочки (изза высокого градиента температур межу поверхностью, температура которой несколько выше точки М, и более глубокими сло мц),так и на поверхнос- ти осевого канала, пойвергаюп1ейс  принудительному охлаждению (также из-за высокого градиента температур ) . В средней части сечени , имеющей более высокую TeNmepaTypy, по закону равновеси  формируютс  сжимающие напр жени .

Цель изобретени  - повыление эксплуатационной стойкости путем предотвращени  образовани  трещин.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что способу.термообработки, . включающему форсированный печной нагрев до температуры закалки, выдержку до достижени  температуры закалки на заданной глубине, струйную закалку бочки с охлаждением осевого канала и отпуск, после выдержки до достижени  температуры закалки на заданной глубине валок подстуживают на воздухе до достижени  на поверхности бочки температуры , а охлаждение осевого канала начинают при достижении в сечении бочки максимальной температуры А., .

Такие показатели качества валка, как твердость и глубина закаленного сло , уровень остаточных напр жеНИИ при термообработке по предлагаемому способу остаютс  примерно на том же уровне, что и дл  известного.

Уменьшение градиента температур между поверхностью бочки и зоной сечений с максимальной температурой, обеспечиваемое в,результате подстуживани  валка на воздухе до температуры поверхности бочки равной приводит к существенному снижению временных раст гивающих напр жений в поверхностной зоне в самый опасныГ первоначальный период закалки, когда температура поверхности несколько вьнле точки И. Это исключает возможность образовани  закалочных трещин в поверхностной зоне.

Аустенит при таком переохлаждении еще сохран ет устойчивость. Подстуживание до температуры более высокой , чем точка А.,1 , недостаточно эффективно с точки зрени  снижени  временных напр жений в поверхностной зоне (градиент температур еще велик). Подстуживание до температур более низких, чем точка например до Ар , неизбежно вызовет выделение определенного количества частиц карбидной фазы, оставшеес  в аустените количествоуглерода и легирующих элементов может оказатьс  недостаточным дл  дисперсионного твердени  при последующем отпуске.

Задержка с началом охлаждени  осевого канала от начала закалки до момента, когда максимальна  температура в сечении снизитс  до точки , , приводит к тому, что градиент температур .между поверхностью осевого канала и зоной сечени  с максимальной температурой, образующийс  при включении внутреннего охлаждени , становитс  значительно меньшим , чем в случае термообработки по известному способу. Начинать охлаждение осевого канала раньше указанного момента нецелесообразно, так как снижение градиента еще недостаточно и временные напр жени  велики . Зат гивать охлаждение дольше также не следует, поскольку в поверхностной зоне начинает интенсивно развиватьс  на значительную глубину мартенситное превращение, идущее с увеличением объема. Раст гивающие напр жени  в поверхностной зоне падают до нул  и переход т в сжимающие, по закону равновеси  это вызывает дополнительный прирост раст гивающих напр жений в осевой зоне.

Пример. Осуществл ют сравительное расчетно-экспериментальое исследование свойств опорного алка стана ТЛС-5000 диаметром 100 мм с осевым канешом 700 мм, изотовленного из дисперсионно-тверде

ющей стали 70Х2МФБ и термообраб.отанного по известному и предлагаемому способам.

Известный способ термообработки: предварительный подогрев валка 5 (объемный) до , форсированный печной нагрев до температуры поверхности бочки , струйна  закалка с одновременным охлаждением проточной водой осевого канала.

0 .Предлагаемый способ термообработки: предварительный подогрев до , форсированный печной нагрев до температуры поверхности бочки , Подстуживание валка на воз5 духе до температуры поверхности бочки Aj 720°C, струйна  закалка с охлаждением осевого канала проточной водой, которое начинают, когда максимальна  температура в сечении сни0 жаетс  до А)695°С.

Дл  известного и предлагаемого способов термообработки провод т расчет температурных полей и напр женно-деформированного состо ни  в

5 валке.

Химический состав стали 70Х2МФБ приведен в табл.1 (в знаменателе плавочный состав, в числителе - ма рочный .

Q Твердость определ ют на образцах размером 15x15 15-мм (З .образца на точку), охлажденных от прин той температуры закалки 1025°С со скоростью , соответствующей расчетной ско рости охлаждени  валка диаметром 2100 мм по глубине 30 мм от поверхности бочки.

Температура аустенизации выбрана по результатам экспериментальной оценки содержани  ванади ,

0 растворенного в аустените при разных температурах (методом фазового анализа карбидного осадка).

При выбранной дл  стали 70Х2МФ6 температуре аустенизации 1025°С в

5 твердый раствор переходит примерно 50% всего содержащегос  в стали ванади . Это обеспечит повьшенную прокаливаемость стали и ее способность к дисперсионному твердению. Оставший0 с  св занным в карбиды ванадий (40%) и карбидц ниоби  предотвращают рост аустенитного зерна.

Глубину закаленного сло  (распределение твердости в поверхностном

5 слое валка) оценивеиот экспериментально-расчетным методом по результатс1М наложени  расчетных кривых охлаждени  дл  разных точек -.сечени  на экспериментально определенные термокинетические диаграммы стали (дл  разных

температур аустенизации).

В табл.2 представлены расчетные значени  временных напр жений на поверхности бочки и на поверхности 65 осевого канала, а также твердость в

поверхностном слое и глубина закаленного сло .

Эксперименты и расчеты провод т дл  следующих вариантов предлагаемого способа: 1 - подстуживание до температуры поверхности бочки С начало охлаждени  осевого канала в момент, когда максимальна  температура в сечении снизитс  до A +2Q°C,

2- подстуживание до А -20С, начало охлаждени  соответствует Л -20°С,

3- подстуживание до , начало охлаждени  соответствует .

Из приведенных в табл.2 данных .следует, что при термообработке по предлагаемому способу существует опреДеленна  область изменени  заданных параметров охлаждени , внутри которой значени  временных напр жений минш 1aльны и показатели качества валков близки к соответствующим показател м дл  известного способа. Эта область изменени : подстуживание до температуры поверхности бочки начало охлаждени  осевого канала в момент, когда максимальна 

температура в сечении снизитс  до А ±10°С. В случае выхода за пределы этой области рсомплекс указанных характеристик нельз  считать оптимальным .

При термообработке по предлагаемому способу максимальный уровень временных осевых раст гивающих напр жений в . первонс1чальный период закалки снижаетс  по сравнению с известным способом на 55% дл  поверхности бочки и на 46% дл  поверхности осевого канала. При этом такие показатели качества валка, как твердость и глубина закаленного сло , уровень остаточных напр жений в обоих случа х остаютс  примерно на одинаковом уровне.

Предлагаемый способ окончательной термической обработки крупных прокатных валков позвол ет снизить брак при изготовлении валков и существенно повысить надежность в эксплуатации за счет предотвращени  образовани  трещин в сечении при закалке изза высоких временных напр жений.

Таблица 1

Содержание,

вес.%Oj,

5771 О72б

«.

0,55

0,18

1,7-2.20.4-0.6

. Лг ,Л  т

л . м. v Л

2,о5

0,47

Продолжение табл.1

07Т8

0,019

0,023

480(48) 336(33,6)

Известный

Предлагаемый по вариантам

Таблица2

-280(-28)

46

Claims (1)

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ преимущественно крупных из дисперсионнотвердеющих сталей, включающий форсированный печной нагрев до температуры закалки, выдержку до достижения температуры закалки на заданной глубине, струйную закалку бочки с охлаждением осевого канала и отпуск,о т личающийс'я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости путем предотвращения образования трещин, после выдержки до достижения температуры закалки на заданной глубине валок подстуживают на воздухе до достижения на поверх- _β ности бочки температуры А_г5 , а ox- <g лаждение осевого канала начинают : при достижении в сечении бочки максимальной температуры А_г1 .

   SU „„1076470 >