Стали для валков холодной прокатки

Прокатные валки станов холодной прокатки работают в весьма тяжелых условиях под влиянием значительных статических и динамических нагрузок и должны обладать высокой прочностью, твердостью поверхностного слоя, высоким сопротивлением износу, выносливостью, достаточной вязкостью, высокой прокаливаемостью, хорошей полируемостью. В процессе работы валки подвергаются действию высоких удельных давление и значительных контактных напряжений. Многократное приложение меняющихся по знаку и величине напряжение приводит к накоплению в поверхностной зоне валка дефектов усталостного характера и образование отслоений.

Существуют: литые, цельнокатаные, ковано-литые, бандажированные валки холодной прокатки.

Стойкость валков определяется рядом факторов, связанных с технологией изготовления и условиями эксплуатации. К первой группе факторов следует отнести химический состав и механические свойства валков, технологию выплавки стали, ковки, термической и механической обработки. Ко второй группе факторов относятся режимы обжатия, скорость прокатки, давление металла на валки, натяжение полосы, условия охлаждение и температурное поле валков, механические свойства прокатываемого металла и др. Таким образом, материал валков холодной прокатки должен характеризоваться:

· высокой и равномерной твердостью поверхности после закалки, чтобы обеспечить высокое качество прокатываемого листа (твердость поверхности бочки опорных валков должна быть несколько ниже бочки рабочих валков);

· высокой прокаливаемостью, необходимой для получения определенной глубины закаленного слоя (активного слоя и переходной зоны). Активный слой должен быть не менее 8 мм для валков диаметром бочки до 250 мм и менее 10 мм при диаметре бочки свыше 250мм. При наличии такого слоя высокой твердости исключается возможность продавливание поверхности бочки при перегрузках. Переходная зона уменьшает развитие усталостных трещин на границе активного слоя и центральных слоев;

· высокой износостойкостью рабочего слоя;

· высокой теплостойкостью (до 350–400ºС) при общем и локальном разогреве. Обычно это определяется высокой стабильностью остаточного аустенита в структуре. При его распаде возможно образование микродефектов и, как следствие, снижение износостойкости рабочего слоя;

· высокой контактной прочностью рабочего слоя, стойкостью против образования поверхностных дефектов – трещин, отслоений и т. д.;

· высоким качеством поверхности;

· отсутствием флокенов, грубых скоплений карбидов, карбидной сетки, крупноигольчатого мартенсита и других дефектов макро- и микроструктуры.

Исходя из перечисленных требований, для изготовления рабочих и опорных валков холодной прокатки применяют высококачественные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей. Для валковой стали должно быть минимальное количество неметаллических включение, отсутствие усадочной рыхлости, осевой и вне центровой пористости, минимальное содержание газов, особенно водорода, мелкое зерно и т.д.

Для изготовления валков на заводах наиболее широко используются пять марок высокоуглеродистых сталей: 9Х1, 90ХФ, 9Х2, 9Х2МФ, 9ХСВФ. Сталь 9Х1 применяют для изготовление валков с диаметром бочки менее 400 мм, стали, легированные ванадием, вольфрамом, молибденом, кремнием, применяют для изготовления валков с диаметром бочки 400 мм и более. Указанные стали заэвтектоидные. После закалки и низкого отпуска они получают структуру мелкоигольчатого мартенсита с избыточными равномерно распределенными карбидами и небольшим количеством остаточного аустенита. Эта структура имеет высокую твердость.

Используют так же стали с пониженным содержанием углерода: 60ХСМФ, 60Х2СМФ, 7Х2СМФ, 7Х2СВФ, 75ХСМФ. Для изготовления рабочих валков используется сталь ледебуритного класса Х9ВМФШ, а также сталь карбидного класса 6ХМ1Ф. Широко применяются для изготовления валков для холодной прокатки сталь с пониженным содержанием углерода 7ХМФ.

Легирование стали должно обеспечить достаточную полноту растворения карбидов и легированность мартенсита, а также сохранить мелкое зерно аустенита, для чего стали легируют небольшими добавками ванадия. В целях повышения вязкости в состав валковых сталей вводят молибден. Введение в сталь хрома (9Х, 9Х2) увеличивает прокаливаемость, прочность и износостойкость, но снижает пластичность. Дальнейшее повышение прокаливаемости достигается при увеличении содержания хрома и введения в сталь молибдена(9Х2МФ) или вольфрама(9Х2В).