Технология термической обработки валков холодной прокатки

Технология предварительной термической обработки

Проводят с целью перекристаллизации структуры кованого металла, снижения твердости и уровня остаточных напряжений, подготовке структуры к механической обработке и последующей закалке, предотвращения флокенообразования, так как все применяемые валковые стали флокеночувствительны. К предварительной термической обработке поковок валков относят: отжиг, нормализация с отпуском, улучшение и др. Наиболее распространены виды: отжиг с последующим улучшением, двойная нормализация с последующим отпуском и отжиг на зернистый перлит. Выбор режима определяется размерами валков, технологией прокатки, условиями эксплуатации.

Качество валков можно повысить, если использовать режим закалки, включающий четыре предварительных подогрева валков. На границе закаленного слоя и переходной зоны формируется опасный пик растягивающих напряжений, провоцирующих образование отслоений при изготовлении и эксплуатации валков. Система предварительных подогревов направлена на “сглаживание”, рассредоточения этого пика, смещение его в более глубокие зоны валка. Для этого проводят более полный прогрев сердцевины. В результате исследований полученные показатели качества и показатели эксплуатационной стойкости заметно повысились. Индукционная закалка с предварительным печным нагревом оказалась особенно эффективна для крупногабаритных опорных валков холодной прокатки, имеющих повышенную склонность к внутренним трещинам по причине перепадов температур, а также из-за дефектов металлургического происхождения. На основании опытов, проведенных Брусиловским и Шашко, был сделан вывод о целесообразности двух вариантов закалки: с предварительным печным подогревом или предварительной нормализацией с индукционного нагрева. Печной нагрев и нормализация с индукционного нагрева, предваряющая закалку с нагревом токами промышленной частоты, способствует увеличению толщины закаленного слоя и переходной зоны, подавляет образование опасного пика растягивающих остаточных напряжений, смещают его в более глубокие слои, в результате чего повышаются показатели качества валковой продукции.

Технология окончательной термической обработки

После предварительной термической обработки валков холодной прокатки снимают припуск 3–15 мм и проводят окончательную термическую обработку. Цель: получение высокой твердости на поверхности бочки, что необходимо для обеспечения высокого качества листового проката. Наиболее распространена закалка с индукционного нагрева токами промышленной частоты на установках типа ТП–700. Валок нагревается внутри многовиткового кольцевого индуктора. Охлаждение проводят водой через спрейеры под давлением 0,3–0,7 МПа.

Последовательность операций: процесс термообработки валков холодной прокатки состоит из трех частных операций: подогрева, закалки и отпуска. Эти частные операции могут осуществляться в различных условиях. Например, можно для каждой частной операции использовать специальную установку или все эти операции проводить в одной установке для закалки после индукционного нагрева. На практике подогрев и закалку ведут, как правило, в одной индукционной установке, а отпуск, в другой отдельной установке, так как отпуск, требующий более длительного нагрева, экономически нецелесообразно проводите в установках для закалки после ин­дукционного нагрева. Иногда имеются отступления и в индукционных установках осуществляют собственно процесс аустенитизации и закалки.

Исходя из выбранной температуры подогрева, устанавливают число циклов подогрева и соответствующие этим циклам мощ­ности. Например, бочку валка диаметром 500 и длиной 2000 мм нельзя подогреть до заданной температуры за один проход ин­дуктора. При установлении числа циклов подогрева (числа про­ходов индуктора) необходимо обращать внимание на то, чтобы температурный градиент между поверхностью валка и его серд­цевиной не был слишком большим, так как в противном случае под действием термических напряжений поверхностный слой при последующей закалке с охлаждением до комнатной темпера­туры может отслоиться. Кроме того, следует учесть, что макси­мальная температура поверхности под индуктором при подаче не должна превышать той температуры отпуска при улучшении, которая была при проведении предварительной термообработки. Это необходимо для того, чтобы не допустить образования струк­туры зернистого перлита, а значит, и свободного феррита, за­трудняющего гомогенную аустенитизацию перед закалкой. В тоже время нужно стремиться, чтобы при каждом цикле подогрева температура поверхности была максимальной, что позволяет со­кратить число циклов подогрева. Скорость подачи при подогреве находится в пределах от 1 – до 10 мм/с и устанавливается опытным путем в зависимости от температуры подогрева, определяемого ею числа циклов и длины бочки валка. При назначении режима последнего цикла подо­грева следует учитывать длину бочки валка. При большой длине бочки валка продолжительность цикла закалки может лежать в пределах от 3000 до 8000 с. Это означает, что при большой разнице в скоростях подачи, между последним циклом подогрева и собственно аустенитизацией и закалкой время охлаждения от­дельных участков поверхности бочки сильно различается и вслед­ствие этого температура по длине бочки может быть различной. В связи с этим по длине бочки могут иметь место различные струк­тура, глубина закалки и остаточные напряжения.

Закалка бочки валка происходит за один цикл. Поверхность валка очень быстро нагревается от температуры подогрева до температуры аустенитизации и закаливается с помощью движу­щегося за индуктором спрейера.

Обычный интервал температура аустенитизации сталей для валков составляет 850–950°С.

Сталь 85СгМо7.2, как и почти все другие стали, применяемые для изготовления валков холодной прокатки, должна закаливаться в масле. Тогда следует учитывать, что при резком охлаждении водяным душем (что имеет место в практике термообработки вал­ков при индукционном нагреве) в стали возникают очень большие напряжения, которые уже при наличии небольших дефектов по­верхности, таких как риски от токарного резца или надрезы, могут привести к появлению трещин. Это обусловливает повышен­ные требования к поверхности подлежащих термообработке вал­ков по чистоте и отсутствию поверхностных дефектов.

Непосредственно после закалки валки холодной прокатки дол­жны быть немедленно подвергнуты отпуску, который необходим:

а) для уменьшения внутренних напряжений в валке; при отсутствии отпуска или задержки в его осуществлении закаленный валок через некоторое время при вылеживаний может растрески­ваться без внешнего воздействия;

б) для регулирования поверхностной твердости; после закалки
твердость составляет примерно 1000HV, мартенсит очень хрупок,
что может предопределить поломку валка; поэтому необходимо отпускать валки до такой рабочей твердости, которая в зависимости от назначения валков была бы в пределах от 900 до 500HV;

в) для превращения остаточного аустенита. Температура отпуска назначается с учетом значений исходной твердости после закалки и твердости, требуемой для валков данного назначения. Она лежит в пределах от 150 до 400° С. Время отпуска устанавливается в зависимости от диаметра валка и составляет от 10 до 100 ч.

После каждого цикла подогрева происходит выравнивание тем­пературы из-за отвода тепла к сердцевине конвекции и излучения в окружающее пространство. Таким образом, тем­пература поверхности после каждого прохода индуктора снова падает.

Наряду с установлением необходимого времени аустенитизации по термокинетическим диаграммам выбирается и оптимальная для данного технического осуществления температура аустенитиза­ции. С увеличением температуры аустенитизации и увеличением вследствие этого гомогенности аустенита последний становится более стабильным. При этом уменьшается критическая скорость охлаждения и на большей глубине образуется полностью мартенситная структура. При превышении определенной степени гомо­генности в случае уже начавшегося укрупнения зерна и увели­чения глубины закалки возможно снижение вязкости. Таким об­разом, должен быть достигнут компромисс между глубиной за­калки и вязкостью. Выбор определенной температуры аустенити­зации должен производиться с учетом режима работы валков. Для слабо нагруженных валков температура аустенитизации мо­жет быть выбрана более высокой, чем для валков, работающих в жестких условиях при высоких напряжениях.