ООО ЭЛИСИТ
Лидер России 2015 - Продукция отмечена золотой медалью конкурса качества - Установки индукционного нагрева "TESLINE"

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи


Термообработка поковок валков холодной прокатки

Дата публикации: 13.08.2008

Термообработка

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества. Во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо.


Во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям - точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование, как в черной, так и в цветной металлургии. Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатки.
Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов различной конструкции, с очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности. Огромным значением в холодной прокатке обладают рабочие органы станов - валки.

Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие очень высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько раз превышают величину предела текучести деформируемого металла при комнатной температуре. В связи с этим валки должны обладать соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности холоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки должны иметь определенный микрорельеф поверхности; также недопустимы различные макроповреждения и дефекты.

Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом и другими элементами. Чаще всего применяют валки из сталей 9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. После отливки и ковки валки подвергаются сложной термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с отпуском. Твердость бочки рабочих валков обычно находится в пределах 90-102 HSD (по Шору), твердость шеек 30-55 HSD. Толщина закаленного поверхностного слоя валков должна быть не менее 3% радиуса валков. Для рабочих валков большого диаметра (порядка 500-600 мм) рациональная толщина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм.
В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназначенных для прокатки особо твердых и тонких лент, иногда изготавливают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта).

Методом горячего прессования и спекания удается получать цельные валки диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков достигает 115-125 HSD. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость валков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю упругости, карбидовольфрамовые валки сплющиваются в очаге деформации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь в виду, что карбидовольфрамовые валки имеют большую стоимость и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование при ударной нагрузке и значительных прогибах.

Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и составные (бандажированные). Наиболее распространены цельнокованые опорные валки. Их изготавливают из сталей 9Х, 9Х2, 9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ. Для изготовления осей составных валков используют более простые, менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бандажи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым валкам. Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60-85 HSD. На практике установлено, что работоспособность новых валков, особенно рабочих, прошедших сложную термическую обработку, значительно повышается при вылеживании их в течение 5-6 месяцев; это способствует снятию внутренних напряжений в валках.

Следовательно для тяжелого машиностроения большое значение имеет всестороннее исследование изготовления валков станов холодной прокатки. Несмотря на то, что достигнут прогресс в изготовлении высококачественных поковок, развитие этого вида производства остается одной из самых актуальных проблем тяжелого машиностроения.
Термическая обработка является завершающим этапом в металлургическом цикле производства поковок. Для такой термообработки характерно наличие значительных перепадов температуры по сечению, что наряду с неодновременностью протекания фазовых превращений приводит к возникновению значительных временных и остаточных напряжений.
Одной из главных причин низкого качества, а порой и брак поковок (в частности, образование флокенов) является чрезмерная насыщенность металла водородом ( от 3 до 12 см3 на 100 г.).

Все это приводит к необходимости установления длительных режимов термической обработки, которые не всегда научно обоснованны и различны на различных предприятиях.

Легирование сталей должно обеспечивать достаточную полноту растворения карбидов и легированность мартенсита, а также сохранение мелкого аустенитного зерна, 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, износостойкость стали, но снижает пластичность. Дальнейшее повышение прокаливаемости достигается при увеличении содержания хрома и введения в сталь молибдена (9Х2МФ) или вольфрама (9Х2В).

Большое значение имеет чистота сталей по неметаллическим включениям. Полезным является применение стали повышенной чистоты вакуумных способов выплавки. Это особенно важно при производстве валков для прокатки фольги.

Водород - наиболее опасная и вредная примесь в стали. Количество водорода в стали зависит от способов выплавки, вида применяемого топлива, шлакового режима, продолжительности плавки, кипения, раскисления и других факторов. Он может быть внесен шихтовыми, легирующими, шлакообразующими материалами, рудой и раскислителями. При повышении содержания водорода происходит снижение пластичности и вязкости стали. Степень снижения этих характеристик зависит от содержания водорода и его состояния, а также от химического состава и структуры стали.

Рабочие и опорные валки прокатных станов упрочняют путем поверхностной закалки обычно с применением индукционного нагрева и низкотемпературного отпуска. При этом сердцевина валков должна иметь достаточную вязкость для предотвращения разрушения при нарушениях работы прокатных станов и возникновения перенапряжений. Поверхностная твердость рабочих валков существенно выше, чем опорных.

Состав стали и режимы термической обработки сталей для валков должны обеспечивать после закалки и отпуска оптимальную структуру гомогенного мартенсита с высокодисперсными карбидами. Вследствие малого времени аустенизации при индукционном нагреве структура валков холодной прокатки должна быть предварительно подготовлена, для чего проводят предварительное улучшение.
Обычный интервал температур аустенизации сталей для валков составляет 850-950 °С. Температура отпуска закаленной стали определяется необходимым уровнем поверхностной твердости и может меняться от 150 до 400 °С.
Термическая обработка при индукционном нагреве имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой при обычном нагреве. При ее использовании улучшается качество изделий и значительно повышается производительность. Благодаря резкому сокращению времени нагрева продолжительность операций термической обработки в ряде случаев не только не превышает технологического времени, необходимого для выполнения смежных операций механической обработки, но даже оказывается меньшеего. Индукционный нагрев используется при нагреве под ковку, нормализацию и закалку стальных и чугунных изделий, при патентировании, а иногда и при цементации.

Существует множество факторов, влияющих на кинетику индукционного нагрева.
Индукционный нагрев можно рассматривать как особый вид нестационарного процесса теплопроводности с внутренними положительными и отрицательными источниками энергии. При этом положительным источником является индуктируемый в теле изделия электрический ток, трансформирующийся в тепловую энергию, а отрицательными - тепловые эффекты эндотермических реакций фазовых и магнитных превращений. Анализ процесса индукционного нагрева показывает, что, хотя единственная причина нагрева - выделение электрической энергии во всем объеме проводника, непосредственное ее влияние на распределение температур по сечению ограничивается только весьма тонким поверхностным слоем.

При ускоренном нагреве основные превращения исходных фаз в аустенит смещаются в область более высоких температур, а весь процесс происходит в более широком температурном интервале. Благодаря этому значительно увеличивается число одновременно возникающих зародышей; зерна аустенита отличаются большей измельченностью.

Другой особенностью аустенита, образующегося при индукционном нагреве с большой скоростью, является усложнение внутризеренного строения. Скорость нагрева существенно влияет на элементы тонкой структуры - на величину блоков мозаики и напряжения второго рода. При большой скорости нагрева можно добиться измельчения блоков мозаики более чем в три раза и соответственно почти вдвое увеличить твердость сплава.

Третья характерная особенность аустенита, получаемого при быстром индукционном нагреве, - весьма большая его неоднородность.
Как измельчение зерен и усложнение внутризеренного строения аустенита, так и его большая неоднородность после быстрого нагрева - все это положительные факторы, способствующие повышению прочности и пластичности в результате индукционной термической обработки в сравнении с обычной.

Процесс индукционной закалки с самоотпуском состоит из четырех периодов: нагрев, охлаждение (закалка), самоотпуск и охлаждение.
Поскольку аустенит, получаемый при быстром индукционном нагреве, обладает очень большой неоднородностью, его распад при охлаждении происходит в более широком температурном интервале. Микрообъемы с повышенным содержанием углерода превращаются в мартенсит при температуре, более низкой, чем мартенситная точка, соответствующая среднему содержанию углерода в данной стали. Микрообъемы, имеющие пониженную против средней концентрации углерода, наоборот, претерпевают мартенситное превращение при более высокой температуре, при которой возможен частичный отпуск. Таким образом, по достижении температуры охлаждающей среды закаленный объем оказывается не сплошь заполненным мартенситными кристаллами, что, по-видимому, определяет несколько повышенную ударную вязкость. Так как процессы отпуска частично проходят уже в процессе охлаждения при индукционной закалке, то для окончательного отпуска нет необходимости применять те же режимы, что и после обычной закалки, а можно снизить температуру отпуска и сократить его продолжительность. При этом свойства оказываются даже более высокими, чем после обычных закалки и отпуска.

Термическая обработка поковок валков холодной прокатки довольно длительная операция. Электротермическую обработку можно проводить по четырем режимам. Первый состоит из улучшения и закалке токами промышленной частоты; второй из отжига и электрозакалки; третий из улучшения, подогрева до температуры ниже Ас1 (500-600 °С) и электрозакалки; четвертый из отжига, двойной электрозакалки (электрозакалка, высокий отпуск при 600 °С, электрозакалка).
Температура закалки при электрическом нагреве повышают до 890-940 °С; температура отпуска в масляной ванне 150 °; выдержка берется из расчета 1,5 часа на 10 мм диаметра. Предварительный подогрев до 500-600 градусов в процессе закалки увеличивает глубину слоя и снижает требующуюся мощность.

После закалки поверхность валков приобретает твердость 98-102 единиц по Шору, что на 5-10 единиц больше, чем после обычной закалки; колебания твердости на бочке не превышают 2-3 единиц. Глубина активного слоя лежит в пределах 10-15 мм; при печном нагреве под закалку она составляет всего 7 мм.

Если исследовать прокаливаемость валков холодной прокатки после различных режимов термической обработки, то видно, что наиболее благоприятные результаты получены на валках, подвергавшихся электрозакалке в отожженном состоянии.


Источник: austenit.best-host.ru

 

Назад

Поиск

RSS ЭЛИСИТ 

Последние новости

23.05.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Лучшая компания России
Компания "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ" награждена почетной медалью «Национальный знак качества. Выбор России» в рейтинге "ЛУЧШАЯ КОМПАНИЯ РОССИИ — 2016" ...
Подробнее...

09.01.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Модернизированная китайская установка
Инженерами ТЕСЛАЙН выполнен ремонт и модернизация установки индукционного нагрева мощностью 60кВт в двухблочном исполнении производства КНР (Китай)
Подробнее...

20.07.2016
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Услуга закалки ТВЧ
Услуги закалки ТВЧ деталей в новом цехе на производственной площадке ООО "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ", г.Томск. Выполнение срочных заказов.
Подробнее...

Фотостена

Индукционный нагрев, установки ТВЧ индукционного нагрева, печи ТВЧ, индукционный нагреватель

Индукционная пайка ТВЧ установка

ТВЧ закалка трубы индуктор