Химический состав рабочего слоя валков

Марка валка	Химический состав, %
C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
ЛПХНд - 62	2,7-2,85	0,35-0,45	0,6-0,8	0,6-0,75	2,8-3,2	до 0,1	0,4-0,5
ЛПХНд - 70	2,7-2,85	0,4-0,5	0,6-0,8	0,7-0,8	3,8-4,1	до 0,1	0,4-0,5

 

Валки ЛПХНд-70 имеют высокую твердость, чистый отбел и поэтому их применяют в основном в группе чистовых клетей непрерывных и полунепрерывных тонколистовых станов горячей прокатки и для дрессировки жести. Структура их рабочего слоякарбидо-бейнито-мартенситная. Структура рабочего слоя валков ЛПХНд-62 мелкозернистая: карбиды, бейнит. Их применяют в предчистовых и черновых клетях полунепрерывных тонколистовых станов, а также в чистовых клетях тонколистовых станов.

Хром в рабочем слое двухслойных валков способствует образованию твердых карбидов и нейтрализует графитизирующее влияние никеля. Никель при содержании более 2,5—3,0 % обеспечивает образование тонкодифференцированного перлита и верхнего бейнита, а при достаточно высокой скорости охлаждения — даже нижнего бейнита. При содержании никеля более 3,5 % в рабочем слое валков ЛПХНд наблюдается нижний бейнит и мартенсит.

Механические свойства чугуна серой зоны валка: временное сопротивление при разрыве 200-250 МПа, при изгибе 350-450 МПа, ударная вязкость 0,025-0,04 МДж/м².

Рабочий слой двухслойных валков ЛПХНМд-64 и ЛПХНМд-72 имеет химический состав такой же, как и у валков соответственно ЛПХНд-62 и ЛПХНд-72, но наличие в нем 0,3 - 0,6 % Мо заметно повышает их термоустойчивость и твердость.

При получении валков с особо твердым износостойким рабочим слоем применяют валки ЛПХНМд-76. Повышенное содержание в них углерода (3,0-3,4 %), хрома (1,5-1,7-%) и никеля (4,3-5,0%) обеспечивает карбидо-мартенситную структуру отбеленного слоя, твердость которого составляет HSD 76—85. Несмотря на высокую твердость в рабочем слое этих валков наблюдается выделение сферолитов графита, вследствие чего отбел имеет матовый оттенок, но это не сказывается на чистоте поверхности прокатываемого материала. Остаточное содержание никеля в сердцеви­не этих валков способствует образованию прочной тонкой перлитной матрицы. На повышение прочности сердцевины валка и шеек благоприят­но влияет и пониженное содержание фосфора (не более 0,10 %). Для обеспечения прочности валков требуется большое количества промывочного металла, что резко повышает стоимость валка. Производство таких валков более целесообразно способом центробежного литья.

Валки ЛПХНМд-72 обладают высокой твердостью и подходят для применения в отделочных клетях. Механическую прочность сердцевины этих валков характеризуют показатели: сопротивление разрыву 200 - 275 МПа, изгибу 430 - 510 МПа, ударная вязкость 0,026 - 0,042 МДж/м².

Общим недостатком листопрокатных двухслойных хромоникелевых валков является их пониженная теплопроводность и связанная с этим склонность к мелкому выкрашиванию рабочей поверхности в процессе прокатки. Поэтому их необходимо охлаждать для обеспечения равной температуры по длине бочки, но не выше 70 - 90°С. При более высоких температурах твердость валков может понижаться вследствие распада мартенсита, а слишком интенсивное охлаждение способствует усилению выкрашивания рабочего слоя.

Сравнительно высокая стоимость этих валков обычно оправдывается их высокой стойкостью при применении в клетях тонколистовых непрерывных станов и в дрессировочных клетях.

Отбеленные валки из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ), ЛШ, ЛШН, ЛШНМ. Валки указанных типов значительно прочнее отбеленных валков типа ЛП. В них глубину отбеленного слоя можно доводить во 30-92 мм не опасаясь поломок. Это объясняется повышенной прочностью чугуна с шаровидной формой графита, которая в меньшей степени ослабляет металлическую матрицу валка по сравнению с пластинчатой формой. Валки отличаются короткой переходной зоной и высокопрочной сердцевиной и шейками. Их можно отливать без переходной зоны, но практика показа­ла, что при работе таких валков может происходить отслаивание рабочего слоя. Поэтому листопрокатные отбеленные валки из ЧШГ изготовляются с переходной зоной не менее 5—10 мм.

Валки из ЧШГ типа ЛШ (табл. 7.2) можно изготовливать с неявно выраженным слоем. Это достигается увеличением содержания углерода с одновре­менным повышением содержания кремния. В отбеленном слое таких вал­ков наряду с цементитом и перлитом содержится графит. Твердость валков составляет HSD 50-60. Кроме того, из ЧШГ изготовливают листопро­катные валки типов ЛШН, ЛШНМ.

Характерным для всех валков из ЧШГ является низкое содержание серы (не более 0,02 %), что обусловлено необходимостью получения шаровидной формы графита.

Валки ЛШ-58 и ЛШ-56 имеют регламентированный показатель глубины отбела и изготов­ливаются двухслойными, а остальные относятся к валкам с неявно выра­женным отбелом и характеризуются только твердостью.

Таблица 7.2

Характеристика валков ЛШ

Валки	HSD	Глубина отбеленног рабочего слоя, мм	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	P (не более)
ЛШ-58	58-65	12-32	3,1-3,3	0,8-1,0	0,4-0,7	0,35
ЛШ-56	56-63	12-30	3,1-3,3	0,8-1,0	0,4-0,7	0,25
ЛШ-50	50-57	-	3,1-3,3	1,2-1,3	0,4-0,7	0,30
ЛШ-48	48-56	-	3,1-3,4	1,3-1,6	0,5-0,6	0,30
ЛШ-41	41-48	-	3,1-3,4	1,6-1,8	0,5-0,6	0,30

Для повышения прочности валков их легируют никелем (табл. 7.3).

Наличие никеля и сравнительно низкое содержание фосфора (не более 0,2 %) повышают прочность этих валков по сравнению с валками ЛШ. Для валков ЛШ временное сопротивление составляет 250 - 280 МПа, для вал­ков ЛШН - 300-330 МПа при разрыве и 550 - 690 МПа при изгибе.

 

Таблица 7.3

Характеристика валков ЛШН легированных никелем

Валки	HSD	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	P (не более)	Ni
ЛШН-50	50-58	3,2-3,5	1,5-1,7	0,5-0,6	0,5	1,2-2,0
ЛШН-44	44-50	3,2-3,5	1,6-1,8	0,5-0,6	0,2	1,2-2,0

 

Валки ЛШНМ, легированные 0,3 - 0,5 % Мо, отличаются повышенной термостойкостью — рабочий слой их хорошо противостоит разгарам.

Их изготовляют в двух исполнениях: ЛШНМ-52 с твердостью рабочего слоя HSD 52 - 59 и ЛШНМ-48 с твердостью рабочего слоя HSD 48 - 55. Содержание никеля в них 1,2 - 2,0 %. Различие в твердости обусловлено в основном содержанием кремния в рабочем слое валка. С целью повыше­ния прочности сердцевины содержание фосфора в этих валках должно быть ограничено 0,2 %.

Чугунные валки СП, СПН. Валки СП имеют две градации по глубине отбеленного слоя и по твердости, которые регулируются содержанием кремния и углерода (табл. 7.4).

Более твердые валки предназначаются для мелкосортных, проволоч­ных, трубопрокатных и трубоэлектросварочных станов. Отношение пере­ходной зоны в этих валках к глубине отбела составляет не более 1,5:1.

 

Таблица 7.4

Характеристики валков СП и СПН

Валки	HSD	Глубина отбеленного рабочего слоя, мм	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	P	S	Ni
СП-62	62-72	15-30	3,4-3,7	0,5-0,7	0,3-0,4	0,4-0,5	0,16	-
СП-60	60-66	20-50	3,0-3,5	0,4-0,6	0,3-0,4	0,4-0,5	0,16	-
СПН-58	58-65	-	3,6-3,8	0,4-0,5	0,3-0,4	до 0,35	0,16	1,0-2,0

Для таких же станов, предназначенных для прокатки мелкого сорта, сутунки, труб, для правки труб, изготовливают валки с твердостью отбелен­ного слоя HSD 60-66. Переходная зона в них более растянута. Они могут быть и с литыми отбеленными ручьями.

Увеличение глубины отбела ведет к резкому увеличению переходной зоны, которая при небольших диаметрах бочки может доходить до шеек валка. Это значительно снижает их прочность и может служить причиной поломок. Поэтому в тех случаях, когда необходима твердость на большую глубину, применяют чугунные легированные валки.

Для прокатки более крупных профилей металла можно применять вал­ки с литыми ручьями. Однако при этом надо иметь в виду, что выступаю­щие части профиля валка имеют более толстый отбеленный слой, чем глубинные. Это обусловлено тем, что при отливке выступающих частей профиля валка более интенсивно отводится тепло, охватывающими их холодильниками.

Чугунные легированные валки СПХН и СПХНМ. Легированные сортопрокатные валки с карбидо-графито-перпитной структурой и пластиичатым графитом широко применяются во всех сортопрокатных станах. Главные преимущества этих валков - достаточно глубокий рабочий слой, обеспечивающий небольшое падение твердости на глубину вреза ручья с учетом необходимых переточек по мере его срабатывания.

На практике применяют шесть разновидностей валков типа СПХН (табл. 7.5), различающихся по твердости и назначению.

Валки СПХН-65 и СПХН-60 предназначены для чистовых и предчистовых клетей, проволочных, мелкосортных и трубопрокатных станов, а СПХН -51 и СПХН-43 - в основном для черновых клетей этих же станов, но часто используются и в среднесортных станах.

 

Таблица 7.5

Характеристики валков СПХН

Валки	HSD	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	Cr	Ni
СПХН-65	65-74	3,5-3,8	0,3-0,5	0,2-0,4	0,3-0,5	1,8-2,2
СПХН-60	60-70	3,4-3,8	0,5-0,7	0,4-0,6	0,8-0,9	1,8-2,2
СПХН-51	51-62	3,5-3,7	0,6-0,8	0,5-0,8	0,6-0,9	0,7-1,4
СПХН-43	43-50	3,5-3,8	1,1-1,5	0,5-0,8	0,4-1,0	0,7-1,4
СПХН-49	49-59	2,8-3,1	0,6-0,7	0,5-0,8	0,8-0,9	1,0-1,2
СПХН-45	45-55	2,8-3,1	0,7-0,8	0,5-0,8	0,7-0,8	0,8-0,9

 

В особо тяжелых условиях применяют валки СПХНМ, легированные молибденом. Повышение износостойкости и прочности этих валков дости­гается легированием 0,3 - 0,6 % Мо и снижением содержания фосфора до 0,15 %. Мелкосортные хромоникелевые валки, легированные молибде­ном, изготовляются двух видов - СПХМ-66 твердостью HSD 66 - 76 и СПХНМ-68 твердостью HSD 58 - 66.

Для чистовых клетей среднесортных и крупносортных станов приме­няют валки СПХН-49, для предчистовых - СПХН-45. Валки отливают в кокиль с теплоизоляционным покрытием. Получаемая при этом крупнозернистая структура обеспечивает лучший захват проката. В осо­бо тяжелых условиях прокатки применяют валки СПХНМ-46 и СПХНМ-40, легированные 0,3 - 0,5 % Мо. В черновых клетях применяют такие же вал­ки, но твердостью HSD 37 - 45, получаемой путем увеличения содержания кремния до 1,0 -1,5 %.

В настоящее время внедряются валки СПХНД, дополнительно легиро­ванные медью (0,8 - 1,0 %), для крупносортных рельсобалочных и крупных трубопрокатных непрерывных заготовочных станов. Медь в этих валках, используемая в качестве заменителя никеля, несколько повышает вязкость металла. Твердость валков составляет HSD 49-60 в зависимости от назначения.

Валки из ЧШГ типов СШН, СШХН и СШХНМ. Прочные и износостойкие сортопрокатные валки из ЧШГ (табл. 7.6), легированные хромом и никелем, получили широкое распространение.

 

Таблица 7.6

Характеристики валков СШХН

Валки	HSD	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	Cr	Ni
СШХН-50	50-60	3,5-3,8	1,6-1,8	0,5-0,6	0,2-0,5	0,8-1,4
СШХН-47	47-55	3,1-3,4	1,2-1,4	0,5-0,7	0,2-0,4	1,0-1,6
СШХН-42	42-49	3,5-3,8	1,8-2,0	0,5-0,7	0,2-0,4	0,8-1,4
СШХН-41	41-46	3,1-3,4	1,2-1,4	0,5-0,6	до 0,4	1,0-1,6

 

Однако большие напряжения, свойственные отливкам из ЧШГ, возрастающие с увеличением диаметра валков и количества карбидной составляющей в структуре, не позволяют увеличивать твердость рабочего слоя валков СШХН для среднесортных и крупносортных станов выше HSD 50-52, а для проволочных мелкосорт­ных и трубопрокатных станов выше HSD 58-60. Поэтому их используют главным образом в обжимных, черновых и предчистовых станах, требую­щих от валков высокой прочности.

Валки СШХН-50 предназначены для прокатки мелких профилей, в том числе круглого и квадратного сечений, в предчистовых клетях мелкосорт­ных станов с диаметром валка от 250 до 650 мм. По сравнению с валками СПХН они имеют более высокую стойкость и прочность при такой же твердости. В чистовых клетях этих станов, где необходима высокая твердость рабочего слоя валков, их применение неоправданно.

Валки СШХН-42 обладают повышенной прочностью и их применяют в черновых клетях мелкосортных станов.

Для особо тяжелых условий работы в обжимных и черновых клетях мелкосортных станов применяют валки СШХНМ-46, дополнительно леги­рованные молибденом, или более дешевые валки, легированные только никелем (СШН-45). Никель измельчает структуру матрицы, обеспечивая высокую прочность.

Для обжимных и черновых клетей среднесортных и трубозаготовочных станов применяют валки СШХН-47, а при больших обжатиях и глубоких врезах ручьев - валки СШХН-41.

На обжимных и черновых клетях крупносортных и рельсобалочных станов применяют валки СШХН-41, а для очень тяжелых условий работы - валки СШН-35, отличающиеся несколько повышенным содержанием углерода (3,0 - 3,6 %) и никеля (1,8 - 2,5 %), пониженным содержанием фосфора (до 0,15 %) и содержанием хрома не более 0,1 %.

Прочностные свойства чугуна валков СШХН: сопротивление изгибу 540-600 МПа, ударная вязкость 0,029-0,044 МДж/м².