СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
PROCEDURE FOR SURFACE STRENGTHENING OF FORMING ROLLS

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к поверхностному упрочнению прокатных валков.
2
Известен способ упрочнения прокатного валка, включающий механическую обточку валка, нагрев под наплавку со скоростью 50-100°С/ч до температуры 250-300°С, дуговую наплавку при плотности 40-45 А/мм со скоростью наплавки 25-30 м/ч и проведении отпуска при температуре 300-400°С с выдержкой в течении 1,5-2 ч [1].
Существенным недостатком данного способа являются значительная длительность упрочняющей обработки за счет проведения нескольких операций, а также недостаточная стойкость и прочность упрочненного слоя прокатного валка.
Известен также способ термической обработки прокатных валков, включающий индукционный нагрев под закалку, охлаждение и отпуск валка [2].
Существенным недостатком данного способа являются высокая трудоемкость термической обработки валков, а также недостаточная глубина и твердость упрочненного слоя прокатного валка.
Известен также выбранный в качестве прототипа способ поверхностного упрочнения, включающий обработку поверхности сжатой сканирующей дугой прямого действия в аргоне при скорости перемещения 90-180 м/ч, силе тока дуги 200-300 А, с наложением упрочненных полос встык и перекрытием на 1/3-1/2 ширины [3].
Существенным недостатком данного способа является недостаточная глубина и повышенная хрупкость упрочненного слоя.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение качества упрочненного слоя, а также стойкости и работоспособности прокатных валков.
Для этого предлагается способ поверхностного упрочнения прокатных валков, включающий обработку поверхности сжатой сканирующей дугой прямого действия в аргоне, при этом упрочнение поверхности прокатных валков осуществляют пульсирующей дугой при силе тока 300-250 А, напряжении 18-30 В с наложением полос по винтовой линии при скорости перемещения дуги по поверхности 1,0-1,3 м/мин, с зазором между вольфрамовым электродом и упрочняемой поверхностью валка 10-12 мм, причем защиту электрода упрочняемой поверхности валка от окисления осуществляют аргоном при его расходе 600-700 л/час.
Заявляемые параметры подобраны экспериментальным путем исходя из следующих предпосылок, что при силе тока дуги менее 250 А не достаточно прогревается поверхность, в результате этого с поверхности валка образуется структура мартенсита недостаточной глубины, равной менее 300 мкм. При силе тока более 300 А с поверхности валка образуется слой с ярко выраженной текстурой кристаллизации. При напряжении, под которым находится неплавящийся электрод, менее 18 В недостаточно прогревается поверхность для выполнения процесса закалки. При более 30 В происходит оплавление обрабатываемой поверхности. При перемещении дуги по упрочняемой поверхности со скоростью менее 1,0 м/мин не обеспечивается требуемой глубины закаленный слой. При скорости перемещения более 1,3 м/мин возникает недогрев поверхности и в поверхностном слое не формируется закаленная структура. При зазоре между вольфрамовым электродом и обрабатываемой поверхностью менее 10 мм происходит оплавление обрабатываемой поверхности, а при зазоре более 12 мм недостаточно прогревается поверхность для выполнения процесса закалки. При расходе аргона менее 600 л/час происходит разрыв дуги, а при более 700 л/час дуга не возникает. Для обеспечения сплошного закаленного слоя используется перемещение дуги по поверхности по винтовой линии с наложением упрочненных участков.
Способ упрочнения поверхности прокатных валков с помощью электродуговой закалки поверхности валка пульсирующей дугой был реализован на экспериментальной установке (Фиг.1) и заключается в следующем.
Прокатный валок (1) устанавливали в патроне передней бабки (2) вальцетокарного станка (3). Устанавливали и крепили закалочную головку (4) на суппорте (5) вальцетокарного станка (3). Поперечным перемещением суппорта (5) устанавливали зазор между вольфрамовым электродом (6) закалочной головки (4) и обрабатываемой поверхностью калибра (7) прокатного валка (1). Между поверхностью валка (1) и вольфрамовым электродом (6), находящимся под напряжением, посредством искрового высокочастотного разряда возбуждали электрическую дугу обратной полярности. Для защиты вольфрамового электрода (6) и нагретой поверхностью валка (1) от окисления в дуговой промежуток подавали инертный газ аргон. Для рассредоточения тепловой дуги, регулирования формы и площади пятна нагрева на поверхности валка (1) использовали электромагнитное управление дугой. Регулирование термического цикла в поверхностном слое валка (1) осуществляли изменением напряжения и тока дуги, формы и скорости перемещения пятна нагрева по поверхности валка (1). Упрочнение поверхности осуществляли путем перемещения пятна нагрева по поверхности валка (1) с наложением упрочненных участков по винтовой линии.
Способ реализован в промышленных условиях для упрочнения валков чистовой клети рельсобалочного цеха на вальцетокарном станке модели 1К826. Между поверхностью валка и вольфрамовым электродом, находящимся под напряжением, посредством искрового высокочастотного разряда возбуждали электрическую дугу обратной полярности. Для защиты электрода и нагретого металла валка от окисления в дуговой промежуток подавали инертный газ аргон. Для рассредоточения тепловой мощности дуги, регулирования формы и площади пятна нагрева на поверхности валка использовали электромагнитное управление дугой. Регулирование термического цикла в поверхностном слое валка осуществляли изменением напряжения и тока дуги, формы и скорости перемещения пятна нагрева по поверхности валка. Упрочнение поверхности с заданной площадью осуществляли путем перемещения пятна нагрева по поверхности валка с наложением упрочненных участков по прямой или винтовой линии.
Заявляемый способ был использован при упрочнении валков чистовой клети рельсобалочного цеха для прокатки швеллера №22У и №40У.
Необходимый упрочненный слоя получали путем изменения силы тока дуги от 250 до 300 А, напряжения от 18 до 30 В, скорости перемещения дуги от 1 до 1,3 м/мин, а также регулирования зазора между электродом и упрочняющей поверхностью от 10 до 12 мм. При этом расход аргона изменяли от 600 до 700 л/ч.
Заявляемый способ упрочнения обеспечил на прокатных валках получение упрочненного слоя глубиной 460-500 мкм с твердостью 7500-8000 МПа. При этом стойкость валков на швеллере №40У повысилась от 1500 т до 2500 т, на швеллере №22У - от 500 т до 800 т. Снижение расхода валков на 2,5 кг/т.
Технологические параметры упрочняющей обработки приведены в таблице 1. Результаты исследования глубины и твердости упрочненного слоя приведены в таблице 2.
Таблица 1
№ п/п
Сила тока, А
Напряжение, В
Зазор, мм
Расход аргона, л/час
Скорость перемещения, м/мин
1
250
18
10
600
1
2
260
20
11
650
1,2
3
280
25
12
690
1,25
4
300
30
10
700
1,3
прототип
200-300
-
-
-
1,3-1,5
Таблица 2
№ п /п
Глубина упрочненного слоя, мкм
Микротвердость, МПа
1
490
7800
2
460
7500
3
480
8000
4
500
8000
прототип
600-970
9000
Источники информации
1. Патент RU 2339469 С2.
2. Патент RU 2163644.
3. Поверхностное упрочнение чугуна с шаровидным графитом электрической дугой прямого действия. // Изв. вуз. Черная металлургия. 1994. №10. С.48-49.