Наплавка ленточным электродом валков прокатных станов

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2006 р. Вип. № 16

УДК 621.791.927

Матвиенко В.Н.*

НАПЛАВКА ЛЕНТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ ВАЛКОВ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Приведены результаты исследований по разработке и внедрению экономно-

легированных наплавочных материалов, обеспечивающих повышение долговечности

валков прокатных станов.

Интенсификация прокатного производства ведет к ускорению износа основного рабочего инструмента - валков прокатных станов. Особенностью прокатных валков является высокая металлоемкость, трудоемкость и энергоемкость при их изготовлении, а также значительное превышение ресурса прочности над ресурсом износостойкости. Замена вышедших из строя новыми, требует значительных затрат и приводит к повышению себестоимости выпускаемой продукции.

Непрерывно растущий спрос на прокатные валки, все более повышающиеся требования к их качеству и работоспособности, равно как и стремление к снижению их стоимости, всё это определяет необходимость совершенствования технологии изготовления и восстановления прокатных валков. В связи с этим придается большое значение увеличению объема наплавки, оснащению прокатных цехов наплавочными участками, разработке и совершенствованию эффективных технологических процессов наплавки и наплавочных материалов, обеспечивающих повышение характеристик и долговечности валков прокатных станов [1-5].

Применение технологии дуговой наплавки износостойкого слоя металла обеспечивает не только продление их срока службы, но и улучшение эксплуатационных свойств и качества рабочей поверхности. Это подтверждено многолетней научной и производственной деятельностью отраслевой научно-исследовательской лаборатории (ОНИЛ) наплавки кафедры "Оборудование и технология сварочного производства" (ОиТСП) Приазовского государственного технического университета (ПГТУ) [1].

На ОАО «ММК им. Ильича» широко используется электродуговая наплавка деталей металлургического и прокатного оборудования. С этой целью на основе разработок ОНИЛ при творческом сотрудничестве с комбинатом созданы и освоены специализированные наплавочные участки в ЛПЦ-4500, ЛПЦ-3000, цехе «Слябинг-1150» и ЛПЦ-1700. Поэтому потребность в наплавочных материалах велика. Для решения проблемы обеспечения наплавочных участков экономнолегированным материалом на комбинате было решено освоить технологию производства тонкой холоднокатаной легированной ленты и керамического флюса.

Дуговая наплавка под флюсом ленточным электродом износостойкого слоя металла -эффективный технологический процесс восстановления и упрочнения изнашивающихся деталей металлургического, прокатного и энергетического оборудования, обладающий большими возможностями улучшения эксплуатационных свойств и качества рабочей поверхности.

Использование в качестве наплавочного материала холоднокатаной ленты обеспечивает высокую производительность процесса, малую глубину проплавления основного металла, надежность провара наплавляемого валика, устойчивость процесса при меньшей, чем при наплавке проволоками, плотности тока. Наряду с высокой производительностью формируется однородный по составу и свойствам наплавленный металл. Применение технологии наплавки ленточным электродом обеспечивает получение наплавленного слоя заданных размеров и свойств, высокого качества и с минимальным припуском на последующую механическую обработку [6-10].

* ПГТУ, канд. техн. наук, доцент

Целью настоящей работы является разработка и внедрение экономнолегированных наплавочных материалов, обеспечивающих повышение долговечности валков прокатных станов и других деталей прокатного оборудования.

На основании результатов исследований свойств наплавочных среднехромистых сталей, проведенных в ОНИЛ с целью определения оптимального состава, а также обеспечения наилучшего сочетания прочностных и пластических свойств материала для использования в виде наплавочной ленты, рекомендованы экономнолегированные составы стали. Они позволяют удовлетворить жесткие требования по производству тонкой холоднокатаной ленты и обеспечить получение наплавленного металла с высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками.

При разработке технологии изготовления и использования легированной холоднокатаной ленты приходится сталкиваться с взаимоисключающими требованиями. Для обеспечения необходимых свойств (высокой прочности и твердости) используемая для производства ленты сталь должна быть технологичной (пластичной и низкой твердости) на всех переделах металлургического и прокатного циклов. Вместе с этим разработанные составы наплавочной ленты не соответствовали маркам сталей, освоенным комбинатом при производстве тонкого листа.

После детального анализа технических возможностей цехов комбината по производству проката требуемого химического состава и свойств совместно с сотрудниками комбината разработана технология изготовления холоднокатаной легированной ленты, предусматривающая выплавку стали заданного химического состава в фасонно-сталелитейном цехе; прокатку слитков в слябы - в обжимном цехе слябинг-1150; прокатку слябов на полосу толщиной 3 мм -на непрерывном широкополосном стане (НТТТС) 1700 горячей прокатки (ГП). Холодную прокатку полос проводили до конечной толщины - Г0'2 мм, а затем осуществляли порезку на ленты шириной 30 мм.

В результате выполненных работ освоена технология производства в условиях комбината им. Ильича холоднокатаной легированной ленты марок 18ХЗГМФА, 20Х4ГМФБ и 25ХЗВМБ сечением 30x1,0"' мм. При выборе оптимальных размеров ленты руководствовались необходимостью обеспечения высокого качества наплавленного слоя, зоны сплавления и, в первую очередь, надежного, бездефектного проплавления, основного металла, а при наложении последующих слоев - предыдущего слоя. Проведенные исследования показали, что при толщине ленты 0,8-^1,0 мм и ширине ее 30-^40 мм обеспечивается надежное проплавление основного металла при устойчивом процессе наплавки. Использование такой ленты позволяет получать при наплавке под плавлеными и керамическими флюсами износостойкий слой металла, удовлетворяющий требованиям служебных характеристик рабочего слоя бочки и шеек прокатных валков и роликов рольгангов станов слябинг-1150, НТТТС-1700 ГП и TJ1C-3000.

Производство в условиях ОАО "ММК им. Ильича" тонкой холоднокатаной легированной ленты позволяет решить задачу обеспечения необходимым и относительно дешевым наплавочным материалом высокопроизводительных процессов восстановления и упрочнения изнашивающихся деталей прокатного и металлургического оборудования.

С целью выяснения возможностей применения легированной ленты для износостойкой наплавки прокатных валков и роликов рольганга провели испытания металла, наплавленного лентой из стали марки 18ХЗГМФА под флюсом АН-60. Образцы металла подвергли испытаниям на термостойкость, износостойкость при повышенных температурах, сопротивляемость образованию кристаллических трещин при наплавке. Определили также его твердость при нормальных и повышенных температурах, механические свойства, в том числе после отпуска; выполнили металлографические исследования. Для изготовления образцов производили пятислойные наплавки на пластины толщиной 40 мм из стали 50, которые перед наплавкой подогревали до температуры 300-^350 °С.

Для сравнения проведены исследования металла, полученного наплавкой проволоками Св-08А и Св-10ГА под флюсом ЖСН-5. Результаты этих сравнительных испытаний представлены в таблице.

Лабораторные исследования показали, что процесс наплавки лентой из стали 18ХЗГМФА под плавленым флюсом АН-60 характеризуется высокими сварочно-технологическими свойствами: стабильным горением сварочной дуги, хорошим формированием наплавленного

металла, отсутствием пор и подрезов, хорошей отделимостью шлаковой корки. Как видно из приведенных в таблице данных, металл, наплавленный лентой 18ХЗГМФА под флюсом АН-60, обладает достаточно высокими показателями служебных характеристик (прежде всего повышенной пластичностью и трещиностойкостью), что достаточно важно для металла, эксплуатирующегося в условиях циклических изменений нагрузок и температур.

Таблица - Результаты испытаний металла, наплавленного проволоками Св-08А и Св-ЮГА под флюсом ЖСН-5 и лентой 18ХЗГМФА под флюсом АН-60

Вид испытаний наплавленного металла Наплавочный мате жал

Св-08А флюс ЖСН-5 Св-ЮГА флюс ЖСН-5 18ХЗГМФА флюс АН-60

Тип наплавленного металла

18Х6МФС 22Х6МФА 18ХЗГМФ

Износ наплавленного металла, мг 26,5-^30,1 22,3^-26,0 36,7-^40,3

Термостойкость - количество циклов теплосмен "нагрев-охлаждение" до появления видимой трещины 1230-^1320 890^1020 1510-^1590

Твердость металла, НЕ1С: при 20 "С при 500^550 "С 38^39 27^30 41-42 26^29 32^36 26^30

Показатель технологической прочности металла, мм/мин 11,9-^12,3 9,5-10,1 13,2^-13,8

Результаты выполненных исследований показали техническую возможность и перспективность использования холоднокатаных легированных лент, изготовленных в условиях комбината, для упрочняющей наплавки прокатных валков и роликов рольганга. Наплавлена опытно-промышленная партия валков прокатных станов слябинг-1150 (горизонтальные и вертикальные валки); НШС-1700 ГП (опорные и рабочие валки черновой клети, бочки опорного валка ПЖТ чистовых клетей; посадочные места бандажей опорных валков и трефов рабочих валков черновых клетей; шейки рабочих и опорных валков; моталок) и ролики рольганга ТЛС-3000. Процесс наплавки легированной лентой характеризуется высокой устойчивостью и стабильностью. При этом наблюдаются хорошие отделимость шлаковой корки и качество формирования наплавленной поверхности (рис. 1).

Освоенная на наплавочных участках цеха слябинг-1150, ЛИЦ-1700, РМЦ-1 технология наплавки под плавленым и керамическим флюсами ленточным электродом из углеродистых и легированных марок стали валков прокатных станов и различных роликов позволила решить острую проблему снабжения участков наплавочным материалом. При этом обеспечиваются

высокие свойства наплавленной рабочей поверхности бочки прокатного валка и различных роликов, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к рабочему слою при эксплуатации.

Рис. 1 - Наплавка под флюсом ленточным электродом валка прокатного стана в условиях наплавочного участка ЛПЦ-1700

Экономическая целесообразность использования холоднокатаной легированной ленты, изготовленной в условиях комбината, наряду с повышением производительности процесса наплавки, позволяет рекомендовать ее широкое использование для восстановления и упрочнения прокатных валков и роликов рольгангов. Полные удельные затраты на 1 тонн}' наплавленных прокатных валков составляют чуть более 1,2 тыс. грн./т. Затраты на восстановление изношенного валка составляют в среднем 15 % от стоимости нового (рис. 2). И если учесть, что валок может быть подвергнут восстановлению 5-^6 раз - наплавка ленточным электродом обеспечивает получение существенной экономии. Для горизонтального валка стана слябинг-1150 затраты на восстановление составляют 33,6 тыс. грн., а стоимость нового валка -220 тыс. грн. Износостойкость же наплавленных валков составляет для горизонтальных -31 тыс. тонн проката на 1 мм износа; для вертикальных - 52,8 тыс. тонн (при минимальной сетке разгара трещин), что более чем в 2,5 раза превышает показатель новых валков (рис. 3).

наплавленный  новый

Рис. 2 - Затраты на приобретение нового валка и на восстановление изношенного

Рис. 3 - Износостойкость наплавленных и новых валков прокатного стана слябинг-1150

Эксплуатация наплавленных валков стана слябинг-1150 показала, что рабочий слой отвечает всем требованиям технологии прокатки слябов: отсутствуют пробуксовки и проскальзывания металла, улучшился захват слябов. Эксплуатация наплавленных валков НШС-1700, а также роликов рольганга ТЛС-3000 подтвердила высокие свойства рабочего слоя, полученного наплавкой легированной лентой. Результаты промышленного освоения разработанной технологии показали существенные преимущества по сравнению с базовым

вариантом. Подтверждением этого является рост износостойкости наплавленных валков (рис. 4). Благодаря относительно гладкой наплавленной поверхности (без углублений между смежными валиками) значительно снижен объем последующей механической обработки.

.0 I-

Q

§ 5

II

8?

0 н

1

с-7

70 60 50 40 30 20 10 0

вертикальным

2003 г.

горизонтальным

0 2004 г.

Рис. 4 - Износостойкость наплавленных валков стана сля-бинг-1150 за 2003 и 2004 годы

40-30 20 10 о

вертикальный горизонтальный

В настоящее время на комбинате ведутся дальнейшие совместные разработки, направленные на получение наплавочных лент различной степени легирования и на производство керамического флюса. Это позволит решить задачу обеспечения необходимым и относительно дешевым наплавочным материалом высокопроизводительных процессов восстановления и упрочнения изнашивающихся деталей прокатного и металлургического оборудования.

Выводы

1. Результаты проведенных испытаний металла, наплавленного ленточным электродом разработанного состава, показали, что он обладает достаточно высокими эксплуатационными характеристиками, а также подтвердили техническую возможность и перспективность использования ленты данного состава для упрочнения прокатных валков и роликов рольганга.

2. Износостойкость валков прокатного стана слябинг-1150, наплавленных ленточным электродом разработанного состава, более чем в 2,5 раза превышает показатель новых валков. При этом затраты на восстановление изношенного валка составляют в среднем 15 % от стоимости нового.

3. Результаты внедрения технологии наплавки холоднокатаной легированной лентой, экономическая целесообразность ее изготовления и использования, а также повышенная производительность процесса наплавки позволяют рекомендовать данный материал для широкого освоения на предприятиях металлургической отрасли для восстановления и упрочнения деталей прокатного и металлургического оборудования.

Перечень ссылок

1. Матвиенко В.Н. 30 лет отраслевой научно-исследовательской лаборатории наплавки / В.Н.Матвиенко, С.В.Гулаков II Автоматическая сварка. - № 8. - 2001. - С. 10-11.

2. Восстановление наплавкой деталей металлургического оборудования в условиях ОАО «ММК им. Ильича» / В.Н.Матвиенко, С.В.Гулаков, В.А.Роянов, К.К.Степнов и др. // Металл и литье Украины. - № 7-8. - 2005. - С.66-69.

3. Повышение долговечности стальных валков прокатных станов ОАО «ММК им. Ильича» / В.Н.Матвиенко, ККСтепнов, С.В.Гулаков и др. // Металлургические процессы и оборудование. - № 2. - 2005. - С.39-42.

4. Матвиенко В.Н. Повышение работоспособности быстроизнашивающихся деталей оборудования наплавкой / В.Н.Матвиенко, С.В.Гулаков II Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб.науч. тр. - Мариуполь, 2000. - Вып. № 10. - С.204-207.

5. Новые наплавочные участки для восстановления крупных и уникальных прокатных валков / Л.КЛещинский, В.Н.Матвиенко, В.И.ГЦетинина, ККСтепнов и др. // Автоматическая сварка. -№ 8. - 1996. - С.58-59.

6. Кравцов Т.Г. Электродуговая наплавка электродной лентой / Т.Г.Кравцов - М.: Машиностроение, 1978. - 168 с.

7. Матвиенко В.Н. Дуговая наплавка электродной лентой / В.Н.Матвиенко, С.В.Гулаков, Б.И.Носовский II Сварочное производство. - 1984. - № 11. - С. 13-14.

8. Newell W.F. Hardfacing and Surfacing Using the SAW/ESW Strip Cladding Process / W.F.Newell, RA.Swain II Welding Journal. - 1996. - № 2. - P.55-57.

9. Белоусов Ю.В. Особенности формирования металла при дуговой наплавке электродной лентой I Ю.В.Белоусов, К.В.Багрянский, Л.КЛещинский II Сварочное производство. - 1974. -№ 12. - С.32-34.

10. Лещинский Л.К. Форма сварочной ванны при наплавке составными ленточными электродами / Л.КЛещинский, В.Н.Матвиенко, С.В.Гулаков. II Автоматическая сварка. - 1991. -№ 11. -С.58-60.

Статья поступила 25.01.2006