ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Одним из самых важных рабочих показателей прокатного валка является его износостойкость, которая зависит от микроструктуры металла и макростроения рабочего слоя бочки прокатного валка. Обычно прокатные валки изготавливают из одной марки сплава (стали или чугуна). В валках должны сочетаться высокая износостойкость и достаточные прочность бочки и вязкость сердцевины. Стальные валки наиболее полно соответствуют этим требованиям, но высокая стоимость снижает возможность их широкого применения. Белый чугун позволяет получить сравнимые эксплуатационные характеристики валков (а износостойкость даже выше) при меньшей их стоимости. Чем больше карбидов в структуре чугуна, тем выше износостойкости; однако белый износостойкий чугун плохо обрабатывается резанием, что снижает возможность его применения. По этой причине предпринимались попытки изготавливать биметаллические чугунные валки.

При производстве биметаллических прокатных валков чаще всего применяют белые чугуны для образования рабочей части валка и серые - для внутренней. Существуют несколько способов получения биметаллических валков. Первый заключается в заливке формы чугуном, формирующим отбеленный слой валка, а для образования в сердцевине структуры серого чугуна производится присадка модификаторов (Si,Mnи др.). Второй способ отличается тем, что для формирования сердцевинной части валка производится заливка серого чугуна. Серый чугун начинают заливать после некоторой выдержки, необходимой для образования рабочего слоя валка. Литейная форма, используемая при получении таких валков, состоит из трех частей: средняя часть - кокиль, верхняя и нижняя - облицованный кокиль. Существует способ, при котором рабочий слой валка формируется под действием центробежных сил в машине с горизонтальной осью вращения. После затвердевания слоя требуемой толщины изложница останавливается, поворачивается в вертикальное положение и про­изводится заливка центральной части валка. Однако серый чугун имеет пониженную прочность и вязкость, поэтому упомянутые способы не нашли широкого применения в производстве.

Нами предложен способ изготовления валков, состоящих из стального сердечника и чугунной втулки. При таком конструктивном решении мы получаем износостойкую, твердую бочку валка и вязкую сердцевину. Но при этом способе плохо свариваются сердечник и втулка. Это связано, в первую очередь, с разной температурой плавления сплавов. В качестве примера рассмотрим сердечник из стали 20 и втулку из белого чугуна, содержащего 10% Сг. Разница температур плавления стали 20 и чугуна составляет около 300°С. В зоне контакта наблюдаются следующие физические процессы: смачивание расплавом твердого сердечника, растекание расплава по поверхности сердечника, взаимная диффузия элементов. Этим процессам препятствует окисленный слой на поверхности металла. Его можно удалить как механически, так и при помощи химических реагентов. Однако в условиях атмосферы цеха происходит быстрое окисление поверхности.

Взаимодействие можно представить в виде следующих этапов: снятие температуры перегрева расплава, нагрев сердечника, кристаллизация чугуна, охлаждение системы сердечник-втулка. Теплота, выделяющаяся при снятии перегрева, идет как в окружающую среду, так и на нагрев сердечника. Теплота кристаллизации не может существенно повлиять на процессы диффузии, так как сплавы уже затвердели. Таким образом, можно сделать заключение, что при заданных составах сплавов повлиять на свариваемость сплавов можно, увеличив коэффициенты диффузии элементов, для чего нужно повысить температуру поверхности стального сердечника. Повышение коэффициента диффузии углерода позволит приблизить состав поверхности стального сердечника к составу чугуна, в связи с чем понизится ее температура плавления.

Нами предложен также способ изготовления прокатных валков, заключающийся в установке стального сердечника в форму с последующей заливкой чугунной втулки. Форма представляет собой разъемный кокиль, нижняя часть которого предназначена для установки сердечника, а средняя образует полость для бочки валка, сверху кокиль накрывается стержнем, содержащим литниковую систему. Перед установкой стальной сердечник проходит нагрев токами высокой частоты (1000 Гц) с выдержкой в индукторе 4,5 мин., что обеспечивает повышение температуры поверхности до 1000°С и прогрев сердечника на глубину 10-15 мм. Установка сердечника в форму и его нагрев производятся с помощью манипулятора. Извлечение валка из формы при ~ 600°С позволяет получить более дисперсную структуру чугуна и тем самым повысить износостойкость валка.