Требования, предъявляемые к стали для производства валков горячей прокатки.

Известно, что условия работы прокатных валков, даже аналогичного назначения и конструкции, могут значительно различаться. Общим условием работы валков горячей прокатки является следующее. Деформируемый металл разогревает поверхностный слой валка до высоких температур. Поверхность валка расширяется значительно сильнее, чем более холодные глубинные слои. Это приводит к возникновению больших напряжений: сжимающих – на поверхности и растягивающих – в глубинных слоях. В момент завершения каждого прохода горячего металла между валками поверхность валка, не находящаяся больше в соприкосновении с горячим металлом, под влиянием охлаждения водой остывает и быстро сжимается. В результате в валках возникают напряжения противоположного знака. Многократно повторяющийся быстрый циклический нагрев до высоких температур поверхностных слоев валка при контакте с раскатываемой заготовкой и их последующее охлаждение приводят к образованию сетки трещин разгара.

Проведенное М.А.Тылкиным исследование показало, что температура поверхности валка при установившемся процессе прокатки составляет 750-850°С, снижаясь во время пауз между пропусками на 100-150°С, а при переходе к новой заготовке - на 300-350°С. Однако уже на глубине 3-4мм от поверхности валка температура не превышает 100°С. Термические и структурные напряжения, возникающие на поверхности валка, суммируются с напряжениями от действующих нагрузок и могут превысит предел прочности отдельных микрообъемов, что и при водит к образованию трещин или сетке разгара.

Длительное пребывание стали при высоких температурах может привести к структурным изменениям. В сталях перлитного класса наиболее часто происходит сфероидизация цементита и карбидов.

Появились новые разработки, которые касаются прокатки с нагревом заготовки и валков проходящим через них электрическим током. Валки должны быть жаро- и износостойкими и иметь высокий коэффициент тепло и электропроводности.

Для прокатных валков критерием работоспособности являются термостойкость, износостойкость и усталостная прочность. В основном кованые валки горячей прокатки изготавливают из сталей 55Х, 60ХГ, 50ХН, 60ХН и углеродистой стали 50.

Упрочняющие покрытия для валков и технологического оборудования листопрокатных станов

В настоящее время требования к листовым прокатным сталям стали значительно выше. Требуются стали меньшей толщины, но большей прочности, обладающие большей усталостной прочностью и антикоррозионной стойкостью, стойкостью к откалыванию и ударам, отсутствию поверхностных дефектов, без добавки редких металлов, возможностью производить штамповкой детали сложной формы. Перечисленные свойства листовых сталей в значительной степени зависят от процесса их прокатки и последующей обработки (снятие окалины, травлением) и в первую очередь от качества поверхностей рабочих и опорных валков прокатных станов. Основные требования, предъявляемые к валкам для проката таких сталей: высокое сопротивление к износу, циклическая термическая усталость и окислению, образованию тепловых и разгарных трещин: высокая переносимость сетки мелких гладких трещин.

Перечисленным требованиям к валкам в настоящее время соответствуют так называемые составные валки, состоящие из двух или нескольких основных слоев (с промежуточными переходными слоями), изготовленные центробежным литьем. Однако, даже валки изготовленные из Scmi-HSS сталей в качестве поверхностного слоя, претерпевают радикальный износ до 1мм в течение проката 50000-90000 тонн металла, что соответствует примерно месяцу работы валка с поверхностным слоем из лучших высоколегированных сталей. После чего валок нужно снимать с прокатного стана и перетачивать.

Дальнейшее увеличение эксплуатационного времени рабочих валков листопрокатных станов может быть связано с увеличением износостойкости их поверхности путем нанесения защитно-упрочняющих покрытий наиболее перспективными методами нанесения покрытий являются следующие: газовым детонационным диффузионным насыщением, включая насыщение через жидкую фазу, автоионным распылением. Все вышеперечисленные методы можно использовать для нанесения покрытий на детали больших размеров, в том числе валки прокатных станов. В качестве упрочняющих покрытий использовали покрытия на основе боридов, тугоплавких металлов, их нитридов и карбидов. Износ нанесенных покрытий исследовался на специально созданных испытательных стендах, на которых имитировались условия близкие к условиям работы валков промышленных станов – температурный режим, изменение температуры (нагрев и охлаждение), эффективная глубина проникновения тепла в тело валка, механические нагрузки, линейная и угловая скорости движения валка и другие параметры. Экспериментально установлено, что износ выбранных типов покрытий в образцах в 3-12 раз меньше по сравнению с непокрытым образцом в зависимости от состава покрытия и метода его нанесения.

Основные требования к покрытиям – это высокая коррозионная и трибомеханическая стойкость в условиях работы валков, к методам нанесения – это возможность нанесения покрытий на более габаритные изделия.

Метод диффузионного насыщения.

Одними из наиболее перспективных диффузионных покрытий являются покрытия боридные, борохромистые и другие полученные путем диффузионного насыщения в вакууме с применением активатора.

При вакуумном активном диффузионном борохромировании поверхности стали из порошков чистых элементов – бора и хрома имеет место взаимодействие насыщающих компонентов в смеси с образованием новых устойчивых химических соединений – боридов хрома. В подобных случаях при диффузионном отжиге в смеси порошков металла и бора, как правило, происходит насыщение подложки преимущественно одним элементом, содержание которого превосходит величину, необходимую для образования, например, химического соединения Ме n B m . В определенной области концентраций порошковой засыпки диффузионные покрытия практически не образуются. Поэтому процесс борохромирования из порошков рационально проводить с использованием элементов, по крайней мере, одного в связанном состоянии. В качестве исходных порошков были выбраны карбид бора B 4 C и хром, а активатора – хлористый натрий.

При борохромировании сталей образующийся защитный слой состоит из твердого раствора хрома и бора в железе и сложных боридов (Fe,Cr) 2 B и (Fe,Cr)B.

Детонационный газо-термический метод .

Одним из основных методов нанесения покрытий определенного функционального назначения является детонационный метод, который относится к группе газотермических методов нанесения покрытий.

Основным элементом установки для нанесения детонационных покрытий является пушка, которая представляет собой цилиндрический или конический водоохлаждаемый канал. Канал периодически заполняется взрывчатой смесью из системы газораспределения. Поджог газовой смеси осуществляется от свечи в необходимый момент времени, а подача порошкового материала покрытия в ствол производится устройство в интервале между выстрелами. Скорость распространения волны в направлении открытого конца ствола составляет около 3000м/сек. Следом за детонационной волной движется высокотемпературный поток, состоящий из продуктов детонации и частиц порошка. Скорость частиц порошка до 1500м/сек. а их температура до 2000°С. В рамках выстрела формируется единичное пятно покрытия равное диаметру ствола и толщиной от 5 до 50мкм. Частота выстрелов установки не превышает 20 герц.

В качестве детонационной смеси используется смесь ацетилена и кислорода и другие смеси. Для нанесения покрытия детонационным методом могут быть использованы любые материалы от полимеров до тугоплавких керамик, а также металлы и их сплавы. Размер частиц порошка для нанесения покрытия лежит в пределах от 5…100мкм.

Производительность установки составляет около 6 кг покрытия в час, пористость покрытия не превышает 0,1% при этом нагрев покрываемой детали не превышает 250°С прочность сплетения покрытия детали достигают 180МПа.

Метод автоионного насыщения.

Основу метода составляет широко известный метод электронно-лучевого распыления в вакууме, обеспечивающий распыление материала электронным пучком в виде нейтральных атомов (или: атомное распыление). Разработки авторов позволяют преобразовать потоки нейтральных атомов в плазму (низкотемпературную неравновесную плазму), в которой кроме нейтральных атомов, имеются ионы металлов и электроны (атомно-ионное распыление). Ионизация нейтрального атомного потока производится возбуждением в парах металла либо несамостоятельного дугового, либо высокочастотного разрядов.

Метод сочетает в себе достоинства электронно-лучевого и ионно-плазменного методов нанесения покрытий – высокие производительность (скорость нанесения покрытий достигает 1мм/час) и степень ионизации потоков пара (10-70%). Разработаны системы полной очистки плазмы от нейтральных частиц и микроблоков с высокими показателями прохождения плазмы через сепаратор (до 50%).

Распыляемыми металлами могут служить как металлы, так и их соединения в виде карбидов, окислов и др. Химическое соединение в покрытии могут также формироваться при распылении только металлов, если осаждение производится в среде того или иного разряженного химически активного газа или смесь газов (аналогично возможностям других ионно-плазменных методов).

Достигаемое плазменное состояние вещества обеспечивает высокую химическую активность, что способствует проявлению ряда уникальных эффектов при формировании покрытий в частности:

1. Плазменная активация образования металл металлоидных связей позволяет формировать покрытие со сложной физикохимией при достаточно низких температурах осаждения, и таким образом, практически без изменения механических свойств подложки.

2. Активация процессов обеспечения прочного сцепления покрытия с подложкой за счет:

Очистки поверхности от загрязнений ускоренными ионами;

Образование прочных химических связей материала покрытия с подложкой вследствие упоминавшейся плазменной активации формирования этих связей;

Ионной имплантацией материала покрытия в покрываемую поверхность;

Радиационно-стимулированой диффузией атомов покрытия вглубь подложки.

3. Формирование нового типа диаграмм состояния металл-металоид - так называемых неравновесных диаграмм состояния, с образованием метастабильных состояний твердого тела, в том числе сверх пересыщенных твердых растворов. Это позволяет получить металлическое состояние вещества с твердостью, присущей керамике (система молибден-азот и др.).

4. Формирование особых структур (аморфного типа, нанокристаллических и др.).

Атомно-ионнное распыление позволяет получить толстые покрытия (порядка 1мм) при температурах, близких к комнатной, а также - массивные самонесущие изделия (методом наращивания слоев на подложке) как объемно-квазикристаллические, так и микро- или нанослоистые с толщиной слоев от нескольких микрон до нескольких нанометров. Покрытия в неравновесном разупорядоченном состоянии обнаруживают новые свойства не характерные для обычного поликристаллического состояния у материалов полученных традиционными металлургическими методами. Так, например, ионно-плазменные покрытия системы ниобий-углерод являются сверхпроводящими и в тоже время обнаруживают аномально высокую кавитационно-эрозионную стойкость при относительно низкой микротвердости.

В настоящее время существуют технологии нанесения покрытий вышеперечисленными методами толщиной до 1мм и более на длинномерные изделия до 1000-1100мм.

Снижение износа прокатных валков за счет микроплазменного упрочнения их поверхности.

С целью повышения срока эксплуатации прокатных валков производится микроплазменное упрочнение рабочей поверхности чугунных валков.

Микроплазменное упрочнение занимает лидирующее положение в ряду упрочняющих технологий валковоремонтного производства. Возможно восстановление работоспособности валков с выработанным отбеленным слоем до уровня заводской поставки. Своему названию метод обязан использованию микроплазменной техники разработанной для проведения прецизионных сварочных работ.

Метод микроплазменного упрочнения (МПУ) является одним из видов технологий с использованием концентрированных потоков энергии, определяется как поверхностная термическая обработка сжатой плазменной дугой диаметром до 0,4мм и плотностью мощности в тепловом пятне 5·10 3 - 5·10 4 Вт/см, движущимся с линейной скоростью 6-8 см/с.

В отличие от методов с большой интегральной мощностью источников нагрева (плазменного, газового, индукционного) МПУ обладает высокой технологичностью в аспекте трещин образования. Структурные превращения при МПУ происходят по схеме, присущей всем видам обработки концентрированными потоками энергии и сводятся к образованию структурной микронеоднородности, заключающейся в чередовании твердого высокодисперсного мартенсита и цементита с пластинами остаточного аустенита.

Стали для валков холодной прокатки

Прокатные валки станов холодной прокатки работают в весьма тяжелых условиях под влиянием значительных статических и динамических нагрузок и должны обладать высокой прочностью, твердостью поверхностного слоя, высоким сопротивлением износу, выносливостью, достаточной вязкостью, высокой прокаливаемостью, хорошей полируемостью. В процессе работы валки подвергаются действию высоких удельных давление и значительных контактных напряжений. Многократное приложение меняющихся по знаку и величине напряжение приводит к накоплению в поверхностной зоне валка дефектов усталостного характера и образование отслоений.

Существуют: литые, цельнокатаные, ковано-литые, бандажированные валки холодной прокатки.

Стойкость валков определяется рядом факторов, связанных с технологией изготовления и условиями эксплуатации. К первой группе факторов следует отнести химический состав и механические свойства валков, технологию выплавки стали, ковки, термической и механической обработки. Ко второй группе факторов относятся режимы обжатия, скорость прокатки, давление металла на валки, натяжение полосы, условия охлаждение и температурное поле валков, механические свойства прокатываемого металла и др. Таким образом, материал валков холодной прокатки должен характеризоваться:

· высокой и равномерной твердостью поверхности после закалки, чтобы обеспечить высокое качество прокатываемого листа (твердость поверхности бочки опорных валков должна быть несколько ниже бочки рабочих валков);

· высокой прокаливаемостью, необходимой для получения определенной глубины закаленного слоя (активного слоя и переходной зоны). Активный слой должен быть не менее 8 мм для валков диаметром бочки до 250 мм и менее 10 мм при диаметре бочки свыше 250мм. При наличии такого слоя высокой твердости исключается возможность продавливание поверхности бочки при перегрузках. Переходная зона уменьшает развитие усталостных трещин на границе активного слоя и центральных слоев;

· высокой износостойкостью рабочего слоя;

· высокой теплостойкостью (до 350–400ºС) при общем и локальном разогреве. Обычно это определяется высокой стабильностью остаточного аустенита в структуре. При его распаде возможно образование микродефектов и, как следствие, снижение износостойкости рабочего слоя;

· высокой контактной прочностью рабочего слоя, стойкостью против образования поверхностных дефектов – трещин, отслоений и т. д.;

· высоким качеством поверхности;

· отсутствием флокенов, грубых скоплений карбидов, карбидной сетки, крупноигольчатого мартенсита и других дефектов макро- и микроструктуры.

Исходя из перечисленных требований, для изготовления рабочих и опорных валков холодной прокатки применяют высококачественные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей. Для валковой стали должно быть минимальное количество неметаллических включение, отсутствие усадочной рыхлости, осевой и вне центровой пористости, минимальное содержание газов, особенно водорода, мелкое зерно и т.д.

Для изготовления валков на заводах наиболее широко используются пять марок высокоуглеродистых сталей: 9Х1, 90ХФ, 9Х2, 9Х2МФ, 9ХСВФ. Сталь 9Х1 применяют для изготовление валков с диаметром бочки менее 400 мм, стали, легированные ванадием, вольфрамом, молибденом, кремнием, применяют для изготовления валков с диаметром бочки 400 мм и более. Указанные стали заэвтектоидные. После закалки и низкого отпуска они получают структуру мелкоигольчатого мартенсита с избыточными равномерно распределенными карбидами и небольшим количеством остаточного аустенита. Эта структура имеет высокую твердость.

Используют так же стали с пониженным содержанием углерода: 60ХСМФ, 60Х2СМФ, 7Х2СМФ, 7Х2СВФ, 75ХСМФ. Для изготовления рабочих валков используется сталь ледебуритного класса Х9ВМФШ, а также сталь карбидного класса 6ХМ1Ф. Широко применяются для изготовления валков для холодной прокатки сталь с пониженным содержанием углерода 7ХМФ.

Прокатные валки и станы

1. Прокатные валки - основной рабочий инструмент для про­катки. Они могут быть гладкими (рис. III. 4, a), калиброванными (ручьевыми) (рис. 14. 7, 6) и специальными.

Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового про­ката.

На рабочей поверхности калиброванных валков имеются ка­навки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков размещается несколько калиб­ров. Калибры могут быть открытыми (рис. III. 4, в) и закрытыми (рис. III. 4, г).

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1 (рис. III. 4, а), две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы 3 (трефы) для соединения валка с приводом.

2. Калибровка валков - это разработка схемы прокатки и размещения калибров, обеспечивающая получение заданного профиля проката при минимальном числе проходов. Одна из основ­ных задач калибровки - расчет режима обжатия при прокатке. По назначению калибры прокатных станов разделяют на обжим­ные (или вытяжные), черновые (или подготовительные) и чистовые (или отделочные).

Обжимные калибры предназначены только для уменьшения сечения прокатываемого металла. Чаще всего они имеют прямо­угольную, квадратную, ромбическую и овальную формы.

В черновых калибрах уменьшается площадь, изменяется форма поперечною сечения прокатываемого металла с постепенным при­ближением к готовому изделию. Чистовые калибры отличаются от прокатываемого профиля тем, что в них учтены коэффициент ли­нейного расширения и допуски на размеры профиля.

Для прокатки одного и того же профиля, исходя из технико­экономических показателей, можно применить различные схемы калибровки. Например, при прокатке квадратного и круглого профиля наиболее часто используют системы калибров: ромб - квадрат, овал - квадрат или овал - круг (рис. III. 4, д). При пере­даче заготовки из ручья в ручей для улучшения обжатия ее кантуют на 90°.

Рис. III. 4. Прокатные валки и схемы калибровки.

3. Устройство прокатного стана. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм.

Рабочая клеть состоит из станины 1 (рис. III. 5, a) с установ­ленными в ней в подшипниках валками 2. Для изменения зазора между ними верхний валок вместе с подшипниками перемеща­ется в пазах станины с помощью нажимного устройства 3. Дви­жение от электродвигателя 8 к валкам передается через редук­тор 7, шестеренную клеть 6 и трефовые шпиндели 5, которые со­единены с валками трефовыми муфтами 4.

4. Классификация прокатных станов. Прокатные станы клас­сифицируют по трем признакам: назначению, числу и расположе­нию валков в клетях, числу и взаимному расположению клетей.

По назначению прокатные станы делят на станы для прокатки полупродукта (блюминги, слябинги и заготовочные станы) и ста­ны для прокатки готовых изделий (сортовые, листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные, для специального проката).

Рис. III. 5. Схема прокатного стана, расположения валков и рабочих клетей.

По числу и размещению валков в клетях станы бывают: с гори­зонтальными валками; универсальные с горизонтальными и вер­тикальными валками; с косо расположенными валками. Станы с горизонтальными валками по числу их в рабочей клети подразде­ляют на двух-, трех- и многовалковые. Двухвалковые станы (дуо) могут быть нереверсивные и реверсивные (рис. III. 5, б). На трех­валковых (трио) станах (рис. III. 5, в) заготовка в одну сторону идет между нижним и средним, а в обратном направлении - меж­ду средним и верхним валками. Двух- и трехвалковые станы при­меняют при производстве всех видов сортового проката и листов.

Многовалковые станы (рис. III. 5, г) имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные валки большего диаметра являются опорными. Они предотвращают прогиб тонких рабочих валков, благодаря чему повышается точность изделий. Такие станы применяют для горячей и холодной прокатки тонких листов и полос.

Универсальные станы (рис. III. 5, д) используют при прокатке слябов, толстых листов и широкополочных двутавровых балок.

Станы с косо расположенными валками приме­няют при поперечно-винтовой прокатке бесшовных труб, периоди­ческого проката, шаров.

В зависимости от числа взаимного расположения клетей прокат­ные станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с ли­нейным и последовательным расположением клетей.

У линейных станов клети 10 (рис. III. 5, д) расположены в одну линию и имеется один привод 9. Они характеризуются невысокими скоростями прокатки (до 4 м/с) и производительностью. Последова­тельное расположение валков используется в непрерывных станах (рис. III. 5, ж). Для них характерны высокая скорость прокатки (до 45 м/с) и производительность (1...4 млн т проката в год). Не­прерывные станы-основное оборудование современных прокатных цехов.

). В. п. выполняется основная операция прокатки - деформация (обжатие) металла для придания ему требуемых размеров и формы. В. п. состоят из трёх элементов (рис. ): бочки, двух шеек (цапф), приводного конца валка («трефа»). В. п. делятся на листовые и сортовые. Листовые применяют для прокатки листов, полос и ленты; бочка у этих валков цилиндрическая либо слегка выпуклая или вогнутая; такие валки называют также гладкими. Сортовые служат для прокатки фасонного (сортового) металла (круглого и квадратного сечения, рельсов, двутавровых балок и др.); на поверхности бочки этих В. п. делают углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями (ручьи двух В. п. образуют калибры), а В. п. - ручьевыми (калиброванными).

Основные размеры В. п. (диаметр и длина бочки) зависят от сортамента прокатываемой продукции. Диаметр В. п. для горячей прокатки составляет от 250-300 мм (прокатка проволоки) до 1000-1400 мм (прокатка блюмов и слябов). Для холодной прокатки применяют В. п. диаметром от 5 мм (на 20-валковых станах при прокатке фольги) до 600 мм (на 4-валковых станах при прокатке тонких полос).

В. п. чугунные твёрдостью 35-45 единиц по Шору (изготавливаются отливкой в глиняные формы) наиболее дешёвые и применяются при горячей прокатке мягкой полосовой стали; чугунные В. п. твёрдостью 55-75 единиц по Шору (изготавливаются отливкой в металлической формы - кокили) - на листовых станах и чистовых клетях сортовых и проволочных станов; легированные (хромом, никелем, молибденом) чугунные В. п. твёрдостью 40-70 единиц по Шору - на сортовых рельсобалочных и тонколистовых станах горячей прокатки; стальные В. п. - на блюмингах, слябингах, обжимных клетях сортовых станов и на станах холодной прокатки. Рабочие В. п. небольших многовалковых станов, а также станов для плющения проволоки из высокопрочных сталей изготовляют из керамических твёрдых сплавов типа карбида вольфрама (с добавкой кобальта); износостойкость таких валков в 30-50 раз выше, чем стальных легированных. Износостойкие и прочные В. п. для сортовой и листовой прокатки получают наплавкой их поверхности твёрдыми и сверхтвёрдыми сплавами.

Изношенные В. п. восстанавливают переточкой на вальцетокарных станках или перешлифовкой (валки листовых станов) на вальцешлифовальных станках.

Лит.: Целиков А. И., Смирнов В. В., Прокатные станы, М., 1958; Королев А. А., Механическое оборудование прокатных цехов, 2 изд., М., 1965.

П. И. Полухин.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Валки прокатные" в других словарях:

Рабочий орган прокатного стана, выполняющий деформацию металла для придания ему требуемых размеров и формы. * * * ВАЛКИ ПРОКАТНЫЕ ВАЛКИ ПРОКАТНЫЕ, рабочий орган прокатного стана, выполняющий деформацию металла для придания ему требуемых размеров… … Энциклопедический словарь

Рабочий орган прокатного стана, выполняющий деформацию металла для придания ему требуемых размеров и формы … Большой Энциклопедический словарь

Рабочий орган (инструмент) прокатного стана. В. п. выполняют осн. операцию прокатки деформацию (обжатие) металла для придания ему требуемых размеров и формы. В. п. подразделяют на 2 группы: листовые (для прокатки листов, полос и лент) и сортовые… …

ВАЛКИ ПРОКАТНЫЕ Металлургический словарь

Валки - (Смотри также Валок). Смотри также: шовсжимающие валки сортовые валки прошивные валки промежуточные валки …

См. Валки прокатные … Большой энциклопедический политехнический словарь

прокатные валки - Технологич. инструмент прокатного стана, выполняющий основную операцию прокатки деформацию металла для придания ему требуемых размеров, формы и свойств. Осн. элементы п. в.: бочка (рабочая часть наружной поверхности валка, к рая непосредственно… … Справочник технического переводчика

ВАЛКИ, ов, ед. валок, лка, муж. Механизм или часть механизма в виде спаренных валов 2. Прокатные в. | прил. валковый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Ов; мн. (ед. валок, лка; м.). Механизм (или его часть) в виде спаренных валов (2.В.). Прокатные в. ◁ Валковый, ая, ое. В. прокат. * * * ВАЛКИ ВАЛКИ, город на Украине, Харьковская область (см. ХАРЬКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ), близ железнодорожной станции… … Энциклопедический словарь

прокатные валки - технологический инструмент прокатного стана, выполняющий основную операцию прокатки деформацию металла для придания ему требуемых размеров, формы и свойств. Основные элементы прокатных валков: бочка (рабочая часть наружной… … Энциклопедический словарь по металлургии

Классифицируются валки:

1. По назначению:

а) сортовые;

б) листовые.

2. По материалу:

а) стальные;

б) чугунные.

3. По твердости:

а) мягкие НВ<270;

б) полутвердые НВ=270-420;

в) твердые НВ=420-600;

г) сверхтвердые, твердость по Шору > 100 единиц.

Валки прокатных станов могут изготавливаться как цельными (литыми или кованными), так и составными. При горячей прокатке на обжимных станах используют литые или кованные валки из углеродистой стали большой вязкостью. Для листовых и сортовых станов валки должны быть прочными и иметь высокую поверхностную твердость. У этих валков мягкая сердцевина, которая сопротивляется изгибу, и твердая поверхность, хорошо сопротивляющаяся износу. Для станов холодной прокатки требуются валки с высокой поверхностной твердостью (для рабочих - до 100HSD, для опорных – до 80HSD) и большой прочностью (800 – 900 МПА) для восприятия больших деформаций. При диаметре валков до 300мм. в качестве материалов для их изготовления используются стали 9Х; 9Х2. При диаметре валков более 300мм. используются стали 9Х2; 9Х2В; 9Х2МФ.

У составных (бандажированных) валков втулка изготавливается из выше перечисленных сталей, а для оси - стали 55Х; 60ХН; 80ХН3В.

Рабочие валки для прокатки ленты до 0,05мм. изготавливают из керамических твердых сплавов.

4.1.1.Определение геометрических размеров прокатных валков

Средняя часть валка, соприкасающаяся с металлом, называется бочкой (Рисунок 7). По обе стороны бочки расположены шейки, которыми он опирается на подшипники. В зависимости от типа подшипников шейки могут быть цилиндрическими или коническими. Для соединения валка со шпинделем концы валков выполняют в виде вилки или трефа. Сортовые валки отличаются от листовых наличием ручьев, нарезаемых на бочке на токарных станках.

Размеры прокатных валков регламентированы ГОСТом и выбираются с учетом стана, на котором они устанавливаются. Исходным размером при проектировании валков является диаметр бочки, а остальные размеры определяются по определенным соотношениям.

Рисунок 7 - Листовой валок

Длина бочки листового стана принимается равной (2,2 2,8) , но не менее, чем В + 100 мм,

где В - ширина листа.

При выполнении шеек валков, устанавливаемых в подшипниках сколь­жения, для большинства листовых станов:

где диаметр шейки валка;

- длина шейки валка.

При установке валков на подшипниках качения из-за их большого габарита диаметр шейки приходится назначать несколько меньше:

Плоские концы валков для соединения при передаче вращения универсальным шпинделям выполнены со следующими размерами:

мм,

где - минимальный диаметр валка после переточки принимается равным

Рабочий диаметр валков выбирают с учетом допустимого угла захвата, сопротивляемости валков изгибу и условия получения минимальной стрелы прогиба.

Для обжимных, сортовых, а также толстолистовых станов, определяющим при выборе диаметра бочки, является условие захвата металла валками:

Для обжимных станов о; для сортовых, толстолистовых станов

aзах =16-18 о.

Для станов холодной прокатки диаметр рабочих валков определяется соотношением:

D = (2500 – 3000)hmin ,

где hmin – минимальная толщина прокатываемого металла.

4.1.2. Расчет на прочность листового валка

Опасные сечения валка находятся посередине бочки (1-1) и в мес­те соединения цапфы с бочкой (11-11). В сечении 1-1 валок рассчитывается на изгиб, в сечении 11-11 - на изгиб и кручение. Изгибающий момент в сечении 1-1:

напряжение изгиба в этом сечении

Изгибающий момент в сечении 11-11:

напряжения изгиба и кручения в сечении 11-11

где - крутящий момент, передаваемый шейкой (момент прокатки), Приведенное напряжение в сечении 11-11

Полученные напряжения , и должны быть равны или меньше допустимого, выбираемого исходя из пятикратного запаса прочности по пределу прочности материала валка.

Валки из кованой углеродистой стали обычно имеют пределы проч­ности н/мм 2 , из литой стали - н/мм 2 , чугунные - н/мм 2 .

У приводного конца валка, выполненного в форме плоской лопасти, наиболее опасным является сечение 111-111. Давление на боковую поверхность одной ветви лопасти со стороны головки универсального шпинделя определяется по формуле

Изгибающий момент в сечении ІІІ-ІІІ

где - максимальный угол отклонения - универсального шпинделя от оси валка ();

момент кручения ;

напряжение изгиба

напряжение кручения

где - коэффициент, зависящий от отношения , определяемый по таблице 2:

Значения коэффициента Таблица 2

	0,208	I,5	0,346		0,495
	0,801		1,15		1,788

Приведенное напряжение

4.1.3. Расчет валков на жесткость

Под воздействием больших усилий прокатки валки прогибаются, что приводит к разнотолщинности металла по ширине. Для компенсации прогиба листовых валков бочку их делают выпуклой на величину разностей прогибов в центре валка () и у края листа (). Наибольший прогиб валков происходит под действием изгибающих моментов. Но так как диаметр валков по сравнению с длиной бочки относительно велик, то необходимо учитывать прогиб, вызванный действием перерезывающих сил.