WarmFires.ru

термической обработки прокатных валков - градиентном

нагреве в печи скоростного нагрева

Параметры нагрева валка определяются маркой стали, требованиями по глубине активного слоя, уровнем трещиностойкости металла центральной части валка и размерами возможных дефектов металлургического происхождения. Рассмотрим более подробно факторы, влияющие на выбор параметров нагрева.

Оптимальная температура нагрева ТН выбирается из расчета получить максимальную закаливаемость, т.е. максимальную твердость структуры мартенсита и остаточного аустенита, образующейся в поверхностном слое валка при закалке. С ростом температуры нагрева ТН в легированных валковых сталях увеличивается степень растворения карбидов и, как следствие, повышается прокаливаемость стали и твердость мартенситной матрицы. Но при этом одновременно увеличивается содержание остаточного аустенита в закаленной структуре, что ведет к снижению твердости. Действие этих двух противоположно направленных факторов приводит к появлению максимума на кривой зависимости твердости закаленной структуры стали заданного состава от температуры нагрева.

Дополнительным фактором, который ограничивает ТН сверху, является отрицательное влияние перегрева на рост зерна аустенита и, следовательно, огрубление структуры мартенсита после закалки. Кроме того, повышение температуры нагрева увеличивает уровень максимальных растягивающих остаточных напряжений. Для стали 90ХФ оптимальной температурой нагрева при ДТО является ТН»920°С, для стали 75ХМ ТН»950°С.

Оптимальный режим нагрева состоит из максимально интенсивного нагрева поверхности бочки до температуры ТН и выдержке при данной температуре до прогрева на заданную глубину выше температуры аустенизации АС3. Ограничивать интенсивность нагрева могут либо возможности оборудования (мощность печи скоростного нагрева - ПСН), либо высокие растягивающие напряжения, которые возникают в центральной зоне валка при интенсивном нагреве.

KOBE STEEL (предприятие-разработчик теории дифференцированной термической обработки прокатных валков - ДТО) рекомендует следующий режим нагрева: до 960°С по металлу за 3ч и выдержка в течение 1ч при температуре поверхности валка 960°С. скорость нагрева (менее 140°С/ч) довольно мала и ограничивается, по-видимому, возможностями применяемой системы отопления с радиационными горелками. При таком нагреве возникающие максимальные растягивающие напряжения, которые формируются в конце выдержки, очень малы (в пределах 180 МПа для всех диаметров). Таким образом, с точки зрения безопасности режим градиентного нагрева существенно менее напряжен, чем режим предварительного подогрева. При заданном режиме поверхностный слой валков разных диаметров прогревается на 140-160 мм.

Проектируемая ПСН, оборудованная скоростными горелками, по данным базового варианта может обеспечить скорость подъема температуры поверхности бочки валка вплоть до 300°С/ч (по металлу). Для определения рационального диапазона параметров нагрева разработчиками базового варианта (фирма «Термосталь» г. Санкт-Петербург) выполнен цикл расчетов нагрева валков из стали 75ХМФ до 950°С по поверхности бочки с варьированием диаметра валков D=1200, 1600, 2000 мм, температуры предварительного подогрева ТП=400, 450, 500°С и скорости нагрева по металлу VН=100, 200, 300°С/ч. При этом фиксировался критический размер дефекта для всех режимов.

Результаты расчетов приведены на рисунке 1.2, где хорошо видно влияние масштабного фактора: с ростом диаметра форма зависимости критического дефекта от скорости нагрева меняется на противоположную. Если для диаметра 1200 мм ДКР уменьшается при увеличении скорости нагрева, для диаметра 1600 мм зависимость немонотонна, то для диаметра 2000 мм размер критического дефекта увеличивается с ростом VН.

При выборе оптимального сочетания ТП и VН предварительно можно руководствоваться формальным ограничением на уровень допустимых дефектов по ОСТ 24.023.33-86 «Ультразвуковой контроль ВХП», который допускает для валков диаметром свыше 1200 мм одиночные несплошности с эквивалентным диаметром до 200 мм. Принимая это ограничение, можно видеть из рисунка 1.2, что применение максимально возможной интенсивности нагрева (300°С/ч по металлу) допустимо при ТП=480°С, 450°С и 400°С для валков диаметром соответственно 1200, 1600 и 2000 мм.