Leistungsanforderungen und Materialentwicklungstrends für Kaltwalzwerkwalzen

Kaltgewalzte Stahlbleche (einschließlich verzinkter, verzinnter, beschichteter und emaillierter Stahlbleche) werden häufig in der chemischen Industrie, der Leichtindustrie, der Automobilindustrie, dem Maschinenbau, dem Bauwesen, der Wasser- und Stromindustrie, der Erdöl- und Kohleindustrie, dem Eisenbahnsektor und anderen Sektoren verwendet und sind für die Volkswirtschaft unverzichtbar und wichtig. Stahlsorten. Walzen sind wesentliche und sehr wichtige Gerätekomponenten für die Herstellung von kaltgewalzten Platten. Die gestiegene Nachfrage nach kaltgewalzten Platten hat auch zu einem erheblichen Anstieg der Anzahl der Walzenproduktionsunternehmen geführt. Die Produktionskapazität für hochwertige kaltgewalzte geschmiedete Stahlwalzen ist jedoch immer noch sehr gering. Aufgrund der Verwendung importierter Geräte können nur wenige Walzenunternehmen einige hochwertige Walzen anbieten, und die Lücke kann immer noch nur durch Importe geschlossen werden. Mit der schrittweisen Verbesserung der numerischen Steuerung, Modernisierung, Automatisierung und Kontinuität von Walzwerken werden die Anforderungen an die Walzenqualität immer höher.

Wichtigste Leistungsanforderungen für kaltgewalztes Arbeitswalzen Produkte

①Rollenstärke

Der Verformungswiderstand beim Kaltwalzen ist viel höher als beim Warmwalzen. In der Anfangsphase des Beißens muss die Oberfläche der Kaltwalzarbeitswalze nicht nur einem Druck von über 1 × 104 MPa standhalten, sondern auch der Scherspannung standhalten, die durch die Reibung zwischen der Walze und der Plattenschnittstelle verursacht wird. Um den harten Anforderungen des Einsatzes gerecht zu werden, beträgt die Zugfestigkeit σb der Kaltwalzarbeitswalze ungefähr 2 × 103 MPa und die innere Struktur muss gleichmäßig sein. Das Aufkommen von Vakuumschmelzen, Vakuumentgasung, Vakuumgießen und anderen Technologien verhindert nicht nur die Bildung von Oxiden, sondern verbessert auch die Entmischung von Legierungselementen im Stahlbarren durch Steuerung der Einspritztemperatur und der Einspritzgeschwindigkeit und verbessert die Kompaktheit und Zusammensetzung der Struktur. Die Elektroschlacke-Umschmelztechnologie bringt die Reinheit von Stahl in eine neue Ära. Die Zugabe von Molybdän, Vanadium und anderen Legierungselementen erhöht die Festigkeit von Kaltwalzstahl und verbessert verschiedene Eigenschaften von Kaltwalzstahlmaterialien.

②Verschleißfestigkeit der Rollen

Während des Kaltwalzprozesses treten bei Kaltwalzen zwei Hauptarten des Verschleißes auf: makroskopischer Verschleiß in radialer Richtung und Abnahme der Oberflächenrauheit. Das Ausmaß des makroskopischen Verschleißes bestimmt die Lebensdauer der Kaltwalze. Wenn der Knüppel von einem Barren zu einer Bramme wird, insbesondere wenn verschiedene Arten dünner Platten mit hoher Geschwindigkeit gewalzt werden, wird die Lebensdauer der Kaltwalzwalzen aufgrund des starken Verschleißes während des Kaltwalzprozesses erheblich verkürzt. Dies ist zu einem großen Problem geworden, das dringend gelöst werden muss. In vielen Literaturstellen wird das Verschleißproblem von Kaltwalzwalzen ausführlich und eingehend erörtert: beispielsweise der Verschleiß durch Aluminiumoxide in Kaltwalzstahl. Unter der Einwirkung großer zyklischer Walzspannungen kann sich die Walzenoberfläche der Kaltwalzwalze verformen, was zur Bildung feiner Verschleißpartikel führt, die oxidieren und Schleifpartikel bilden und direkt den Verschleiß der Kaltwalzwalzen verursachen. Während des Kaltwalzprozesses der Kaltwalzwalze in der heißen Zone bilden sich auf der Walzenoberfläche aufgrund der Oxidation sofort Oxide, und dann führen die Oxide zum Verschleiß der Walze. Wenn die Kaltwalze mit hoher Geschwindigkeit gewalzt wird, nimmt die Oberflächenrauheit mit dem Eindringen des Knüppels allmählich zu. Daher ist die anschließende Walzlebensdauer der Kaltwalzarbeitswalze davon abhängig, ob die Walzenoberfläche regeneriert werden kann.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die Maßnahmen zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Kaltwalzen wie folgt sind:

(1) Erhöhen Sie den Chromgehalt, um die Lebensdauer der Kaltwalzen zu verbessern.

(2) Einsatz von Oberflächenbehandlungstechnologie zur Verbesserung der Rolllebensdauer;

(3) Kaltgewalzter Schnellarbeitsstahl;

(4) Die Zugabe von Titan verbessert die Verschleißfestigkeit.

(5) Verwenden Sie Metallspritzgusstechnologie, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.

③ Unfallschutzleistung von Rollen

Unter Unfallbeständigkeit versteht man die Beständigkeit gegen thermische Rissbildung, Abplatzungen und Thermoschock von Kaltwalzrollen während des Gebrauchs. Da moderne Walzwerke sich in Richtung hoher Geschwindigkeit und hohem Druck entwickeln, führen Unfälle wie Stahlklemmen, überlappendes Walzen und Rutschen während des Walzvorgangs von Kaltwalzwerken zu erhöhter Reibung auf der Oberfläche der Kaltwalzen, was zu einem sofortigen Temperaturanstieg führt. Stahlklemmen tritt auf, wenn die Temperatur 1000 °C erreicht. Im Allgemeinen führt der Anstieg der lokalen Oberflächentemperatur der Kaltwalze zu lokaler Überhitzung und Änderungen der organisatorischen Eigenschaften. Risse auf der Oberfläche von Kaltwalzwerken werden hauptsächlich durch die Kombination von thermischer Spannung und struktureller Spannung verursacht, die durch lokale Überhitzung während des Walzvorgangs verursacht wird. Die während des vorherigen Walzvorgangs in der Kaltwalzwerkswalze entstandenen Risse müssen rechtzeitig durch Schleifen vollständig entfernt werden, da sich sonst im nachfolgenden Walzvorgang große und tiefe Abplatzungen bilden, die zu einem frühen Ausfall der Kaltwalzwerkswalze führen. Diese Abplatzungen in Form einer Mikrorissausdehnung sind die Hauptursache für den frühen Ausfall von Kaltwalzwerken während des Gebrauchs.

④Tiefe der gehärteten Schicht

Durch Erhöhen der Tiefe der gehärteten Schicht der Kaltwalze kann der tatsächliche Durchmesser der Walze erhöht und die Lebensdauer der Kaltwalzarbeitswalze effektiv verlängert werden; durch die Verringerung der Anzahl der erneuten Abschreckungen können die Kosten für die Verwendung der Kaltwalze effektiv gesenkt werden. Wenn der Chromgehalt im Kaltwalzstahl von 2% auf 3% erhöht wird, erhöht sich auch die Tiefe der gehärteten Schicht der Kaltwalzarbeitswalze von 10 mm auf 15 mm. Um die Härte der Kaltwalzarbeitswalze zu verbessern, können wir dem herkömmlichen Kaltwalzstahl aus Schmiedestahl auf Chrombasis eine entsprechende Menge Nickel hinzufügen. Während die Härte der Kaltwalzwalze erhöht wird, kann auch die Tiefe der gehärteten Schicht um 7 bis 8 mm erhöht werden. Bis Mitte der 1980er Jahre wurden kryogene Behandlung mit flüssigem Stickstoff und Zweifrequenz-Induktionsheiztechnologie weit verbreitet eingesetzt. Der Gehalt des Legierungselements Chrom wird von 3% auf 5% erhöht. Nicht nur wird die Tiefe der gehärteten Schicht 50 mm überschreiten, auch der anfängliche Oberflächenhärtewert der Kaltwalzrolle wird bis zu 100 (HSD) betragen.

Materialentwicklungstrends von Kaltwalzwerkswalzen

① Kaltgewalztes Blech mit hohem Chromanteil

Durch Erhöhen des Cr-Gehalts kann die Härtbarkeit des Kaltwalzwerkstoffs verbessert werden. Mitsubishi Steel hat ein neuartiges Kaltwalzwerkstoffmaterial aus geschmiedetem Stahl mit hohem Chromgehalt entwickelt. Testergebnisse belegen, dass die Verschleißfestigkeit eines Kaltwalzwerks mit einem Cr-Gehalt von 10% doppelt so hoch ist wie die eines Kaltwalzwerks mit einem Cr-Gehalt von 3%. Wenn der Cr-Gehalt weiter auf 18% erhöht wird, verbessert sich auch die Verschleißfestigkeit des Kaltwalzwerks. Durch Anpassen des Verhältnisses von Kohlenstoff und Chrom kann nicht nur eine höhere Härte bei niedrigerer Abschrecktemperatur erreicht werden, sondern auch die Bruchanfälligkeit des Walzenmaterials verringert und somit das Auftreten von Walzenbruchunfällen reduziert werden. Kaltwalzwerkwerkstoffe weisen eine hohe Bruchfestigkeit und eine gute Rauheitsbeibehaltung auf und können an das Walzen unter rauen Arbeitsbedingungen wie großen Walzkräften und hohen Anforderungen an die Produktpräzision angepasst werden.

② Hochlegierte, verbesserte Kaltwalzwalze

Um die mechanischen Eigenschaften und die Leistung der neuen kaltgewalzten Arbeitswalze zu verbessern, wurden auf der Grundlage des Materials für kaltgewalzte Arbeitswalzen 5% Cr Verbesserungen vorgenommen. Durch Ändern des prozentualen Gehalts von Elementen wie Mo und V oder Hinzufügen einer geeigneten Menge starker karbidbildender Elemente wie Ti, Nb usw. können neue Materialien für Walzen der Cr5-Serie entstehen. Die Verschleißfestigkeit und die Wärmeschockfestigkeit der neuen Kaltwalzen aus Material der Cr5-Serie können erheblich verbessert werden.

Stickstoff kann die mechanischen Eigenschaften der Walze verbessern. Es hat eine starke Affinität zu Legierungselementen wie Chrom, Vanadium, Titan und Niob in Stahl und kann stabile Nitride erzeugen, die in Stahl in verschiedenen Formen vorkommen. Nitride bilden eher feine und dispergierte Zweitphasen, hemmen das Wachstum von Austenitkörnern und haben eine erhebliche Wirkung auf die Verfeinerung von Körnern, wodurch die Festigkeit, Härte und andere mechanische Eigenschaften des Walzenmaterials deutlich verbessert werden. Daher können wir durch die Kontrolle des Stickstoffgehalts im Kaltwalzwalzenmaterial die Gesamtleistung der Kaltwalzarbeitswalze verbessern, was auch eine wichtige Richtung für die Entwicklung von Walzenmaterialien darstellt.

③ Geschmiedeter Halbschnellstahl, kaltgewalzt

Während der eigentlichen Nutzung von Kaltwalzwerkswalzen, können Produktionsunfälle wie Stahlklemmen, Stahlfeststecken und Bandbrüche auftreten. Die lokale Struktur und Härte des aus Materialien der Cr3- und Cr5-Reihe hergestellten Kaltwalzarbeitswalzenkörpers verändert sich, was zu lokalen Mikrorissen oder massivem Abblättern auf der Walzenoberfläche führt und dadurch die Unfallresistenz der Kaltwalzwalze verringert. Das Material der geschmiedeten Kaltwalzwalzen aus Halbschnellstahl wird auf Basis des Materials der Kaltwalzarbeitswalzen 5% Cr entwickelt. Aufgrund der großen Zugabe der stark karbidbildenden Elemente Cr, Mo und V ist der nach dem Abschrecken erhaltene Karbidtyp hauptsächlich vom Typ M7C3. Es werden hauptsächlich Karbide vom Typ HV2500 und MC (HV3000) verwendet. Das Vorhandensein von Karbid mit hoher Härte stellt sicher, dass die geschmiedete Walze aus Halbschnellstahl eine gute Verschleißfestigkeit und hohe Unfallresistenz aufweist.

④Kaltwalzwerk aus Schnellarbeitsstahl

Schnellarbeitsstahlwalzen wurden erstmals 1988 in Japan in die praktische Produktion und Anwendung gebracht, und Anfang der 1990er Jahre begannen auch die USA mit der Einführung von Schnellarbeitsstahlwalzen. Im Vergleich zu Japan und den USA begann die praktische Anwendung von Schnellarbeitsstahlwalzen in Europa später, entwickelte sich jedoch rasch. Derzeit steckt die großtechnische Herstellung von Schnellarbeitsstahlwalzen in meinem Land noch in den Kinderschuhen, und Schlüsseltechnologien sind noch nicht durchgebrochen. Schnellarbeitsstahlwalzen werden nur in einigen wenigen großen Stahlunternehmen unter der Führung von Baosteel verwendet. Die Erforschung der Herstellungs- und Verwendungstechnologie von Schnellarbeitsstahlwalzen kann den Grundstein für die Förderung und Anwendung neuer Schnellarbeitsstahlwalzen legen und hat daher einen sehr wichtigen praktischen Wert.

Derzeit werden Schnellarbeitsstahl-Kaltwalzwerke in Dutzenden von Stahlunternehmen wie der Inland Steel Company in den USA, der Dofasco Company in Kanada, der Akers Company in Schweden und der Nippon Steel Company eingesetzt und die Ergebnisse sind gut. Das Material der Schnellarbeitsstahl-Walzen enthält eine große Anzahl karbidbildender Elemente. Die Karbidtypen sind hauptsächlich MC- und M2C-Typen, die die Festigkeit, Oberflächenrauheit und Verschleißfestigkeit von Kaltwalzwerken erheblich verbessern. Daher kann die Verwendung von Schnellarbeitsstahl-Walzen den Walzenverbrauch erheblich senken und die Anzahl der Walzenwechsel verringern, was zur Senkung der Walzkosten und zur Verbesserung der Plattenqualität beiträgt. Aufgrund des hohen Kohlenstoff- und Legierungsgehalts von Schnellarbeitsstahl-Kaltwalzwerken ist ihr Produktionsprozess komplexer. Derzeit gibt es keine zuverlässigen Schmelz-, Schmiede- und Wärmebehandlungsverfahren, daher ist die Verarbeitungstechnologie schlecht und die Ausbeute niedrig. Dies ist auch eine Schlüsseltechnologie, die in Zukunft gelöst werden muss.