Требования к эксплуатационным характеристикам и тенденции развития материалов для рабочих валков холодной прокатки

Холоднокатаные стальные листы (включая оцинкованные, луженые, покрытые и эмалированные стальные листы) широко используются в химической промышленности, легкой промышленности, автомобилестроении, машиностроении, строительстве, водоснабжении и электроснабжении, нефтяной, угольной, железнодорожной и других отраслях и являются незаменимыми и важными в национальной экономике. Разновидности стали. Валки являются необходимыми и очень важными компонентами оборудования для производства холоднокатаных листов. Увеличение спроса на холоднокатаные листы также привело к существенному увеличению числа компаний по производству валков. Однако производственные мощности по производству высококачественных холоднокатаных кованых стальных валков по-прежнему очень ограничены. Из-за использования импортного оборудования только несколько компаний по производству валков могут поставлять некоторые высококачественные валки, и этот пробел по-прежнему можно заполнить только за счет импорта. С постепенным совершенствованием числового программного управления, модернизацией, автоматизацией и непрерывностью прокатных станов требования к качеству валков становятся все выше и выше.

Основные эксплуатационные требования к холоднокатаному прокату рабочие валки продукты

①Прочность рулона

Сопротивление деформации при холодной прокатке намного выше, чем при горячей прокатке. На начальном этапе закусывания поверхность рабочего валка холодной прокатки должна не только выдерживать давление, превышающее 1×104 МПа, но и выдерживать напряжение сдвига, вызванное трением между валком и интерфейсом пластины. Чтобы соответствовать жестким требованиям использования, предел прочности на разрыв σb рабочего валка холодной прокатки составляет примерно 2×103 МПа, а внутренняя структура должна быть однородной. Появление вакуумной плавки, вакуумной дегазации, вакуумной заливки и других технологий не только предотвращает образование оксидов, но и улучшает сегрегацию легирующих элементов в стальном слитке за счет управления температурой и скоростью впрыска, а также улучшает компактность и однородность состава структуры. Технология электрошлакового переплава выводит чистоту стали на новый уровень. Добавление молибдена, ванадия и других легирующих элементов повышает прочность холоднокатаной валковой стали и улучшает различные свойства материалов холоднокатаных рабочих валков.

②Износостойкость роликов

Существует две основные формы износа холодных валков в процессе холодной прокатки: макроскопический износ в радиальном направлении и уменьшение шероховатости поверхности. Величина макроскопического износа определяет срок службы холодного валка. Когда заготовка переходит из слитка в сляб, особенно при прокатке различных типов тонких пластин на высокой скорости, срок службы рабочих валков холодной прокатки значительно сокращается из-за сильного износа в процессе холодной прокатки. Это стало большой проблемой, которую необходимо срочно решить. Во многих литературных источниках широко и глубоко обсуждается проблема износа рабочих валков холодной прокатки: например, износ, вызванный оксидами алюминия в стали для холоднокатаных валков. Под действием большого циклического напряжения прокатки поверхность валка холодной прокатки может деформироваться, что приводит к образованию мелких частиц износа, которые окисляются, образуя абразивные частицы и непосредственно вызывают износ рабочих валков холодной прокатки. В процессе холодной прокатки рабочего валка холодной прокатки в горячей зоне поверхность валка немедленно образует оксиды из-за окисления, а затем оксиды изнашивают валок. Когда холодный валок прокатывается на высокой скорости, шероховатость поверхности постепенно увеличивается по мере того, как заготовка вгрызается. Поэтому возможность восстановления поверхности валка определяет последующий срок службы рабочего валка холодной прокатки.

Подводя итог, можно сказать, что мероприятия по повышению износостойкости валков холодной прокатки заключаются в следующем:

(1) Увеличить содержание хрома для улучшения срока службы валков холодной прокатки;

(2) Использовать технологию обработки поверхности для увеличения срока службы проката;

(3) Холоднокатаная быстрорежущая сталь;

(4) Добавление Ti улучшает износостойкость;

(5) Используйте технологию литья металла под давлением для повышения износостойкости.

③Противоаварийные характеристики валков

Аварийная стойкость относится к стойкости к термическому растрескиванию, скалыванию и термическому удару. валки холодной прокатки во время использования. Поскольку современные прокатные станы развиваются в сторону высокой скорости и высокого давления, такие аварии, как застревание стали, прокатка с перекрытием и проскальзывание во время процесса прокатки на станах холодной прокатки, приведут к повышенному трению на поверхности холодных валков, что приведет к мгновенному повышению температуры. Застревание стали происходит, когда температура достигает 1000 °C. В целом, повышение локальной температуры поверхности холодного валка вызывает локальный перегрев и изменение организационных свойств. Трещины на поверхности рабочих валков холодной прокатки в основном вызваны сочетанием термического напряжения и структурного напряжения, вызванного локальным перегревом во время процесса прокатки. Трещины, образовавшиеся в рабочем валке холодной прокатки во время предыдущего процесса прокатки, должны быть полностью удалены шлифовкой вовремя, в противном случае в последующем процессе прокатки образуются большие и глубокие сколы, вызывающие ранний отказ рабочего валка холодной прокатки. Этот скол в виде расширения микротрещин является основной причиной раннего отказа рабочих валков холодной прокатки во время использования.

④Глубина закаленного слоя

Увеличивая глубину закаленного слоя холодного валка, можно увеличить фактический диаметр валка, а также эффективно продлить срок службы рабочего валка холодной прокатки; благодаря сокращению количества повторных закалок можно эффективно снизить стоимость использования холодного валка. Когда содержание хрома в стали для холоднокатаного валка увеличивается с 2% до 3%, глубина закаленного слоя рабочего валка холодной прокатки также увеличится с 10 мм до 15 мм. Чтобы повысить твердость рабочего валка холодной прокатки, мы можем добавить соответствующее количество элемента никеля в традиционную сталь рабочего валка холодной прокатки из кованой стали на основе хрома. При увеличении твердости валка холодной прокатки глубина закаленного слоя также может быть увеличена на 7~8 мм. К середине 1980-х годов широко использовались криогенная обработка жидким азотом и технология двухчастотного индукционного нагрева. Содержание легирующего элемента хрома увеличивается с 3% до 5%. Не только глубина закаленного слоя превысит 50 мм, но и начальное значение твердости поверхности холоднокатаного валка также достигнет 100 (HSD).

Тенденции развития материалов рабочие валки холодной прокатки

① Холоднокатаный прокат с высоким содержанием хрома

Увеличивая содержание элемента Cr, можно улучшить прокаливаемость материала рабочего валка холодной прокатки. Компания Mitsubishi Steel разработала новый тип материала холоднокатаного прокатного валка из кованой стали с высоким содержанием хрома. Результаты испытаний показывают, что износостойкость холодного валка с содержанием Cr 10% в два раза выше, чем у холодного валка с содержанием Cr 3%. При дальнейшем увеличении содержания элемента Cr до 18% износостойкость холоднокатаного валка также улучшится. Регулируя баланс углерода и хрома, можно не только получить более высокую твердость при более низкой температуре закалки, но и снизить подверженность материала валка поломке, что снижает вероятность возникновения аварий, связанных с поломкой валков. Холоднокатаные валки обладают высокой устойчивостью к поломке валков и хорошим сохранением шероховатости, и могут быть адаптированы для прокатки в жестких рабочих условиях, таких как большое усилие прокатки и высокие требования к точности продукции.

② Высоколегированный улучшенный валок холодной прокатки

Для улучшения механических свойств и эксплуатационных характеристик нового холоднокатаного рабочего валка были выполнены усовершенствования на основе материала холоднокатаных рабочих валков 5% Cr, изменение процентного содержания таких элементов, как Mo и V, или добавление соответствующего количества сильных карбидообразующих элементов, таких как Ti, Nb и т. д., могут образовывать новые материалы для валков серии Cr5. Износостойкость и термостойкость нового материала холоднокатаных валков серии Cr5 могут быть значительно улучшены.

Азот может усилить механические свойства валка. Он имеет сильное сродство с легирующими элементами, такими как хром, ванадий, титан и ниобий в стали, и может генерировать стабильные нитриды, которые существуют в стали в различных формах. Нитрид с большей вероятностью образует мелкие и дисперсные вторые фазы, подавляет рост зерен аустенита и оказывает значительное влияние на измельчение зерен, значительно улучшая прочность, твердость и другие механические свойства материала валка. Таким образом, контролируя содержание азота в материале холодного прокатного валка, мы можем улучшить общую производительность рабочего валка холодной прокатки, что также обеспечивает важное направление для разработки материалов для валков.

③ Кованая холоднокатаная полубыстрорежущая сталь

Во время фактического использования рабочие валки холодной прокатки, могут возникнуть производственные аварии, такие как застревание стали, прилипание стали и обрыв ленты. Локальная структура и твердость тела рабочего валка холодной прокатки, изготовленного из материалов серий Cr3 и Cr5, изменятся, что приведет к появлению локальных микротрещин или массивного отслоения на поверхности валка, тем самым снижая аварийную стойкость валка холодной прокатки. Материал кованых валков холодной прокатки из полубыстрорежущей стали разработан на основе материала рабочих валков холодной прокатки 5% Cr. Из-за большого добавления сильных карбидообразующих элементов Cr, Mo и V, тип карбида, полученного после закалки, в основном относится к типу M7C3. (HV2500) и карбид типа MC (HV3000). Наличие высокотвердого карбида гарантирует, что кованый валок из полубыстрорежущей стали имеет хорошую износостойкость и высокую аварийную стойкость.

④Холодный прокат из быстрорежущей стали

Валки из быстрорежущей стали впервые были введены в практическое производство и применение в Японии в 1988 году, а затем Соединенные Штаты также начали внедрять валки из быстрорежущей стали в начале 1990-х годов. По сравнению с Японией и Соединенными Штатами, практическое применение валков из быстрорежущей стали в Европе началось позже, но развивалось быстро. В настоящее время крупномасштабное производство валков из быстрорежущей стали в моей стране все еще находится в зачаточном состоянии, и ключевые технологии еще не прорвались. Валки из быстрорежущей стали используются только в нескольких крупных сталелитейных компаниях во главе с Baosteel. Проведение исследований в области технологии производства и использования валков из быстрорежущей стали может заложить основу для продвижения и применения новых валков из быстрорежущей стали, и поэтому имеет очень важное практическое значение.

В настоящее время валки из быстрорежущей стали используются в десятках сталелитейных компаний, таких как Inland Steel Company в США, Dofasco Company в Канаде, Akers Company в Швеции и Nippon Steel Company, и результаты использования хорошие. Материал валков из быстрорежущей стали содержит большое количество карбидообразующих элементов. Типы карбида в основном представляют собой типы MC и M2C, которые значительно улучшают прочность, шероховатость поверхности и износостойкость валков холодной прокатки. Поэтому использование валков из быстрорежущей стали может значительно снизить расход валков и сократить количество смен валков, что помогает снизить затраты на прокатку и улучшить качество листа. Из-за высокого содержания углерода и легирующих элементов в валках из быстрорежущей стали процесс их производства более сложен. В настоящее время нет надежных методов плавки, ковки и термической обработки, поэтому технология обработки плохая, а выход годного также низок. Это также ключевая технология, которую необходимо решить в будущем.