Yêu cầu về hiệu suất và xu hướng phát triển vật liệu của các lô cán nguội

Tấm thép cán nguội (bao gồm tấm thép mạ kẽm, mạ thiếc, tráng và tráng men) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, công nghiệp nhẹ, ô tô, máy móc, xây dựng, nước và điện, dầu khí, than, đường sắt và các ngành khác, và không thể thiếu và quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Các loại thép. Cuộn là thành phần thiết bị thiết yếu và rất quan trọng để sản xuất tấm cán nguội. Nhu cầu về tấm cán nguội tăng lên cũng dẫn đến số lượng các công ty sản xuất cuộn tăng đáng kể. Tuy nhiên, năng lực sản xuất cuộn thép rèn cán nguội cao cấp vẫn còn rất khan hiếm. Do sử dụng thiết bị nhập khẩu, chỉ một số ít công ty cuộn có thể cung cấp một số cuộn cao cấp và khoảng cách vẫn chỉ có thể được lấp đầy thông qua nhập khẩu. Với sự cải thiện dần dần của kiểm soát số, hiện đại hóa, tự động hóa và tính liên tục của các nhà máy cán, các yêu cầu về chất lượng cuộn ngày càng cao hơn.

Yêu cầu hiệu suất chính cho cán nguội cuộn làm việc các sản phẩm

①Sức mạnh lăn

Khả năng chống biến dạng trong quá trình cán nguội cao hơn nhiều so với quá trình cán nóng. Trong giai đoạn cắn ban đầu, bề mặt của trục cán nguội không chỉ phải chịu được áp suất vượt quá 1×104MPa mà còn phải chịu được ứng suất cắt do ma sát giữa trục và giao diện tấm gây ra. Để đáp ứng các yêu cầu khắc nghiệt khi sử dụng, độ bền kéo σb của trục cán nguội xấp xỉ 2×103MPa và cấu trúc bên trong phải đồng đều. Sự ra đời của công nghệ luyện chân không, khử khí chân không, rót chân không và các công nghệ khác không chỉ ngăn ngừa sự hình thành oxit mà còn cải thiện sự phân tách các thành phần hợp kim trong thỏi thép bằng cách kiểm soát nhiệt độ phun và tốc độ phun, đồng thời cải thiện độ chặt và tính đồng nhất về thành phần của cấu trúc. Công nghệ nấu chảy lại bằng điện xỉ đưa độ tinh khiết của thép vào một kỷ nguyên mới. Việc bổ sung molypden, vanadi và các nguyên tố hợp kim khác giúp tăng cường độ của thép cán nguội và cải thiện nhiều tính chất khác nhau của vật liệu thép cán nguội.

②Khả năng chống mài mòn của con lăn

Có hai dạng mài mòn chính của lô cán nguội trong quá trình cán nguội: mài mòn vĩ mô theo hướng xuyên tâm và giảm độ nhám bề mặt. Lượng mài mòn vĩ mô quyết định tuổi thọ của lô cán nguội. Khi phôi chuyển từ thỏi sang tấm, đặc biệt là khi cán nhiều loại tấm mỏng ở tốc độ cao, tuổi thọ của lô cán nguội sẽ bị rút ngắn đáng kể do bị mài mòn nghiêm trọng trong quá trình cán nguội. Đây đã trở thành một vấn đề lớn cần được giải quyết khẩn cấp. Nhiều tài liệu đã thảo luận rộng rãi và sâu sắc về vấn đề mài mòn của lô cán nguội: ví dụ, mài mòn do oxit nhôm trong thép lô cán nguội. Dưới tác động của ứng suất cán tuần hoàn lớn, bề mặt lô cán nguội có thể bị biến dạng, dẫn đến sản sinh ra các hạt mài mòn mịn, bị oxy hóa tạo thành các hạt mài mòn và trực tiếp gây mài mòn lô cán nguội. Trong quá trình cán nguội của lô cán nguội trong vùng nóng, bề mặt lô sẽ ngay lập tức tạo ra oxit do quá trình oxy hóa, sau đó các oxit này sẽ làm mòn lô. Khi cán nguội ở tốc độ cao, độ nhám bề mặt sẽ tăng dần khi phôi thép bị cắn vào. Do đó, việc bề mặt lô có thể tái tạo được hay không sẽ quyết định tuổi thọ cán tiếp theo của lô cán nguội.

Tóm lại, các biện pháp nâng cao khả năng chống mài mòn của cán nguội như sau:

(1) Tăng hàm lượng crom để nâng cao tuổi thọ của cuộn lạnh;

(2) Sử dụng công nghệ xử lý bề mặt để nâng cao tuổi thọ cán;

(3) Thép cuộn cán nguội tốc độ cao;

(4) Việc bổ sung Ti giúp cải thiện khả năng chống mài mòn;

(5) Sử dụng công nghệ phun đúc kim loại để cải thiện khả năng chống mài mòn.

③Hiệu suất chống tai nạn của cuộn

Khả năng chống tai nạn là khả năng chống nứt nhiệt, bong tróc và sốc nhiệt của cuộn cán nguội trong quá trình sử dụng. Khi các nhà máy cán hiện đại phát triển theo hướng tốc độ cao và áp suất cao, các tai nạn như kẹt thép, cán chồng lên nhau và trượt trong quá trình cán của nhà máy cán nguội sẽ làm tăng ma sát trên bề mặt của các lô cán nguội, dẫn đến nhiệt độ tăng tức thời. Thép dính xảy ra khi nhiệt độ đạt 1000°C. Nhìn chung, nhiệt độ bề mặt cục bộ của lô cán nguội tăng lên gây ra quá nhiệt cục bộ và thay đổi các đặc tính tổ chức. Các vết nứt trên bề mặt lô cán nguội chủ yếu là do sự kết hợp của ứng suất nhiệt và ứng suất cấu trúc do quá nhiệt cục bộ trong quá trình cán. Các vết nứt phát sinh trên lô cán nguội trong quá trình cán trước đó phải được loại bỏ hoàn toàn bằng cách mài kịp thời, nếu không sẽ hình thành các vết nứt lớn và sâu trong quá trình cán tiếp theo, khiến lô cán nguội hỏng sớm. Sự nứt vỡ này dưới dạng giãn nở vi vết nứt là nguyên nhân chính gây ra hỏng sớm của lô cán nguội trong quá trình sử dụng.

④Độ sâu của lớp cứng

Bằng cách tăng độ sâu của lớp cứng của cán nguội, đường kính thực tế của cán có thể được tăng lên và tuổi thọ của cán nguội có thể được kéo dài hiệu quả; do số lần tôi lại giảm, chi phí sử dụng cán nguội có thể được giảm hiệu quả. Khi hàm lượng crom trong thép cán nguội tăng từ 2% lên 3%, độ sâu của lớp cứng của cán nguội cũng sẽ tăng từ 10mm lên 15mm. Để cải thiện độ cứng của cán nguội, chúng ta có thể thêm một lượng nguyên tố niken thích hợp vào thép cán nguội rèn gốc crom truyền thống. Trong khi tăng độ cứng của cán nguội, độ sâu của lớp cứng cũng có thể tăng thêm 7~8mm. Đến giữa những năm 1980, xử lý đông lạnh bằng nitơ lỏng và công nghệ gia nhiệt cảm ứng tần số kép đã được sử dụng rộng rãi. Hàm lượng crom của nguyên tố hợp kim được tăng từ 3% lên 5%. Không chỉ độ sâu của lớp cứng vượt quá 50mm mà giá trị độ cứng bề mặt ban đầu của trục cán nguội cũng sẽ cao tới 100 (HSD).

Xu hướng phát triển vật liệu của cuộn cán nguội

① Cán nguội hàm lượng crom cao

Bằng cách tăng hàm lượng nguyên tố Cr, độ cứng của vật liệu trục cán nguội có thể được cải thiện. Mitsubishi Steel đã phát triển một loại vật liệu trục cán nguội bằng thép rèn có hàm lượng crom cao mới. Kết quả thử nghiệm chứng minh rằng khả năng chống mài mòn của trục cán nguội có hàm lượng Cr là 10% cao gấp đôi so với trục cán nguội có hàm lượng Cr là 3%. Khi hàm lượng nguyên tố Cr được tăng thêm lên 18%, khả năng chống mài mòn của trục cán nguội cũng sẽ được cải thiện. Bằng cách điều chỉnh sự cân bằng giữa cacbon và crom, không chỉ có thể đạt được độ cứng cao hơn ở nhiệt độ tôi thấp hơn mà khả năng dễ vỡ của vật liệu trục cũng có thể được giảm xuống, giảm khả năng xảy ra tai nạn gãy trục. Trục cán nguội có khả năng chống gãy trục mạnh và giữ độ nhám tốt, có thể thích ứng với việc cán trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như lực cán lớn và yêu cầu độ chính xác sản phẩm cao.

② Cuộn cán nguội cải tiến hợp kim cao

Để cải thiện tính chất cơ học và hiệu suất của trục cán nguội mới, chúng tôi đã tiến hành cải tiến trên cơ sở vật liệu trục cán nguội 5% Cr, thay đổi tỷ lệ phần trăm các nguyên tố như Mo và V hoặc bổ sung một lượng thích hợp các nguyên tố tạo thành cacbua mạnh như Ti, Nb, v.v. có thể tạo thành vật liệu mới cho trục sê-ri Cr5. Khả năng chống mài mòn và độ bền sốc nhiệt của vật liệu trục cán nguội sê-ri Cr5 mới có thể được cải thiện đáng kể.

Nitơ có thể tăng cường các tính chất cơ học của trục cán. Nó có ái lực mạnh với các nguyên tố hợp kim như crom, vanadi, titan và niobi trong thép và có thể tạo ra các nitrua ổn định tồn tại trong thép ở các dạng khác nhau. Nitrua có nhiều khả năng tạo thành pha thứ hai mịn và phân tán, ức chế sự phát triển của các hạt austenit và có tác dụng đáng kể trong việc tinh chế các hạt, cải thiện đáng kể độ bền, độ cứng và các tính chất cơ học khác của vật liệu trục cán. Do đó, bằng cách kiểm soát hàm lượng nitơ trong vật liệu trục cán nguội, chúng ta có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của trục cán nguội, điều này cũng cung cấp một hướng quan trọng cho sự phát triển của vật liệu trục cán.

③ Thép cán nguội bán tốc độ cao rèn

Trong quá trình sử dụng thực tế cuộn cán nguội, có thể xảy ra tai nạn sản xuất như kẹt thép, dính thép và đứt đai. Cấu trúc cục bộ và độ cứng của thân trục cán nguội được làm bằng vật liệu sê-ri Cr3 và Cr5 sẽ thay đổi, gây ra các vết nứt nhỏ cục bộ hoặc bong tróc lớn trên bề mặt trục, do đó làm giảm khả năng chống tai nạn của trục cán nguội. Vật liệu của trục cán nguội thép bán tốc độ cao rèn được phát triển dựa trên vật liệu của trục cán nguội 5% Cr. Do bổ sung nhiều các nguyên tố tạo thành cacbua mạnh Cr, Mo và V, nên loại cacbua thu được sau khi tôi chủ yếu là loại M7C3. (HV2500) và loại cacbua MC (HV3000) chủ yếu được sử dụng. Sự tồn tại của cacbua có độ cứng cao đảm bảo rằng trục thép bán tốc độ cao rèn có khả năng chống mài mòn tốt và khả năng chống tai nạn cao.

④Cán nguội thép tốc độ cao

Cuộn thép tốc độ cao lần đầu tiên được đưa vào sản xuất và ứng dụng thực tế tại Nhật Bản vào năm 1988, sau đó Hoa Kỳ cũng bắt đầu áp dụng cuộn thép tốc độ cao vào đầu những năm 1990. So với Nhật Bản và Hoa Kỳ, ứng dụng thực tế của cuộn thép tốc độ cao ở Châu Âu bắt đầu muộn hơn nhưng phát triển nhanh chóng. Hiện tại, sản xuất cuộn thép tốc độ cao quy mô lớn của nước tôi vẫn còn trong giai đoạn trứng nước, và các công nghệ then chốt vẫn chưa được đột phá. Cuộn thép tốc độ cao chỉ được sử dụng ở một số ít công ty thép lớn do Baosteel đứng đầu. Việc tiến hành nghiên cứu về công nghệ sản xuất và sử dụng cuộn thép tốc độ cao có thể đặt nền tảng cho việc thúc đẩy và ứng dụng các cuộn thép tốc độ cao mới, do đó có giá trị thực tế rất quan trọng.

Hiện nay, thép cán nguội tốc độ cao đã được sử dụng tại hàng chục công ty thép như Công ty thép nội địa Hoa Kỳ, Công ty Dofasco Canada, Công ty Akers Thụy Điển và Công ty thép Nippon, và kết quả sử dụng rất tốt. Vật liệu của thép cán nguội tốc độ cao chứa một số lượng lớn các nguyên tố tạo thành cacbua. Các loại cacbua chủ yếu là loại MC và M2C, sẽ cải thiện đáng kể độ bền, độ nhám bề mặt và khả năng chống mài mòn của trục cán nguội. Do đó, việc sử dụng thép cán nguội tốc độ cao có thể làm giảm đáng kể lượng tiêu thụ trục cán và giảm số lần thay trục cán, giúp giảm chi phí cán và cải thiện chất lượng tấm. Do hàm lượng cacbon và hợp kim cao trong thép cán nguội tốc độ cao nên quy trình sản xuất phức tạp hơn. Hiện tại, chưa có phương pháp luyện kim, rèn và xử lý nhiệt đáng tin cậy nên công nghệ gia công kém và tỷ lệ sản lượng cũng thấp. Đây cũng là công nghệ then chốt cần giải quyết trong tương lai.