Около 2/3 продукции в металлургии подвергаются на том или ином этапе производства деформации на станах холодной и горячей прокатки. Основным инструментом, изменяющим форму металла, придающих ему заданные размеры, чистоту поверхности и механические свойства, являются прокатные валки.

К рабочим валкам, подвергающимся механическим и тепловым стрессам, различным видам износа и локальным повышенным давлениям в процессе эксплуатации, предъявляются всё более высокие требования. Для каждого случая всё время проходит поиск компромисса между твёрдостью и вязкостью, абразивным износом и усталостью металла, а также достаточной прочностью. Путём комбинаций химического состава и тщательного подбора параметров термической обработки достигаются подходящие свойства прокатных валков.

Ниже приводятся различные типы рабочих прокатных валков изготовляемых компанией Kolding d.o.o. (Словения) по собственным спецификациям, а так же на заказ, по индивидуальным требованиям заказчика, включая прокатные валки для прокатного многовалкового стана Зендзимира (Sendzimir Mills) и 20-ти валкового стана фирмы Зундвиг (Sundwig) для прокатки тончайшей фольги.

Валки для листопрокатных станов

Прокатные валки для листопрокатных станов горячей и холодной прокатки являются одним из распространённых видов прокатных валков. Здесь у многих производителей накоплен большой опыт, основанный и подкреплённый производственными возможностями.

В основном на рынке России и СНГ представлены кованные рабочие и опорные валки выполненные из инструментальной и быстрорежущей обработанной стали, которая так же может быть подвергнута дополнительному улучшению в процессе электрошлакового переплава. Гораздо меньше предложений на рынке на литые прокатные валки из легированного чугуна с шаровидной формой графита обеспечивающие больший накат и срок службы валка. Литые прокатные валки обычно изготовляются методом центробежного литья. Данный способ более дорогой, однако он позволяет максимально уплотнить структуру металла ближе к наружной рабочей поверхности, что обеспечивает более долгий срок службы валка.

Компания Kolding d.o.o. имеет особенно сильные позиции, когда речь заходит о специальных требованиях и заказчик ставит перед собой задачу по сокращению простоев производства за счёт более редкой замены валков, а так же уменьшение затрат на закупки прокатных валков и повышению пропускной способности стана с увеличение качества поверхности листа.

Рабочие прокатные валки с насечкой

Для получения стальных или алюминиевых листов с препятствующей скольжению поверхностью используются рабочие валки прокатных станов с текстурированной рабочей поверхностью, обеспечивающей необходимый рельеф. Прокатанные таким образом листы широко используются при изготовлении металлических ковриков для площадок и трапов в судостроении и на промышленных объектах.

Валки для стана фирмы Зундвиг и стана Зендзимира

Рабочие валки прокатных станов немецкой фирмы «Зундвиг» (SUNDWIG GmbH), ориентированные на производство тончайшей ленты, фольги (толщиной менее 0,15 мм) из стали и цветных металлов (прецизионных магнитомягких сплавов, электротехнической ленты), а так же прокатный стан Зендзимира требуют дополнительный опыт и технологические возможности в изготовлении рабочих валков, т.к. для получения высококачественной сверхтонкой ленты из холоднокатаных сталей и сплавов со сверхнизким содержанием углерода и заданным уровнем механических и физических свойств к рабочим валкам предъявляются повышенные требования.

Компания Kolding d.o.o. обладает необходимым многолетним опытом и технологиями при подборе идеального соотношения между твёрдостью и вязкостью, абразивным износом и усталостью металла, а также достаточной прочностью в зависимости от вида металла и поставленной задачи. Компания является регулярным поставщиком рабочих валков и приводных промежуточных валков ряда Европейских компаний имеющих на вооружении прокатные станы фирмы Зундвиг.

Сортовые прокатные валки, изготовленные из углеродистых сталей, нержавеющих сталей, жаропрочных и прецизионные сплавов применяются для прокатки стали и цветных металлов с получением круглого, квадратного или других сечений (в т.ч. прокатка рельсов и балок), а так же прокатки различных конфигураций швеллеров, уголков, бимсов и других профилей. Валки для среднесортных прокатных станов, мелкосортных прокатных станов, проволочных прокатных станов, станов прокатки арматуры, комбинированные мелкосортно-проволочные станы и другие в сочетании с компонентами системы привода находятся на передовой производственного процесса и конечного результата, поэтому к качеству и сроку службы валков для сортовых станов предъявляются повышенные требования. Основными видами продукции являются строительная арматура, катанка, проволока.

В основном на производстве валков для сортовых станов используются инструментальная и среднелегированная сталь (KOLD-2, KOLD-ZA, KOLD-3, KOLD-3A, KOLD-4, KOLD-5). В компании есть планы в ближайшей перспективе начать производство валков из быстрорежущей и порошковой стали. Помимо стандартного подхода с использованием термообработки, при изготовлении сортовых прокатных валков компанией Kolding d.o.o. так же применяется криогенная обработка (-160 °C).

Валки для рельсобалочных станов

Производство KOLDING в г. Равне (Словения) предлагает точный по размерам диапазон прокатных валков для рельсобалочных (крупносортовых) станов используемых для проката двутавровых балок, швеллеров, рельсов, а также других тяжёлых профилей. Изготовление прокатных валков производится как на основе существующих Европейских и Российских стандартов, так и по индивидуальных требованиям. При этом на металлургических крупносортовых агрегатах горячей прокатки в основном используются в чистовых и черновых клетях прокатные валки из инструментальной стали KOLD-12, помимо среднелегированной стали KOLD-2.

Специальные валки

Помимо производства прокатных валков для прокатных станов имеющих широкое распространение на металлургических производствах, компания Kolding d.o.o. благодаря высокой технической оснащённости и опыту выделяет в качестве своего отличительного конкурентного преимущества и фокусируется на изготовление специальных валков под специфические требования заказчика.

	Рабочие валки для трубоправильного и волочильного стана
			Хромированные валки Обеспечение: хорошей адгезии к материалам, высокой износостойкости, антикоррозионной защиты, твёрдости (до 64 HRc), температурной устойчивости и защищённости поверхности от химически активного негативного влияния
	Валки с резиновым покрытием Используются в целлюлозно-бумажной промышленности, производстве машин и оборудования, а так же в металлургии и текстильной промышленности		Валки с полиуретановым покрытием Применяются для лакировки, чистовой обработки, протягивания или транспортировки.

РАБОЧИЕ ВАЛКИ ДЛЯ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ

Компания производит все типы прокатных валков для станов производства холоднокатаных и горячекатаных бесшовных труб цилиндрического, шестигранного или квадратного поперечного сечения высокой точности из различных марок стали, а также сплавов цветных металлов.

- валки для станов холодной прокатки труб (включая пильгерстан);
- валки редукционного стана;
- валки прошивного стана;
- валки трёхвалкового раскатного стана;
- валки калибровочного стана;
- валки раскатного стана;
- транспортировочные валки;
- другие виды валков для трубопрокатных станов.

6. МАТЕРИАЛ ВАЛКОВ

Большую роль при производстве профильного проката играет правиль-ный выбор металла валков.

Чугунные валки для сортовых станов горячей прокатки изготавливают по ГОСТ 11143—65 следующих видов: из нелегированного чугуна с /пластин-чатым (СП) и шаровидным (СШ) графитом; из легированного чугуна с пластинчатым (СПХН) и шаровидным (СШХН) графитом.

Легированные чугунные валки с пластинчатым графитом (СП) изго-тавливают с отбеленным перлито-графитовым и с перлито-карбидо-графито-вым рабочим слоем.

Легированные чугунные валки с пластинчатым графитом (СПХН) изготав-ливают с отбеленным или с перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем, а также двухслойными с рабочей поверхностью из легированного отбеленного чугуна и с сердцевиной из серого или легированного чугуна.

Нелегироваяные чугунные валки с шаровидным графитом (СШ) (изготав-ливают с отбеленным перлито-графитовым и перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем.

Легированные чугунные валки с шаровидным графитом (СШХН) изго-тавливают с перлито-карбидо-графитовым рабочим слоем, а также двух-слойный с рабочей поверхностью из легированного отбеленного чугуна и с сердцевиной из серого или легированного чугуна. Все указанные выше типы чугунных валков отливают гладкими или с профильными ручьями.

Твердость поверхности бочек отбеленных чугунных валков, как правило, определяют приборами типа Шора. Твердость валков с перлито-окарбидо-графитовой структурой должна определяться по Бринеллю.

Стальные валки (кованые и литые) для сортовых станов горячей про-катки изготавливают по ГОСТ 9487—70 (технические требования) и ГОСТ 5399—69 (основные размеры).

Стальные прокатные валки изготовляют литыми и коваными для горя-чей прокатки и коваными для холодной прокатки.

Стальные литые валки для горячей прокатки выполняют из доэвтектоидных (0,46—0,70% С, HS24—27), эвтектоидных (0,75—0,85% С, HS30—40) и заэвтектоидных (1,1—1,6% С, HS32—50) сталей.

Стальные кованые валки для холодной прокатки изготовляют по ГОСТ 3541—74, а для горячей прокатки — по техническим условиям, согласован-ным между заводами-изготовителями и заводами-потребителями.

Стальные валки для блюмингов, слябингов и заготовочных станов изго-товляют в основном из кованой углеродистой стали, содержащей 0,6— 0,8% С, или легированной хромоникелевой стали марок 50ХН и 60ХН, а так-же из литой стали 50, 50ХН, 150ΧΉΜ; валки рельсо-балочных и крупносорт-ных станов — из кованой стали 50, 55, 55Х, 40ХН, 50ХН, 60 ХН, 9Х и 9ХФ; валки среднесортных станов—из кованой стали 50, 55, 55Х и 50ХН и ли-той 150ХНМ; валки мелкосортных станов из кованой стали 50, 55, 55Х и 60ХГ и литой 150ХНМ; проволочных станов — из кованой стали 50, 9Х, 9ХФ и 9Х2МФ и литой 150ХНМ; штрипсовых станов — из кованой стали 50, 60ХГ и литой 150ХНМ.

Бандажи сборных валков станов холодной прокатки изготовляют из ста-лей 9Х, 9X2, 9ХФ, 75ХМ и оси валков из сталей 45ХНМ, 40ХН2МА, 55Х.

Химический состав металла калков должен соответствовать ГОСТ 1050— 74 для сталей марок 50 и 55, ГОСТ 4543—71 для сталей марок 40ХН, 50ХН и 40ХН2МА; ГОСТ 3541—74 для сталей марок 55Х, 9ХФ; ГОСТ 5950—63 для стали 9Х; ГОСТ 10207—70 для стали 45ХНМ.

7. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛКОВ

Чугунные валки изготавливают только отливкой. Изготовление литых, валков — сложный процесс с большим числом промежуточных операций. Ка-чество литых валков зависит в основном от вида литейной формы. Напри-мер, тепловое сопротивление земляной формы в несколько (раз больше, чем металлической.. Валки, отлитые в земляную форму, имеют более низкие прочность и износостойкость, что обусловлено медленным затвердеванием жидкого металла.

Мягкие (незакаленные) валки отливают из черного чугуна в земляную форму -(опоку). (Полутвердые (полузакаленные) валки отливают в металли-ческую чугунную форму (кокиль), покрытую изнутри слоем глины толщи-ной до 15—20:мм для замедления -процесса отбеливания чугуна «а бочке валков. Твердые (закаленные) валки отливают в металлическую нефутерованную форму. Валки высокой твердости изготавливают двухслойными: на-ружный слой из высоколегированного чугуна, а сердцевину — из чугуна де-шевого, но более прочного при работе на изгиб.

Механическая обработка валков с отлитыми ручьями значительно проще. Требуемые глубина и твердость отбеленного рабочего слоя достигаются под-бором толщины слоя обмазки и химическим.составом чугуна. Глубина отбе-ленного рабочего слоя валков мелкосортных станов составляет 15—30 мм, средне-сортных 20—40 мм и крупносортных и рельсо-балочных 150—200 мм/ Глубина отбеленного слоя ручьевых валков должна обеспечить возможность полной их переточки.

Магнитогорский (ММК) и Кузнецкий (КМК) металлургические комби-наты, Серовский металлургический завод применяют передовую технологию литья валков в металлические сборные формы. Большого внимания заслужи-вает технология литья валков на КМК. Верхняя шейка валка формируется в земляной форме, а бочка и нижняя шейка — в чугунном кокиле. Внутрен-нюю поверхность литейной формы окрашивают хромомагнезитовой краской толщиной до б мм. Окрашенные формы сушат при 300—350°С.

Чугунные валки отливают на Днепропетровском чугуно-вальцеделательном заводе (ДЧВЗ), Лутугинском заводе прокатных валков (ЛЗПВ), Кушвинском заводе и для собственных нужд на КМК, ММК, Серовском метал-лургическом заводе и на других заводах.

Химический анализ чугуна должен проводиться (ГОСТ 2331—63) на пробах, взятых при заливке чугуна.

Работниками Лутугинского завода освоен способ обработки чугуна магнием с использованием жидкой чугуно-магниевой лигатуры. Сущность способа заключается в том, что обработке магнием подвергают не всю мас-су (металла в 35-т ковше, а только часть его в малом ковше емкостью 10— 15 т.

Плавку ведут одновременно в вагранке и пламенной печи. Обе части плавки (ваграночная, обработанная магнием и печная) после смешивания обеспечивают требуемые химический состав, твердость и микроструктуру отливок.

Обработка чугуна жидкой чугуно-магниевой лигатурой позволяет повы-сить температуру заливки и сохранить в массовых отливках остаточный магний, необходимый для образования в чугуне шаровидной формы графита.

Опыт Лутугинского завода получения тяжелых отливок из магниевого чугуна переняли многие заводы как в нашей стране, так и за рубежом.

Вакуумирование жидкого чугуна при отливке способствует уменьшению газонасыщенности и загрязненности неметаллическими включениями метал-л а валков; при этом глубина отбеленного слоя валков уменьшается в 1,3 ра-за, а переходной зоны — в 1,5 раза.

На некоторых металлургических заводах при изготовлении литых сталь-ных валков наряду с заливкой металла в -форму (кокиль) сверху применя-ют сифонную заливку. Сифонная заливка позволяет уменьшить припуск под механическую обработку валков на 25—30%. Однако сифонная заливка усложняет процесс формовки и выбивки валков из формы, повышает стои-мость изготовления форм и требует больше производственных площадей.

Стойкость кокилей для валков диаметром 800—1100 мм и длиной бочки до 2000 ммдостигает 35 заливов, а для валков диаметром до 800 мм на-ходится в пределах 40—50. На КМК кокили массой более 10 τ отливают с бандажами, что приводит к увеличению стойкости кокилей на 20—25%.

Литые стальные валки для горячей прокатки находят все большее при-менение. Ряд заводов черной металлургии, используя передовую технологию-изготовления валков, уже в течение нескольких лет успешно применяет ли-тые стальные валки вместо кованых.

Литые валки из углеродистых заэвтектоидных сталей (марок У10, У12) изготавливают и эксплуатируют на ММК и КМК в черновых клетях рель-со-балочных и крупносортных станах.

Успешное применение литых стальных валков объясняется их низкой, стоимостью и высокой стойкостью. Срок службы литых валков обычно в 1,5—2,5 раза больше, чем кованых.

Основными поставщиками кованых валков горячей прокатки являются УЗТМ, НКМЗ, ЭЗТМ, ЮУМЗ, Ижорский, Днепропетровский и некоторые другие заводы тяжелого машиностроения, располагающие мощным кузнечно-прссовым оборудованием и необходимыми рредствами термообработки.

Качество валков, выпускаемых отдельными заводами, неодинаково. Как показывают многочисленные статистические данные, наиболее высокую стой-кость при эксплуатации имеют валки Уралмашзавода. Ковку валков на УЗТМ в отличие от ковки на большинстве других заводов осуществляют, как правило, с одной осадкой при степени укова не менее трех. Для повы-шения износостойкости бочку валков можно подвергать поверхностной за-калке, наплавке твердыми сплавами и обкатке роликами.

В зависимости от марки стали валки для горячей прокатки подвергают следующим видам термической обработки: нормализации и отпуску (для рельсо-балочных и крупносортных станов) — стали марок 50, 55, 9Х, 9ХФ; закалке и отпуску (для проволочных станов) —9Х, 9ХФ, 9Х2МФ; двойной нормализации и отпуску (для непрерывно-заготовочных, среднесортиых, мелкосортных станов) — 150ХНМ.

Стали марок 55Х, 60ХГ, 50ХН и 60ХН подвергают нормализации и от-пуску или по требованию заказчика — закалке и отпуску для валков с боч-кой диаметром до 500 мм, а с бочкой диаметром более 500 мм закалка и отпуск должны проводиться по соглашению сторон.

Литые валки из стали марок типа 60ХН подвергают термической обра-ботке по следующему режиму "[}]: выдержка в печи в течение 4 ч при 250°С, последующий нагрев до 650° со скоростью 40°С/ч, выдержка 3—5 ч; нагрев до 950°С со скоростью 60°С/ч, выдержка 18—22 ч; охлаждение на воздухе до 550—600°С; нагрев до 850—870°С, со скоростью 80°С/ч выдержка 14— 18 ч; охлаждение на воздухе до 400—500°С; нагрев до 600°С со скоростью 80°С/ч; выдержка 12 ч; охлаждение с печью до 200°С со скоростью 25°С/ч. Время термической обработки составляет около ПО ч.

На ММК литые валки из стали У150ХНМ подвергают термической об-работке по следующему режиму: тройная нормализация с температур 1050, 820, 900°С, последующий отпуск при 600°С (твердость HS46—49), норма-лизация с Ш50°С, последующий отжиг при 820°С (твердость HS41—45),

Кованые стальные валки из углеродистых сталей подвергают термиче-ской обработке по следующему режиму: нагрев до температуры норма-лизации (830—870°С) с выдержкой в печи после выравнивания температу-ры из расчета 0,6 ч на 100 мм толщины с последующим охлаждением на воздухе до "250—550°С. Температура отпуска 580—660°С, время выдержки из расчета 1,2 ч на 100 мм толщины. Охлаждение после отпуска: до 400°С со скоростью 40—60°С/ч, охлаждение до 250—300°С со скоростью 20—30°С/ч. Нагрев и охлаждение валков из легированных сталей осуществляют более осторожно.

Валки из углеродистых сталей можно подвергать термической обработке в необработанном виде, а из легированных — только после механической обработки.

Валки для горячей прокатки должны поставляться с чисто обработанны-ми и зацентрованными шейками. Шероховатость поверхности бочки валков для горячей прокатки должна быть не ниже 5-го класса, а грубообработанной поверхности бочки —не ниже 3-го класса (ГОСТ 2789—73).

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.

Значительный процент повреждений рабочих валков (в среднем около 40-50%) и в очень многих случаях преждевременный выход их из строя объясняются недо­брокачественностью изготовления валков.

а) Литье валков . В области составления шихты ряд американских и ан­глийских фирм имеет тенденцию к применению наименьшего количества компонен­тов, максимально однородных и по химическому составу (в особенности по содер­жанию кремния) и по физическим свойствам.

Английские фирмы составляют шихту для валков из 25-30% «переплава», соот­ветствующего по химическому составу изготовляемым валкам с поправкой на угар, 40-50% валковой ломи и 20-35% подшихтовочных материалов (шведский древесноугольный чугун, или чугун «холодного дутья»).

Ряд американских и английских фирм и широко применяет раскис­ление и дегазификацию расплавленного металла (в ковше), используя в качестве раскислителя ферро-карботитан и ферро-кремнетитан. Первый из них, содержащий около 15-18% Тi имеет высокую точку плавления (1400°) и трудно растворяется в основной массе, второй имеет точку плавления значительно более низкую (1200°) и поэтому дает лучшие результаты. На основе ряда исследований, произведенных в СССР, считают , что значительно целесообразнее вводить титан и алюминий в состав чушковых доменных чугунов.

Формовочные материалы должны обладать высокими физическими свойствами в отношении огнестойкости, газонепроницаемости и связывающей способности.

Отливка валков прокатных станов производится в опоках, кокилях, а также в сборных кокилях. В последнем случае шейки и трефы валков предварительно формуются в опоках, формы просушиваются, затем для бочки валка устанавливается кокиль.

Мягкие валки из серого чугуна отливаются в глиняных опоках, стальные-в специальных опоках, имеющих для бочки песчаную форму с холодильниками (фиг. 187, а).

Чугунные валки большой твердости с отбеленной поверхностью бочки отлива­ются в металлических кокилях без футеровки, тогда как кокили для полутвердых валков обмазываются внутри глиной, что противодействует резкой отбелке чугуна. Шейки и трефы валков отливаются в глиняных формах.

При производстве двухслойных чугунных валков (шведский способ) формовка производится как обычно, но только диаметр литника делается больше на 25-30%, причем для спуска промытого металла на верхней прибыли устанавливается спуск­ной жолоб (фиг. 187, б). Отливка ведется в кокилях обычной формы и размеров. Количество серого чугуна, потребного для промывки, зависит от химического состава белого и серого чугунов, веса и назначения валков. На европейских заводах оно достигает 25% от общего веса валка, на Надеждинском заводе - 40% и даже больше.

Сборные кокили устраиваются с прорезями для свободного выхода газов и для ослабления деформаций, возникающих под влиянием термических ударов, или с го­фрированной, волнообразной поверхностью, обеспечивающей меньшую овальность закаленного слоя после обработки поверхности валка на токарных станках.

На фиг. 188, а, б, в изображено кольцо сборного кокиля Никольса.

Гладкие и калиброванные закаленные и даже полутвердые валки отливаются теперь с готовыми трефами, формовка которых осуществляется по моделям в пес­чаных формах в одной опоке с шейками.

Калиброванные валки отливаются с уплотненными ручьями, для чего в отдельные участки формы чугунных кокилей помещаются холодильники.

Литниковые лейки применяются с вертикальной стенкой и квадратным сечением воронки, что способ­ствует спокойной заливке металла (патент Даниэльса) (фиг. 189, а, б).

Некоторые английские фирмы (Акрилл и др.) опоки для полутвердых валков и кокили для закаленных по­догревают перед заливкой до температуры 250 - 400° в зависимости от диаметра, химического состава и тре­буемых механических свойств валков.

Широко распространилась отливка калиброванных (фиг. 190, а) и комбинированных (фиг. 190, б) валков для сортовых и рельсобалочных станов ввиду зна­чительного экономического преимущества их перед глад­кими отливками, которые при вырезке калибров зна­чительно ослабляются.

б) Термическая обработка имеет целью уничтожение литейной неоднородности, перевод всей ме­таллической массы в твердый раствор, получение по­требной структуры и необходимой твердости, уменьше­ние внутренних напряжений.

Известная английская фирма «Брайтсайд Чиллед Грейн и Элоу Ролле» для валков со стальной основой применяет двойную или при высококачественных вал­ках даже тройную термическую обработку.

1. Первый нагрев до температуры выше верхней критической точки Асз - 50° со скоростью 15-20°/час и выдержкой при этой температуре (час на каждые 25 мм диаметра) с последующим охлаждением на воз­духе (без сквозняков) до температуры 300°.

2. Второй нагрев с 300° до температуры, близкой к нижней критической точке, с выдержкой в течение не­скольку часов для облегчения перлитного превращения.

Фиг. 187. Способы отливки валков: а - отливка сталь­ных валков по способу «Юнай­тед»; б - отливка чугунных (двухслойных) валков «швед­ским» способом

Фиг. 188. Устройство кольца сборного кокиля Никольса: а - вид сверху; б- разрез по АВ; в - разрез, показывающий углубление формы для местной закалки

3. Третий нагрев производится до температур кри­тического интервала (в зависимости от желаемой струк­туры и твердости), но не выше верхней критической точки. За нагревом следует выдержка при этой температуре (час на каждые 25 мм диаметра) с последующим насколько возможно быстрым охлаждением в печи (до 450°). Затем новая вы­держка при этой температуре (минимум час на каждые 25 мм диаметра) с по­следующим медленным охлаждением вместе с печью.

На этом же заводе режим термической обработки валков с чугунной основой заключается в следующем: нагрев (15-20°/час) ниже нижней критической точки Ас выдержка при температуре 500-450° (час на каждые 25 мм диаметра) и медленное охлаждение вместе с печью.

Чтобы облегчить уничтожение литейной неоднородности и дендритности струк­тур при термообработке, за границей широко практикуют производство валков с об­щим содержанием углерода в пределах растворимости его в основной металлической массе. Широко применяют также заливку валков при возможно более высокой температуре, причем для защиты кокилей и форм шеек и трефов, последние покры­вают при помощи пульверизатора специальной огнестойкой краской, способствующей активному удалению газов.

Внутренние напряжения, возникающие от усадки и при переходе критического интервала в углеродистых валках ослабляют охлаждением в кокилях до 180-200°; в легированных - при помощи замедленного охлаждения до температуры окружаю­щего воздуха. Высоколегированные и специальные валки нуждаются в неоднократ­ном нагреве, охлаждении, нормализации и выдержке. Охлаждение применяется как быстрое, так и замедленное, в частности охлаждение вместе с печью.

Фиг. 189. Сборный кокиль Даниэль­са: а -вид свер­ху; б - продоль­ный разрез

Фиг. 190. Отливка в кокилях калиброванных (а) и комбинированных (б) валков

Американская фирма «Люис фаундри Ко» применяет для охлаждения цилиндри­ческие кожухи, изготовленные из котельного железа с внутренним диаметром, боль­шим внешнего диаметра кокилей на 150-200 мм. Пространство между кожухом и кокилем засыпается сухим песком или другим каким-либо нетеплопроводным материалом.

Некоторые американские и английские фирмы придают большое значение вопро­су естественного и искусственного старения. Прежде чем пустить валки в работу, фирма «Пери и Сын» выдерживает их на стеллажах в течение 3-6 месяцев.

Искусственное старение прокатных валков заключается в нагреве их до темпе­ратуры ниже нижней критической точки Ас и выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

в) Ковка валков , как и литье, тесно связана с термической их обра­боткой, отдельные операции которой чередуются со стадиями ковки, оказывая влияние на режим всего процесса в целом при изготовлении стальных кованых валков.

г) Сведения о механической обработке валков подробно излагаются ниже, здесь же приводим только общие указания о шлифовке и поли­ровке, завершающих процесс изготовления валков.

Валки твердостью до 90 единиц по Шору требуют зеркальной отделки, осу­ществляемой полировкой несколькими (2-6) шлифовальными кругами с постепенно возрастающим номером зерна (24-500). Шлифовку на предшествующих стадиях необходимо вести очень тщательно, так как дефекты шлифовки не могут быть испра­влены последующей полировкой на более тонких шлифовальных кругах.

Недостаточное охлаждение и смазка, внезапные остановки при шлифовке валка, большая подача и т. д. могут вызвать местное горение валка, приводящее к тре­щинам. Трещины могут появиться также от шлифовки валка слишком твердым кругом.

д) Хромирование валков , впервые освоенное в СССР в 1936г. на заводах «Красный гвоздильщик» , и НКМЗ , в последнее время получает все более широкое применение в технике.

Осуществленные электрическим способом хромовые покрытия придают валкам большую твердость, повышенную стойкость на истирание, пониженный коэффициент трения и высокие антикоррозийные свойства. Стойкость хромированных валков в 2-6 раз выше стойкости нехромированных . Твердость первых выше твердости вторых на 2-4 единицы по Шору.

Процесс хромирования валков можно разбить на три основных этапа: механи­ческая очистка поверхности валка, химическая подготовка, хромирование.

Механическая очистка заключается в шлифовке и полировке бочек валков. Шлифовка производится корундо-шеллаковыми кругами с зернистостью 90-120, полировка - при помощи войлочного круга, покрытого полировочной пастой (венская известь, техническое сало, стеарин и жир) или пастой ГОИ акад. Гребенщикова (прокаленная окись хрома и стеариновая кислота).

Химическая подготовка поверхности валка заключается в обезжиривании в бензине, протирке венской известью, промывке и подогреве в горячей воде (до 50°).

Нормальное проведение процесса хромирования обеспечивается установлением правильного режима, подбора состава электроли­та, его температуры и плотности тока.

На заводе «Красный гвоздильщик» состав электролита (нормальная ванна) таков: хромового ангидрида-250 г/л, серной кислоты - 2-2,5 г/л; плотность тока 15 А/дм (в начальный момент 10 А/дм ); температура электролита 45-47°.

На этом заводе хромированию подвергались валки диаметром 100-220 мм, с твердостью по Шору не ниже 90 единиц. Каждый валок помещался в отдельную ванну и, будучи подвешен крючком (фиг. 191, а) на токоподводящую ванну, служил катодом; анод имел форму цилиндра, разделенного на две части и подвешенного на крючках к токоподводящей шине.

Для лучшего сцепления хрома с основным металлом через 30-40 сек. пребывания валка в ванне подавался обратный ток. Хромирование 1лилось 2 часа, после чего валок вынимали из ванны, промывали в горячей воде и выдерживали в течение суток, прежде чем отправить на стан.

Впоследствии благодаря изменению форм анода схемы подвода тока получили возможность вместо одного хромировать одновременно несколько валков (фиг. 191, б), с расстоянием между ними а =270 мм.

Фиг. 191. Хромирование валков: а - рабочий валок (сверху) и приспособления для хромирования (снизу); б - одновременное хромирование в одной ванне трех валков

Фиг. 192. Способы хроми­рования валков и крупных деталей на НКМЗ: 1- ролик; 2 - вентиляцион­ные клапаны; 3 - анодная шина; 4 - деревянное кольцо; 5 - аноды; 6 - электролитная ванна; 7 - целлулоидный экран; 8 - водяная рубашка; 9 - за­жимной хомут, 10 - шту­цер для спуска электролита; 11 - резина; 12 -подвод тока

Большого внимания заслуживает способ хромирования крупных деталей, примененный на НКМЗ при изготовлении роликов моечной машины тонколистового стана завода «Запорожсталь».

Вследствие больших размеров роликов (диаметр 220 мм, длина 1700 и 2200 мм, соответственно хромируемые поверхности 1,36 и 1,76 м ) и ограниченной мощности источников тока (максимум 1000 А) была применена ванна (фиг. 192), в которой можно было вести хромирование по частям. Ванна представляет собой бак с водяной рубашкой, подогреваемой паровым змеевиком. В дне ванны имеется отверстие, выложенное резиной. Диаметр отверстия соответствует диаметру ролика, подвергающегося хромированию. Дно ванны выложено трехслойным целлулоидом с толщиной каждого слоя в 0,5мм.

Фиг. 193, в. Схема действия сил между полосой и валками, вызываемых трением при истечении материала

Концы роликов на длине в 360 мм сначала хромировались в обычной хромовой ванне. Для хромирования середины ролики переносили в ванну, изображенную на фиг. 192, где процесс хромирования осуществлялся поясами высотой в 350 мм каж­дый. При переходе от одного пояса к другому ролик не вынимался из ванны, а продвигался на необходимую высоту сквозь отверстие, обложенное резиной.

Исследования показали , что хромированные валки имеют твердость по от­ношению к нехромированным больше на 2-4 единицы по Шору.

Фиг. 193, а и о. Схемы буксования полосы при ее задаче в валки (а), буксования валков при выходе полосы (б)

Валки для линий листовой холодной прокатки по их использованию делят на: рабочие и опорные. См. рис. 4 и 5.

Диаметр валка подбирают на основе расчетов, выполненных при учете сортамента (его толщины), условий работы, механических свойств проката, максимальных усилий, обжатий, конструкции линии.

Длина бочки РВ зависит от ширины полосы, листа, ленты.

Приводными валками обычно делают РВ. В клетях, где отношение длины бочки к Ø валка = или > 5:1, и прокатывается очень тонкая лента из легированной стали, на многовалковых агрегатах приводными выполняются ОВ (опорные валки). У валков с подшипниками качения, шейки изготовляют ступенчатыми. На станах, где используются подшипники скольжения, шейки валков, как правило, гладкие. Для редуцирования давления на подшипники, повышения прочности валковых шеек, работающих на ПЖТ, шейки имеют макс. Ø, а места переходов от шеек к бочке закругляются.

В РВ (при Ø бочки >160 мм) делают сквозные пазы по оси, так называемые осевые каналы. В валках больших размеров эти каналы в области бочки переходят в более широкие камеры. Камеры имеют Ø, превышающий в значительной степени Ø входных отверстий.

Осевые каналы способствуют охлаждению центра валка в момент его закалки. Такое дополнительное охлаждение РВ в процессе функционирования линии создаёт стабильный термальный режим, повышая, таким образом, стойкость валка.

Опорные валки могут быть цельноковаными (как на рис. 3 и 4), литыми, бандажированными (см. рис. 5). К качеству подготовки ОВ предъявляются особо жесткие требования. Возникающее при работе биение бочки ОВ относительно шеек ведёт к разнотолщинности прокатываемой полосы. Макс. допустимое биение бочки валка Ø1500 мм будет равно 0,03 мм.

Для агрегатов холодной прокатки валки предусматривают из высококачественных сталей, в составе которых небольшое содержание вредных компонентов S и P. Наряду с механич. свойствами после термообработки стали оценивают по технологическим характеристикам — закаливаемости, склонности к перегреву, чувствительности к деформации при закалке, обрабатываемости, шлифуемости и др.

Важнейшими признаками для сталей, идущих на производство валков, считаются твердость и прокаливаемость. Твердость стали марки 9Х в закаленном состоянии достигает 100 ед. по Шору.

РВ многовалковых прокатных линий производят из сталей 9Х и 9Х2. За границей для этого служат инструментальные, среднелегированные и быстрорежущие стали. Твёрдость рабочей поверхности в состоянии после термообработки достигает HRC 61-66.

В последних технологиях все чаще упоминаются РВ, изготовленные из металлокерамических твердых сплавов (основу их образует карбид вольфрам). Изготовление валков из твердых сплавов основано, как правило, на горячем прессовании или спекании пластифицированных заготовок. Количество кобальтового порошка принимается, равным 8-15 % (остальной компонент - карбид вольфрам).

Твёрдосплавные валки, по сравнению с валками из легированных марок стали, более износостойкие. Их стойкость к износам в 30—50 раз выше. При прокатке ими может быть получена макс. шероховатость на поверхности прокатываемого материала.

Их изготавливают цельными и составными. В качестве РВ многовалковых прокатных линий, как правило, применяют цельные металлокерамические валки. При проектировании твёрдосплавных валков учитывают определенные соотношения Ø шейки к Ø бочки (≥ 0,6) и Ø и длины бочки (≤ 4).

Основным недостатком металлокерамических валков является повышенная хрупкость, что исключает возможность эксплуатации их при толчках, ударах, больших прогибах. При завалке их в клеть необходимо полностью устранить перекосы, влияющие на качество прокатываемого материала. ОВ для линий холодной прокатки обычно изготовлены из сталей марок 9X2, 9XФ, 75ХМ, 65XНМ. В последнее время сталь марки 75ХМ для цельнокованых ОВ наиболее широко применяется.

Марки сталей 40ХНМА, 55Х, 50ХГ и стали 70 идут на изготовление осей составных (бандажированных) ОВ (малых и средних). Для изготовления осей крупных ОВ тяжелонагруженных станов применяют стали марок 45XHВ и 45XHМ.

Стали 9Х, 9ХФ, 75ХН, 9X2, 9Х2Ф и 9Х2В используются для изготовления бандажей составных ОВ. Твёрдость поверхности бандажа после конечной термообработки 60—85 ед. по Шору.

Целесообразно применение литых ОВ, они дешевле кованых, обладают значительно большей износостойкостью. Крупные литые опорные валки изготавливают из хромоникельмолибденовых и хромомарганцево-молибденовых сталей. Например, изготовляют ОВ из стали типа 65ХНМЛ. Они после термообработки имеют твёрдость 45—60 ед. по Шору.

ОВ многовалковых станов изготавливают из инструментальной стали. В ней содержится 1,5% С и 12 % Сг. Твёрдость их после термообработки HRC 56— 62.