способ восстановления чугунных прокатных валков с поврежденными шейками

Формула изобретения

Способ восстановления чугунных прокатных валков с поврежденными шейками, включающий механический съем поврежденного слоя, многослойную электродуговую наплавку вращаемого валка по месту съема с подачей стального проволочного электрода в зону сварки и последующее самопроизвольное охлаждение наплавленной шейки, отличающийся тем, что первые три или четыре слоя наплавки производят проволочным электродом из стали аустенитного класса при окружной скорости вращения валка 25...30 м/ч, плотности электрического тока 40...60 А/мм² и напряжении на дуге 30...34 В, а остальные слои наплавляют проволочным электродом перлитного класса с окружной скоростью вращения валка 30...40 м/ч, плотностью электрического тока 60...80 А/мм² и напряжением на дуге 30...34 В, причем температуру шейки поддерживают на первых трех или четырех слоях не выше 300°С, а на последующих слоях не выше 450°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков с поврежденными в процессе эксплуатации шейками.

В процессе эксплуатации прокатных валков происходит повреждение шеек валков из-за разрушения подшипниковых опор. Валки с поврежденными шейками не пригодны к дальнейшей эксплуатации, хотя рабочий слой их бочек еще не выработан.

Известен способ ремонта стальных прокатных валков, включающий механический съем поврежденного участка бочки посредством выполнения по месту дефекта кольцевой проточки с регламентированными размерами, зависящими от глубины и ширины дефекта. Затем валок нагревают и производят электродуговую наплавку по месту кольцевой проточки. После наплавки проводят термическую обработку валка [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что нагрев бочки валка приводит к снижению твердости ее рабочего слоя. Это снижает стойкость валка, а в некоторых случаях является недопустимым. Известный способ не пригоден к восстановлению шеек чугунных валков.

Известен также способ восстановления прокатных валков, включающий механическое удаление дефектов бочки, предварительный и сопутствующий подогрев валка, электродуговую наплавку с последующими термической и механической обработками бочки [2].

Данный способ не пригоден для восстановления чугунных валков с поврежденными шейками, т.к. подогрев валка приводит к уменьшению твердости бочки и снижению его стойкости.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ восстановления стальных прокатных валков с поврежденными шейками, по которому после механического съема поврежденного слоя шейки валка нагревают под наплавку до температуры 380...440°С со скоростью 50...80°С/ч, многослойную наплавку осуществляют стальным электродом со скоростью 20...40 м/ч при плотности электрического тока 25...35 А/мм ², термическую обработку проводят путем нагрева до температуры 430...470°С и выдержки при этой температуре в течение 0,5...1,5 ч [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что он предназначен для восстановления стальных валков, поэтому режимы наплавки не обеспечивают удовлетворительную свариваемость с чугуном. Кроме того, тепловое воздействие в процессах нагрева под наплавку, наплавки и последующей термообработки приводит к снижению твердости и прочности наплавленного металла на шейку валка. В результате происходит снижение стойкости валков.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении стойкости чугунных валков.

Указанная задача решается тем, что в известном способе восстановления прокатных валков с поврежденными шейками, включающем механический съем поврежденного слоя, многослойную электродуговую наплавку вращаемого валка по месту съема с подачей стального проволочного электрода в зону сварки и последующее самопроизвольное охлаждение наплавленной шейки, согласно предложению первые три-четыре слоя наплавки производят проволочным электродом из стали аустенитного класса с окружной скоростью вращения валка 25...30 м/ч, плотности электрического тока 40...60 А/мм² и напряжением на дуге 30...34 В, остальные слои наплавляют проволочным электродом перлитного класса с окружной скоростью вращения валка 30...40 м/ч, плотности электрического тока 60...80 А/мм² и напряжением на дуге 30...34 В, причем температуру шейки поддерживают на первых трех-четырех слоях не выше 300°С, а на последующих слоях не выше 450°С.

Сущность изобретения состоит в следующем. Разрушение подшипниковой опоры прокатного валка в процессе прокатки сопровождается разогревом шейки и приваркой к ней внутренней обоймы, порчей поверхности чугунной шейки фрагментами разрушенного подшипника. Валок с поврежденной шейкой не пригоден к дальнейшей эксплуатации. Попытки восстановления валков с поврежденными шейками по известным способам приводили к тому, что вследствие низкой свариваемости чугуна происходило отслоение наплавленного металла, а тепловое воздействие при нагреве, электродуговой наплавке и термической обработке шейки оказывало отрицательное влияние на твердость и прочность наплавленного слоя шейки прокатного валка. Это приводило к снижению стойкости валков, а в отдельных случаях восстановленные валки оказывались полностью непригодными к дальнейшей эксплуатации.

При реализации предложенного способа соотношение указанных параметров наплавки и применения стального электрода аустенитного класса приводит к образованию в переходном слое пластичного и прочного металла, который не образует трещины в основном (шейке) и наплавленном металле. Перед наплавкой с шейки валка механической обработкой на токарном станке удаляют поврежденный слой глубиной 10...15 мм, т.к. на этой глубине дефекты чугунной шейки от разрушения подшипника гарантированно отсутствуют. Затем на шейку валка с кольцевой проточкой наносят электродуговой наплавкой стальным электродом аустенитного класса, имеющим хорошее сплавление как с чугуном, так и со сталью перлитного класса, наносят переходный слой металла, после чего наплавку осуществляют по предложенному режиму электродом из стали перлитного класса до восстановления номинального размера шейки.

Наплавка при окружной скорости вращения валка 25...30 м/ч, плотности электрического тока 40...60 А/мм² и напряжении на дуге 30...34 В на первых трех-четырех слоях позволяют регламентировать величину проплавления в чугунной шейке и перемешивание основного металла со стальным электродом аустенитного класса. Это приводит к фиксированию химического состава переходного слоя и получению оптимального по механическим свойствам и свариваемости переходного слоя. Наплавка остальных слоев проволокой из стали перлитного класса с окружной скоростью вращения валка 30...40 м/ч, плотностью электрического тока 60...80 А/мм² и напряжением на дуге 30...34 В позволяют сформировать требуемый рабочий слой шейки под посадку подшипника и восстановить механическую прочность.

В процессе экспериментов выявлено, что температуру шейки в процессе наплавке первых трех-четырех слоев необходимо поддерживать не выше 300°С из-за фазовых превращений в наплавленном слое. Благодаря этому улучшается свариваемость наплавляемого слоя с чугуном, исключается образование трещин в чугуне. При последующей наплавке остальных слоев проволокой из стали перлитного класса достигается ее хорошее сплавление с переходным слоем. Таким образом, на первых 3-4 слоях наплавки формируют вязкий переходный слой из смеси "аустенитная сталь-чугун", а на последующих - высокопрочный слой, благодаря чему полностью восстанавливается прочность поврежденной шейки валка.

Таким образом, предложенная технология обеспечивает полное восстановление геометрических размеров и служебных свойств поврежденной шейки валка без снижения твердости и прочности.

Экспериментально установлено, что снижение окружной скорости вращения валка менее 25 м/ч приводит к удлинению процесса и перегреву шейки валка выше допустимой температуры. При увеличении скорости вращения более 30 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки.

При плотности электрического тока менее 40 А/мм² из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается. Увеличение плотности электрического тока боле 60 А/мм² приводит к перегреву шейки, в особенности низлежащего слоя, что недопустимо.

Уменьшение напряжения на дуге ниже 30 В приводит к нестабильности сварочной дуги, а увеличение напряжения 34 В влечет перегрев шейки валка.

Увеличение температуры выше 300°С приводит к ухудшению свариваемости чугуна и увеличению дефектов в наплавленном слое.

Применение стальной проволоки аустенитного класса обусловлено тем, при перемешивании материала валка (чугуна) и наплавочной проволоки в процессе наплавки образуется переходной слой, обладающий высокой пластичностью и вязкостью. Благодаря этому не возникают трещины в чугуне и наплавленном слое. Увеличение количества первых слоев, наплавляемых с применением аустенитной проволоки, более четырех приводит к увеличению переходного слоя, снижению прочности шейки валка. Уменьшение количества первых слоев менее трех приводит к появлению трещин при последующей наплавке электродом из стали перлитного класса.

Опытным путем установлено, что при наплавке проволочным электродом перлитного класса снижение окружной скорости вращения валка менее 30 м/ч приводит к удлинению процесса и перегреву шейки валка выше допустимой температуры. При увеличении скорости вращения более 40 м/ч возрастает количество несплошностей в металле, что ухудшает качество наплавки.

При плотности электрического тока менее 60 А/мм² из-за недостаточного проплавления качество наплавки ухудшается. Увеличение плотности электрического тока боле 80 А/мм² приводит к перегреву шейки, в особенности низлежащего слоя, что недопустимо.

Уменьшение напряжения на дуге ниже 30 В приводит к нестабильности сварочной дуги, а увеличение напряжения выше 34 В ведет к перегреву шейки валка.

Применение стальной проволоки перлитного класса обусловлено тем, при перемешивании материала переходного слоя (чугун + материал аустенитной проволоки) и наплавочной проволоки перлитного класса в процессе наплавки образуется рабочий слой, обладающий высокой твердостью и износостойкостью.

Увеличение температуры выше 450°С приводит к ухудшению свариваемости и увеличению дефектов в слое, наплавленном сталью перлитного класса.

Примеры реализации способа

Рабочий валок из чугуна марки ЛПХН _Д-71 непрерывного широкополосного стана 1700 горячей прокатки, с поврежденной из-за разрушения подшипниковой опоры шейкой, устанавливают на токарном станке. С помощью резца производят механический съем поврежденного слоя с образованием на шейке валка кольцевой проточки шириной 350 и глубиной 15 мм. Затем валок устанавливают на наплавочный станок, приводят валок во вращение с окружной скоростью V _ок1=27 м/ч. Наплавку первых 4-х слоев ведут под слоем флюса марки АН-60 стальной электродной проволокой аустенитного класса диаметром 4,0 мм. Плотность электрического тока при наплавке J₁=50 А/мм, с напряжением на дуге U₁=32 В. В процессе наплавки температуру шейки поддерживают равной T₁=200°C за счет его охлаждения в паузах наплавки.

Наплавку остальных слоев ведут под слоем флюса марки АН-60 стальной электродной проволокой перлитного класса диаметром 4,0 мм со скоростью V_ок2=35 м/ч. Плотность электрического тока при наплавке J₂=70 А/мм², с напряжением на дуге U₂=32 В. В процессе наплавки температуру шейки поддерживают равной Т₂=400°С за счет его охлаждения в паузах наплавки.

Наплавку ведут до восстановления номинального размера шейки с припуском на механическую обработку. После наплавки валок самопроизвольно охлаждается до температуры окружающей среды.

Указанные технологические режимы обеспечивают получение бездефектной наплавленной шейки восстановленного валка. После завершению наплавки валок устанавливают на вальцешлифовальный станок и шлифуют наплавленную шейку до номинального диаметра.

Восстановленный чугунный валок собирают с подшипниками и подушками, заваливают в чистовую клеть непрерывного широкополосного стана 1700 и осуществляют горячую прокатку стальных полос.

Варианты реализации предложенного способа и показатель стойкости рабочих валков (удельный расход восстановленных валков на тонну проката) приведены в таблице.

Как следует из данных, приведенных в таблице, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение стойкости восстановленных чугунных прокатных валков с поврежденными шейками (удельный расход валков минимален). В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) стойкость восстановленных валков снижается. Также более низкую стойкость имеют чугунные прокатные валки с поврежденными шейками, восстановленные по способу-прототипу (вариант 6).

Таблица Режимы наплавки и удельный расход валков
№	Режимы наплавки первых слоев					Режимы наплавки последующих слоев
п/п	Voк1, м/ч	U1, В	J1, А/мм 2	T1, °С	N, слоев	V oк2, м/ч	U2, В	J2, А/мм 2	Т2, °С	Удел. расход валков, кг/т
1.	24	29	39	150	2	29	29	59	250	1,4
2.	25	30	40	180	3	30	30	60	380	1,1
3.	27	32	50	200	4	35	32	70	400	0,8
4.	30	34	60	300	4	40	34	80	450	1,2
5.	31	35	61	350	5	41	35	81	460	1,5
6.	30	не регл.	30	400	до запол.	30	не регл.	30	400	2,8

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что регламентированные параметры электродуговой наплавки при восстановлении чугунных прокатных валков с поврежденными шейками обеспечивают одновременно получение высокого качества наплавки и исключают негативное термическое воздействие на бочку валка, сохраняя ее высокую твердость и прочность. Этим достигается повышение стойкости восстановленных валков.

В качестве базового объекта принят способ-прототип. Применение предложенного способа позволит повысить рентабельность восстановления чугунных прокатных валков с поврежденными шейками на 20-30%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения

1. Авт. свид. СССР №1683834, МПК В 21 В 28/02, 1991 г.

2. Авт. свид. СССР №1579679, МПК В 23 К 9/04, 1990 г.

3. Патент РФ №2139156, МПК В 21 В 28/02, В 23 Р 6/00, 1999 г.