способ прокатки сортовых профилей

Формула изобретения

Способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в валках с калибрами на рабочих частях бочек, с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, отличающийся тем, что многопроходное обжатие заготовки производят в температурном интервале 850-1150°С с коэффициентом вытяжки заготовки за проход 1,015-1,45, при этом используют валки, рабочие части которых выполнены из сплава следующего химического состава, мас.%:

Кобальт	18-24
Никель	4,8-9,6
Хром	0,8-3,2
Карбид вольфрама	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сортопрокатному производству, и может быть использовано на станах горячей прокатки стальных сортовых профилей.

Известен способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев и многопроходное обжатие разогретой стальной заготовки в чугунных валках с калибрами с одновременной подачей на валки охлаждающей воды. В процессе прокатки происходит охлаждение полосы. Рабочие части валков с калибрами выполнены из чугуна следующего химического состава, мас.%:

Углерод	2,5-3,7
Кремний	0,2-2,2
Марганец	0,2-1,5
Фосфор	не более 0,1
Сера	не более 0,08
Никель	0,8-4,5
Хром	0,5-5,0
Молибден	0,2-1,5
Железо	Остальное [1].

Недостатки указанного способа состоят в том, что в процессе прокатки по действием циклических температурных и силовых нагрузок происходит интенсивный износ калибров, имеющих различные окружные скорости по глубине. Это снижает стойкость валков и ухудшает качество прокатываемых сортовых профилей.

Известен также способ горячей прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки, ее многопроходное обжатие в валках с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. При этом рабочие части валков с калибрами выполнены из чугуна следующего состава, мас.%:

Углерод	2,8-4,0
Кремний	0,5-1,5
Марганец	0,5-1,0
Фосфор	не более 0,08
Сера	не более 0,06
Никель	3,0-5,0
Хром	1,0-3,0
Молибден	1,5-5,0
Железо	Остальное [2].

При таком способе прокатки имеет место интенсивный износ калибров валков вследствие термической усталости и истирания. По мере накопления износа происходит ухудшение качества сортовых профилей.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовки и многопроходное обжатие в чугунных валках с калибрами, с охлаждением калибров водой при снижении температуры заготовки по проходам. Рабочие участки валков типа СШХН-50 с калибрами выполнены из железоуглеродистого сплава (чугуна) следующего химического состава, мас.%:

Углерод	3,5-3,8
Кремний	1,6-1,8
Марганец	0,5-0,6
Фосфор	не более 0,3
Сера	не более 0,02
Хром	0,2-0,5
Никель	0,8-1,4
Железо	Остальное [3].

Недостатки известного способа состоят в следующем. При прокатке непрерывно охлаждающейся заготовки в температурном интервале 850-1150°С калибры из железоуглеродистого сплава в очаге деформации подвергаются циклическому воздействию высоких температур, контактных давлений и фрикционному износу из-за пластического течения металла при его вытяжке и неравномерности окружных скоростей по глубине калибра. При выходе из очага деформации валки резко охлаждаются водой. Это вызывает ускоренный износ калибров, образование трещин и отслоений. В результате снижается стойкость валка и качество прокатываемых сортовых профилей.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества сортовых профилей и стойкости валков.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей, включающем нагрев заготовки и многопроходное обжатие в валках с калибрами на рабочих частях бочек, с охлаждением калибров водой и снижением температуры заготовки по проходам, согласно предложению проходы в температурном интервале 850-1150°С производят с коэффициентом вытяжки за проход 1,015-1,45 в валках, рабочие части которых выполнены из сплава следующего химического состава, мас.%:

Кобальт	18-24
Никель	4,8-9,6
Хром	0,8-3,2
Карбид вольфрама	Остальное.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Качество сортовых профилей (точность размеров и формы, отсутствие поверхностных дефектов, стабильность размеров по длине) зависит от способности калибров на рабочих частях бочек валков противостоять износу. Наиболее высокая стойкость валков (а следовательно, и качество сортовых профилей) достигается при оптимальном сочетании материала рабочих частей бочек, на которых выполнены калибры, температуры прокатываемого металла и контактного скольжения в очаге деформации, определяемого вытяжкой металла.

Валки с рабочими частями из сплава предложенного состава показали наилучшую стойкость против образования термических и усталостных трещин, фрикционного износа, окислительного износа, микросхватываний с металлом в очаге деформации при температуре заготовки в интервале Т_п=850-1150°С при коэффициенте вытяжки =1,015-1,45. Именно при этих температурах и коэффициентах вытяжки работают промежуточные и чистовые сортопрокатные клети, в которых полосы имеют увеличенную длину, а валки испытывают наибольшее количество циклов нагружения.

Эксперименты показали, что прокатка в валках из сплава предложенного состава при температуре выше 1150°С или при коэффициенте вытяжки более 1,45 приводит к интенсивному их износу и образованию термических трещин. Это снижает качество сортовых профилей и стойкость валков. Уменьшение температуры металла ниже 850°С ведет к потере его пластичности и увеличению прочности. Возрастают нагрузки на валки, увеличивается их износ, имеет место невыполнение формы профиля, что недопустимо. Уменьшение коэффициента вытяжки менее 1,015 ведет к неоправданному увеличению количества проходов, тогда как стойкость валков и качество сортовых профилей не повышаются.

Кобальт в сплаве способствует вязкостных свойств рабочих частей валков, улучшает термическую стойкость. При содержании кобальта менее 18% возрастал термический износ калибров. Увеличение его содержания сверх 24% приводило к повышению хрупкости и поверхностным сколам.

Никель обеспечивает повышение пластических свойств сплава и исключает разрушение рабочих частей валка под действием изгибных нагрузок, характерных для горячей сортовой прокатки с коэффициентом вытяжки =1,015-1,45. При содержании никеля менее 4,8% рабочие части валка отслаивались под действием прокатных нагрузок. Увеличение содержания более 9,6% приводило к повышению износа калибров, снижению стойкости валков.

Хром введен для повышения износо- и разгаростойкости участков, взаимодействующих с прокатываемым металлом, имеющим температуру 850-1150°С. Снижение концентрации хрома менее 0,8% приводит к росту трещин разгара. Увеличение его концентрации более 3,2% ослабляет твердосплавную матрицу и способствует образованию выкрошек, что снижает стойкость валков и качество сортовых профилей.

Матрица из карбида вольфрама (химическая формула компонента WC) сама по себе обладает высокой антифрикционной стойкостью, но в отсутствие остальных элементов в предложенных концентрациях (18-24 Со; 4,8-9,6 Ni; 0,8-3,2 Cr), которые пластифицируют ее, разрушается от термических напряжений.

Примеры реализации способа

В табл.1 приведены составы сплавов, из которых изготовлены бандажи с ручьями (рабочие части бочек) мелкосортного стана 250.

Таблица 1
Химический состав материала бандажей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
	Со	Ni	Cr	WC
1.	17	4,6	0,7	Остальное
2.	18	4,8	0,8	-··-
3.	21	7,2	2,0	-··-
4.	24	9,6	3,2	-··-
5.	25	9,7	3,4	-··-
6. (прототип)	-	1,3	0,4	3,7 [С]

Для прокатки сортовых профилей на мелкосортном стане 250 в 5-ти промежуточных клетях (проходы №7-11) предчистовом (проход №12) и чистовом (проход №13) используют бандажированные валки с диаметром 305 мм и с химическим сплавом состава №3 (табл.1).

Непрерывно литые заготовки квадратного сечения 100×100 мм из стали марки 45 нагревают в методических печах с газовым отоплением до температуры аустенитизации Т _а=1215°С и осуществляют их горячую прокатку за 6 проходов в черновой группе клетей в полосу прямоугольного сечения. В процессе прокатки полоса непрерывно остывает, и к 7-му промежуточному проходу температура снижается до величины Т_нп =1150°С. В промежуточных проходах №7-11 полосу обжимают в валках с калибрами по системе "овал-ребровой овал" с коэффициентом вытяжки =1,24 при температуре Т_п=1000°С. В предчистовом проходе №12 полосу обжимают в овал, а в чистовом проходе №13 полосу обжимают с коэффициентом вытяжки =1,015 в круг с конечным диаметром 30 мм. Температура полосы в чистовом проходе составляет Т_кп=850°С. В процессе прокатки на валки всех клетей подают охлаждающую воду. Благодаря тому что при прокатке полос в проходах №7-13, в которых используются валки с бандажами из сплава состава №3, в заданном температурном диапазоне от Т_нп=1150°С до Т_кп=850°С бандажи валков из сплава предложенного состава №3 эффективно противостоят износу, достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. Выход кондиционной продукции составляет Q=99,8% при удельном расходе валков К=0,10 кг/т (кг на тонну проката).

Варианты реализации предложенного способа представлены в табл.2.

Из данных, приведенных в табл.1 и табл.2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение качества сортовых профилей и стойкости валков. В этих случаях удельный расход валков минимальный при максимальном выходе кондиционного проката. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при реализации способа-прототипа (вариант №6) имеет место снижение качества сортовых профилей и стойкости валков.

Таблица 2
Режимы прокатки сортовых профилей
№ варианта	№ состава	Тп, °C		К, кг/т	Q,%
1.	1	1160	1,46	0,15	98,5
2.	2	1150	1,45	,0,11	99,7
3.	3	1000	1,24	0,10	99,8
4.	4	850	1,015	0,11	99,7
5.	5	840	1,014	0,15	98,6
6.	6	800	1,20	0,34	86,9

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация температуры нагрева заготовок, температуры металла в процессе прокатки и состава чугуна валков обеспечивает наиболее высокую стойкость валков сортопрокатного стана. Уменьшение износа валков благоприятно сказывается на качественных показателях сортовых профилей: точности размеров и качестве поверхности. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового проката на 5-7%.

Литературные источники

1. Заявка Японии №63174706, МПК В21В 27/02, В21В 27/00, 1988 г.

2. Заявка Японии №62-160702, МПК В21В 27/00, С22С 37/00, 1989 г.

3. Н.А.Будагьянц, В.Е Карсский. Литые прокатные валки. М.: Металлургия, 1983 г., с.16-21, 56-61 - прототип.