Міністерство освіти і науки України
Донбаський державний технічний університет
Інститут підвищення кваліфікації
Контрольна робота
по Металознавство
на тему
«Вплив матеріалу прокатних валків на їх
працездатність »
Виконав:
ст. гр. ПМГ-А-08з
Захаров К.Т.
Алчевськ 2009
1. Умови роботи та вимоги, які пред'являються до прокатних валків
Прокатні валки - основний інструмент, експлуатаційні характеристики якого впливають на продуктивність прокатних станів та якість продукції. Витрата валків - складова частина собівартості прокатної продукції. Велике також значення якості валків. Актуальність проблеми підвищення експлуатаційних характеристик валків і, в першу чергу, їх стійкості в умовах впровадження в прокатне виробництво станів безперервної і нескінченної прокатки постійно зростає.
Виходячи з умов роботи валків станів гарячої прокатки та вимог до них, в першу чергу можна виділити високу зносостійкість по довжині і глибині робочого шару при високих температурах і тисках; збільшення кутів захоплення прокатуваного металу; статичну міцність (стійкість проти поломок); сталість робочого діаметра; чистоту поверхні калібрів; точність обробки і деякі інші.
Валки чорнових клітей роблять зазвичай з кованої сталі. Предчистовой і чистові (володіють високою зносостійкістю, для отримання високої точності прокату) - чавунні (леговані) валки.
Основні експлуатаційні властивості валків досягаються шляхом відповідного регулювання таких механічних властивостей валкового матеріалу, як твердість, пластичність, шорсткість, ударну в'язкість, тимчасовий опір та ін В даний час для гарячої прокатки чорних і кольорових металів застосовують як чавунні, так і сталеві прокатні валки, причому на частку чавунних прокатних валків припадає 65% усього виробленого обсягу валків в країні.
Таким чином, матеріал валків може виступати оптимизирующим чинником.
До числа ефективних заходів щодо підвищення зносостійкості, яка є найбільш важливою експлуатаційної характеристикою якості валків, можна віднести підвищення їх поверхневої твердості і збільшення вмісту вуглецю та хрому в валкових сталях.
Проте встановлено, що підвищення твердості валків і збільшення вмісту вуглецю в сталі роблять негативний вплив на опір викрошіванію.
Хімічний склад матеріалу сталевих валків неоднозначно впливає на їхні службові властивості. Так, з підвищенням вмісту вуглецю зростає зносостійкість валків. Наприклад, збільшення до 0,6 - 0,8% С підвищує зносостійкість металу внаслідок зменшення у його структурі малоізносостойкого фериту; подальше збільшення вмісту вуглецю в сталі викликає освіта надлишкових карбідів, які, окрім підвищення зносостійкості валків, сприяють поліпшенню якості поверхні прокату. Марганець у кількості 0,5 - 0,9%, будучи гарним розкислювачем, сприяє очищенню стали від неметалевих включень і надає їм сферичну форму. Одночасно він легують ферит, підвищуючи міцність сталі. Збільшення до 1,4 - 2,2% Мn сприятливо позначається і на термічній обробці валків внаслідок переохолодження стали в процесі нормалізації. Зміст від 0,25 до 0,60% Si сприяє розкисленню стали, а при збільшенні його змісту до 0,8 - 1,2% відбувається легування фериту, що підвищує міцність металу. Легуючі елементи (Ni, Сr, Mo та ін) сприяють модифікації, отриманню дрібнозернистою і дисперсної структури, зміцненню структурних складових сталі і поліпшенню її термічної обробки.
Знос прокатних валків багато в чому залежить від їх структури та хімічного складу. При застосуванні сталевих валків найбільшим опором зносу мають заевтектоідние валки; вони зношуються в 2 - 3 рази повільніше, ніж рівні їм за твердістю евтектоїдних валки. Зносостійкість тим вище, ніж дисперсією структура евтектоїдних валків і чим більша кількість надлишкових карбідів міститься в заевтектоідних валках.
Механізм руйнування робочої поверхні валків евтектоїдних і заевтектоідного хімічного складу різний.
Валки евтектоїдних класу мають високу пластичність в'язкістю. Знос їх, відрізняючись значною нерівномірністю, відбувається у вигляді зсуву найтонших шарів робочої поверхні калібрів. У результаті цього гладка поверхня валків порушується, на ній з'являється перемежовується ряд поглиблень і виступів, поступово збільшуються в об'ємі.
Механізм зносу заевтектоідних валків, в структурі яких містяться надлишкові карбіди, полягає в рівномірному сколюванні найдрібніших частинок робочої поверхні в процесі прокатки. Такі валки під час прокатки зношуються рівномірно і зберігають досить гладку поверхню на протязі всього періоду роботи валків.
Природа руйнування робочої поверхні чавунних валків дещо інша. Проведені спостереження показали, що при руйнуванні поверхні калібрів напівтвердих чавунних валків можна відзначити дві послідовні стадії: стадію точкової виробітку (після переточування валків), коли викришування піддаються тільки окремі мікроплощадкі поверхні бочки валка, і стадію інтенсивного руйнування всієї робочої поверхні валка.
Точкова вироблення спочатку виникає в місцях виходу вільного графіту на поверхню валка і далі розвивається по всьому перлитному полю, ослабленому включеннями графіту.
У міру збільшення кількості Прокачаний металу число зруйнованих мікроплощадок безперервно зростає. Вони поширюються по робочій поверхні валка (друга стадія зносу) і охоплюють цілі ділянки, а потім і все робоче поле калібру; тим самим погіршується якість поверхні валків і готового прокату.
До числа факторів, що прискорюють механічний знос прокатних валків, слід віднести внутрішні перетворення у металі, наявність в кристалічній решітці слабких ділянок, різні дефекти і в деяких випадках стики кристалів. У процесі деформації ці слабини є зародками мікротріщин і мікрощілин, які з плином часу все більше збільшуються в об'ємі. Раз розпочавшись, руйнування буде продовжуватися, якщо продовжують діяти зусилля деформації.
Різке підвищення стійкості прокатних валків може бути досягнуто шляхом збільшення твердості їх робочого шару. Чим більше твердість валків і вище їх стійкість, тим більша кількість металу можна прокатати за період між перевалками. Зносостійкість сталевих валків тим вище, чим менше в металевій основі структурно вільного фериту і більше надлишкових карбідів. Чим більша сумарна поверхня карбідних включень, чим дрібніше зерно і карбідні частинки, тим більше твердість валків і вище їх стійкість проти стирання.
Зносостійкість чавунних вибілених валків залежить від кількості неметалевих включень у робочому шарі валків з перліто-графитной і перлито-цементиту-графитной структурою, від кількості і форми графітних включень, ступеня дисперсності металевої основи і кількості надлишкових карбідів.
Високі експлуатаційні якості притаманні валянням, в яких графітні включення кулястої форми. Висока зносостійкість таких валків пояснюється формою графіту, який в процесі роботи викрашівается з мінімальним порушенням металевої основи. При цьому сама основа завдяки великій стійкості теж викрашівается менше.
Зносостійкість чавуну з графітом кулястої форми більше, ніж сталі з підвищеною поверхневою твердістю. При зміні пластинчастої форми графіту на кулясту стійкість прокатних валків з сірого чавуну підвищується на 30 - 40%, тому що зменшується розпал і знос калібрів.
Високими службовими властивостями характеризуються валки, відлиті в профільовані форми. Твердість таких валків висока (380 - 440 НВ на бурті), вони відрізняються підвищеною зносостійкістю (у 2 - 3 рази більше звичайної) не тільки в поверхні бочки, але і в глибині врізу у валок.
Перспективно застосування валків з чавуну з низьким вмістом фосфору, виконаних з магнієвого, особливо низьколегованого чавуну.
Валки з низькофосфористий чавуну характеризуються більш високими механічними властивостями (міцністю, подовженням, ударною в'язкістю, стійкістю) в порівнянні з валками зі звичайного чавуну. Вони на 30 - 50% міцніше звичайних, причому їх стійкість майже в 3 рази вище. Збільшення стійкості проти зносу, викришування і поломок досягається за рахунок зменшення фосфору, кількість якого дорівнює 0,06 - 0,10%. При зниженому вмісті фосфору в мікроструктурі валків майже відсутні фосфіди (тендітні складові структури валкового чавуну), міститься велика кількість фериту в сірій зоні.
Відсутність у мікроструктурі валків крихких складових, що утворюються в чавуні, що містить більше 0,10% фосфору, сприяє підвищенню міцності серцевини, збільшення в'язкості і зносостійкості вибіленого робочого шару.
Недоліком валків з низькофосфористий чавуну є знижена твердість вибіленої і сіркою зон. Зниження фосфору (без спеціальних заходів) на 0,1% призводить до зменшення твердості робочої поверхні валків на 8 - 10 одиниць за Бринеллю.
Прогресивним засобом збільшення стійкості прокатних валків проти зносу і поломок є легування металу. Помічено, що в чавуні позитивний вплив легуючих елементів на знос часто перевершує їх вплив на механічні властивості. Легуючі елементи сприяють подрібненню зерна, змінюють форму графіту, структуру металевої Прогресивним засобом збільшення стійкості прокатних валків проти зносу і поломок є легування металу. Помічено, що в чавуні позитивний вплив легуючих елементів на знос часто перевершує їх вплив на механічні властивості. Легуючі елементи сприяють подрібненню зерна, змінюють форму графіту, структуру металевої основи, склад і будова карбідів, підвищують ефективність термічної обробки, повідомляють валянням підвищену міцність, твердість і стійкість. Підвищенню твердості поверхні сприяє легування чавуну хромом, ванадієм, молібденом, нікелем і бором.
2. Способи виготовлення валків
У валках з вирізаними струмками часто виявляється невідповідність між глибиною відбілу та необхідною глибиною струмка. Якщо глибина струмка більше глибини вибіленого шару, то вріз проникає в зону сірого чавуну. Це обумовлює нерівномірний знос струмка - посилений в глибині і менш інтенсивний в зоні, що складається з майже чи повністю вибіленого шару високої твердості.
Нерівномірний знос калібру погіршує якість поверхні прокату і часто служить причиною заміни калібру або перевалки валків. Тому такі валки застосовують найчастіше при неглибоких струмках (40 - 50 мм).
Зазначені недоліки виключаються при роботі на валках з литими струмками. Відливання валків з готовими струмками забезпечує наявність вибіленого шару по всій глибині струмка (150 мм і більше). Валки з литими струмками відрізняються високою стійкістю і твердістю робочого шару, що особливо важливо при прокатці полегшених і економічних профілів, механічна обробка їх значно простіше обробки валків з врізаними струмками.
Висока стійкість описуваних валків сприяє скороченню простоїв станів на перевалки, поліпшенню якості прокату, збільшення виходу придатного металу, підвищенню продуктивності прокатних станів, зниження (приблизно, в 2 - 4 рази) питомої витрати валків.
3. Причини поломки валків
Валок будь-якого хімічного складу і структури виготовлений за самим досконалим технологічним процесам, швидко зношується або ламається (в буртах, шийках або бочці), якщо в процесі експлуатації допущені різного роду порушення. І, навпаки, правильна і раціональна експлуатація валків, що відповідає конкретним вимогам прокатки і калібрування, є найбільш важливим засобом, що сприяє збільшенню їх терміну служби.
Спостереження показали, що поломка більшості прокатних валків викликається різними конструктивними недоліками, неправильною установкою і налаштуванням валків, надмірної виробленням калібрів і підшипників, а також при завданні смуги на бурт, перегрів чи раптовому охолодженні розігрітих валків.
Також причинами, що викликають поломку валків є прокатка металу на сильно переточенних валках, прокатка застуджена металу (що має високий опір деформуванню), надмірні обтиску (що перевищують опір матеріалу межі вигину), порушення швидкісного режиму прокатки та налаштування валків.
З практики відомо, що поломка може відбутися з треф, шийці чи бочці валка.
Злам бочки валка буває прямим і косим. Прямий злам бочки можливий при порушеннях термічного режиму служби валків, перегріві бочки внаслідок недостатнього охолодження водою, швидкому розігріві холодних валків, значному місцевому перегрів. Наприклад, при поломці муфти валок зупиняється і перегрівається за рахунок тепла залишився в калібрі розкату. При цьому в тілі валка виникають значні напруження, що призводять до виходу з ладу. Іноді, допустивши деякий перегрів бочки, відразу дають сильне охолодження - валок лопається, часто навіть на холостому ходу.
Нерівні і косо спрямовані злами бочки і шийок (рис. 1, а) можуть виникати внаслідок динамічних ударів. Такі злами виходять при: а) неправильному укладанні валків, наприклад при значному перекосі їх у сусідніх клітях, коли валки відчувають нерівномірні вигини, б) незадовільну якість валкового металу, в) зосереджених динамічних навантаженнях, які викликають сколювальні напруги.
Слід зазначити, що злам від перегріву (зазвичай рівний) проходить майже строго посередині бочки перпендикулярно осі валка. Характер зламу від перегріву і перебільшених обтиснень однаковий; їх розрізняють за кольором і температурі в перерізі зламу. У першому випадку колір перетину зламу гарячого валка голубуватий, у другому блакитнуватий колір немає і температура в зламі бочки валка порівняно низька.
Малюнок 1. Деякі види зламу валків:
а - косий злам валка по шийці; б - злам шийки валка від скручування; в - злам валка від втоми металу
При перегріві шийка скручується і ламається по перерізу тіла, як показано на рис. 1, б.
Слід підкреслити, що злам шийки валка ніколи не буває рівним, подібно зламу бочки.
Нерідко поломка валка відбувається в результаті «втоми» металу. Злам від втоми металу може відбутися як по шиї, так і по бочці валка.
Втомою металів називається процес, що відбувається в них при багаторазовому прикладанні навантаження і у відомих умовах (зовнішні надрізи, неоднорідність структури, стан поверхні) приводить до раптового (крихкому) руйнування. Властивість металів чинити опір руйнуванню від втоми називають витривалістю.
Форма втомного зламу валка - чашоподібна (рис. 1, в), напрямок зламу - від шийки валка у бік бочки. Перетин валка в зламі, зруйнованого від втоми металу, крім характерної форми, відрізняється також кольором: середина чаші, біля самої основи шийки валка, більш темного кольору, ніж колір решті площини зламу.
На відміну від звичайного руйнування, що виникає при одноразовому або повторюваних невелике число разів навантажень, втомне руйнування відбувається без зовнішніх ознак пластичної деформації навіть у самих пластичних металів.
По механізму протікання процесу втомне руйнування відрізняється від руйнування при одноразовому статичному навантаженню тим, що носить виборчий (локальний) характер. Зовнішнім проявом втоми металів є виникнення і поширення при багаторазових навантаженнях характерного вигляду поверхневих тріщин. Їх виникнення обумовлено тим, що поверхневі шари валка при роботі більше навантажені, ніж глибинні шари металу, оскільки першими сприймають різні навантаження при прокатці (статичні, динамічні, теплові та ін.)
Тріщини втоми з'являються не відразу; виникнувши, вони поступово поглиблюються всередину валка по його перетину, поки ослаблення останнього не призведе до раптового руйнування металу. Руйнування від втоми здебільшого відбувається в напрямі, перпендикулярному дії найбільших розтягуючих напружень. Відмінна риса зламу від втоми - наявність двох зон: 1) зовнішнього кільця з характерною затертої поверхнею дрібнозернистого будови - зона прогресивного розвитку тріщини під впливом змінних за знаком навантажень внутрішнього ядра залишкового зламу із грубозернистої структурою - зона статичного руйнування, за якою валок ламається миттєво (коли він по перетину внаслідок розвитку втомних тріщин стає недостатньо міцним).
Втомне руйнування може початися одночасно в декількох місцях.
На зламах поверхню втомної тріщини носить назву «зони втомного руйнування» на відміну від зони «остаточного (крихкого) руйнування» іншої частини.
Зона остаточного руйнування являє собою ту частину зламу, яка відповідає останній стадії зламу валка, вже ослабленого тріщиною втоми.
Форма і розташування обох зон залежить від умов і величини змінних навантажень, властивостей металу та ін
Механізм руйнування металу від втоми можна представити таким чином. Під впливом змінної за знаком навантаження на валок міцність окремих зерен, розділених різними плівками, прошарками, порами і неметалевими включеннями, поступово зменшується.
З плином часу ці зерна в площинах найбільшої слабини починають руйнуватися, що призводить до утворення мікротріщин, які в процесі роботи все більше і більше збільшуються, захоплюючи сусідні зерна, потім окремі ділянки металу. Процес виникнення, розвитку та злиття мікротріщин в одну велику тріщину (макротріщини) носить назву «втомного розпушення» при циклічних навантаженнях. Коли опір металу в даному перетині досить слабшає, відбувається миттєвий злам або розрив металу від втоми.
Література
1. Безносов М.П. «Валки великосортних і рейкобалковий стан», Металургія, 1966 р.
Донбаський державний технічний університет
Інститут підвищення кваліфікації
Контрольна робота
по Металознавство
на тему
«Вплив матеріалу прокатних валків на їх
працездатність »
Виконав:
ст. гр. ПМГ-А-08з
Захаров К.Т.
Алчевськ 2009
1. Умови роботи та вимоги, які пред'являються до прокатних валків
Прокатні валки - основний інструмент, експлуатаційні характеристики якого впливають на продуктивність прокатних станів та якість продукції. Витрата валків - складова частина собівартості прокатної продукції. Велике також значення якості валків. Актуальність проблеми підвищення експлуатаційних характеристик валків і, в першу чергу, їх стійкості в умовах впровадження в прокатне виробництво станів безперервної і нескінченної прокатки постійно зростає.
Виходячи з умов роботи валків станів гарячої прокатки та вимог до них, в першу чергу можна виділити високу зносостійкість по довжині і глибині робочого шару при високих температурах і тисках; збільшення кутів захоплення прокатуваного металу; статичну міцність (стійкість проти поломок); сталість робочого діаметра; чистоту поверхні калібрів; точність обробки і деякі інші.
Валки чорнових клітей роблять зазвичай з кованої сталі. Предчистовой і чистові (володіють високою зносостійкістю, для отримання високої точності прокату) - чавунні (леговані) валки.
Основні експлуатаційні властивості валків досягаються шляхом відповідного регулювання таких механічних властивостей валкового матеріалу, як твердість, пластичність, шорсткість, ударну в'язкість, тимчасовий опір та ін В даний час для гарячої прокатки чорних і кольорових металів застосовують як чавунні, так і сталеві прокатні валки, причому на частку чавунних прокатних валків припадає 65% усього виробленого обсягу валків в країні.
Таким чином, матеріал валків може виступати оптимизирующим чинником.
До числа ефективних заходів щодо підвищення зносостійкості, яка є найбільш важливою експлуатаційної характеристикою якості валків, можна віднести підвищення їх поверхневої твердості і збільшення вмісту вуглецю та хрому в валкових сталях.
Проте встановлено, що підвищення твердості валків і збільшення вмісту вуглецю в сталі роблять негативний вплив на опір викрошіванію.
Хімічний склад матеріалу сталевих валків неоднозначно впливає на їхні службові властивості. Так, з підвищенням вмісту вуглецю зростає зносостійкість валків. Наприклад, збільшення до 0,6 - 0,8% С підвищує зносостійкість металу внаслідок зменшення у його структурі малоізносостойкого фериту; подальше збільшення вмісту вуглецю в сталі викликає освіта надлишкових карбідів, які, окрім підвищення зносостійкості валків, сприяють поліпшенню якості поверхні прокату. Марганець у кількості 0,5 - 0,9%, будучи гарним розкислювачем, сприяє очищенню стали від неметалевих включень і надає їм сферичну форму. Одночасно він легують ферит, підвищуючи міцність сталі. Збільшення до 1,4 - 2,2% Мn сприятливо позначається і на термічній обробці валків внаслідок переохолодження стали в процесі нормалізації. Зміст від 0,25 до 0,60% Si сприяє розкисленню стали, а при збільшенні його змісту до 0,8 - 1,2% відбувається легування фериту, що підвищує міцність металу. Легуючі елементи (Ni, Сr, Mo та ін) сприяють модифікації, отриманню дрібнозернистою і дисперсної структури, зміцненню структурних складових сталі і поліпшенню її термічної обробки.
Знос прокатних валків багато в чому залежить від їх структури та хімічного складу. При застосуванні сталевих валків найбільшим опором зносу мають заевтектоідние валки; вони зношуються в 2 - 3 рази повільніше, ніж рівні їм за твердістю евтектоїдних валки. Зносостійкість тим вище, ніж дисперсією структура евтектоїдних валків і чим більша кількість надлишкових карбідів міститься в заевтектоідних валках.
Механізм руйнування робочої поверхні валків евтектоїдних і заевтектоідного хімічного складу різний.
Валки евтектоїдних класу мають високу пластичність в'язкістю. Знос їх, відрізняючись значною нерівномірністю, відбувається у вигляді зсуву найтонших шарів робочої поверхні калібрів. У результаті цього гладка поверхня валків порушується, на ній з'являється перемежовується ряд поглиблень і виступів, поступово збільшуються в об'ємі.
Механізм зносу заевтектоідних валків, в структурі яких містяться надлишкові карбіди, полягає в рівномірному сколюванні найдрібніших частинок робочої поверхні в процесі прокатки. Такі валки під час прокатки зношуються рівномірно і зберігають досить гладку поверхню на протязі всього періоду роботи валків.
Природа руйнування робочої поверхні чавунних валків дещо інша. Проведені спостереження показали, що при руйнуванні поверхні калібрів напівтвердих чавунних валків можна відзначити дві послідовні стадії: стадію точкової виробітку (після переточування валків), коли викришування піддаються тільки окремі мікроплощадкі поверхні бочки валка, і стадію інтенсивного руйнування всієї робочої поверхні валка.
Точкова вироблення спочатку виникає в місцях виходу вільного графіту на поверхню валка і далі розвивається по всьому перлитному полю, ослабленому включеннями графіту.
У міру збільшення кількості Прокачаний металу число зруйнованих мікроплощадок безперервно зростає. Вони поширюються по робочій поверхні валка (друга стадія зносу) і охоплюють цілі ділянки, а потім і все робоче поле калібру; тим самим погіршується якість поверхні валків і готового прокату.
До числа факторів, що прискорюють механічний знос прокатних валків, слід віднести внутрішні перетворення у металі, наявність в кристалічній решітці слабких ділянок, різні дефекти і в деяких випадках стики кристалів. У процесі деформації ці слабини є зародками мікротріщин і мікрощілин, які з плином часу все більше збільшуються в об'ємі. Раз розпочавшись, руйнування буде продовжуватися, якщо продовжують діяти зусилля деформації.
Різке підвищення стійкості прокатних валків може бути досягнуто шляхом збільшення твердості їх робочого шару. Чим більше твердість валків і вище їх стійкість, тим більша кількість металу можна прокатати за період між перевалками. Зносостійкість сталевих валків тим вище, чим менше в металевій основі структурно вільного фериту і більше надлишкових карбідів. Чим більша сумарна поверхня карбідних включень, чим дрібніше зерно і карбідні частинки, тим більше твердість валків і вище їх стійкість проти стирання.
Зносостійкість чавунних вибілених валків залежить від кількості неметалевих включень у робочому шарі валків з перліто-графитной і перлито-цементиту-графитной структурою, від кількості і форми графітних включень, ступеня дисперсності металевої основи і кількості надлишкових карбідів.
Високі експлуатаційні якості притаманні валянням, в яких графітні включення кулястої форми. Висока зносостійкість таких валків пояснюється формою графіту, який в процесі роботи викрашівается з мінімальним порушенням металевої основи. При цьому сама основа завдяки великій стійкості теж викрашівается менше.
Зносостійкість чавуну з графітом кулястої форми більше, ніж сталі з підвищеною поверхневою твердістю. При зміні пластинчастої форми графіту на кулясту стійкість прокатних валків з сірого чавуну підвищується на 30 - 40%, тому що зменшується розпал і знос калібрів.
Високими службовими властивостями характеризуються валки, відлиті в профільовані форми. Твердість таких валків висока (380 - 440 НВ на бурті), вони відрізняються підвищеною зносостійкістю (у 2 - 3 рази більше звичайної) не тільки в поверхні бочки, але і в глибині врізу у валок.
Перспективно застосування валків з чавуну з низьким вмістом фосфору, виконаних з магнієвого, особливо низьколегованого чавуну.
Валки з низькофосфористий чавуну характеризуються більш високими механічними властивостями (міцністю, подовженням, ударною в'язкістю, стійкістю) в порівнянні з валками зі звичайного чавуну. Вони на 30 - 50% міцніше звичайних, причому їх стійкість майже в 3 рази вище. Збільшення стійкості проти зносу, викришування і поломок досягається за рахунок зменшення фосфору, кількість якого дорівнює 0,06 - 0,10%. При зниженому вмісті фосфору в мікроструктурі валків майже відсутні фосфіди (тендітні складові структури валкового чавуну), міститься велика кількість фериту в сірій зоні.
Відсутність у мікроструктурі валків крихких складових, що утворюються в чавуні, що містить більше 0,10% фосфору, сприяє підвищенню міцності серцевини, збільшення в'язкості і зносостійкості вибіленого робочого шару.
Недоліком валків з низькофосфористий чавуну є знижена твердість вибіленої і сіркою зон. Зниження фосфору (без спеціальних заходів) на 0,1% призводить до зменшення твердості робочої поверхні валків на 8 - 10 одиниць за Бринеллю.
Прогресивним засобом збільшення стійкості прокатних валків проти зносу і поломок є легування металу. Помічено, що в чавуні позитивний вплив легуючих елементів на знос часто перевершує їх вплив на механічні властивості. Легуючі елементи сприяють подрібненню зерна, змінюють форму графіту, структуру металевої Прогресивним засобом збільшення стійкості прокатних валків проти зносу і поломок є легування металу. Помічено, що в чавуні позитивний вплив легуючих елементів на знос часто перевершує їх вплив на механічні властивості. Легуючі елементи сприяють подрібненню зерна, змінюють форму графіту, структуру металевої основи, склад і будова карбідів, підвищують ефективність термічної обробки, повідомляють валянням підвищену міцність, твердість і стійкість. Підвищенню твердості поверхні сприяє легування чавуну хромом, ванадієм, молібденом, нікелем і бором.
2. Способи виготовлення валків
У валках з вирізаними струмками часто виявляється невідповідність між глибиною відбілу та необхідною глибиною струмка. Якщо глибина струмка більше глибини вибіленого шару, то вріз проникає в зону сірого чавуну. Це обумовлює нерівномірний знос струмка - посилений в глибині і менш інтенсивний в зоні, що складається з майже чи повністю вибіленого шару високої твердості.
Нерівномірний знос калібру погіршує якість поверхні прокату і часто служить причиною заміни калібру або перевалки валків. Тому такі валки застосовують найчастіше при неглибоких струмках (40 - 50 мм).
Зазначені недоліки виключаються при роботі на валках з литими струмками. Відливання валків з готовими струмками забезпечує наявність вибіленого шару по всій глибині струмка (150 мм і більше). Валки з литими струмками відрізняються високою стійкістю і твердістю робочого шару, що особливо важливо при прокатці полегшених і економічних профілів, механічна обробка їх значно простіше обробки валків з врізаними струмками.
Висока стійкість описуваних валків сприяє скороченню простоїв станів на перевалки, поліпшенню якості прокату, збільшення виходу придатного металу, підвищенню продуктивності прокатних станів, зниження (приблизно, в 2 - 4 рази) питомої витрати валків.
3. Причини поломки валків
Валок будь-якого хімічного складу і структури виготовлений за самим досконалим технологічним процесам, швидко зношується або ламається (в буртах, шийках або бочці), якщо в процесі експлуатації допущені різного роду порушення. І, навпаки, правильна і раціональна експлуатація валків, що відповідає конкретним вимогам прокатки і калібрування, є найбільш важливим засобом, що сприяє збільшенню їх терміну служби.
Спостереження показали, що поломка більшості прокатних валків викликається різними конструктивними недоліками, неправильною установкою і налаштуванням валків, надмірної виробленням калібрів і підшипників, а також при завданні смуги на бурт, перегрів чи раптовому охолодженні розігрітих валків.
Також причинами, що викликають поломку валків є прокатка металу на сильно переточенних валках, прокатка застуджена металу (що має високий опір деформуванню), надмірні обтиску (що перевищують опір матеріалу межі вигину), порушення швидкісного режиму прокатки та налаштування валків.
З практики відомо, що поломка може відбутися з треф, шийці чи бочці валка.
Злам бочки валка буває прямим і косим. Прямий злам бочки можливий при порушеннях термічного режиму служби валків, перегріві бочки внаслідок недостатнього охолодження водою, швидкому розігріві холодних валків, значному місцевому перегрів. Наприклад, при поломці муфти валок зупиняється і перегрівається за рахунок тепла залишився в калібрі розкату. При цьому в тілі валка виникають значні напруження, що призводять до виходу з ладу. Іноді, допустивши деякий перегрів бочки, відразу дають сильне охолодження - валок лопається, часто навіть на холостому ходу.
Нерівні і косо спрямовані злами бочки і шийок (рис. 1, а) можуть виникати внаслідок динамічних ударів. Такі злами виходять при: а) неправильному укладанні валків, наприклад при значному перекосі їх у сусідніх клітях, коли валки відчувають нерівномірні вигини, б) незадовільну якість валкового металу, в) зосереджених динамічних навантаженнях, які викликають сколювальні напруги.
Слід зазначити, що злам від перегріву (зазвичай рівний) проходить майже строго посередині бочки перпендикулярно осі валка. Характер зламу від перегріву і перебільшених обтиснень однаковий; їх розрізняють за кольором і температурі в перерізі зламу. У першому випадку колір перетину зламу гарячого валка голубуватий, у другому блакитнуватий колір немає і температура в зламі бочки валка порівняно низька.
Малюнок 1. Деякі види зламу валків:
а - косий злам валка по шийці; б - злам шийки валка від скручування; в - злам валка від втоми металу
При перегріві шийка скручується і ламається по перерізу тіла, як показано на рис. 1, б.
Слід підкреслити, що злам шийки валка ніколи не буває рівним, подібно зламу бочки.
Нерідко поломка валка відбувається в результаті «втоми» металу. Злам від втоми металу може відбутися як по шиї, так і по бочці валка.
Втомою металів називається процес, що відбувається в них при багаторазовому прикладанні навантаження і у відомих умовах (зовнішні надрізи, неоднорідність структури, стан поверхні) приводить до раптового (крихкому) руйнування. Властивість металів чинити опір руйнуванню від втоми називають витривалістю.
Форма втомного зламу валка - чашоподібна (рис. 1, в), напрямок зламу - від шийки валка у бік бочки. Перетин валка в зламі, зруйнованого від втоми металу, крім характерної форми, відрізняється також кольором: середина чаші, біля самої основи шийки валка, більш темного кольору, ніж колір решті площини зламу.
На відміну від звичайного руйнування, що виникає при одноразовому або повторюваних невелике число разів навантажень, втомне руйнування відбувається без зовнішніх ознак пластичної деформації навіть у самих пластичних металів.
По механізму протікання процесу втомне руйнування відрізняється від руйнування при одноразовому статичному навантаженню тим, що носить виборчий (локальний) характер. Зовнішнім проявом втоми металів є виникнення і поширення при багаторазових навантаженнях характерного вигляду поверхневих тріщин. Їх виникнення обумовлено тим, що поверхневі шари валка при роботі більше навантажені, ніж глибинні шари металу, оскільки першими сприймають різні навантаження при прокатці (статичні, динамічні, теплові та ін.)
Тріщини втоми з'являються не відразу; виникнувши, вони поступово поглиблюються всередину валка по його перетину, поки ослаблення останнього не призведе до раптового руйнування металу. Руйнування від втоми здебільшого відбувається в напрямі, перпендикулярному дії найбільших розтягуючих напружень. Відмінна риса зламу від втоми - наявність двох зон: 1) зовнішнього кільця з характерною затертої поверхнею дрібнозернистого будови - зона прогресивного розвитку тріщини під впливом змінних за знаком навантажень внутрішнього ядра залишкового зламу із грубозернистої структурою - зона статичного руйнування, за якою валок ламається миттєво (коли він по перетину внаслідок розвитку втомних тріщин стає недостатньо міцним).
Втомне руйнування може початися одночасно в декількох місцях.
На зламах поверхню втомної тріщини носить назву «зони втомного руйнування» на відміну від зони «остаточного (крихкого) руйнування» іншої частини.
Зона остаточного руйнування являє собою ту частину зламу, яка відповідає останній стадії зламу валка, вже ослабленого тріщиною втоми.
Форма і розташування обох зон залежить від умов і величини змінних навантажень, властивостей металу та ін
Механізм руйнування металу від втоми можна представити таким чином. Під впливом змінної за знаком навантаження на валок міцність окремих зерен, розділених різними плівками, прошарками, порами і неметалевими включеннями, поступово зменшується.
З плином часу ці зерна в площинах найбільшої слабини починають руйнуватися, що призводить до утворення мікротріщин, які в процесі роботи все більше і більше збільшуються, захоплюючи сусідні зерна, потім окремі ділянки металу. Процес виникнення, розвитку та злиття мікротріщин в одну велику тріщину (макротріщини) носить назву «втомного розпушення» при циклічних навантаженнях. Коли опір металу в даному перетині досить слабшає, відбувається миттєвий злам або розрив металу від втоми.
Література
1. Безносов М.П. «Валки великосортних і рейкобалковий стан», Металургія, 1966 р.