Непрерывно пластически деформируются основные рабочие части и инструменты на прокатном стане. Ролик состоит из корпуса, валика и головки вала. Тело рулона - это средняя часть рулона, которая фактически участвует в прокатке металла. Имеет гладкую цилиндрическую или рифленую поверхность. Шейка вала установлена в подшипнике, и сила качения передается на раму через корпус подшипника и прижимное устройство. Конец вала со стороны передачи соединен с седлом редуктора через соединительный вал и передает вращающий момент двигателя на ролик. Валки могут быть расположены в виде двух, трех, четырех или более рулонов в клети.

Разнообразие и процесс производства валков продолжали развиваться с развитием металлургических технологий и развитием прокатного оборудования. Использование малопрочных серых чугунных валков при прокатке мягких цветных металлов в средние века. В середине 18 века Великобритания освоила технологию производства чугунных валков для прокатки стальных листов. Во второй половине 19-го века достижения в европейской технологии производства стали требовали прокатки стальных слитков большего тоннажа, независимо от того, была ли прочность серого чугуна или валков из охлажденного чугуна не отвечала требованиям. Углеродистая сталь - это от 0,4% до 0,6% обычных стальных литейных валков. Появление сверхпрочного кузнечного оборудования еще больше повысило ударную вязкость кованых валков этого состава. Введение легирующих элементов и термическая обработка в начале 20-го века значительно улучшили износостойкость и ударную вязкость литых и кованых горячих и холодных валков. Добавление молибдена к чугунным валкам, используемым для горячекатаных полос, улучшает качество поверхности прокатываемых полос.

Состав для полоскания значительно увеличивает прочность сердечника литейного валка. Интенсивное использование легирующих элементов в рулонах происходит после Второй мировой войны. Это более высокое требование к характеристикам валков после того, как прокатное оборудование увеличилось в размерах, непрерывности, высокой скорости, автоматизированной разработке, увеличенной прочности прокатного материала и увеличенном сопротивлении деформации. результат. В течение этого периода появились рулоны из полустали и ковкого чугуна. После 1960-х годов были успешно разработаны порошковые валки из карбида вольфрама. Технология центробежного литья и технология термообработки с дифференциальной температурой для прокатных валков, широко распространенные в Японии и Европе в начале 1970-х годов, значительно улучшили общие характеристики полосовых валков. Композитные чугунные валки с высоким содержанием хрома также успешно используются на станах с горячей полосой. В тот же период в Японии использовались кованые катушки из белого железа и полустали. В 1980-х годах в Европе были введены холоднокатаные валки с валками из высокохромистой стали и слоями сверхглубокой закалки, а также валки из специального сплава чугуна для чистовой обработки малогабаритных сталей и катанки. Развитие современных технологий прокатки стали привело к разработке валков с более высокими характеристиками. Сердечники, изготовленные методом центробежного литья и новыми композитными методами, такими как метод непрерывной разливки (метод CPC), метод напыления (метод Osprey), метод электрошлаковой сварки и метод горячего изостатического прессования, представляют собой кованую сталь с прочной ударной вязкостью или ковкие чернила. Чугун композитные высокоскоростные стальные ролики и металлокерамические ролики были применены на профилях нового поколения, катанках и полосовых станах в Европе и Японии соответственно.

Существуют различные методы классификации рулонов, которые: (1) Существуют стальные рулоны, профильные стальные рулоны, проволочные рулоны и т. Д., В зависимости от типа продукта; (2) Существуют заготовки валков, черновые валки и тому подобное в зависимости от положения валков в серии прокатных станов. Отделочные рулоны и т.д .; (3) В соответствии с функцией рулонов имеются сломанные рулоны окалины, перфорированные рулоны, правильные рулоны и т. Д .; (4) валки делятся на стальные, чугунные, твердосплавные, керамические и т.д .; (5) Методы изготовления прессов включают литейные валки, ковочные валки, рулоны для наплавки, вложенные валки и т. Д .; (6) Горячекатаные и холоднокатаные валки делятся в соответствии с состоянием проката. Для придания ролику более определенного значения могут быть объединены различные классификации, такие как центробежные рабочие валки из высокохромистого чугуна для горячей полосы.

Обычно используемые рулонные материалы и их использование показаны в таблице. Производительность и качество валка, как правило, зависят от его химического состава и способа изготовления и могут оцениваться по его организации, физическим и механическим свойствам и типу остаточных напряжений, присутствующих внутри валка (см. Проверка рулона). Влияние валка в прокатном стане зависит не только от материала валка и его металлургического качества, но также от условий использования, конструкции валка, а также эксплуатации и технического обслуживания. Существуют большие различия в условиях эксплуатации валков разных типов прокатных станов.

Факторы, вызывающие различия:

(1) Условия мельницы. Такие как тип мельницы, конструкция мельницы и валка, конструкция отверстия, условия водяного охлаждения и типы подшипников и т.д .;

(2) условия прокатки, такие как разновидности подвижного состава, технические характеристики и сопротивление деформации, система прессования и система температур, требования к производству и операциям и т. Д .;

(3) Требования к качеству продукции и качеству поверхности.

Поэтому разные типы прокатных станов и прокатных станов одного и того же типа и с использованием разных условий предъявляют разные требования к производительности используемых валков. Например, заготовки и валковые заготовки валков должны иметь хорошую прочность на скручивание и изгиб, ударную вязкость и прикус, стойкость к горячему растрескиванию, стойкость к тепловому удару и истиранию; Тропические отделочные стенды требуют высокой твердости, стойкости к вдавливанию, износостойкости, отслаивания и стойкости к термическому растрескиванию на поверхности валка.

Понимание условий использования валков и режимов выхода из строя валков, используемых в мельнице одного типа, а также понимание текущих характеристик и процессов производства различных валковых материалов позволяет правильно сформулировать технические условия ролика для мельницы и выберите подходящий и экономичный материал ролика.

Наиболее часто используемые методы оценки производительности валков в прокатном стане:

(1) Вес рулона (кг), потребляемый для прокатки 1Т подвижного состава (называемый расходом рулона), выраженный в кг / т;

(2) Уменьшение диаметра на единицу диаметра рулона. Вес рулонного материала выражается в инт / мм.

С модернизацией прокатных станов, углубленным изучением сбоев в использовании валков и улучшением материала и производственного процесса валков среднее потребление валков в промышленно развитых странах сократилось до менее 1 кг / т. ,

4. Требования к производительности рулона

(1) Горячая трещиностойкость

Обычно, необработанный рулон в основном требуется для прочности и устойчивости к тепловым трещинам; вес рабочего валка малого 20-валковой мельнице составляет лишь около 100 граммов, а вес опорного валика для широкой толстой пластины мельницы составляет более 200 тонн. Когда ролик выбирается, во-первых, в соответствии с основными требованиями прочности ролика к ролику, выбираются материалы основного корпуса (чугун, литая сталь или кованая сталь различных марок и т. Д.) Безопасной загрузки.

(2) твердость

Высокая скорость чистового ролика требует определенного качества поверхности для прокатки конечного продукта. Основными требованиями являются твердость и износостойкость. Затем рассмотрите износостойкость ролика при использовании. Поскольку механизм износа ролика является сложным, включая воздействие механического напряжения, тепловое воздействие во время прокатки, охлаждающее действие, химическое воздействие смазочной среды и другие эффекты, единого индикатора для комплексной оценки сопротивления износу валка не существует. Поскольку твердость легко измерить и может отражать износостойкость при определенных условиях, радиальная кривая твердости обычно используется для приблизительного описания показателя износа ролика.

(3) Ударопрочный

Кроме того, к рулону предъявляются особые требования, такие как большой объем редукции, рулон требует сильной клевой способности, более устойчивой к ударам;

(4) Гладкая отделка

При прокатке тонкослойных изделий жесткость валка, однородность структуры и свойств, точность обработки и чистота поверхности более строгие;

(5) производительность резки

При прокатке секций со сложными секциями также должны учитываться свойства обработки рабочего слоя тела валка. При выборе ролика некоторые требования к рабочим характеристикам ролика часто противоположны друг другу. Стоимость покупки и стоимость обслуживания ролика также очень высоки. Поэтому технические и экономические преимущества и недостатки должны быть полностью взвешены, чтобы решить, использовать ли литье или ковку, легированные или нелегированные. Единственный материал - композитный материал.

5. Твердосплавный рулон

Кольцо из карбидного валка (также называемое кольцом из карбида вольфрама) относится к валку, изготовленному методом порошковой металлургии с использованием карбида вольфрама и кобальта в качестве материалов. Валки из цементированного карбида доступны как в моноблочных, так и в комбинированных рулонах. Превосходная производительность, стабильное качество, высокая точность продукта, хорошая износостойкость и высокая ударопрочность.

В условиях все более жесткой конкуренции на рынке качества и цены стальной продукции металлургические предприятия постоянно обновляют собственные технологии оборудования, чтобы постоянно увеличивать скорость прокатки прокатных станов; в то же время, как уменьшить количество остановок прокатных станов и еще больше увеличить эффективную скорость работы прокатных станов. Стать важной темой для инженеров сталепрокатного производства. Использование рулонных материалов с более высоким сроком прокатки является одним из важных средств достижения этой цели.

Твердосплавные валки широко используются при производстве прутков, катанок, арматурных стержней и бесшовных стальных труб благодаря их хорошей износостойкости, высокотемпературной красной твердости, термостойкости и высокой прочности, что значительно повышает эффективность работы мельницы. В соответствии с различиями в рабочей среде каждого рулонного стеллажа были разработаны различные марки твердосплавных рулонных колец.

6. История валков из цементированного карбида

Твердосплавный рулон

Кольцо Он родился в 1909 году после зарождения технологии порошковой металлургии с развитием металлообрабатывающей промышленности. С момента введения в Германии в 1918 г. твердосплавных волочильных волок стимулировало изучение твердых сплавов в разных странах. Роллы различного назначения также появлялись один за другим. Однако большое количество применений валков из цементированного карбида приходится на период после 1960 года. В 1964 году компания Morgen запустила первый высокоскоростной бескрутильный проволочный стан, который увеличил скорость окончательной обработки проволоки в четыре раза. Поскольку чистовой прокатный стан работает с высокой скоростью и высоким напряжением, износостойкость валков из чугуна и валков из инструментальной стали низкая, срок службы канавки прокатки короткий, загрузка и разгрузка валков очень частые, и это влияет на эффективность прокатного стана, а чистовое прокатное производство не подходит. Требования были заменены комбинированным валком из цементированного карбида. В мире насчитывается более 200 комплектов прокатных станов типа Моргана, которые потребляют сотни тонн твердосплавных валков.

7. Твердосплавный рулон

Твердосплавный рулон имеет высокую твердость, и его значение твердости мало изменяется с температурой. Значение твердости при 700 ° C в 4 раза выше, чем у быстрорежущей стали; модуль упругости, прочность на сжатие, прочность на изгиб и теплопроводность также в 1 раз больше, чем у инструментальной стали. Из-за высокой теплопроводности валка из твердого сплава эффект рассеивания тепла является хорошим, и время нахождения поверхности валка при высокой температуре короткое, так что время реакции валка с высокой температурой с вредными примесями в вода для охлаждения короткая. Следовательно, рулон из твердого сплава более устойчив к коррозии, усталости от холода и тепла, чем рулон из инструментальной стали.

Валки из цементированного карбида разработаны на основе инструментов из цементированного карбида. Они основаны на соединениях тугоплавких металлов (WC, TaC, TiC, NbC и др.) И переходных металлов (Co, Fe, Ni). Фаза склеивания, металлокерамический инструментальный материал, изготовленный методом порошковой металлургии. Он обладает рядом превосходных свойств, таких как высокая твердость, высокая красная твердость и высокая износостойкость. Иногда для получения коррозионной стойкости добавляют определенное количество никеля, хрома и других элементов.

Производительность валка из цементированного карбида связана с содержанием металлической фазы соединения и фазы матрицы, размером частиц карбида вольфрама. Различное содержание связующего и соответствующий размер частиц карбида вольфрама образуют разные сорта карбида. Сериализированные сорта цементированного карбида были разработаны для различных марок. Карбид вольфрама составляет приблизительно от 70% до 90% от общего состава в цементированных карбидах, а его средний размер частиц составляет от 0,2 до 14 мкм. Если содержание металлического связующего увеличивается или размер частиц карбида вольфрама увеличивается, твердость цементированного карбида уменьшается и ударная вязкость увеличивается. Прочность на изгиб валков из цементированного карбида может достигать более 2200 МПа, ударная вязкость может достигать (4-6) × 106 Дж / м2, а твердость по Роквеллу HRA составляет 78-90.

Валки из цементированного карбида можно разделить на два типа: твердосплавный валок и композитный валок из цементированного карбида. Цельный твердосплавный валок широко использовался в предварительных и чистовых клетях для высокоскоростных прокатных станов (включая рамы с фиксированной редукцией и подставки для прижимных валков) Композитный валок из цементированного карбида состоит из цементированного карбида и других материалов и может быть дополнительно разделен на кольцо из композитного валка из цементированного карбида и композитный вал из твердого карбида. Твердосплавное композитное роликовое кольцо установлено на роликовом валу; твердосплавный композитный ролик используется для заливки кольца из карбидного ролика непосредственно в вал ролика для формирования целого, которое подается на прокатный стан с большой нагрузкой на прокат.

8. Исследование и применение рулонных материалов из цементированного карбида.

Новый процесс производства композитных твердосплавных валков

1. Литьевой состав из твердого сплава, валковое кольцо

Для того чтобы соответствовать требованиям современного прокатного производства, новое композитное твердосплавное валковое литье (CIC, CAST IN CARBIDE). Метод состоит в том, чтобы отлить твердосплавное кольцо с помощью внутренней чугунной втулки. Роликовое кольцо и вал ролика снабжены шпонками. В связи с этим твердосплавный материал с чрезвычайно высокой твердостью и превосходной износостойкостью на внешнем слое композитного валка подвергается воздействию силы качения, а крутящий момент передается от ковкого чугуна с превосходной прочностью и ударной вязкостью во внутренний слой , Конструктивные особенности композитных валков CIC:

(1) Использование композитного слоя повышает прочность и ударную вязкость валкового кольца и может выдерживать большие нагрузки при качении;

(2) Соединение между роликовым кольцом и роликовым валом имеет посадку с натягом, что решает проблему, заключающуюся в том, что нагруженная холодом конструкция легко ломает ключ и делает процесс прокатки более стабильным;

(3) Между контактной поверхностью роликового кольца и валом ролика нет зазора, что позволяет избежать деформации роликового кольца из-за коррозии контактной поверхности, вызванной загрязнениями, содержащими охлаждающую воду.

Развитие технологии литых на месте композитных валков CIC представляет собой новое сочетание технологии порошковой металлургии и технологии литья. Это серьезный прогресс в применении технологии композиционных износостойких материалов на рулонах.

2. Порошковое металлургическое соединение WC рулонное кольцо

Эта технология объединяет кольцо из цементированного карбида со стальной подложкой с порошками Ni и Cr и сочетает их с технологией порошковой металлургии. Основная цель этого процесса заключается в том, чтобы сначала спрессовать и спекать порошок цементированного карбида в кольцо, а затем формовать и спекать с выбранным порошком на основе стали. Существует прочная металлургическая связь между цементированным карбидом и стальной основой. Ключом к этому процессу является освоение температуры спекания 1100-1200 ° C и условий давления 100-120 МПа, а спеченные заготовки подвергаются черновой обработке, снятию напряжений и т. Д., После чего окончательная машина измельчается и образная форма.

При выборе подходящих матричных материалов в сочетании с передовыми процессами и соотношениями остаточное напряжение между цементированным карбидом и стальной подложкой в композитном валковом кольце может быть очень низким. Эта технология порошковой металлургии создала новую эру в производстве рулонных материалов.

Применение твёрдосплавных рулонных колец

В процессе горячей прокатки вальцовое кольцо WC подвергается воздействию высокой температуры, напряжению качения, горячей коррозии и ударной нагрузки. По сравнению с производимыми за рубежом рулонными туалетными кольцами чистота сырья, используемого при производстве валковых колец в Китае, технология обработки и эксплуатационные качества валковых колец Все еще существует определенный разрыв между показателями и другими аспектами. Износостойкость ролика во время использования плохая, и кольцо ролика легко ломается. На основе обычного твердосплавного рулонного кольца было разработано градиентное рулонное кольцо LGM с использованием смазывающего и износостойкого градиентного материала Lubrication Gradient Material (LGM).

Технология заключается в добавлении серы и кислорода к обычным цементированным карбидным материалам с образованием стабильных градуированных оксидов металлов и сульфидов металлов (Co3O4 и CoS соответственно) на поверхности металлических подложек. Co3O4 и CoS имеют хорошую смазку и износостойкость. Промышленные испытания валковых колец LGM показали, что сульфиды и оксиды в градиентном материале могут снизить коэффициент трения во время прокатки, значительно улучшить смазочные характеристики валкового кольца в условиях высокой температуры и большой силы качения, а также уменьшить поперечные трещины. Срок службы вальцового кольца в 1,5 раза больше, чем у обычного твердосплавного вальцового кольца, и это может уменьшить величину шлифования и количество смен валков, и имеет значительные экономические преимущества.

Используя технологию CIC, было разработано мировое кольцо качения из цементированного карбида H6T с наименьшим содержанием связующей фазы, содержание связующей фазы составляет всего 6 %, а твердость и износостойкость значительно выше, чем у сплава обычной марки, особенно износостойкость увеличилась на 50%. При использовании на готовой раме и передней раме готового изделия срок службы рулона в 2 раза больше, чем у обычной марки твердого сплава; это может решить проблему смены рулона вместе с готовой рамой и готовой рамой, что может значительно уменьшить изменение канавки. , изменить количество валков, тем самым увеличив эффективную скорость работы мельницы.

CIC Композитное твердосплавное валковое кольцо использовалось в стальных прокатных станах (средней или предварительной), прутковых (средних и тонких), мельничных профилях (квадратная сталь, сталь с шестигранной пайкой, плоская сталь, угловая сталь и т. Д.) И трех применение системы прокатных станов (например, пруток KOCK, редуктор для бесшовных стальных труб). Когда композитное твердосплавное валковое кольцо используется в чистовой клети высокоскоростной прокатной мельницы или мельницы с небольшим прутом, количество прокатки в одном слоте в 10 раз больше, чем у обычных чугунных валков, и каждая величина измельчения отливается только утюг. Таким образом, от 1/3 до 1/2 валка, по сравнению с обычным чугунным валком, общее количество проката композитного рулона в 20-30 раз больше, чем у обычного рулона. При использовании в раме 3-роликового бесшовного стального редуктора натяжения трубы и рамы подъема трубы, по сравнению с обычным чугунным редуктором натяжения, при прокатке трубы большего диаметра количество прокатки в одной канавке составного валка обычно в 20 раз больше чугунный валок и при прокатке стальной трубы меньшего диаметра количество прокатки с одной канавкой в композитном валке в 40 раз больше, чем у обычного чугунного валка, и качество готового изделия и точность размеров стальной трубы заметно улучшаются.

Чтобы решить проблемы, существующие в прокатных материалах из легированной инструментальной стали и твердого сплава, используемых при производстве стальной проволоки с резьбой, между легированной инструментальной сталью и цементированным карбидом был разработан цементированный карбид GW30. После ковки, механической обработки и термической обработки явление ?мостикования? карбидов в сплаве было ослаблено, а прочность на изгиб и ударная вязкость материала достигли 2672 МПа и 18,0 Дж/см2 соответственно, что позволило предотвратить преждевременное хрупкое разрушение сплава. рулоны. При этом полностью используется износостойкость твердой фазы в твердом сплаве.

При условии, что ударная вязкость ролика сохраняется, поверхность ролика обрабатывается боризацией, так что борированный слой прочно скрепляется со стальной подложкой, а поверхность сплава фиксируется. Микроструктура и свойства имеют тенденцию быть согласованными, так что износостойкость сплава дополнительно улучшается. Результаты промышленных испытаний показывают, что срок службы ролика более чем в десять раз превышает срок службы легированной инструментальной стали, а экономические выгоды значительны.

9. Проблемы, которые существуют

В последние годы твердосплавный валок широко используется в производстве стали из-за его превосходных характеристик. Однако при производстве и использовании валков из твердого сплава все еще существуют следующие проблемы:

(1) Исследование и разработка нового типа валов из цементированного карбида. Поскольку прокатная промышленность постоянно предъявляет новые и повышенные требования к валкам, обычные материалы валков из ковкого чугуна не смогут выдерживать большие силы качения и передавать больший крутящий момент. Для этой цели должны быть разработаны высокопрочные карбидные композитные валки. Материал роликового вала.

(2) В процессе изготовления композитного валка остаточное тепловое напряжение, вызванное рассогласованием теплового расширения между металлом внутреннего слоя и цементированным карбидом внешнего слоя, должно быть максимально уменьшено или устранено. Остаточное тепловое напряжение цементированного карбида является ключевым фактором, влияющим на срок службы композитного валка. Следовательно, разница в коэффициенте теплового расширения между внутренним металлом и внешним цементированным карбидом должна быть как можно меньше. В то же время следует учитывать остаточное тепло кольца. Возможность термической обработки стресса.

(3) Поскольку сила качения, момент качения и теплопроводность разных клетей различны, следует использовать разные марки валков из цементированного карбида. В процессе проектирования рулонных материалов из твердого сплава необходимо обеспечить разумное соответствие прочности, твердости и ударной вязкости валков. База данных различных свойств легирующих материалов должна быть создана для оптимизации конструкции материала валка.

(4) В процессе прокатки износ валка из цементированного карбида зависит не только от внешних условий, таких как температура, давление прокатки и термическая ударная нагрузка, но также от внутренних факторов твердой фазы WC и фазы соединения Co / Со-Ni-. Есть довольно сложные физико-химические реакции между Cr. Это усложняет ситуацию с износом. Для этого необходимо усилить исследования механизма этого аспекта.

10.Conclusion

При прокатке проволоки и прутка использование колец из цементированного карбида для замены традиционных чугунных и легированных стальных валков показало много преимуществ. С непрерывным развитием технологии производства рулонов и технологии использования, использование твердосплавных рулонов будет продолжать расширяться. Его роль в прокатной обработке будет становиться все более важной, и перспективы его применения также будут очень широкими.