Сталь для прокатных валков

Обновлено: 01.12.2022

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель, РЗМ, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 1,45-1,65, кремний 0,10-0,40, марганец 0,15-0,45, хром 11,0-12,5, ванадий 0,15-0,30, молибден 0,40-0,60, никель 0,20-0,40, РЗМ 0,01-0,03, сера не более 0,03, фосфор не более 0,03, железо остальное. Повышаются твердость и износостойкость прокатных валков. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности, для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Известна сталь [1] для изготовления деталей машин, оборудования, работающих в условиях трения скольжения, содержащая, мас.%:

Значительное содержание в составе известной стали компонентов, имеющих высокое химическое сродство к вредным (сера, кислород) элементам (РЗМ+Mg+В+Zr≥0,31 мас. %) приводит к конкуренции элементов и их неоправданному расходу. Кроме того, высокое их содержание в известной стали приводит к загрязнению границ кристаллов продуктами их взаимодействия с вредными элементами, что снижает свойства материала.

Теллур и его летучие соединения токсичны. Поэтому использование его в качестве компонента сплава ведет к ухудшению экологической обстановки при производстве стали.

В качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь марки Х12МФ [2], содержащая элементы при следующем соотношении (% мас.):

Углерод 1,45-1,65
Кремний 0,10-0,40
Марганец 0,15-0,45
Хром 11,0-12,5
Ванадий 0,15-0,30
Молибден 0,40-0,60
Сера Не более 0,03
Фосфор Не более 0,03
Железо Остальное

Известную сталь рекомендуется использовать для холодных штампов высокой устойчивости против истирания, в частности для прокатных валков и роликов.

Недостатком указанной марки стали являются невысокие эксплуатационные свойства, в частности износостойкость, а также твердость при изготовлении из нее валков трубоэлектросварочных станов. Это приводит к ускоренному износу рабочего профиля валка и снижению качества выпускаемой продукции (труб).

Задачей настоящего изобретения является разработка состава стали для прокатных валков.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик:

износостойкости и твердости прокатных валков из стали.

Этот технический результат достигается тем, что в сталь для прокатных валков, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор, железо, дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Углерод 1,45-1,65
Кремний 0,10-0,40
Марганец 0,15-0,45
Хром 11,0-12,5
Ванадий 0,15-0,30
Молибден 0,40-0,60
Никель 0,20-0,40
РЗМ 0,01-0,03
Сера Не более 0,03
Фосфор Не более 0,03
Железо Остальное

Повышение твердости и износостойкости достигается за счет введения в состав стали никеля и РЗМ.

Никель стабилизирует перлитную составляющую в структуре стали, увеличивает дисперсность карбидов, тем самым повышая показатели твердости и износостойкости материала. При содержании в стали никеля менее 0,2 мас.% он не оказывает значительного влияния на стабилизацию перлита и измельчение карбидной фазы. При содержании более 0,4 мас.% дальнейшего увеличения содержания перлита в структуре стали не происходит, размеры карбидов не уменьшаются.

РЗМ обладают высоким химическим сродством к вредным примесям (азоту, водороду, цветным металлам и фосфору) и переводят их из активных в пассивные формы, тем самым очищая границы зерен и повышая комплекс свойств материала, в частности твердость и износостойкость. При содержании в стали РЗМ менее 0,01 мас.% не происходит дезактивации вредных примесей. При содержании более 0,03 мас.% происходит укрупнение соединений РЗМ с вредными примесями, их морфология меняется, они приобретают остроугольную форму и отрицательно влияют на свойства материала, в частности твердость и износостойкость.

Количество углерода, кремния, марганца, хрома, ванадия и молибдена не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений и, в частности, от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение твердости и износостойкости стали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.

Выплавку заявляемой стали производили в электродуговой печи ДСП-3М с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Никель вводили в шихту, лигатура РЗМ вводилась в ковш на струю металла после выпуска 1/4 части металла. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой.

Заливка заготовки осуществлялась в кокиль при Т 1350-1370°С. Полученная заготовка подвергалась ковке. Ковку производили с использованием паровоздушного молота арочного типа М-3150 и ковочного напольного рельсового манипулятора МК-1.25. Ковку заготовок вели на плоских бойках с прибыльной частью методом протяжки.

После ковки заготовка переносились в печь, разогретую до температуры 720-740°С, и выдерживалась 4 часа. Затем производилось охлаждение вместе с печью. Заготовку из известной стали подвергали аналогичной обработке.

Из полученных таким образом заготовок путем механической обработки изготавливались валки для трубоэлектросварочного стана. Полученные валки успешно прошли эксплуатационные испытания в производственных условиях при прокатке труб. Результаты испытаний приведены в таблице (при средних значениях состава стали). Износостойкость оценивалась по общей длине произведенных труб одним валком до критического износа рабочей поверхности валка и вывода его из эксплуатации. Величина износа рабочей поверхности валков замерялась калиброванным шаблоном и щупом.

Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов, по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить твердость в 1,12-1,20 раза, износостойкость в 1,15-1,18 раза.

2. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. ГОСТ 5950-2000. Издательство стандартов, Москва, 2000 г.

Химический состав и свойства стали для прокатных валков
Химический состав, мас.% Твердость, НВ Износостойкость(длина произведенных труб), тыс. м
С Si Mn Сr V Мо Ni РЗМ S Р Fe
Известная сталь - по прототипу
1 1.45 0,1 0,15 11,0 0,15 0,4 - - 0,028 0,025 ост. 198 650
2 1,65 0,4 0,45 12,5 0,3 0,6 - - 0,029 0.027 ост. 225 720
Предлагаемая сталь
3 1,45 0,1 0,15 11,0 0,15 0,4 0,2 0,01 0,021 0,023 ост. 238 770
4 1,65 0,4 0,45 12,5 0,3 0,6 0,4 0,03 0,018 0,021 ост. 252 830

Сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и РЗМ при следующем содержании компонентов, мас.%:

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к производству холоднокатаных полос, предназначенных для изготовления кузовных деталей автомобилей штамповкой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам слоистых стальных материалов, используемых для изготовления бронезащитных конструкций. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали для железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления остряковых железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситной нержавеющей стали для сварных конструкций, стойкой к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям, используемым для изготовления сварных нефте- и газопроводных труб, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам нестареющих сталей, обладающих высокой пластичностью, и может быть использовано при производстве листов и сортового проката, применяемых в машиностроении для изделий, обладающих различной прочностью в разных местах одной и той же детали.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления остряковых рельсов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионностойким аустенитным хромоникелевым сталям, используемым при производстве высокопрочного сортового проката, кованых заготовок, калиброванных прутков, проволоки, ленты, листа, труб, крепежа, оборудования для газоперерабатывающих предприятий и обустройства нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода, углекислого газа и хлоридов, а также для эксплуатации в морской воде.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сталей для изготовления ножей, используемых в пресс-ножницах для рубки металла, работающих в широком интервале температур с нижним пределом не менее -30°С в зимний период в условиях изнашивания в сочетании с большими ударными нагрузками.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления контррельсовых уголков

Изобретение относится к области металлургии, а именно к теплостойким сталям, используемым для отливки деталей паровых турбин, заготовок труб и деталей арматуры методом ЭШП и центробежным литьем, работающих при температурах 540-580°С

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, а также рельсов для метрополитена

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно для получения штрипсов, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов в районах Крайнего Севера

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас. редкоземельных металлов, остальное составляют, по существу, только железо и примеси. После смягчающего отжига сталь имеет матрицу, включающую перестаренный мартенсит с содержанием примерно до 5% об., по существу, круглых, равномерно распределенных карбидов, причем матрица, по существу, не содержит карбидов по границам зерен. Сталь обладает улучшенной обрабатываемостью, износостойкостью и способностью к закалке. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 21 ил., 6 табл.

Сталь для прокатных валков

ТАБЛИЦЫ СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ

Государственная служба стандартных справочных данных

Стали для валков горячей и холодной прокатки. Механические и теплофизические характеристики

State system of standard reference data. Steels for hot and cold rolling Mechanical and thermophysical properties

РАЗРАБОТАНЫ Центральным научно-исследовательским институтом материалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения Министерства тяжелого и транспортного машиностроения

Авторы: д-р техн. наук В.Г.Сорокин, С.А.Вяткин, канд. техн. наук А.М.Толстов, А.В.Волосникова, М.А.Гредитор, Р.М.Зброжек

РЕКОМЕНДОВАНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Украинским научно-исследовательским институтом металлов Министерства черной металлургии СССР; Всесоюзным научно-исследовательским центром Государственной службы стандартных справочных данных

ОДОБРЕНЫ экспертной комиссией в составе:

д-ра техн. наук М.Л.Бернштейна, д-ра техн. наук Ю.Г.Векслера, канд. техн. наук М.М.Гуревича, канд. техн. наук Б.Д.Петрова, Л.В.Кобликовой

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Всесоюзным научно-исследовательским центром Государственной службы стандартных справочных данных

УТВЕРЖДЕНЫ Государственным комитетом СССР по стандартам 26 октября 1983 г. (протокол N 178)

Стандартные справочные данные обязательны для применения во всех отраслях народного хозяйства

Настоящие таблицы стандартных справочных данных распространяются на сталь, применяемую для изготовления кованых валков прокатных станов горячей и холодной прокатки, и предназначены для использования в конструкторских и технологических разработках, при производстве валков и уточнения их эксплуатационных характеристик. В таблицы включены данные о свойствах 18 марок сталей, выпускаемых по ГОСТ 10207-70 [1], ГОСТ 9487-70 [2], ГОСТ 3541-79 [3]; сталь 7Х2СМФ выпускается по ТУ 24-1-1771-78* [4].

* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Стали 50, 55, 40ХН, 50ХН, 60ХГ, 45Х2СВ2МФ, 90ХМФ предназначены для изготовления валков горячей прокатки, стали 75ХМ, 9Х1, 9Х2, 9ХФ, 9Х2МФ - для изготовления валков как горячей, так и холодной прокатки, стали 9ХСВФ и 7Х2СМФ - только для валков холодной прокатки, стали 40ХН2МА и 45ХНМ - для осей составных валков, сталь 55Х - для валков горячей прокатки и осей составных валков. Таблицы содержат средние значения прочностных и деформационных характеристик при растяжении, ударной вязкости на образцах с U-образным надрезом и основного нормируемого свойства - твердости. Средние значения теплофизических характеристик - коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости - и механических характеристик при температурах 150-1200 °С приведены только для сталей, предназначенных для изготовления валков горячей прокатки.

В зависимости от назначения валков к материалу, из которого они изготовляются, предъявляются различные требования. Выполнение этих требований обеспечивается выбором режима термической обработки. В таблице механических свойств при комнатной температуре (табл.1) приведены данные, полученные после термической обработки при трех режимах:

1) закалка с отпуском при 400-500 °C;

2) закалка с отпуском при 550-650 °C;

3) нормализация с отпуском.

В связи с тем, что при изготовлении валков из отдельных марок сталей не используются все указанные режимы термической обработки, в табл.1 имеются незаполненные позиции.

Производилась интервальная оценка математического ожидания искомой характеристики с помощью критерия Стьюдента при доверительной вероятности 0,95 [35]. Значения механических свойств образуют совокупность, интервальная оценка которой определяется средним арифметическим значением и доверительной погрешностью . В таблицах значения приведены в скобках.

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно, к сплавам на железной основе, используемым для изготовления и восстановления металлургического оборудования наплавкой, в частности прокатных валков. Для одновременного повышения контактной выносливости, разгаростойкости, прочности и ударной вязкости стали в нее дополнительно введен кальций. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас. углерод 0,07 0,17; кремний 0,10 - 0,35; марганец 0,30 0,80; хром 4,0 6,5; никель 0,10 0,40; молибден 0,20 0,80; кальций 0,005 0,12; остальное железо. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к сплавам на железной основе, используемым для изготовления и восстановления металлургического оборудования наплавкой, в частности, прокатных валков станов горячей прокатки.

Известен состав стальной проволоки, содержащей, мас. [1] Углерод 0,09-0,16 Кремний 0,40-0,80 Марганец 0,30-0,70 Хром 1,90-2,40 Никель 0,80-1,20 Молибден 0,35-0,60 Церий 0,03-0,06 Железо Остальное Недостатки известного состава низкие контактная выносливость, разгаростойкость, прочность и ударная вязкость металла.

Наиболее близким по химическому составу является состав стальной проволоки, содержащей, мас. [2] Углерод 0,12 Кремний 0,12-0,35 Марганец 0,40-0,70 Хром 4,00-5,50 Никель 0,30 Молибден 0,40-0,60 Железо Остальное Недостаток известного состава низкие значения контактной выносливости, разгаростойкости, прочности и ударной вязкости стали и наплавленного металла.

Предлагаемая сталь отличается тем, что она дополнительно содержит кальций. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас. Углерод 0,07-0,17 Кремний 0,10-0,35 Марганец 0,30-0,80 Хром 4,0-6,50 Никель 0,10-0,40 Молибден 0,20-0,80 Кальций 0,005-0,12 Железо Остальное Отличительный признак введение кальция приводит к уменьшению содержания азота и серы в металле. В результате повышается ударная вязкость, прочность, контактная выносливость и разгаростойкость стали, что приводит к повышению стойкости валков. Кремний и марганец вводятся как раскислители, а также как легирующие добавки. При содержании кремния и марганца соответственно менее 0,10 и 0,30 мас. слабо проявляются их раскисляющие свойства, а при содержании кремния более 0,35 и марганца 0,80 мас. незначительны их упрочняющие свойства по сравнению с другими легирующими элементами стали. Никель в количестве 0,15-0,40 мас. способствует повышению пластичности металла, а следовательно, снижению чувствительности к концентраторам напряжений. Хром в количестве 4,0-6,50 мас. вводится для повышения прочности стали. Углерод в количестве 0,07-0,17 мас. вводится для повышения прочности стали и образования карбидов хрома и молибдена, который в пределах 0,20-0,80 мас. превышает прочность, твердость и износостойкость стали.

Небольшие добавки кальция (0,005-0,12%) необходимы для удаления азота, который охрупчивает металл. При высоких температурах кальций взаимодействует с азотом, растворенном в жидком металле, с образованием нитрида кальция Са3N2 и цианамида кальция СаСN2, которые имеют малый удельный вес, быстро всплывают и переходят в шлак. Таким образом, добавки кальция позволяют уменьшить содержание азота в металле и, следовательно, повысить его прочность и ударную вязкость. Микродобавки кальция способствуют десульфурации стали, что особенно важно для сварочных материалов. В результате взаимодействия кальция с серой образуется сульфид кальция, который нерастворим в металле, поэтому частично усваивается шлаком и переходит в сульфидные или оксисульфидные неметаллические включения. В результате снижается содержание серы в стали и повышаются механические характеристики. Для сварных соединений уменьшается склонность к образованию горячих трещин.

П р и м е р 1. Производился расчет шахты и изготовление порошковой проволоки, которая при наплавке обеспечивала необходимый химический состав наплавленного металла. После многослойной наплавки на пластину из верхних слоев изготавливались образцы на растяжение (для определения прочности) по ГОСТ 1497-84 и ударной вязкости по ГОСТ 9454-78. Химический состав стали и результаты механических испытаний представлены в табл.1.

Как видно из табл. 1, наплавленный металл стали прототипа имеет пониженную прочность и ударную вязкость. Состав 1 имеет невысокое содержание кальция, что не приводит к повышению механических свойств. В составе 5 имеется повышенное содержание углерода и других легирующих элементов, что приводит к некоторому повышению прочности, но резко снижается ударная вязкость. Оптимальным сочетанием прочностных и пластических свойств обладают составы 2-4. Сталь рекомендуемого состава может быть изготовлена в виде наплавочной проволоки и использоваться для наплавки валков и получения биметаллического бандажа. Возможны и другие варианты получения стали рекомендуемого состава: путем расплавления порошковой проволоки, наплавки стандартными проволоками под различными флюсами.

П р и м е р 2. Производилась наплавка опорных и рабочих валков непрерывного широкополосного стана 2000. Материал валков сталь 9ХФ. Предварительный подогрев валков осуществляли до температуры 420 о С. Наплавку осуществляли под флюсом АН-20С. Режим наплавки: ток 520 А, напряжение на дуге 34 В, скорость наплавки 36 м/ч. После наплавки производили отпуск: нагрев до 500 о С,выдержка 6 ч и замедленное охлаждение со скоростью 30 о С/ч. В дальнейшем производили механическую обработку бочки валка. В табл.2 представлены результаты промышленных испытаний валков, наплавленных экспериментальными проволоками и проволокой-прототипом.

Как видно из табл. 2, валки, наплавленные сталью оптимального состава (2-4), обладают повышенной стойкостью против контактной усталости и образования трещин разгара. По сравнению со сталью-прототипом (состав 6) стойкость опорных валков, наплавленных рекомендуемой сталью (состав 3), повышается в 1,7 раза, а рабочих валков в 1,75 раза.

П р и м е р 3. Производилось изготовление биметаллических опорного и рабочих валков стана горячей прокатки по известной в металлургии технологии включающей изготовление оси валка из стали 9ХФ, изготовление бандажа из экспериментальной марки стали в виде бесшовной трубы и горячую посадку бандажа на ось. Бандаж изготавливался из двух марок сталей: из стали-прототипа и оптимального состава 3 (табл.1). Результаты производственных испытаний представлены в табл.3.

Из результатов эксплуатационных данных видно (табл.3), что стойкость опорного валка, бандаж которого изготовлен из стали оптимального состава, выше в 1,62 раза, а рабочего валка в 1,69 раза по сравнению с валками, бандаж которых изготовлен из стали-прототипа.

СТАЛЬ ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,07 0,17 Кремний 0,10 0,35 Марганец 0,3 0,8 Хром 4,0 6,5 Никель 0,10 0,40 Молибден 0,20 0,80
Кальций 0,005 0,12
Железо Остальное

Сталь для прокатных валков

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей для изготовления рабочих валков многовалковых станов холодной прокатки тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов. Сталь содержит, мас.%: 2,13-2,29 C, 0,20-0,40 Si, 0,24-0,60 Mn, 1,90-2,52 Cr, 0,09-0,26 V, 0,05-0,10 Al, 0,04-0,10 Ca, остальное - Fe. Повышается стойкость валков и качество проката. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к составом сталей для изготовления рабочих валков многовалковых станов холодной прокатки тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов.

Известна сталь для холодной обработки металлов следующего химического состава, содержащая, мас.%:

Углерод Не менее 0,5
Кремний 0,1-1,5
Марганец 0,1-1,5
Хром 4,0-5,5
Вольфрам Не более 0,5
Ниобий Не более 2
Сера Не более 0,3
Железо и примеси Остальное

(Патент РФ №2437951, МПК C22C 38/02, C22C 38/24, B22F 3/24, 2011)

Известна также сталь для прокатных валков следующего химического состава, мас.%:

(Патент РФ №2437953, МГЖ С22С38/46, 2011).

Недостаток сталей упомянутых составов состоит в том, что при прокатке тончайших лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов рабочие валки многовалковых прокатных станов из этих сталей имеют низкую эксплуатационную стойкость, что отрицательно сказывается на качестве тончайших полос, лент и фольг.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является сталь следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,85-0,95
Марганец 0,20-0,35
Кремний 0,25-0,45
Хром 1,7-2,1
Молибден 0,20-0,30
Ванадий 0,10-0,20
Никель 0,01-0,30
Азот 0,03-0,04
Железо Остальное

(Авт. св. СССР №496323, МПК С22С 39/00, 1975).

Недостатки стали данного состава состоят в том, что изготовленные из нее рабочие валки многовалкового прокатного стана при холодной прокатке тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов имеют низкую эксплуатационную стойкость. Это, в свою очередь, отрицательно сказывается на качестве проката.

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

Для решения поставленной технической задачи сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром и ванадий, дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношении содержания компонентов, мас.%:

Углерод 2,13-2,29
Кремний 0,20-0,40
Марганец 0,24-0,60
Хром 1,90-2,52
Ванадий 0,09-0,26
Алюминий 0,05-0,10
Кальций 0,04-0,10
Железо Остальное

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. Исследования показали, что при прокатке тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов на участках контакта рабочих валков с прокатываемым металлом имеет место скольжение металла по рабочим валкам в зонах опережения и отставания очага деформации. В условиях циклически действующих реверсивных касательных механических напряжений это приводит к отрыву частиц металла от поверхности бочек валков, что приводит к разрушению их поверхности, т.е. износу.

Эксперименты показали, что износ рабочих валков может быть уменьшен как за счет увеличения твердости их бочек, так и за счет увеличения усилия отрыва частиц с их поверхности, которое определяется химическим составом стальной бочки. Исходя из этого, химический состав предложенной стали в процессе экспериментов был оптимизирован по критерию достижения максимально возможной твердости (не менее 64 HRC) в закаленном состоянии при одновременном максимальном значении напряжения отрыва частиц металла от бочки рабочего валка скользящей по его поверхности полосой. В результате достигается повышение стойкости валков и качества проката.

Углерод упрочняет сталь, повышает ее твердость. При содержании углерода менее 2,13% не достигается высокая твердость стали в закаленном состоянии, а при его содержании более 2,29% снижается вязкость, возрастает хрупкость, ускоряется разрушение поверхности бочки рабочего валка.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее твердость и упругость. При концентрации кремния менее 0,20% твердость стали снижается, а при концентрации более 0,40% уменьшается усилие отрыва частиц металла от валков, т.е. ухудшается их износостойкость.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает примесную серу. При содержании марганца менее 0,24% прочность и твердость стали снижаются, возрастает износ рабочих валков. Увеличение содержания марганца более 0,60% приводит к снижению усилия отрыва частиц закаленной стали при фрикционном скольжении металла, что недопустимо.

Хром повышает твердость и износостойкость стали. При его концентрации менее 1,9% твердость стали в закаленном состоянии снижается. Увеличение содержания хрома более 2,52% приводит к увеличению размеров отрываемых частиц износа, что снижает стойкость рабочих валков и качество прокатываемого металла.

Ванадий способствует повышению пластичности и вязкости закаленной стали, но при его содержании более 0,26% повышается содержание в закаленной стали остаточного аустенита, что снижает ее твердость и износостойкость. Снижение содержания ванадия менее 0,09% приводит к уменьшению напряжения отрыва частиц износа от поверхности рабочего валка при контактном скольжения по ней прокатываемого металла. В результате возрастает износ рабочих валков и снижается качество прокатываемых полос.

Алюминий связывает вредные примеси в стали, очищает границы зерен микроструктуры стали и повышает, тем самым, силы межзеренных связей. Благодаря этому сокращается количество частиц износа при скольжении прокатываемого металла по поверхности рабочего валка, возрастает его износостойкость. При содержании алюминия менее 0,05% в стали сохраняется окисленность и количество несвязанного азота, снижается ее износостойкость. Увеличение его содержания более 0,10% приводит к графитизации стали, падению твердости и износостойкости.

Кальций обеспечивает модифицирование микроструктуры стали. При содержания кальция менее 0,04% его модифицирующее влияние в стали данного состава практически не проявляется. Увеличение содержания кальция более 0,10% ведет к возрастанию количества неметаллических включений, которые ослабляют границы зерен и способствуют фрикционному разрушению поверхности бочки рабочего валка и ухудшению качества прокатываемых лент и фольг.

Стали различного химического состава (табл.) выплавляли в электродуговой печи. В ковше стали раскисляли ферромарганцем, ферросилицием, легировали феррохромом, вводили силикокальций и металлический алюминий.

Полученные слитки подвергали ковке в круглые прутки, из которых механической обработкой производили рабочие валки диаметром 40 мм с для двадцативалкового стана 720. После механической обработки рабочие валки нагревали до температуры 880°C и закаливали в масле. Закаленные валки отпускали при температуре 200°C.

В таблице приведены составы исследованных сталей и их эффективность. Из данных, представленных в таблице, следует, что при использовании стали предложенного состава для изготовления рабочих валков стана холодной прокатки (варианты №2-4) достигается их максимальная эксплуатационная стойкость Q=36,2-37,8 тонн холоднокатаной тончайшей ленты из труднодеформируемого сплава при максимальном выходе годного S=99,7-99,8%. В случае запредельных значений содержания химических элементов в стали для рабочих валков (варианты №1 и №4) их эксплуатационная стойкость снижается, ухудшается качество лент и полос, о чем свидетельствует снижение выхода годного S до 75,5-78,2%. Также более низкие стойкость рабочих валков и качество холоднокатаных лент и полос имеет место при использовании для изготовления рабочих валков стали известного состава 6 [3], твердость которых составляет 64 HRC.

Технико-экономические преимущества предложенной стали для рабочих валков стана холодной прокатки состоят в том, что дополнительное введение в ее состав 0,05-0,10% Al и 0,04-0,10% Ca при регламентированной концентрации остальных химических элементов позволяет измельчить микроструктуру закаленной стали, повысить твердость, увеличить прочность границ зерен и напряжение отрыва частиц металла от поверхности бочки при контактном скольжении полосы по рабочему валку в очаге деформации. Благодаря этому достигается повышение стойкости рабочего валка к износу, и, как следствие, качество холоднокатаных тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов.

В качестве базового объекта принята известная сталь - ближайший аналог. Использование стали предложенного состава для изготовления рабочих валков многовалкового стана позволит повысить рентабельность передела холодной прокатки тончайших полос, лент и фольг из высокопрочных сталей и прецизионных сплавов на 20-27%.

Сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий и кальций при следующем соотношении содержаний компонентов, мас.%:

Читайте также: