Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса, цель и задачи работы 9
1.1. Современное состояние производства листопрокатных валков... 9
1.2. Основные требования, предъявляемые к листопрокатным валкам 13
1.3. Анализ перспективных материалов для листопрокатных валков.. 16
1.3.1. Высокохромистые чугуны 16
1.3.2. Индефинитные чугуны для рабочего слоя валков 20
1.4. Анализ технологических особенностей получения двухслойных прокатных валков 22
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 27
ГЛАВА II. Методика исследования 29
2.1. Объект исследования 29
2.2. Методика исследования технологических параметров отливки валков 33
2.3. Методика исследования структуры и физико-механических свойств металла валков 36
Выводы по 2 главе 39
ГЛАВА III. Выбор износостойких чугунов для рабочего слоя валков и материала сердцевины 41
3.1. Особенности влияния легирующих элементов на структуру и свойства рабочего слоя из высокохромистого чугуна 41
3.2. Применение индефинитного чугуна для рабочего слоя валков . 62
3.3. Использование высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для сердцевины шеек валков 65
3.4. Исследование литейных свойств материала валков 66
Выводы по 3 главе 74
ГЛАВА IV. Исследование технологических параметров процесса производства двухслойных бажов 75
4.1. Выбор схемы технологического процесса заливки двухслойных валков 75
4.2. Условия прочного сваривания рабочего слоя и сердцевины валка 78
4.3. Создание направленного затвердевания рабочего слоя валка 80
4.3.1. Выбор состава флюса 80
4.3.2. Приготовление флюса 83
4.3.3. Ввод флюса в форму 83
4.4. Температурно-временные параметры заливки металла 84
4.4.1. Заливка и формирование рабочего слоя валка во вращающейся форме 84
4.4.2. Заливка металла сердцевины валка в форму 95
4.5. Выбор частоты вращения формы 103
4.6. Заливка промежуточного слоя чугуна 104
Выводы по 4 главе 106
ГЛАВА V. Промышленное освоение технологии производства листопрокатных валков 108
5.1. Отливка двухслойных валков в промышленных условиях 108
5.1; 1. Подготовка формы 108
5.1.2. Подготовка заливочного устройства 112
5.1.3. Заливка металла рабочего слоя валка ,112
5.1.4. Заливка металла сердцевины валка 114
5.1.5. Охлаждение заготовки валка и разборка формы 117
5.2. Свойства металла двухслойных валков 122
5.3. Эксплуатационные испытания листопрокатных валков 128
5.4. Технико-экономическая эффективность результатов внедрения рекомендованной технологии 132
Выводы по 5 главе 135
Общие выводы 137
Список использованных источников 139
Приложение 150
- Анализ технологических особенностей получения двухслойных прокатных валков
- Методика исследования структуры и физико-механических свойств металла валков
- Особенности влияния легирующих элементов на структуру и свойства рабочего слоя из высокохромистого чугуна
- Заливка и формирование рабочего слоя валка во вращающейся форме
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших задан металлургической отрасли в условиях жесткой конкуренции на рынке сбыта проката является повышение его качества и экономической эффективности производства.
Значительная роль в решении этих задач принадлежит основному инструменту прокатного оборудования - валкам, от износостойкости и прочности которых зависит качество поверхности и точность размеров прокатываемых изделий, производительность станов, удельный расход сменного оборудования и др.
Важнейшая роль в создании качественных характеристик листового проката принадлежит чугунным прокатным валкам, используемым в чистовых клетях широкополостных станов горячей прокатки, в которых происходит окончательное формирование служебных свойств выпускаемой продукции.
Стойкость таких валков во многом определяется двумя взаимосвязанными факторами - выбором необходимого материала рабочего слоя и сердцевины валка в соответствии с эксплуатационными требованиями и технологии изготовления валков из разнородных по химическому составу металлов.
Сложность изготовления таких валков состоит в необходимости сочетания в одном изделии противоположных свойств, таких как высокая твердость рабочего слоя и «мягкая» сердцевина с высокими пластическими характеристиками.
Ужесточение условий эксплуатации современных станов горячей прокатки ведет к значительному повышению требований к качеству рабочего слоя и сердцевины прокатных валков.
Рабочий слой валков чистовой группы станов горячей прокатки должен не только противостоять абразивному изнашиванию, но и обладать комплексом таких свойств, как высокая термическая и коррозионная стойкость, отсутствие склонности к налипанию прокатываемой полосы, растрескиванию и выкрашиванию, а сердцевина валков должна противостоять высоким изгибающим нагрузкам.
Практика показывает, что традиционно используемые в чистовых клетях станов горячей прокатки валки с рабочим слоем из низколегированного хромоникелевого чугуна, а также сердцевины из серого чугуна не удовлетворяют возросшим требованиям современного металлургического производства.
Применение перспективных высоколегированных материалов для рабочего слоя валков, таких как высокохромистые чугуны с 15...17% Сг или индефинитные чугуны с содержанием Ni = 4,0...5,0%, а также высокопрочного чугуна для сердцевины и шеек, сдерживается из-за невозможности их эффективного применения в условиях традиционного способа стационарной заливки валков.
Прогрессивный способ центробежного литья до последнего времени не нашел применения в отечественной практике производства прокатных валков из-за отсутствия научно-обоснованных решений по использованию больших масс металла из разнородных по химическому составу, в том числе высоколегированных, материалов для получения заготовок с требуемыми свойствами.
В связи с этим проблема изготовления надежных и долговечных в эксплуатации центробежнолитых валков для листопрокатных станов горячей прокатки с разнородными по химическому составу материалами и дифференцированными по сечению свойствами является актуальной.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование и разработка технологии производства листопрокатных валков с рабочим слоем из высоколегированных чугунов методом центробежного литья.
В соответствии с поставленной в работе целью решались следующие задачи;
оптимизация составов рабочего слоя валков из высоколегированных износостойких материалов;
исследование условий получения прочного сваривания разнородных по химическому составу материалов в поле центробежных сил;
исследование и разработка технологии производства чугунных листопрокатных валков и внедрение полученных результатов в промышленности.
Научная новизна:
1. При соотношении Су„ = 5,0,..6,0 в составе рабочего слоя
высокохромистого чугуна с 15.,.17% Сг и двойного модифицирования индефинитного чугуна с вводом (FeSi65 с барием) обеспечивается дисперсная структура рабочего слоя валка с равномерным распределением изолированных
карбидных фаз в вязкой матрице, способствующая повышению износостойкости валков.
2. Допустимый уровень содержания карбидообразующих элементов в
сердцевине валков из высокопрочного чугуна, выше которого (Cr = 0,4%) резко
снижаются его физико-механические свойства, обеспечивается путем ввода
промежуточного слоя толщиной 15...20 мм из нелегированного чугуна,
препятствующего переносу этих элементов из рабочего слоя валка в сердцевину
(патент2153536от 16.07.1999).
3. Для обеспечения прочного сваривания разнородных металлов при их
кристаллизации во вращающейся форме разработан флюс, состоящий из
n-Na20-mSi02 - 24%; СаО - 36%; CaF2 - 24%; Na2B,,07 - 16% с низкой температурой
плавления (~ 800С) и способствующий созданию направленного и
последовательного затвердевания, а также расширению (в 1,4...1,6 раза) временного
интервала между окончанием кристаллизации рабочего слоя и заливкой металла
сердцевины (патент 2122921 от 27.02.1998).
4. Установлено, что прочность сваривания двух разнородных металлов, наряду
с положительным влиянием флюса, обеспечивается при следующих температурно-
скоростных режимах заливки металла:
- температура заливки рабочего слоя -
из высокохромистого чугуна ілик +110(+ 5)С;
из индефинитного чугуна ілик + 120 (+ 5)С;
температура заливки промежуточного слоя гште + 100 (+ 10)С;
температура заливки сердцевины:
при высокохромистом рабочем слое t„„K + 90 (+ 5)С
при индефинитном рабочем слое їшк + 110 (± 5)С
скорость заливки рабочего слоя валков 58..60 кг/сек
скорость заливки металла сердцевины 120.. .125 кг/сек.
5. Разработана методика определения временного интервала заливки в форму
разнородных металлов по температурным кривым охлаждения, позволяющая
фиксировать время заливки чугуна промежуточного слоя при tC0J! = + 40 (± 10)С и
сердцевины валка при tC0J1 = -30(+ 10)С.
Практическая ценность и реализация работы:
1. Разработан технологический процесс производства чугунных валков с
дифференцированными свойствами по сечению бочки для листопрокатных станов
горячей прокатки с рабочим слоем из высоколегированного чугуна и сердцевиной с
шейками из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, используемый в
промышленных условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»
(патент№2153536 от 16.07.1999).
Спроектирована, изготовлена и пущена в эксплуатацию по рекомендациям настоящей работы центробежная машина для отливки листопрокатных чугунных валков с диаметром бочки 550...1000 мм и длиной до 3000 мм (патент № 2146182 от 14.12.1998).
Подтверждена высокая эксплуатационная стойкость валков, полученных по рекомендованной технологии на листопрокатных станах ОАО «ММК» «2000» и «2500», превышающая в 2,0...3,0 раза стойкость стационарнолитых валков и на 10...15% стойкость валков зарубежного производства.
Достоверность результатов работы:
Теоретические разработки и научные положения подтверждены экспериментальными данными и их статистической обработкой с использованием аналитических современных средств. Предложенные технические решения прошли широкое опробование в промышленных условиях и показали высокий уровень эксплуатационных характеристик чугунных листопрокатных валков, полученных по рекомендованной технологии.
Личный вклад
Автор принимал непосредственное участие на всех стадиях диссертационной работы (постановка задачи, разработка методик, экспериментальные исследования, внедрение результатов работы в промышленности).
Анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований проводились лично автором.
Под его руководством внедрены основные результаты диссертационной работы, получена большая партия (~ 1000 шт.) листопрокатных валков по
рекомендованной автором технологии для широкополостных станов горячей прокатки с высокими эксплуатационными характеристиками.
Он является автором и соавтором шести печатных публикаций и двух монографий по производству прокатных валков, а также пяти патентов по диссертационной теме.
Апробация работы
Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
Всероссийском пятом съезде литейщиков (г. Москва, 2001 г.);
Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» (г. Санкт-Петербург, 2002 г.);
Всероссийском шестом съезде литейщиков (г. Москва, 2003 г.);
региональных конференциях по литейному производству в г. Магнитогорске 2004, 2005 гг.
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе получено 5 патентов РФ.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 150 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 116 наименований, приложение, содержит 40 рисунков и 25 таблиц.
Анализ технологических особенностей получения двухслойных прокатных валков
Рабочий слой из индефинитного чугуна характеризуется неопределенным отбелом, в котором наряду с карбидо-мартенсито-бейнитной структурой имеются мелкие включения графита, видимые невооруженным глазом на пробах и торцах бочки валка после механической обработки.
Наличие мелкого по величине графита в рабочем слое из индефинитного чугуна в совокупности с мартенситнои структурой не сказывается отрицательно на эксплуатационных характеристиках валков /49/.
Характерно, что по сравнению с рабочим слоем валков из хромоникелевого чугуна типа ЛПХНд-71 материал валков с рабочим слоем из индефинитного чугуна, как показали исследования, менее склонен к образованию горячих и холодных трещин, вследствие того, что в составе этого чугуна больше легирующих элементов, таких как никель, кремний, марганец, способствующих увеличению прочности металлической основы /43/.
Эксплуатационные испытания показали, что износостойкость валков с рабочим слоем из индефинитного чугуна в среднем на 20% выше по сравнению с износостойкостью рабочего слоя из хромоникелевого чугуна исполнения ЛПХНд-71.
В работе /20/ указаны основные отличия в технологии стационарной отливки валков с рабочим слоем из индефинитного чугуна по сравнению с отливкой валков с рабочим слоем из хромоникелевого чугуна, заключающиеся в следующем: - материал рабочего слоя индефинитного валка отличается значительно большим содержанием основных и легирующих элементов, с дополнительным легированием молибденом; - при выплавке основного и промывного металлов отбираются пробы из печи, которые подвергаются термографическому анализу, по результатам которого судят о готовности металлов к выпуску; - при выпуске из печи основной и промывной металлы подвергаются ковшевому модифицированию комплексными модификаторами (на основе кремния, марганца) для улучшения микроструктуры; - при заливке формы выдержка основного металла перед промывкой составляет 12... 18 минут (в зависимости от диаметра валка) с промежуточными «толчками» промывным металлом в течение 20 секунд с интервалом 2...3 минуты. По технологии отливки хромоникелевых валков выдержка перед промывкой составляет 3.. .4 минуты; - отливки индефинитных валков подвергаются двукратному отжигу с целью уменьшения количества остаточного аустенита, наличие которого в рабочем слое является одной из отличительных особенностей данного типа валков по сравнению с хромоникелевыми валками. Наиболее распространенный способ получения двухслойных листопрокатных валков - стационарная заливка в комбинированную форму, представляющую чугунную изложницу для формирования бочки валка с двумя надставками для формирования верхней и нижней шеек валка. Наружный слой валка формируется путем сифонной заливки легированного чугуна всего объема формы. После частичной кристаллизации рабочего слоя в форму заливают промывочный металл, который вытесняет в сердцевине жидкую часть легированного металла в приемную емкость (мульду). На рис. 1.2 представлена общая схема заливки двухслойного валка. Такой способ требует большого расхода легированного жидкого чугуна, достигающего 40% от объема заливаемого металла и соответственно большого расхода легирующих элементов. Но самый главный недостаток стационарного способа заливки двухслойных валков заключается в невозможности использования перспективных высоколегированных материалов для рабочего слоя валков, например, с высоким хромом, в связи с тем, что в процессе промывки в сердцевину и шейки валка переходит хром, что приводит к повышению твердости металла шеек, значительному усложнению механообработки, появлению трещин. Другим важным недостатком стационарной заливки двухслойных валков является невозможность регулирования в необходимых пределах толщины рабочего слоя и получения ровного по всей высоте бочки рабочего слоя. Необходимо отметить при этом, что стационарный способ заливки металла в изложницу с использованием сифонного способа его ввода является несовершенным, так как нарушается принцип направленного затвердевания (нижняя зона валка нагрета выше верхней), что ведет к появлению усадочных дефектов, увеличению количества неметаллических включений, нарушению процесса газовыделения. Более эффективным способом получения двухслойных прокатных валков является центробежный, преимущества которого по сравнению со стационарным состоят в следующем: - возможность получения валков с рабочим слоем из высоколегированных материалов; - возможность регулировки толщины рабочего слоя; - увеличение выхода годного в 2.. .3 раза; - сокращение расхода легирующих элементов; - снижение расхода стержневых и формовочных материалов; - повышение производительности труда в 2,5-3,0 раза; - возможность механизации и автоматизации процесса; - улучшение экологической обстановки. Благодаря указанным преимуществам, способ центробежного литья двухслойных прокатных валков завоевывает все более широкие позиции в вальцелитейной промышленности. Известная компания «Nacional Roll» (США) достигла определенного прогресса в использовании этого способа и обладает современным оборудованием для производства валков. Компания состоит из трех отделений: вальцелитейного, термического и механического /51/. В вальцелитейном отделении имеются 4 плавильные печи мощностью 10, 25, 30 и 50 тонн.
Методика исследования структуры и физико-механических свойств металла валков
При разработке оптимальных составов флюсов, обеспечивающих качественное сваривание слоев металла двухслойных валков, для оценки вероятности протекания тех или иных реакций в расплавах был применен приближенный метод расчета изобарных потенциалов химических реакций /70, 71/. По величине изобарного потенциала Z определяли возможность протекания в данных условиях той или иной реакции. Отрицательная величина Z свидетельствовала о протекании реакции, положительная - об ее отсутствии. Чем ниже Z одной реакции по сравнению с другой, тем предпочтительней ее протекание.
Проверку прочности сваривания слоев металла при экспериментальном исследовании осуществляли по методике ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» /69/. Для этого было изготовлено приспособление, с помощью которого можно было создать срезывающие усилия на границе двух металлов.
Качество свариваемости двух слоев валков промышленных партий определяли с помощью ультразвукового дефектоскопа УД 9812, а также визуально по кольцам, отрезаемым от торцов бочек валков в процессе их механической обработки.
При исследовании механических свойств валков больших промышленных партий образцы вырезали из колец, отбираемых при механической обработке валков. Временное сопротивление при разрыве чугуна внутреннего слоя определяли на образцах, вырезанных из средней зоны рабочего слоя.
Испытания на прочность при изгибе проводили на универсальной разрывной машине УММ-20. Ударную вязкость определяли на маятниковом копре МК-30А. Величину а и КС оценивали как среднее из трех значений. Твердость поверхности бочки валка определяли с помощью твердомера "Eqvotip 2" на каждом валке после чистовой механической обработки по методу Шора (HSD) в соответствии с требованиями ГОСТ 23273. Кроме этого при механической обработке бочки валка проводился отбор сегмента от кольцевой пробы на глубину до 100 мм. Проба отбирается на расстоянии 45 мм от нижнего торца бочки отливки валка. На пробе определяли распределение твердости по Роквеллу HRC по глубине рабочего слоя валка в соответствии с ГОСТ 9013. Микротвердость структурных составляющих оценивали на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г и длительности нагружения 10 с. Результаты микротвердости определяли усредняя показания 70 замеров. Для испытания на износостойкость отбирались образцы из жидкого чугуна диаметром 8 мм в кварцевую трубку с помощью резиновой груши. Испытание образцов на износостойкость проводили на лабораторной установке ОАО НПО «ЦНИШМАИЬ (рис. 2.5). Образцы истирались о вращающийся стальной барабан (сталь 45), закреплялись неподвижно в патроне и испытывались при удельном давлении 50 кг/мм2. Скорость вращения барабана 720 об/мин. Время испытания одного образца 2 часа. Износ определялся путем взвешивания на аналитических весах типа АДВ-200 М по уменьшению веса образца. При удельной нагрузке в 50 кг/мм2 температура в месте контакта образца с барабаном повышается примерно до 700С. Все образцы обезжиривали четыреххлористым углеродом, после чего взвешивали на аналитических весах с точностью до четвертого знака. После испытаний образцы повторно промывали в четыреххлористом углероде и взвешивали. Износ образцов (1ИЗН) определяли по формуле [51] Анализ микроструктуры чугунов производили, применяя оптическую, электронную и эмиссионную микроскопию. Микроструктуру рабочего слоя валка и нижней шейки валка определяли на образцах кольцевой пробы и диска в соответствии с промышленной системой анализа изображений SIAMS 700, представляющей программный комплекс из специализированного компьютера, сканера и микроскопа "Axiovert 40". Измерения содержания аустенитной фазы и мартенсита в листовых валках проводились с помощью ферритометра "Feritscop МР-30". Прибор измеряет содержание а-фазы по методу магнитной проницаемости. За величину рабочего слоя центробежнолитых валков принимали расстояние от обработанной поверхности бочки до зоны свариваемости слоев бочки валков. Пробы для контроля химического состава отбирали из жидкого чугуна перед заливкой формы. Определение химсостава проводили на автоматическом анализаторе фирмы OBLF - искровом вакуумном эмиссионном спектрометре с высоковольтным разрядом. Дополнительно оценку химсостава проводили на переносном приборе «Инспектор» рентгено-флюоресцентным методом. Для оценки структурно-напряженного состояния рабочего слоя валков использовали магнитный структуроскоп «КРМ-Ц-К2М». Основная измеряемая характеристика - коэрцитивная сила Нс (А/см), корреляционно взаимосвязана с механическими свойствами и структурой металла.
Особенности влияния легирующих элементов на структуру и свойства рабочего слоя из высокохромистого чугуна
Второй особенностью этих чугунов является получение заэвтектического чугуна с избыточными включениями хромистого карбида при содержании углерода меньше эвтектического - 3,8% (плавка Х25, рис. 3.1, е). Это связано с высоким содержанием хрома в чугуне, который влияет на количество кристаллизующихся карбидов, хотя и в меньшей степени, но аналогично углероду. Хром, уменьшая растворимость углерода в аустените, способствует увеличению в сплаве карбидной составляющей.
Твердый раствор (аустенит) при увеличении в чугуне содержания углерода также претерпевает ряд изменений. Так, например, в плавках Х20 и Х21 (С = 2,41 и 2,65%) при охлаждении, в основном, образуется структура троостита (рис. 3.1, а,б), в то же время на отдельных участках фиксируются местные обогащения хромом, которые приводят к образованию в структуре остаточного аустенита и вблизи него гаммы переходных структур; мартенсита, бейнита, троостита (рис. 3.1, а,б).
В плавках с большим содержанием углерода (Х23...Х25) 3,42...3,80% (рис. 3.1, г,д,е) таких ликвациониых участков не наблюдается. Хром расходуется на образование хромистых карбидов (Fe,Cr)7C3, а в аустените его содержание уменьшается, при этом весь аустенит при охлаждении распадается на троостит. С увеличением содержания углерода в рассмотренных пределах твердость и износостойкость повышаются.
Увеличение кремния в чугуне от 0,23 до 1,76% (плавки Х27...ХЗЗ) (рис. 3.2) в первую очередь сказалось на количестве карбидов в чугуне. Сравнение структур плавок Х27...ХЗЗ показывает, что повышение содержания кремния приводит к увеличению количества карбидной составляющей в чугуне. Структура чугуна из доэвтектического состояния (Х27...Х29) (рис. 3.2, а,б,в,г) трансформируется в структуру заэвтектического чугуна (плавки Х30...ХЗЗ) (рис. 3.2, е,ж,з,и) в соответствие с влиянием кремния на уменьшение растворимости углерода в твердом растворе, что способствует сдвигу эвтектической точки на диаграмме влево, к меньшим содержаниям углерода. Кроме того, кремний вытесняет из твердого раствора хром и повышает его содержание в карбидах.
В строении первичных и эвтектических карбидов также наблюдаются некоторые изменения. С увеличением содержания кремния в чугуне появляются мелкие, игольчатые, под разным углом расположенные отростки и ответвления от основного карбида (рис. 3.2, ж,з). Увеличение содержания кремния в изученных концентрациях приводит к образованию при охлаждении чугуна сорбито-перлитной структуры, понижению твердости и износостойкости.
Марганец увеличивает устойчивость аустенита и понижает температуру мартенситного превращения, способствуя получению в структуре остаточного аустенита. Совместное влияние Сг и Мп приводит к получению в структуре чугуна большого количества нераспавшегося аустенита уже при содержании 2,81% Мп (пл. Х43) (рис. 3.3, е).
Только в плавке Х39 (рис. 3.3 а, б) при содержании Мп 0,49% аустенит полностью распался на троостит. При добавках марганца около 1% (плавка Х40) в структуре фиксируются отдельные небольшие участки с мартенсито-бейнитной структурой и остаточным аустенитом (рис. 3.3, в). При дальнейшем увеличении марганца до 2,81% значительно увеличивается количество остаточного аустенита, при менее значительном увеличении количества мартенсита, бейнита ( 10%) и троостита. Регулируя количество вводимого в чугун марганца, можно уменьшать или увеличивать устойчивость аустенита, изменяя структуру чугуна. В рассматриваемых пределах изменения его содержания в высокохромистом чугуне марганец увеличивает твердость. Никель относится к элементам, не принимающим участия в карбидообразовании и оказывающим основное влияние на аустенит. При 0,6% никель еще не оказывает заметного влияния на структуру хромистого чугуна (рис. 3.4, а,б, плавка Х44). Весь аустенит при охлаждении превратился в троостит и структура ничем не отличается от структуры высокохромистого чугуна без никеля. В плавках с - 1% Ni уже наблюдаются отдельные участки остаточного аустенита (рис. 3.4, в, плавка Х45). При увеличении содержания Ni в чугуне до 1,4% структура резко изменяется. Аустенит только частично превращается в троостит по границам эвтектических колоний. Основная же часть твердого раствора (дендриты и центральные участки эвтектических колоний) не претерпевает превращения. Добавки никеля свыше 2% приводят к образованию почти чисто аустенитной металлической основы (рис. 3.4 г, д). Молибден является карбидообразующим элементом и, в основном, при небольших количествах входит в состав сложных хромистых карбидов /73/. Кроме того молибден, ограниченно растворяясь в аустените, оказывает влияние на устойчивость аустенита (рис. 3.5, а,б).
При содержании Ыо около 1% (плавка Х50) в структуре чугуна образуются отдельные участки мартенсита и остаточного аустенита (рис. 3.5, в). При дальнейшем увеличении молибдена в плавке часть превращенного в троостит аустенита резко уменьшается и структура металлической основы состоит, в основном, из устойчивого аустенита, мартенсита и небольшой части троостита. В аустените фиксируется значительное количество точечных выделений карбидов, за счет которых твердость аустенитной фазы повышается (рис. 3.5, г).
Заливка и формирование рабочего слоя валка во вращающейся форме
Определена эффективная схема процесса производства листопрокатных валков методом горизонтального центробежного литья рабочего слоя валка с последующей доливкой металла сердцевины и шеек стационарным литьем в вертикальном положении. 2. Расчетными методами и экспериментальными исследованиями показано, что применение массивной вращающейся стальной изложницы с толщиной стенки 220 мм, превышающей толщину рабочего слоя валка в 2,5...3,0 раза, с нанесенной на ее внутреннюю поверхность цирконовой краской толщиной 1,2...1,5 мм, способствует практически полной аккумуляции выделяемого отливкой тепла с интенсивностью (ВІ = 0,5...0,6) и позволяет обеспечить необходимую твердость рабочего слоя (76,,,82) HSD с минимальным спадом на 2... 3 единицы по Шору. 3. Разработана методика определения временного интервала заливки разнородных чугунов по температурным кривым охлаждения, позволяющая фиксировать время заливки чугуна промежуточного слоя при tC0J1 + 40 (± 10)С и сердцевины при ісол- 300 (± 10)С. 4. Установлено, что рекомендованный флюс, состоящий из Na20-SiC 2 -24%, СаО = 36%, CaF2 = 24% Na2B407 = 16%, с низкой температурой плавления ( 800С), позволяет обеспечить направленное и последовательное затвердевание, а также способствует расширению временного интервала между окончанием затвердевания рабочего слоя и заливкой металла сердцевины. 5. Установлено, что ввод во вращающуюся форму промежуточного слоя металла толщиной 15...20 мм из нелегированного чугуна между разнородными по составу чугунами препятствует переносу карбидообразующих элементов выше безопасного уровня (Сг 0,4%), этим самым способствуя устранению трещин и уменьшению трудоемкости при механообработке. 6. Показано, что частота вращения формы при заливке металла рабочего слоя толщиной 70...85 мм, соответствующая величине гравитационного коэффициента 120 на ее внутренней поверхности, обеспечивает высокую однородность структуры. 7. Разработана комплексная технология получения листопрокатных валков для чистовой группы листопрокатных станов с диаметром бочки 550...1000 мм, длиной до 3000 мм и массой заготовки до 25 т, включающая заливку во вращающуюся форму рабочего слоя из высокохромистого (15,..17% Сг) или индефинитного (4,0...5,0% Ni) чугунов, а также промежуточного из нелегированного чугуна, с последующей заливкой сердцевины и шеек валка из чугуна с шаровидным графитом с прочным свариванием разнородных по химическому составу чугунов и созданием композитной конструкции валка. Промышленное внедрение разработанного технологического процесса производства листопрокатных валков методом центробежного литья осуществлялось в литейном цехе механоремонтного комплекса ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» /100, 106/. Отливка заготовок двухслойных листопрокатных валков состоит из следующих технологических операций: - подготовка формы; - подготовка заливочного устройства; - заливка металла рабочего слоя валка; - заливка металла сердцевины валка; - охлаждение заготовки валка и разборка формы. Форма состоит из изложницы с нанесенной на ее внутреннюю поверхность краской, двух опок для оформления верхней и нижней шеек валка и торцевых крышек. Формовка шеек валков осуществляется пескометом в опоках по моделям с применением песчано-глинистой смеси, состав и свойства которой приведены в таблице 5.1. Сушка форм для нижней и верхней шеек валка осуществляется в сушилках при температуре 300(±10)С в течение 12 часов. Внутренняя поверхность изложницы покрывается цирконовой краской толщиной слоя 1,0...1,5 мм. Изложница с установленными торцевыми крышками нагревается до температуры 180С в печи, после чего устанавливается в рабочее положение на ролики центробежной машины. Контроль температуры изложницы осуществляется с помощью контактной термопары (рис, 5.1). Окраска внутренней поверхности изложницы производится при ее вращении передвижным распылительным устройством (рис. 5.2), в концевой части которого закреплено шприцевальное сопло. Краска поступает в шприцевальное устройство из бака под давлением 5,0 бар. Под действием сжатого воздуха краска распыляется равномерным факелом на внутренней поверхности изложницы.
При нанесении краски распылительное устройство совершает возвратно поступательное движение со скоростью 2 м/мин до образования необходимого слоя краски толщиной 1,2...1,5 мм. Контроль толщины краски осуществляется толщиномером. Распылительное сопло располагается по отношению к внутренней поверхности изложницы под углом 45 градусов на расстоянии 200 мм.
