Введение к работе
Актуальность работы
Проблема ресурсосбережения в металлоемких отраслях производства связана с продлением ресурса прокатных валков и созданием рациональных конструкций для обеспечения качества металлопродукции. По нормативным требованиям при износе поверхностного рабочего слоя бочки, толщина которого составляет 5-7 % от первоначального диаметра и 13-14 % от массы валка, к дальнейшей эксплуатации валок становится непригодным. Кроме эксплуатационного износа немалая часть валков списывается из-за выкрашивания, сколов, отслоений, разгарных трещин и других дефектов, связанных с напряженно-деформированным состоянием. Технологический процесс получения готового проката является завершающей и наиболее ответственной частью металлургического производства, поэтому совершенствование методики проектирования валков для прокатки новых высокопрочных хромистых сталей является актуальной задачей.
Валки прокатных станов представляют собой сменный инструмент, не только осуществляющий процесс пластической деформации металла, но и конструкционно влияющий на параметры прокатки. Профилировка и тепловой режим валков оказывают влияние на устойчивость технологического процесса, а шероховатость поверхности валков - на все явления в очаге деформации.
Износ поверхности прокатных валков также влияет на технологические процессы последующей прокатки слябов. Поскольку качество полосы закладывается в черновой группе клетей, то исправление полученных дефектов в чистовых клетях трудоемко, а иногда невозможно. В свою очередь, от режимов и условий самой прокатки зависят коррозионно-механический износ, расход валков, качество металлопродукции и экономические показатели прокатного производства в целом.
Особенности работы валков со сложной нагрузкой требуют проведения теоретических и экспериментальных исследований для установления влияния технологических режимов обработки давлением - скорости режимов прокатки, обжатия, давления, температуры на эксплуатационную надежность и долговечность работы валков. В этом направлении большой вклад внесли отечественные и зарубежные ученые Целиков А.И., Королев А.А., Полухин П.И.,Громов Н.П., Сафьян М.М., Крагельский И.В., Хрущов М.М., Павлов И.М., Колмогоров В.Л.,Чекмарев А.П., Грудев А.П., Гарбер Э.А.,Гаркунов Д.Н., Богатов А.А., Григорьев А.К., Белосевич В.К., Колесников А.Г., Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г., Арчард Дж.Ф, Орован Е,.О.и др.
Несмотря на успехи в области теории и практики прокатного производства, многие задачи, связанные с выбором оптимальных характеристик и эксплуатационной надёжности, прочности и износостойкости прокатных валков остаются нерешенными.
В настоящей работе на основе трудов отечественных и зарубежных ученых исследованы способы повышения долговечности работы валков за счет оптимизации технологии режима работы валков, химического состава валков, уточнения методов расчета температурного поля, и научно обоснованного выбора натяжения полосы, рационализации охлаждения валков для снижения термических и остаточных напряжений.
Цели и задачи исследования
Целью диссертационной работы является оптимизация методов проектирования валков прокатных станов при прокатке хромистых сталей с целью повышения их эксплуатационных надежности, прочности и долговечности.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Анализ и обобщение существующих в отечественной и зарубежной практике технических решений по совершенствованию методики проектирования валков прокатных станов для прокатки хромистых сталей.
Разработка установки для исследования коррозионно-механического процесса износа валковых материалов и экспериментальное установление энергосиловых и технологических параметров коррозионно-механического износа. Выбор вида и состава применяемых смазок для уменьшения коррозионного и механического износа.
Теоретические исследования возможности снижения контактных, рабочих, термических и остаточных напряжений в валках за счет оптимального выбора конструкции валков и технологического режима прокатки.
Оптимизация режима давления прокатки путем уточнения величины натяжения полосы и соответствующего снижения напряжений.
Экспериментальная оценка в лабораторных условиях коррозионно-механического износа прокатных валков из хромистых сталей.
Научная новизна
Обоснована и усовершенствована аналитическая методика проектирования современных конструкций валков прокатных станов для горячей прокатки хромистой стали по параметрам прочности и износостойкости.
Установлены и экспериментально проверены аналитические зависимости для расчета температурного поля валков при прокатке хромистых сталей.
Установлены теоретические зависимости для определения коэффициентов абразивного износа и долговечности валков.
Разработана математическая модель расчета оптимального технологического режима работы прокатного оборудования, позволяющая уменьшить температурные, остаточные и рабочие напряжения.
Установлено влияние симметричного и несимметричного натяжений для снижения среднего давления и уменьшения рабочей нагрузки на валки и повышения износостойкости.
Значительное повышение износостойкости стали 4X13 достигается введением в охлаждающую воду ализаринового масла, образующего на поверхности стального валка плотную защитную пленку с высоким сопротивлением деформации. Практическая значимость
Отработаны особенности выбора валков для горячей прокатки и предложен их химический состав для прокатки высокохромистых сталей, значительно повышающие эксплуатационную стойкость валков.
Разработана установка для исследования новых марок валковых сталей на износ.
Разработанные количественные методики для оптимизации энергосиловых параметров режимов прокатки высокохромистых сталей проверены на ОАО ММЗ «Серп и молот», и установлена их практическая пригодность для расчета эксплуатационной надежности валков.
Отработана методика расчета валков на контактную прочность, термические и остаточные напряжения и стойкость рабочих валков в условиях горячей прокатки нержавеющих сталей.
Экспериментально и теоретически установлено, что увеличение содержания хрома до 13% в валковой стали для горячей прокатки повышает ее износостойкость не менее, чем на 20% в охлаждающей воде.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на конференциях:
Конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов."Московский государственный вечерний металлургический институт, июнь 2008 г.
I Международной научно-технической конференции «Современные автомобильные материалы и технологии» (САМИТ-2009), г.Курск, ноябрь 2009
IV Всероссийской научно-практической конференции «Студенчество в науке инновационный потенциал будущего», г. Набережные Челны, НГТТИ, апрель 2011
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 5 опубликованных работах,
в т.ч. 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованных
литературных источников из 121 наименования. Изложена на 139 страницах
машинописного текста, содержит 49 рисунков, 22 таблицы.
