Прокатный валок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН В 27/О 51) 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,1 цА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЫИвд;:(54) ПРОКАТН (57) Изобрет номч произво пользовано н или холодной И ВАЛ ится к прока жет быть истанов горяче ние отно ству и м валкахрокатки Й 23ллургический и ель изобре рокатного ниялка з вышение рес С.С.Самот рч, А.Е.Р ов, В.А.А угин, уднев ния его износона рабочую поа счет увеличети. Для этоготь валка нанос стой верх вери ериат слои Е опредсляе1,03 1,1 О)х 1,упругостиошения Е соо с м мым и 8)тельствоВ 27/02,дуль упругости материала ТВЕРДОГО СЛОЯ И ТОЛЩИ й толщины смежного с ним л.де ну не 198 ной, мслоя. ьш таИзобретение относится к прокатному производству, может быть использовано на валках станов горячей или холодной прокатки и является усовер 5 шенствова нием и зобр ет ения по авт. с в. У 1154015.1 елью изобретения является повышение ресурса прокатного валка за счет увеличения его износостойкости10На рабочую поверхность прокатного валка наносят дополнительный слой, модуль упругости Е 4 которого больше модуля упругости внутреннего твердого слоя Е и находится с последним в отношении Е =(1,03-1,16)Е , а толщина дополнительного (четвертого слоя) изменяется в пределахН где О - толщина поверхностСМОкс ф зного пластического слоя по известному изобретению Н - глубина за( МОКСлегания максимальных скалывающих напряжений.Долговечность (время до выхода из строя) прокатного валка определяется 25 способностью его рабочей поверхности сопротивляться износу, а также разрушающим термомеханическим усталостнь)м и ударным нагрузкам, т.е. износостойкостью и трещиностойкостью. Валок с рабочим слоем известной конструкции обладает высокой трещиностойкостью благодаря многослойности и порядку ,чередования слоев с различными физическими свойствами, но он имеет в то35 же время невысокую стойкость против абразивного износа поверхностного слоя с низким значением модуля упругости,Повышение износостойкости достига ется нанесением на рабочую поверхность известного валка дополнительного четвертого слоя, более твердого, чем внутренний твердый слой, и тем более твердого, чем поверхностный 45 пластичный слой. Наличие такого твердого и, соответственно, хрупкого слоя на рабочей поверхности обуславливает более интенсивное образование поверхностных трешин Однако дальнеЙп(ИЙ 50 рост трещин вглубь валка (Образование магистральной макротрешины) останавливается на границе с мягким слоем, а также в самом мягком слое, и суммарная трещиностойкость композ 1(пии сохраняется на достигнутом уровне. В результате Обеспечиваются Об фактора, определя 1п(ие вь 1 сокук) работосп( - собность прокатного ва)1 ка, - вы(.ок,)Я и 3 и О (с т О й к О с т ез и Р ыс О к (1 я т 1) е 1 и( н Остройкость.Выбор указанных пределов изменениямодуля упругости и толщины четвертогодополнительного слоя обусловлен следующим, Коэффициент интенсивности напряжений (характеризующий трещиностойкость композиции) для трещины,пересекающей под прямым углом границураздела двух слоев с различными свой-ствами - нанесенного твердого (Е 4)и мягкого (Е ), рассчитывается поформулеЕ 414 Ес ьгде б - напряжения, действующие втр ет ьем (мягком) слое;1 - полудлина трещины, равнаяполовине толщины четвертогослоя, 1, = /2;Таким образом, с переходом трещины за границу раздела коэффициентинтенсивности напряжения при Е 4/Ез 1,т.е, Е 4 Ез, возрастает. Выражение дляК(с записывается на основании выражеб 4 ЙЬния= . Это же соотношение спраЕ Евсдлино для тр.етьего и второго слоевб 2 4 2- Тогда можно приравнять - = -Е 4 Е 2и по аналогии записатьЕ 4К =5 Т 1Гс 2 41 Е фгде 14 з - полудлина трещины к моменту подхода ее к границетретьего слоя с вторым,+1,14+3Следовательно, для обеспечениявысокой треп(иностойкости (повышенияК ) наряду с условием Е 4 Е необхо 1 сдимо и соблюдение условия Е Е Выбор соотношения Е =(1,03-1,16)ЕОбусловлен применением в качествечетвертого дополнительного слоя высокоизносостойкого материала - мартенситностарею 1 ш(х сталей (например,55 Х 5 М 2 Ф), модуль упругости которых(Г =2,65 10 МПа) больше в пред 55 Х 5 МФлагаемо 4. число раз модулей упругостисталей, принятых в известном изобретении в качестве материала внутреннего слоя (Е(, =2,28 10 МПа,=2,46 10 МПа).ЫХ(М 5(РВр ф Выбор трещины дополнительного слоямен 1 п 1 ей, чем толпп(на предыдущего3140413 слоя о обусловлен тем, что это позволяет ограничить значения остаточных сварочных напряжений в дополнительном слое имеющем высокое значеФ5 ние модуля упругости и отличающимся высокой прочностью, твердостью и низкой пластичностью. Это позволяет избежать замедленного разрушения дополнительного слоя в процессах изготовления валка и его эксплуатации, Достаточно высокая твердость и прочность этого слоя наряду с высоким значением показателя нормальной упругости обеспечивают хорошую сопротивляемость износу в процессе длительной эксплуатации при ограниченной толщине.Вместе с тем толщина дополнительного слоя о 4 должна быть больше глубины залегания максимальных скалывающих напряжений Н, так как в проМакбтивном случае в процессе эксплуатации возможны отколы и отслоения нанесен 30 35 Прокатный валок по авт. св. Р 1154015, о т л и ч а ю щ и й с яного дополнительного слоя.Для оценки эффективности применения дополнительного износостойкого слоя применительно к прокатным валкам стана 1700 горячей прокатки осуществляется многослойная наплавка на валок из стали 9 ХФ материалов с различными значениями модуля упругостиСогласно известной конструкции валка отдельные слои наплавляются в соответствующем порядке (таблица). Соотношение модулей упругости Е.Е:Ез= =1:1,5:1; 1:1,23:1; 1:1,1:1. Толщина каждого слоя с, = о = с = =10,0 мм. Наносится дополнительный 40 поверхностный слой из различных материалов по нескольким вариантам (таблица), толщина поверхностного слоя=5 мм, большая, чем глубина залегания максимальных скалываюших напря жений для валков такого диаметра Н =3,7 мм, Из наплавленных валков смаксвырезаются образцы для испытаний на абразивную изнашиваемость толщиной 50 мм и рабочей площадью 60 х 80 мм, Испытания проводятся на установке Хауорта-Бринеля, в качестве абразивного материала используется сухой измельченный гранит. Износ определяется потерей веса образца по сравнению с эталоном-образцом аналогичных размеров из стали 4 5. Трещиностойкость сравниваемых вариантов оценивается по испытаниям на разгаростой 14кость (режим нагружения Т =500 С;Результаты испытаний, подтвержденные актом испытаний, приведены в таблице.Из таблицы видно, что износостойкость предлагаемого валка с оптимальным соотношением параметров выше по сравнению с износостойкостью известного валка, а трещиностойость (разгаростойкость) практически сохраняется на достигнутом уровне.Соотношение модулей упругости материалов глубинного слоя сталей типа ХН 70 ВМ 10 и дополнительного поверхностного слоя стали типа 10 Х 7 МВФБ равно 1,03:1 (валок 1), сплава типа ХН 70 ВЯО и стали типа 15 Х 11 МФ равно 1,11:1 (валок 2), сталей типа 55 Х 5 М 2 Ф и 10 Х 7 МВФБР равно 1,08: 1 (валок 3), сталей типа 55 Х 5 М 2 Ф и 15 Х 11 МФ равно 1 16 1 (валок 4)При выполнении дополнительного поверхностного слоя по валку 1 с соотношением модулей упругости материалов дополнительного и основного слоев равным 1,03; 1, сопротивляемость рабочего слоя абразивному изнашиванию возрастает не существенно.Если же соотношение равно 1,16:1, то возникает опасность замедленного разрушения рабочего слоя за счет образования подповерхностных трещин и отколов. Оптимальным подбором материалов дополнительного поверхностного и глубинного основного слоев являются валки 2 и 3. Рабочий слой в этих случаях отличается высокой работоспособностью за счет высокой стойкости против абразивного изнашивания и усталостного термомеханического растрескивания.Опыт эксплуатации валков из сталей 55 Х, 50 ХН, 9 ХФ с наплавкой по известному и предлагаемому способам на станах горяч ей прокатки пока зал, что срок службы предлагаемых валков с оптимальным соотношением модулей упругости материалов второго и четвертого слоев выше в 1,5 раза по сравнению с типовыми валками и в 1,25 раза по сравнению с известными. Формула и з обр ет е ни я1404131 ним слоя Валок наплавка и типы коэФфициРазгаростойкость, количество циклов ент износостойкости сплавов слоев теплосмен Известный 1925 10 Х 11 Н 20 ТЗР10 Х 7 МВФБР10 Х 11 Н 20 ТЗР Предлагаемыйй 11056 1,28 1731 1,93 182 б 2,0 б 832 1,45 ВНИИПИ Заказ 3019/7 Тцр ж 4 б 7 Подписное Произв.-полигр, пр-тис, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 тем, что, с целью повышения его ресурса за счет увеличения износостойкости, на его рабочей поверхности выполнен дополнительный наружный слой из материала с модулем упругости5 Е = (1, 03" 1, 16) Е, где Е - мод упь 10 Х 11 М 20 ТЗР10 Х 7 МВФБР10 Х 11 М 20 ТЗРХН 70 ВМЮ19 Н 9 МВБТ15 Х 11 МФ31 Х 19 Н 9 МВБТХН 70 ВМ 103 5 ХМ 10 А10 Х 7 МВФБР18 Х 2 НЧВ55 Х 5 М 2 Ф3 1 Х 19 Н 9 МВБТ15 Х 11 МФ31 Х 19 Н 9 МВБТ55 Х 5 М 2 Ф упругости матерцала д ио лнцтел ного слоя, Е - модуль упругости материала внутреннего с вреди ннОГО слОя, прц этом толщина дополнительного наружного слоя меньше толщины смежного с