Валки прокатного стана: выбор материала рабочих и опорных валков, твердость и режим отказа

В прокатном стане валки являются одновременно наиболее ответственным и наиболее потребляемым компонентом. Рабочий валок на чистовой клети горячей прокатки может прокатать 3000–8000 тонн стали, прежде чем его вывезут со стана для доизмельчения. Опорный валок на том же стане может прослужить 6–18 месяцев, прежде чем потребуется его капитальное перешлифование. Но когда валок выходит из строя преждевременно — из-за растрескивания, растрескивания или разрушения — последствия выходят далеко за рамки стоимости самого валка: незапланированные простои стана, дефекты поверхности полосы, которые приводят к отказу клиентов, повреждение соседних валков и компонентов корпуса стана, а также нарушение логистики из-за незапланированной замены валков. На высокопроизводительных станах горячей прокатки одна незапланированная замена валков может стоить 50 000–200 000 долларов США в виде производственных потерь.

Основной причиной большинства преждевременных поломок валков является не производственный дефект. Это несоответствие материала рулона реальным условиям эксплуатации клети — неправильная твердость для термической и механической нагрузки, недостаточная вязкость для ударной нагрузки проката или марка материала, которая не выдерживает термоциклирования охлаждающей воды и контакта горячей полосы. В этом руководстве представлена ​​систематическая техническая основа для выбора правильного материала валков для каждой позиции клети, понимания параметров твердости, которые определяют устойчивость к износу и разрушению, а также диагностики видов отказов, которые указывают на несоответствие материала или процесса.

Часть 1. Функциональные требования к валкам прокатного стана

Прежде чем выбрать рулонный материал, важно понять, для чего на самом деле нужен рулон — и почему ни один материал не может удовлетворить все требования одновременно.

1.1 Пять конкурирующих требований

Рабочий валок прокатного стана должен одновременно:

1. Выдерживать высокое контактное давление — контактное напряжение между рабочим валком и полосой в клетях горячей чистовой обработки полосы обычно превышает 800–1200 МПа; на станах холодной прокатки оно может достигать 1500–2500 МПа. Материал валков должен иметь достаточную прочность на сжатие и твердость, чтобы противостоять пластической деформации поверхности валков под такими давлениями.

2. Устойчивость к циклическому тепловому удару — при горячей прокатке поверхность валка нагревается до 400–700°С при контакте с горячей полосой, а затем немедленно закаливается охлаждающей водой. Такое термоциклирование создает циклические термические напряжения на поверхности валков, вызывая термические усталостные трещины (огнеопасные трещины), если материал обладает недостаточной стойкостью к термическому растрескиванию.

3. Поддерживайте твердость и шероховатость поверхности на протяжении всей кампании — поверхность валков должна сохранять постоянную твердость и шероховатость на протяжении сотен и тысяч тонн проката за кампанию. Быстрый износ изменяет профиль валков, влияя на плоскостность полосы и точность размеров.

4. Избегайте дефектов поверхности — термические дефекты, сколы, трещины и полосы на поверхности рулона переносятся непосредственно на поверхность полосы, что приводит к ухудшению качества продукции и отказу клиентов.

5. Обеспечить достаточный запас прочности на излом — валок не должен катастрофически разрушаться под действием изгибающих и скручивающих нагрузок в процессе прокатки. Сломанный валок на стане горячей прокатки является катастрофическим событием, которое может привести к повреждению корпуса стана, соседних валков и направляющих полосы.

1.2 Фундаментальный компромисс: твердость и прочность

Основная проблема при выборе рулонного материала заключается в том, что твердость (износостойкость) и ударная вязкость (стойкость к разрушению) в большинстве материалов обратно пропорциональны. Увеличение содержания углерода и сплавов для повышения твердости снижает вязкость разрушения. Это означает:

• Черновые клети — большое обжатие, высокие ударные нагрузки, сильный термический удар → отдавайте предпочтение ударной вязкости , а не твердости → используйте более прочные материалы с меньшей твердостью

• Клетки для чистовой обработки — меньшее обжатие, меньшие ударные нагрузки, но повышенные требования к качеству поверхности → приоритет твердости и износостойкости → использование материалов более высокой твердости

• Рабочие валки стана холодной прокатки — отсутствие термического удара, но экстремальное контактное давление → отдавайте приоритет очень высокой твердости и усталостной прочности → используйте кованую легированную сталь с глубокой закалкой

Именно такая разница в требованиях к клетям является причиной того, что прокатный стан использует разные материалы для валков в разных клетях — не существует универсального материала для валков, который оптимально подходил бы для всех позиций.

Часть 2. Методы производства валков — кованые или литые

2.1 Кованые рулоны

Кованые валки производятся путем штамповки стального слитка в открытых штампах с последующей термической обработкой (закалкой и отпуском или дифференциальной закалкой). Процесс ковки:

• Улучшает зернистую структуру — разрушает грубую структуру литого слитка, образуя мелкое и однородное зерно.

• Устраняет внутреннюю пористость — при ковке закрываются усадочные пустоты и газовые поры, присущие литым слиткам.

• Обеспечивает направленную прочность — поток зерна повторяет форму валка, максимизируя прочность в осевом направлении (критично для сопротивления изгибу).

• Обеспечивает глубокую и равномерную закалку — кованые валки можно подвергать сквозной или дифференциальной закалке (твердая поверхность, прочная сердцевина) с превосходной однородностью.

Кованые валки являются стандартом для:

• Опорные валки (все типы станов) — экстремальные изгибающие нагрузки требуют стойкости к разрушению, которую может обеспечить только ковка.

• Рабочие валки черновой клети стана горячей прокатки — высокие ударные нагрузки требуют прочности поковки

• Рабочие валки стана холодной прокатки — экстремальное контактное давление требует чистой, бездефектной структуры кованой стали.

• Рабочие валки толстолистового стана с высокой нагрузкой

Типичные материалы для кованых рулонов:

2.2 Литые рулоны

Литые валки производятся путем заливки расплавленного металла в форму. Процесс литья обеспечивает большую гибкость в составе и геометрии, чем ковка, и, как правило, обходится дешевле для валков большого диаметра. Литые валки производятся:

• литье в песчаные формы — для крупных и сложных форм; более низкая точность размеров

• Центробежное литье — стандарт качественного литья валков; Центробежная сила во время литья перемещает плотные карбиды к внешнему слою (оболочке), в то время как внутреннее ядро ​​затвердевает с более жесткой структурой с меньшим содержанием карбидов. В результате получается естественная композитная структура — твердая износостойкая оболочка поверх прочного ядра.

Типы литых валков и области применения:

2.3 Кованые или литые — когда выбирать, что

Часть 3. Выбор материала для конкретного стенда

3.1 Стан горячей прокатки (HSM) — выбор рабочих валков по клети

Стан горячей прокатки является самой требовательной средой для рабочих валков, сочетая в себе высокие контактные температуры (температура полосы на входе 1050–1150°C на черновой обработке, 850–950°C на выходе чистовой обработки), высокие усилия прокатки и агрессивное водяное охлаждение.

Клетки черновой обработки (R1–R2):

• Температура полосы: 1050–1150°С.

• Сила прокатки: Очень высокая (до 40–60 МН).

• Ударная нагрузка: Сильная (окалина, кончики обрезков, булыжники)

• Приоритет: устойчивость к разрушению и термическому растрескиванию над износостойкостью.

• Рекомендуемый материал: кованая сталь Cr2 или Cr3 или высокопрочная литая сталь.

• Твердость: HS 40–55 (350–480 HB).

• Обоснование: Экстремальные ударные нагрузки от окалины и обрезков на черновых клетях делают устойчивость к разрушению важнейшим требованием. Более твердый валок, обеспечивающий лучшую износостойкость, но меньшую прочность, в таких условиях сломается.

Отделочные стенды F1–F3 (входная отделка):

• Температура полосы: 950–1050°C на входе.

• Сила прокатки: Высокая (20–40 МН)

• Ударная нагрузка: Умеренная

• Приоритет: Баланс между износостойкостью и стойкостью к термическому растрескиванию.

• Рекомендуемый материал: чугун с высоким содержанием хрома (центробежный) или кованый из полубыстрорежущей стали.

• Твердость: HS 65–75 (540–620 HB).

• Обоснование: клети начальной чистовой обработки испытывают высокие термические нагрузки от горячей полосы, но меньшие, чем при черновой обработке. Чугун с высоким содержанием хрома обеспечивает износостойкость, необходимую для приемлемого срока службы, сохраняя при этом достаточную стойкость к термическому растрескиванию.

Финишные стойки F4–F7 (Выходная чистовая обработка):

• Температура полосы: 850–950°С.

• Сила прокатки: умеренная (10–20 МН).

• Ударная нагрузка: Низкая

• Приоритет: максимальная износостойкость и качество поверхности.

• Рекомендуемый материал: Быстрорежущая сталь (HSS) — литая или кованая.

• Твердость: HS 75–90 (620–720 HB).

• Обоснование: Клетки финишной обработки на выходе определяют качество конечной поверхности полосы и точность размеров. Ролики из быстрорежущей стали обеспечивают в этих клетях срок службы в 3–5 раз дольше, чем валки с высоким содержанием хрома, что снижает частоту замены валков и улучшает однородность поверхности полосы. Более низкая ударная нагрузка на выходе из клети делает приемлемой более низкую ударную вязкость HSS.

3.2 Стан горячей прокатки — выбор опорного валка

Опорные валки на стане горячей прокатки не контактируют с полосой — они поддерживают рабочие валки и передают усилие прокатки через корпус стана. Их требования принципиально отличаются от рабочих рулонов:

• Основное требование: устойчивость к усталости при изгибе — опорный валок представляет собой большую балку, нагруженную силой прокатки, и должен выдерживать циклический изгиб без усталостного растрескивания.

• Вторичное требование: устойчивость к контактной усталости на границе рабочего и опорного валков — контактное напряжение между рабочим и опорным валками может достигать 600–900 МПа.

• Твердость: HS 55–70 (460–580 HB) — ниже, чем у рабочих валков, оптимизирована по прочности.

• Материал: кованая сталь Cr-Ni-Mo или Cr5 — превосходная вязкость разрушения кованой стали важна для опорных валков.

Размеры резервного рулона обычно составляют:

• Диаметр ствола: 1200–1800 мм (стан горячей прокатки)

• Длина ствола: 1800–2200 мм.

• Общий вес рулона: 60–150 тонн.

В этом масштабе качество ковки, особенно отсутствие внутренних дефектов и однородность твердости от поверхности до сердцевины, имеет решающее значение. Опорные валки после ковки и термообработки на 100% проходят ультразвуковой контроль.

3.3 Стан холодной прокатки — выбор рабочих валков

Холодная прокатка предъявляет к рабочим валкам принципиально иные требования по сравнению с горячей прокаткой:

• Отсутствие термического удара — полоска поступает при комнатной температуре.

• Экстремальные контактные давления — 1500–2500 МПа при холодной чистовой обработке полосы.

• Очень высокие требования к качеству поверхности — качество поверхности холоднокатаных полос напрямую определяется состоянием поверхности проката.

• Высокие скорости прокатки — до 25 м/с на станах-тандемах холодной прокатки.

Требования к рабочим валкам стана холодной прокатки:

• Очень высокая твердость: 60–66 HRC (кованая высоколегированная сталь) — необходима для противодействия пластической деформации при экстремальных контактных давлениях.

• Превосходное качество поверхности: Ra < 0,1 мкм после шлифования — качество поверхности валка передается непосредственно на полосу.

• Высокая усталостная прочность: рулон должен противостоять контактной усталости (питтингу) при миллионах циклов нагрузки за кампанию.

• Низкое упругое сплющивание: высокий модуль упругости сохраняет профиль валка под нагрузкой.

Рекомендуемый материал: Кованая высоколегированная сталь (2% C, 12% Cr, Mo, V) — эта марка обеспечивает сочетание очень высокой твердости, хорошей усталостной прочности и достаточной вязкости для эксплуатации в станах холодной прокатки.

Требования к опорным валкам стана холодной прокатки:

• Твердость: 60–75 HSC (300–420 HB) — ниже, чем у рабочих валков, оптимизирована для сопротивления усталости при изгибе.

• Материал: Кованая Cr-Ni-Mo сталь с глубокой равномерной закалкой.

• Критическое требование: твердость должна быть одинаковой от поверхности до глубины не менее 100–150 мм, чтобы опорный валок сохранял свою несущую способность после нескольких циклов перешлифовки.

3.4 Выбор валков для катанки и пруткового стана

Проволочные и прутковые станы представляют собой другую задачу: валки меньше (обычно диаметром 200–600 мм), вращаются с очень высокими скоростями (до 100 м/с в чистовых блоках) и должны поддерживать точную геометрию канавок на протяжении всей кампании.

Черновые и промежуточные клети:

• Высокая ударная нагрузка от входа заготовки и окалины

• Рекомендуется: литая сталь или ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом).

• Твердость: HS 35–55 (300–480 HB).

Отделочные стенды:

• Требуется высокая скорость и прецизионная геометрия канавок.

• Рекомендуется: роликовые кольца из высокохромистого чугуна или карбида вольфрама.

• Твердость: HS 65–80 для высокого содержания хрома; 1400–1600 HV для карбида вольфрама

Роликовые кольца из карбида вольфрама являются лучшим выбором для высокоскоростных блоков чистовой обработки катанки:

• Износостойкость в 10–20 раз выше, чем у высокохромистого чугуна.

• Модуль упругости в 3 раза выше, чем у стали — минимальное упругое сплющивание сохраняет геометрию канавок.

• Ограничение: очень низкая вязкость разрушения — необходимо использовать в стальной втулке (композитный валок) и не выдерживать булыжники или сильную ударную нагрузку.

Часть 4. Измерение и преобразование твердости валков прокатных станов

4.1 Шкалы твердости, используемые в спецификациях рулонов

В валках прокатных станов используется несколько шкал твердости в зависимости от типа валков и уровня твердости:

Приблизительные преобразования (только для справки — точные значения зависят от материала):

4.2 Градиент твердости — критический параметр

Для валков с дифференциальной закалкой (твердая поверхность, прочная сердцевина) градиент твердости от поверхности к сердцевине так же важен, как и твердость поверхности. Градиент твердости определяет:

• Эффективная глубина закалки — сколько циклов перешлифовки может пройти валок, прежде чем израсходуется закаленный слой.

• Распределение напряжений под поверхностью — переход от твердой поверхности к мягкому сердечнику создает зону концентрации напряжений, в которой могут возникнуть подповерхностные усталостные трещины.

• Риск растрескивания — если закаленный слой слишком тонкий или падение твердости слишком резкое, концентрация подповерхностных напряжений способствует растрескиванию.

Типичные требования к градиенту твердости:

Часть 5. Расчет контактного напряжения и прочности крена

5.1 Контактное напряжение по Герцу на границе раздела рулон/полоса

Контакт между цилиндрическим валком и плоской поверхностью полосы представляет собой контактную задачу по линии Герца. Максимальное контактное давление (пиковое напряжение Герца) составляет:

Где:

= сила прокатки (Н)

= длина ствола в контакте (м)

= приведенный модуль упругости:

(для стали-стали:

)

= уменьшенный радиус:

(для рулона на плоской полосе:

)

Пример: рабочий валок диаметром 700 мм, ствол диаметром 1600 мм, усилие прокатки 20 МН:

Это контактное давление должно быть ниже предела контактной усталости материала (

), чтобы избежать точечной коррозии и растрескивания. Для рулонов HSS

; для высокохромистого чугуна,

.

5.2. Напряжение изгиба рулона

Опорный валок (и в меньшей степени рабочий валок) действует как балка, нагруженная силой прокатки, распределенная по длине бочки и опирающаяся на подшипники шейки валка. Максимальное изгибающее напряжение на поверхности бочки валка составляет:

Where

— максимальный изгибающий момент (Н·мм) и

— диаметр ствола (мм).

Для опорного рулона с усилием прокатки

применяется в центре ствола и поддерживается в центрах шейки (размах

):

Напряжение изгиба должно быть ниже предела выносливости материала — обычно 250–400 МПа для кованой опорной стали Cr-Ni-Mo. Коэффициент запаса прочности 4–5 относительно предела выносливости является стандартной практикой при проектировании опорных роликов.

Часть 6. Анализ режима отказа ролика

Понимание режима отказа необходимо для определения основной причины и выбора правильных корректирующих действий. Один и тот же внешний вид может иметь разные первопричины.

6.1 Раскол

Внешний вид: большие куски поверхности валка откалываются, обычно в форме примерно круглой или эллиптической формы. Глубина откола обычно составляет 5–30 мм.

Механизм: возникновение подповерхностных усталостных трещин на максимальной глубине напряжения сдвига (обычно на 2–10 мм ниже поверхности для контакта Герца), за которым следует распространение трещины параллельно поверхности, в конечном итоге соединяющееся с поверхностью и высвобождающее фрагмент откола.

Коренные причины:

• Перегрузка: сила прокатки превышает предел контактной усталости ролика — наиболее распространенная причина.

• Термический удар: внезапное охлаждение (охлаждающая вода на горячем валке или полосовой брусчатке, вызывающая локальный перегрев) создает растягивающие термические напряжения, которые приводят к образованию подповерхностных трещин.

• Ранее существовавшие подповерхностные дефекты: включения, полосы сегрегации или водородные хлопья в материале рулона действуют как места зарождения трещин.

• Недостаточная глубина закалки: если закаленный слой изнашивается при перешлифовке, более мягкий материал не может противостоять контактным напряжениям.

Корректирующие действия:

• Убедитесь, что сила прокатки не превышает номинальный предел контактной усталости ролика.

• Проверка чистоты рулонного материала (УЗИ новых рулонов)

• Убедитесь, что глубина закалки соответствует остаточному диаметру рулона.

• Проверьте поток и распределение охлаждающей воды.

6.2 Огневое растрескивание (термоусталостное растрескивание)

Внешний вид: Сеть мелких поверхностных трещин (проверка от нагрева) примерно шестиугольной формы, обычно глубиной 0,5–3 мм. В тяжелых случаях трещины распространяются глубже и могут привести к отколам.

Механизм: Циклические термические напряжения в результате многократного нагрева (контакт горячей полосы) и закалки (охлаждающая вода) создают циклические растягивающие напряжения на поверхности валка во время фазы охлаждения. Эти напряжения превышают предел термической усталости материала, вызывая появление поверхностных трещин.

Коренные причины:

• Недостаточный поток охлаждающей воды: недостаточное охлаждение приводит к чрезмерному повышению температуры поверхности валков.

• Проблемы с распределением охлаждающей воды: неравномерное охлаждение создает температурные градиенты вдоль ствола.

• Материал с низкой стойкостью к термическому растрескиванию: материалы с высокой твердостью (HSS, с высоким содержанием хрома) имеют более низкую стойкость к термическому растрескиванию, чем более прочные материалы.

• Чрезмерная продолжительность кампании: огненные трещины накапливаются — рулон, который не затачивается достаточно часто, накапливает глубокие огненные трещины.

Корректирующие действия:

• Проверьте расход охлаждающей воды и ее распределение по стволу.

• Сократить продолжительность кампании (чаще перешлифовать) для стендов с высокой термической нагрузкой

• Рассмотрите возможность перехода на материал с лучшей стойкостью к термическому растрескиванию (например, с литого HSS на кованый полуHSS), если огневое растрескивание сохраняется.

6.3 Полосы/маркировки канавок

Внешний вид: Окружные полосы или канавки на поверхности рулона, обычно через равные промежутки, соответствующие положению края полосы или определенной ширине полосы.

Механизм: Края полосы создают концентрацию напряжений в зоне контакта кромок. В течение многих циклов прокатки повторяющийся контакт в положении кромки полосы вызывает преимущественный износ или усталостное повреждение, создавая видимую полосу или канавку.

Коренные причины:

• Повторная прокатка полосы одной и той же ширины — край полосы всегда соприкасается с одним и тем же местом на барабане рулона.

• Недостаточная выпуклость валка — плоский профиль валка концентрирует напряжение на краях полосы.

• Дефекты кромок полосы — заусенцы или загнутые кромки на полосе создают локальные концентрации напряжений.

Корректирующие действия:

• Меняйте ширину полосы в программе прокатки, чтобы распределить контакт кромок по барабану.

• Убедитесь, что профиль выпуклости валка соответствует графику прокатки.

• Осмотрите входящую полосу на наличие дефектов кромок.

6.4. Перелом валка

Внешний вид: Полный перелом валка, обычно на радиусе перехода цилиндр/горловина или в центре цилиндра.

Механизм: напряжение разрушения превышает вязкость разрушения материала (

) при уже существовавшей трещине или концентрации напряжений. Разрушение валика обычно происходит быстро и происходит внезапно, без предупреждения.

Коренные причины:

• Булыжник (застревание полосы): полосовой булыжник наматывается на рабочий валок, создавая экстремальные изгибающие и скручивающие нагрузки, которые превышают вязкость разрушения рулона.

• Термический ударный перелом: внезапная закалка очень горячего валка (например, аварийное охлаждение водой валка, потерявшего охлаждение) создает экстремальные термические напряжения.

• Ранее существовавшие глубокие трещины: огненные трещины или отколы, которые не были устранены путем перешлифовки, распространяются до разрушения.

• Дефект материала: Внутренние дефекты (водородные хлопья, сегрегация) снижают эффективную вязкость разрушения ниже расчетного значения.

Корректирующие действия:

• Улучшение систем обнаружения булыжников и защиты мельниц

• Убедитесь, что все огненные трещины и повреждения поверхности полностью удалены во время перешлифовки (проверьте магнитопорошковой проверкой).

• Укажите 100% УЗ-контроль новых рулонов для выявления внутренних дефектов.

6.5 Чрезмерный износ

Внешний вид: Быстрое уменьшение диаметра валков, потеря профиля валков (коронки), ухудшение шероховатости поверхности.

Механизм: Абразивный износ поверхности полосы (окалина, оксид, твердые включения) удаляет материал с поверхности валка быстрее расчетной скорости износа.

Коренные причины:

• Материал рулона слишком мягкий для применения — недостаточная твердость для условий контакта.

• Накопление окалины — недостаточное удаление окалины приводит к скоплению твердой окалины между валком и полосой, что резко увеличивает абразивный износ.

• Неправильный материал рулона для клети — использование более жесткого, но мягкого материала в чистовой стойке, где износостойкость является приоритетом.

Корректирующие действия:

• Переход на более твердый материал валков (например, с высокохромистого чугуна на быстрорежущую сталь для чистовых клетей)

• Проверьте работу устройства для удаления накипи — проверьте давление воды и состояние форсунок.

• Пересмотрите продолжительность кампании и график перешлифовки

Часть 7: Управление валковым цехом и перешлифовка

7.1 Требования к перешлифовке

После каждой кампании рабочие валки перетачиваются для устранения повреждений поверхности (трещины от пожара, износ, следы полос) и восстановления правильного профиля. Глубина перешлифовки должна быть достаточной для:

• Удалите все огненные трещины (обычно глубиной 0,5–2 мм) — проверяется магнитопорошковым контролем (MPI) после шлифовки.

• Устраните все повреждения от сколов — проверено визуально и с помощью MPI.

• Восстановите правильный профиль ствола (коронку, конус или кривую CVC) — подтверждается измерением профиля ролика.

Минимальная глубина перешлифовки: обычно 0,5–1,5 мм с каждой стороны (1–3 мм по диаметру) для рабочих валков горячего проката; 0,1–0,3 мм с каждой стороны для рабочих валков холодной прокатки.

Максимальная полная перешлифовка: валок можно перетачивать до тех пор, пока диаметр цилиндра не достигнет минимально допустимого диаметра (обычно 90–95 % от диаметра нового валка). На этом этапе закаленный слой может израсходоваться или размеры посадок шеек валков могут оказаться заниженными.

7.2 Протокол проверки рулона

7.3 Хранение и обращение с рулонами

Неправильное хранение и обращение с рулонами является существенной причиной преждевременного выхода из строя:

• Ориентация при хранении: Большие рулоны (опорные, тяжелые рабочие) следует хранить горизонтально на V-образных опорах. Никогда не храните вертикально, поскольку это может привести к изгибу под собственным весом.

• Температура: рулоны не должны подвергаться резким изменениям температуры во время хранения — термический удар может вызвать появление трещин в рулонах высокой твердости.

• Обращение: шейки валков во время транспортировки необходимо защищать — повреждение поверхности шейки валков приводит к концентрации напряжений, которые могут вызвать усталостные трещины.

• Смазка: шейки валков необходимо слегка смазывать во время хранения во избежание точечной коррозии, которая действует как место зарождения усталостных трещин.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1. В чем разница между рабочим и резервным рулонами?

Рабочие валки — это валки, которые непосредственно контактируют с прокатываемой полосой. Они определяют толщину, ширину полосы, качество поверхности и плоскостность. Опорные валки поддерживают рабочие валки сзади, предотвращая их отклонение под действием силы прокатки. В стане 4-Hi имеется 2 рабочих валка (верхний и нижний) и 2 опорных валка (верхний и нижний). Рабочие валки меньше (обычно диаметром 500–800 мм на станах горячей прокатки), тяжелее и заменяются чаще. Опорные валки намного больше (диаметр 1200–1800 мм), прочнее и служат намного дольше.

Вопрос 2: Почему в чистовых клетях используются валки из быстрорежущей стали (быстрорежущей стали), а не в черновых клетях?

Валки из быстрорежущей стали имеют очень высокую твердость (HS 75–90) и превосходную износостойкость, что обеспечивает в 3–5 раз больший срок службы, чем валки с высоким содержанием хрома на чистовых клетях. Однако HSS имеет низкую вязкость разрушения — он не может выдерживать серьезные ударные нагрузки от окалины, концов обрезков и булыжников, которые возникают в черновых клетьях. Для черновых клетей требуются более прочные материалы с меньшей твердостью (кованая сталь Cr2/Cr3), которые могут поглощать энергию удара без разрушения. Клетки для чистовой обработки имеют меньшую ударную нагрузку, что делает низкую ударную вязкость HSS приемлемой в обмен на ее превосходную износостойкость.

Вопрос 3. Что вызывает растрескивание валков и как его предотвратить?

Откалывание вызвано возникновением подповерхностных усталостных трещин на максимальной глубине напряжения сдвига (2–10 мм ниже поверхности), за которым следует распространение трещины и выход на поверхность. Основными причинами являются: сила прокатки, превышающая предел контактной усталости валка; ранее существовавшие подповерхностные дефекты (включения, водородные хлопья); недостаточная глубина закалки; и термический шок. Профилактика: назначить 100% УЗ-контроль новых валков; убедиться, что сила прокатки не превышает номинальный предел контактной усталости ролика; поддерживать достаточную глубину закалки, отслеживая историю перешлифовки; обеспечить равномерное распределение охлаждающей воды.

Вопрос 4. Как указать правильную твердость сменного рабочего рулона?

Характеристики твердости зависят от положения клети и типа мельницы. Для клетей горячей прокатки F4–F7 укажите HS 75–90 (марка HSS). Для клетей горячей прокатки F1–F3 укажите HS 65–75 (высокохромистый чугун или полубыстрорежущий чугун). Для клетей черновой обработки горячей полосы укажите HS 40–55 (ковка Cr2/Cr3). Для рабочих валков холодного стана укажите твердость 62–66 HRC (кованая высоколегированная сталь). Всегда указывайте как поверхностную твердость, так и минимальную твердость на глубине 30 мм — сама по себе твердость поверхности не обеспечивает достаточный срок службы, если затвердевший слой неглубокий.

Вопрос 5: Какова правильная глубина перешлифовки рабочих валков горячекатаной полосы?

Минимальная глубина перешлифовки должна быть достаточной для удаления всех огневых трещин — обычно 0,5–2 мм с каждой стороны (1–4 мм по диаметру) для рабочих валков горячекатаной полосы. После шлифовки проверьте полное удаление трещин с помощью магнитопорошкового контроля (MPI). Если на MPI видны оставшиеся трещины, продолжайте шлифовку, пока поверхность не станет чистой. Не возвращайте рулон в эксплуатацию с остаточными трещинами — они распространятся во время следующей кампании и станут причиной растрескивания или разрушения.

В6: Можно ли отремонтировать кованые рулоны после раскола?

Незначительные повреждения поверхности (неглубокие сколы, полосы) можно устранить путем перешлифовки, если остается достаточный диаметр. Глубокие сколы (>10–15 мм), израсходовавшие закаленный слой, ремонту не подлежат — валок необходимо сдать в лом или повторно закалить ствол (если это позволяет конструкция валка). Перелом ролика ремонту не подлежит. Для опорных валков с глубокими сколами на поверхности цилиндра некоторые производители предлагают ремонт втулки валка — напрессовку новой закаленной втулки на существующую втулку — но это возможно только для определенных конструкций валков.

Yile Machinery: кованые и литые валки прокатного стана

Yile Machinery производит по индивидуальному заказу кованые и литые прокатные валки для горячей, холодной прокатки, толстолистовых, прутковых и сортовых станов. Наши интегрированные производственные возможности — от ковки и литья до термообработки, шлифования на станках с ЧПУ и контроля — гарантируют, что каждый валок соответствует твердости, профилю и внутренним требованиям качества для вашего конкретного применения.

Наши возможности по производству рулонов:

• Кованые валки: ковка в открытых штампах для рабочих и опорных валков диаметром до 1500 мм; материалы включают Cr2, Cr3, Cr5, Cr-Ni-Mo, Semi-HSS и специальные сплавы.

• Литые валки: Центробежное литье для валков из высокохромистого чугуна и ковкого чугуна; литье в песчаные формы для больших сердечников опорных валков

• Термическая обработка: Дифференциальная закалка (твердая поверхность, прочная сердцевина) с точным контролем градиента твердости; индукционная закалка рабочих валков

• Шлифование: валковое шлифование на станке с ЧПУ до допуска профиля ±0,01 мм; чистота поверхности Ra < 0,4 мкм для валков горячей прокатки, Ra < 0,1 мкм для валков холодной прокатки

• Проверка: 100% ультразвуковой контроль (УЗК) на внутреннюю исправность; магнитопорошковый контроль (MPI) на наличие поверхностных трещин; измерение твердости на каждом валке; сертификат обмера профиля

Сопутствующие продукты и технические ресурсы:

• Нестандартные кованые стальные валки для прокатных станов — кованые рабочие и опорные валки из 42CrMo и нестандартных сплавов.

• Steel & Metal Processing Industry Solutions — комплексная поставка компонентов для сталелитейных заводов и технологических линий

• Промышленные редукторы и редукторы для тяжелых условий эксплуатации — редукторы привода стана для главных приводов прокатных станов.

• Руководство по выбору промышленных винтовых и коническо-цилиндрических редукторов — методология коэффициента эксплуатации и номинального крутящего момента для редукторов привода мельниц

• Венцовые шестерни для тяжелых условий эксплуатации для печей, мельниц и сушилок — большие зубчатые венцы для приводов вращающихся мельниц.

• Кованые стальные заготовки для шестерен и поковки колец — кованые заготовки для производства зубчатых колес и валков по индивидуальному заказу.

• Кованые и литые стальные валы для дробилок — справочник по процессу ковки и выбору материалов

• Ковка в открытых штампах и в закрытых штампах — руководство по выбору процесса ковки

• Mining & Cement Industry Solutions — поставка компонентов для тяжелой промышленности

Для получения коммерческого предложения предоставьте:

• ✅ Тип рулона (рабочий рулон/резервный рулон/промежуточный рулон)

• ✅ Тип стана и положение клети (например, стан горячей прокатки, чистовая клеть F5)

• ✅Размеры рулона: диаметр ствола × длина ствола × общая длина; диаметр и длина шейки

• ✅ Требуемая твердость поверхности и градиент твердости.

• ✅ Спецификация материала (или текущий рулонный материал для замены)

• ✅ Количество и необходимая дата поставки

• ✅ Чертеж или образец рулона доступны для обратного проектирования.

Электронная почта: info@yilemachinery.com

Отправьте запрос предложения: www.yilemachinery.com/contactus.html

На все технические запросы мы получаем ответ в течение 24 часов. Принимается обратное проектирование на основе образцов рулонов или изношенных рулонов.

Сопутствующие технические ресурсы

• Руководство по выбору промышленных винтовых и коническо-цилиндрических редукторов

• Руководство по установке, центровке и техническому обслуживанию венечного зубчатого колеса

• Руководство по выравниванию цапфы вращающейся печи

• Кованые и литые стальные валы для дробилок

• Ковка в открытых штампах и ковка в закрытых штампах

• Поковки на заказ — заготовки для шестерен и поковки колец

• Решения для обработки стали и металлов

• Решения для горнодобывающей и цементной промышленности