Теория и технология ковки

Соколов Л.Н., Голубятников Н.К., Ефимов В.Н., Шелаев И.П.

Вища школа, 1989 г.

Ковка прокатных валков

По условиям эксплуатации прокатные валки подразделяются на три основные группы: валки станов горячей прокатки, рабочие валки станов холодной прокатки, опорные валки.

К прокатным валкам предъявляются повышенные требования по макро- и микроструктуре стали, определяющие главные показатели их эксплуатационной стойкости и надежности. Основные требования к качеству валков регламентированы стандартами.

При этом к валкам холодной прокатки предъявляются повышенные требования по макроструктуре. Макроструктура металла контролируется от каждой плавки со стороны верхней части слитка. Широко используется ультразвуковой контроль.

Наиболее часто для валков применяют стали марок 50, 50ХН, 60ХН (валки горячей прокатки), 9Х, 9ХФ, 9Х2МФ. Для осей составных опорных валков применяют стали типа 35ХМ, 45ХНМ, 55Х.50ХГ.

Уков при ковке поковок прокатных валков оговорен стандартами на валки (ГОСТ 3541—79, ГОСТ 9487—70, ГОСТ 10207-83).

Уков 3 является минимальным для всех поковок рабочих валков прокатки, опорных валков с диаметром бочки до 1000 мм и валков горячей прокатки с диаметром бочки до 500 мм. Для остальных типов поковок валков минимально допустимы: уков 2,5.

Геометрические параметры основной номенклатуры кованых валков и применяемых кузнечных слитков обусловливают необходимость их ковки с предварительной осадкой слитка. В цикле ковки валков осадка является формообразующей операцией и операцией повышенной трудоемкости.

Основная масса поковок прокатных валков отковывается по технологии, включающей следующие операции: закатку прибыли, обкатку, осадку слитка по высоте до получения диаметра, обеспечивающего требуемый уков по бочке валка, протяжку до поковочных размеров. От используемой ранее схемы ковки с двумя осадками на заводах отказались. Ее применяют редко.

По установившимся представлениям о влиянии режима ковки на качество поковок определены следующие соотношения геометрических параметров формоизменения слитков при ковке: степень осадки слитка по высоте составляет 40...50%, минимальный уков после осадки — 2,5 или 3 (в зависимости от требовании стандартов); уков после последнего нагрева до ковочной температуры в пределах 1,5 ..1,6.

Валки небольших размеров получают без осадки, при этом слиток часто используют на две поковки. Для крупных валков с целью повышения качества металла используют слитки па одну поковку.

На заводах нет единой схемы ковки прокатных валков. Это относится к последовательности выполнения перехода ковки и к механическому режиму протяжки. Некоторые заводы слитки массой до (50 тне обкатывают, считая, что осадка слитка без обкатки более благоприятна. Па других заводах без обкатки допускается ковать слитки массой до 30 т. Разноречивы мнения также об операции отрубки дойной части слитка перед его осадкой. Опыт отдельных заводов показывает, что осадка слитка без отрубки донной части не создает трудностей при последующей протяжке и способствует уменьшению отхода с донной стороны поковки.

Протяжку поковок ведут с применением различных форм бойков: плоских, комбинированных и вырезных. Наиболее часто используют комбинированные бойки, что объясняется их универсальностью, простотой и удобством манипулирования заготовкой в процессе ковки. На ряде заводов рабочие валки холодной прокатки куют плоскими бойками через квадратное сечение.

Для поковок прокатных валков в основном применяют кузнечные слитки с отношением высоты II к диаметру D, примерно равным двум. Валки небольшого сечения изготавливают из слитков удлиненной формы. В последнее время все чаще в производстве валков используют слитки более экономичных форм отношением Η : D  — 1...1.5, с двойной и повышенной конусностью, трехлучевые, из металла электрошлакового переплава. Применение этих слитков в одних случаях позволяет исключить осадку из технологического процесса, а в других — получать качественные поковки при меньших уковах.

Качество валков в значительной мере определяется степенью деформации металла в осевой зоне поковки. Часть поковок бракуется из-за недостаточной проработки осевой зоны, в частности из-за наличия дефектов усадочного происхождения. Соблюдение заданного укова не всегда гарантирует достаточную проработку этой зоны. Часто причиной этого являются относительно малые степени деформации и подачи за ход инструмента (бойков).

Проработка металла по сечению поковки улучшится, если применить бойки, ширина которых обеспечивает относительную подачу на всем цикле протяжки в пределах 0,6... 1. Хороший эффект дает обжим заготовки в подсуженном (с поверхности) состоянии на начальной или   конечной стадии ковки. При ковке плоскими бойками эффект достигается обжимом через пластину при степени обжатия до кантовки примерно 40 %.

НИИПТмашем и КИИ опробованы технологические процессы ковки крупных валков комбинированными бойками с применением схемы «двойного обжима», обеспечивающие высокую проковку металла осевых зон. Суть ее заключается в том, что на стадии протяжки заготовки вводится операция обжима ее с кантовкой на 180° с деформацией за ход 17...20 %. Проработка осевой зоны достигается за счет накопления деформации в этой зоне заготовки. Исследования показали, что введение в технологический процесс операции «двойного обжима» обеспечивает высокую проработку металла по сечению поковки при укове 2. В табл. 9.12 приведена последовательность технологии ковки рабочего валка массой 32,9 τ из слит ка массой 52 тстали 9Х2МФ. Уков после осадки составляет 2,45. Операцию «двойного обжима» выполняют после предварительной протяжки заготовки на диаметр 1650 мм, обеспечивающей последующий уков 1,7.

Обжатие заготовки производят в такой последовательности: на линейке пресса устанавливают размер d_p= 1370мм, до этого размера заготовку обжимают со стороны захвата манипулятора по всей длине; после этого заготовку кантуют на 180° и обжимают до того же размера. Далее заготовку обжимают после кантовки на 90'. Откованные по описанной технологии валки имеют достаточную по сечению проработку металла.

Все более широко на заводах внедряется технология изготовления валков холодной прокатки из слитков ЭШП. Требования, предъявляемые к технологии ковки валков из обычных слитков, не должны переноситься на поковки из металла ЭШП. Выполненные в НИИПТмаше исследования по оценке влияния укова на качество поковок из слитков ЭШП показали, что оптимален при ковке металла ЭШП уков 1,3.