Износ прокатных валков

Чекмарев А.П., Машковцев Р.А.

Металлургиздат, 1955 г.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

Износом называют качественные и количественные изменения поверхности тела, вызываемые физическими и химическими процессами, а также механическими воздействиями одного тела на другое. При обработке металлов давлением обычно происходят  износ, смятие и окисление рабочей поверхности инструмента. Смятием называется пластическая деформация твердого тела, при которой изменяются его размеры, но не происходит уменьшения массы тела.

Различают: 1) абсолютный износ — количество удаленной при износе массы вещества; 2) изнашиваемость — отношение удаленной массы к затраченной па удаление работе; 3) износостойкость — величина, обратная изнашиваемости.

Для оценки величины износа можно руководствоваться «абсолютным износом» и «неравномерностью износа».

Под абсолютным износом, или просто износом, подразумевают изменение размеров калибра. Неравномерностью износа называется неравномерное по периметру уменьшение размеров калибра, которое не может быть исправлено настройкой стана и может быть определено, если наименее изнашиваемую точку, калибра принять за нулевую.

Абсолютный износ зависит от таких факторов: 1) скольжения прокатываемого металла по валку в очаге деформации; 2) температурных условий трения и охлаждения валков; 3) наличия подвижного промежуточного слоя; 4) химического состава прокатываемой стали; 5) качества прокатных валков; 6) применяемых режимов обжатий.

На неравномерность износа влияют также: 1) различная работа сил трения в отдельных частях калибра; 2) неравномерный нагрев прокатываемого металла по сечению; 3) неравномерная твердость металла валка по периметру ручья; 4) неравномерное распределение обжатий; 5) состояние арматуры и настройки стана; 6) динамичность нагрузки при захвате металла валками.

Поверхность калибра сортопрокатного валка подвергается при прокатке попеременному нагреванию и охлаждению благодаря контакту калибра с нагретым металлом и последующему охлаждению валков водой.

Как показывает опыт, температура поверхности валка вне зоны деформации выше температуры окружающей среды не полое, чем на 50°. В. очаге деформации температура поверхностного слоя валка близка к температуре прокатываемого металла.

В   результате попеременного нагрева и охлаждения на поверхности валка появляется сетка трещин. В трещинах происходит интенсивное окисление металла, что способствует дальнейшему их развитию. Могут иметь место и процессы расклинивания оснований крупных трещин и микрощелей на поверхности адсорбированными из окружающей среды поверхностноактивными веществами [39].

Срок службы калибров значительно повышается при надлежащем охлаждении валков водой путем обильной ее подачи со стороны выхода полосы и предохранении валков от поступления охлаждающей воды в калибр вместе с прокатываемой полосой со стороны входа. Вода, попадая в валки вместе с прокатываемой полосой, превращается в пар и способствует износу и разрушению поверхностного слоя валков. Вопросу надлежащего охлаждения валков при прокатке еще не уделяется достаточно внимания.

При окислении поверхности валка повышается коэффициент трения и увеличивается износ. Этим объясняется то, что трущиеся поверхности сильно изнашиваются на воздухе и не изнашиваются в нейтральном газе. С другой стороны, окисление может оказаться и положительным фактором, если способствует образованию порошкообразных продуктов износа.

Исследования продуктов истирания, получающихся при трении чугунных тормозных колодок о стальной диск, проведенные под руководством проф. С. Ф. Чукмасова, показали, что продукты износа представляют собой частицы металла в виде чешуек. Мелкие частицы имеют, как правило, круглую равноосную форму; крупные и средней величины — продолговатую. Поверхность частиц— неровная, бугристая, с рисками в одном направлении.

При горячей прокатке между металлом и валком имеется промежуточный слой, состоящий из окалины, покрывающей поверхность прокатываемого металла, продуктов износа и паров воды. Влияние этого слоя на износ калибров пока не изучено, хотя можно предположить, что оно довольно существенно.

На износ калибров влияет химический состав прокатываемой стали. Стали с высоким содержанием углерода истирают калибры быстрее, чем мягкие стали.

Особенно быстро изнашиваются калибры при прокатке легированных и кремнистых сталей, что объясняется большим давлением на валки высокоуглеродистых и легированных сталей вследствие прокатки их с пониженной температурой, а также влиянием химического состава.

Многочисленные исследования, проведенные с целью определения зависимости величины износа от твердости металла, не дали пока устойчивых результатов [12, 18]. Это объясняется тем» что сопротивление металлов износу является не функцией каких-либо их свойств, а самостоятельным свойством, присущим каждому типу металла и по-разному проявляющемуся при различных методах испытания.

При исследовании валковых чугунов определенная зависимость между износом и твердостью чугуна была получена К. П. Буниным и А. Е. Кривошеевым [3]. Характер этой зависимости приведен на рис. 24.

Уменьшение износа и повышение твердости чугуна, наблюдающиеся в полностью отбеленном слое, авторы объясняют ослаблением анормальности при удалении от поверхности валка. С появлением в структуре серой составляющей понижается твердость и увеличивается износ примерно пропорционально уменьшению количества карбидной составляющей. Максимальный износ наблюдался на границе между переходной и серой зонами валка, где имелись мелкие пластинки графита, а кристаллы карбида отсутствовали. Дальше, в общем случае, кривая износа идет горизонтально.

Аналогичные результаты получены в опытах Г. И. Бельченко при абразивном истирании образцов половинчатого чугуна. Истираемость резко увеличивается по мере понижения количества эвтектического карбида в структуре. Это увеличение истираемости имеет место до 85% серой составляющей в структуре, далее — до полностью серого чугуна — износ несколько уменьшается.

Режим обжатий также влияет на стойкость калибров. Грозин  отмечает, что темп износа значительно возрастает с увеличением удельного давления. В чистовых калибрах обжатием обычно принимаются в пределах 8—12%. Делается это для поучения точных размеров профиля за счет предупреждения быстрого износа валков и уменьшения упругой деформации стана.

В процессе работы отдельные части калибра изнашиваются планомерно в результате различной работы сил трения в разных частях калибра. Это связано с неравномерным скольжением металла по поверхности калибров, что объясняется переменной величиной катающих радиусов. Особенно большой износ обнаруживается в глубоко врезанных калибрах (балочных, швеллерных и т. п.).

Четкое представление об условиях деформации металла в балочном калибре дал в своих трудах В. Е. Грум-Гржимайло [9] Но предложенная им схема распределения скоростей по периметру калибра без данных по опережению и вытяжке металла дает недостаточное представление о величине скольжения металла в очаге деформации и, следовательно, недостаточна для объяснения износа калибров.

На стойкости калибров отрицательно сказывается прокатка, при низких температурах. Так как при прокатке некоторые части профиля имеют более низкую температуру по сравнению с другими частями (края полосы, концы полок швеллеров и балок и т. п.), то калибр вследствие этого также изнашивается неравномерно.

Калибры валков, полученных обточкой валков с гладкой бочкой, имеют различную структуру и твердость по мере удаления от поверхности; естественно, что будет различным и сопротивление износу в различных частях калибра, врезанного в такой валок.

Износ чистового калибра зависит от степени неравномерности обжатий в нем и от износа предчистового калибра, так как в результате износа последнего происходит перераспределение обжатий между отдельными элементами профиля. При неравномерном распределении обжатий между отдельными частями профиля увеличивается перемещение металла внутри очага деформации, что способствует увеличению расхода энергии и быстрейшему износа валков.

На практике часто можно наблюдать неравномерный износ калибров, вызванный неправильной установкой проводок и пропусковых коробок, неправильной настройкой стана. При несимметричном износе калибров из-за неправильной установки арматуры может произойти поломка валков. Динамичность нагрузки при захвате валками холодного конца прокатываемой полосы приводит к местному износу.