Розмір шрифту: 

Чугунные валки являются основным сменным оборудованием прокатных станов, от которого современное производство требует высоких механических и эксплуатационных свойств.     В литых валках после выбивки из форм сохраняются значительные внутренние напряжения вследствие неравномерности усадки различных сечений. Механическая обработка валка снимает часть внутренних напряжений.      Одним из методов повышения свойств чугунных валков является термическая обработка. Однако, режимов термической обработки двухслойных прокатных валков до настоящего времени не разработано.     Целью работы были определение влияния отпуска на структуру и свойства рабочего слоя и шеек двухслойных прокатных валков.     Основные результаты исследования. Образцы для исследований структуры и свойств чугуна отбирали при механической обработке валков в торцевой зоне и в шейках.     В лабораторных условиях тепловую обработку проводили на установке, включающей муфельную печь и систему автоматики, в промышленных – в камерных печах с выдвижным подом. Режим отпуска состоял из нагрева со скоростью 25 град/ч до 150 оС, выдержки в течение 10 ч (с двукратным термоциклированием 250150оС) и окончательного охлаждения со скоростью 25 град/ч до 80 оС.     Структура бочек валков. Структуру бочек валков исследовали, начиная с расстояния 10 мм от литой поверхности до 100 мм. В рабочем слое валков, как в литом состоянии, так и после низкотемпературного отпуска наблюдали редко встречающиеся включения графита, имеющие либо компактную, либо розеточную форму. С удалением вглубь валка количество и размеры розеток графита увеличивались. Рабочий слой валков в литом и термообработанном состояниях имел структуру грубого конгломерата цементита и продуктов превращения аустенита. Благодаря легированию чугуна 3,7…4,0% никеля превращение аустенита проходило с образованием бейнита и мартенсита. С удалением от поверхности первичная структура чугуна грубела, при превращении аустенита наряду с игольчатыми продуктами появлялся тонкодифференцированный перлит, количество которого постепенно увеличивалось. Микротвердость структурных составляющих термообработанного валка была ниже, чем литого: цементита, бейнита и мартенсита на 3…4, тонкодифференцированного перлита – на 7%.     Начиная с глубины 35…40 мм от поверхности бочки, матрица чугуна становилась уже полностью перлитной, количество цементита уменьшалось. На расстоянии 100 мм от поверхности валки имели структуру серого перлитного чугуна.     Анализ структуры в различных сечениях бочек валков в литом состоянии и после отпуска показал, что проведенный отпуск приводит к некоторому снижению микротвердости структурных составляющих, вызванному, по-видимому, процессами отпуска бейнито-мартенситной структуры матрицы.     Структура шеек валков. Анализ структуры нижних и верхних шеек двухслойных валков в литом и отпущенном состояниях показал, что низкотемпературный отпуск к структурным изменениям не приводил.     Механические свойства. Пределы прочности при растяжении и изгибе, а также ударная вязкость на расстоянии 10…30 мм от поверхности бочки термообработанного валка были выше, чем литого. Так, предел прочности при растяжении больше на 3…7%, предел прочности при изгибе – на 2…3%, ударная вязкость – на 4…15%. Показатели этих же свойств на глубине 50…150 мм после термической обработки не изменялись.     По сравнению с литым состоянием твердость термообработанного валка уменьшалась на расстоянии 5 мм на 8% (с 60 до 55 НRС), 10…20 мм – на 5…7%, 30 мм – на 4%. Начиная с 40 мм в глубь валка твердость практически не изменялась.     По сечению шеек валков в литом и термообработанном состояниях механические свойства почти не изменялись, только в верхней шейке термообработанного валка на расстоянии 10 мм от поверхности твердость по Бринеллю снижалась по сравнению с литым на 4%.     Термостойкость. Влияние низкотемпературного отпуска на характер микроразрушения рабочего слоя валков исследовали путем термоциклирования образцов, вырезанных от валков в литом и термообработванном состояниях.     После первых трех термоциклов в образцах от валков до и после отпуска появлялась продольная макротрещина, пересекающая всю площадь шлифа, и микротрещины, не связанные с ней. Микротрещины распространялись по цементиту, иногда пересекая тонкие дендритные ветви. При термоциклировании происходил отпуск мартенсита и бейнита, выделявшиеся при этом скопления мелких зерен цементита наследовали игольчатый характер первоначальной структуры.     Увеличение числа термосмен до 100 приводило к развитию сетки макротрещин. Кроме того, появлялось много микротрещин, не связанных с макротрещинами. Удельная протяженность трещин в образце от литого валка – 0,42 см-1, термообработанного – 0,36 см-1, что на 14% меньше.     После 100 термоциклов в структуре матрицы происходила некоторая коагуляция выделившихся зерен цементита. В литом чугуне в расположении этих зерен сохранялся направленный характер первоначальной бейнито-мартенситной структуры, в термообработанном – направленность исчезала.     Выводы:     1. Отпуск двухслойных валков приводил к уменьшению на 3…7% микротвердости структурных составляющих, вызванному процессами отпуска бейнито-мартенситной структуры матрицы.     2. В результате тепловой обработки твердость рабочего слоя валков снижалась на 7%, и максимально пределы прочности и ударная вязкость повышались на 15%. Механические свойства шеек после отпуска не изменялись. Термостойкость чугуна рабочего слоя валков повысилась на 14%.