Восстановительная наплавка валков прокатных станов порошковой проволокой

Титаренко В.И. (ЧНПКФ «РЕММАШ», г. Днепропетровск),

Голякевич А.А., Орлов Л.Н. (ООО «ТМ.ВЕЛТЕК», г. Киев),

Мосыпан В.В. (ДМК им. Дзержинского, г. Днепродзержинск),

Бабенко М.А. (КГМК «Криворожсталь», г. Кривой Рог)

                                     Телюк Д.В., Тарасенко В.В.  (ОАО "Запорожсталь",г.Запорожье)                           

 

Прокатные валки – основной технологический инструмент в прокатном переделе металлургических заводов. От их надежности, износостойкости рабочей поверхности, межремонтного срока службы в основном зависят  технико-экономические показатели работы прокатных цехов и в первую очередь производительность прокатных станов, качество готового проката и затраты на его производство. Рабочая поверхность валка подвергается  циклическому механическому и тепловому воздействию. По мере эксплуатации валков на их рабочей поверхности наблюдается налипание металла, неравномерный износ и образование трещин разгара /1-5/. Для поддержание необходимого парка валков применяется восстановительно-изготовительная наплавка сплошными и порошковыми проволоками. Для наплавки валков горячей прокатки традиционно применяются наплавочные материалы Нп-30ХГСА, Нп-35В9Х3СФ, Нп-25Х5ФМС, Нп-30Х4В2М2ФС /6-9/.  В настоящее время металлургические предприятия требуют повышения ресурса восстановленных валков прокатных станов.

ООО «ТМ.ВЕЛТЕК» и ЧНПКФ «РЕММАШ» совместно с  металлургическими заводами КГМК «Криворожсталь», ДМК им. Дзержинского и МК «Запорожсталь» выполнен комплекс работ направленных на совершенствование наплавочных материалов, технологии и оборудования для наплавки прокатных валков. Исходя из профиля прокатного передела участвовавших в работе металлургических комбинатов, основное внимание было уделено наплавочным материалам и технологии наплавки валков горячей прокатки, заготовительных, сортовых и отчасти листопрокатного станов. Анализ литературных данных работоспособности наплавленных прокатных валков показал, что возможности систем легирования C-Si-Mn-Cr-Mo-V и C-Si-Mn-Cr-W-V в полной мере не реализованы. На базе стандартных порошковых проволок марок ПП-Нп-35В9Х3СФ и ПП-Нп-25Х5ФМС были отработаны системы легирования новых порошковых проволок с учетом условий эксплуатации прокатных валков (табл.1).

Таблица 1.

Марка

проволоки

Марка

фллюса

Система

легирования

Твердость

HRC

Износо

стойкость

Трещиностойкость

 

 

 

 

относительно 30ХГСА

ВЕЛТЕК-Н370РМ

АН60, АН348А

C-Si-Mn-Cr-Mo-V-Ti

36-42

2,0

0,9

ВЕЛТЕК-Н460

АН20, АН26

44-48

 

0,8

 

 

 

 

Относительно 35В9Х3СФ

ВЕЛТЕК-Н500РМ

АН60, АН348А

 

C-Si-Mn-Cr-W-Mo-V-Ni

 

38-44

0,9

1,5

ВЕЛТЕК-Н500РМ

АН20, АН26

44-50

1,2

1,2

ВЕЛТЕК-Н505РМ

АН20, АН26

50-54

1,3

2,0

ВЕЛТЕК-Н550РМ

АН20, АН26

55-59

2,0

1,0

 

Изменением структуры наплавленного металла достигнуто повышение работоспособности валков. Структура металла наплавленного ПП-Нп-35В9Х3СФ представляет собой смесь тростита и мартенсита с формированием на границах зерен карбидной эвтектики и крупных карбидов (рис.1).

В процессе работы валка под воздействием высоких температур наблюдается коагуляция и укрупнение карбидов по границам зерен, с последующим их выкрашиванием и развитием трещин разгара /1,5/. Для снижения развития этих процессов необходимо было изменить структурное состояние границ зерен, что было достигнуто оптимизацией соотношения углерода и карбидообразующих элементов и повышением устойчивости аустенита, с последующей реализацией результатов в системах легирования новых порошковых проволок. Структура металла наплавленного ВЕЛТЕК-Н550РМ отличается формированием  аустенитных оторочек по границам  зерен и отличается  и большей объемной долей аустенитной составляющей, незначительным выделением карбидной эвтектики по границам зерен (рис.1). Структура металла наплавленного ВЕЛТЕК-Н500РМ представляет собой игольчатый троостит с незначительным количеством мартенсита и формированием по границам зерен отдельных включений аустенита и  карбидов (рис.1). Структура металла наплавленного ВЕЛТЕК-Н505РМ представляет собой смесь тростита и мартенсита с выделением по границам зерен тонких аустенитных оторочек.. На границах зерен формируются в незначительном количестве включения карбидной эвтектики (рис.1).

В таблице 1 приведены  порошковые проволоки, которые уже нашли применение при наплавке прокатных валков и показали свою  эффективность. Усредненные показатели относительной износостойкости определялись по величине износа, относительной стойкости против образования трещин и их количеству, величине раскрытия и глубине проникновения трещин на прокатных валках. Ниже приводим примеры применения новых порошковых проволок.

            1. Наплавка валков эджерной клети на комбинате «ЗАПОРОЖСТАЛЬ»

Вертикальными валками эджерной клети на непрерывном тонколистовом стане горячей прокатки ОАО "Запорожсталь" (стан"1680") производят боковое обжатие и выравнивание боковых кромок прокатываемого листа. В процессе эксплуатации цилиндрическая поверхность валков испытывает на себе в месте контакта с торцом горячего листа интенсивный абразивный износ и значительные удельные давления сжимающих усилий. В результате на поверхности бочки валков у реборды образуется кольцевая выработка высотой до 100 мм, глубиной до 5 мм по диаметру, что вызывает необходимость замены валков, так как  дальнейшая эксплуатация в таком состоянии может привести к неравномерности обжатия и скорости прокатки, что отрицательно повлияет на качество прокатываемого металла. Изучение характера и динамики износа показали, что износ происходит в результате окисления и отрывания частичек окисленного металла с поверхности валков торцами горячего листа с температурой поверхности 1100-900оС, частично покрытых тонким слоем окалины. При этом поверхность валков в месте контакта с прокатываемым листом разогревается до температуры 400-500оС. Срок службы валков, упрочненных наплавкой порошковыми проволоками ПП-Нп-35В9Х3СФ или ПП-Нп-25Х5ФМС не более 3-4-х месяцев, что не отвечало требованиям производства. Применение наплавки порошковой проволокой ВЕЛТЕК-Н550РМ позволило повысить износостойкость и срок службы  валков в 3 раза.

Опытная наплавка валков эджера производилась на наплавочной установке в ЦРПО ОАО "Запорожсталь". Перед наплавкой отработавший очередную кампанию валок с изношенной поверхностью обрабатывался механически с целью удаления окисленного и изношенного металла на глубину, обеспечивающую наплавку подслоя проволокой Нп-30ХГСА и упрочняющего слоя толщиной 10 мм проволокой ВЕЛТЕК-Н550-РМ. После наплавки подслоя валок нагревали до температуры 400-500оС. Наплавка проволокой ВЕЛТЕК-Н550-РМ выполнялась под флюсом АН-20С в 3-4 слоя на режиме: Iд = 320-380А, Uд = 30-32 В. В процессе наплавки температура валка постоянно контролировалась, не допуская ее снижение ниже 400оС (при необходимости производился сопутствующий подогрев). После наплавки валок помещался в термостат.

 

 

2. Наплавка валков станов горячей прокатки

2.1 Прокатные валки станов горячей прокатки - основной инструмент в прокатном переделе на металлургических заводах. От их надежности, износостойкости, срока службы в основном зависят все технико-экономические показатели работы прокатных цехов и, в первую очередь, производительность прокатных станов, качество готового проката и затраты на его производство.

На Днепровском металлургическом комбинате (г.Днепропетровск) один комплект прокатных валков восстанавливается от пяти до десяти раз. Продолжительный период времени восстановление прокатных валков стана "900" ТЗС и стана "500" железопрокатного цеха проводилось с применением наплавки сплошной  проволокой Нп-30ХГСА в сочетании с проточкой или переточкой калибров на меньший диаметр. Применение этой технологии не обеспечивало требуемую «горячую твердость» и износостойкость наплавленного рабочего слоя калибров. Применение стандартных наплавочных материалов ПП-Нп-35В9Х3СФ, ПП-Нп-25Х5ФМС, ПП-Нп-30Х4В2М2ФС после технико-экономического анализа в данном производстве оказалось нецелесообразным, в виду существенного увеличения трудоемкости восстановления валков и капитальных затрат. Для упрочняющего восстановления валков клети "500" железопрокатного цеха была применена порошковая проволока ВЕЛТЕК-Н500РМ.  Технология восстановительно-упрочняющей наплавки заключалась в следующем. Изношенные калибры валков обрабатывались под наплавку механической обработкой на вальцетокарных станках с целью удаления металла, покрытого окалиной, наплывами и частично сеткой трещин. Глубина расточки калибров при механической обработке производилась с учетом подслоя толщиной 5-20 мм, выполненного проволокой Нп-30ХГСА и упрочняющего слоя толщиной  6-10мм, наплавленного проволокой ВЕЛТЕК-Н500-РМ. В процессе подготовки валка под наплавку выполнялась заварка глубоких разделок, образовавшихся в результате удаления радиальных трещин. Эта заварка дефектных мест и наплавка подслоя производилась проволокой марки Нп-30ХГСА Æ 5мм под флюсом АН-348-А. Температура предварительного подогрева валка поддерживалась в переделах  300-350оС. Наплавка упрочняющего слоя производилась с использованием порошковой проволоки марки ВЕЛТЕК-Н500-РМ Æ 3,6 мм под флюсом АН-348-А на  режиме Iд = 400-450А; Uд = 30-32 В. После наплавки валов помещался в термос или томильную яму для замедленного охлаждения. Механическая обработка наплавленных калибров не вызвала особых затруднений. Увеличение трудоемкости механической обработки составляло 10-15%. Испытания упрочненных прокатных валков на стане "500" железопрокатного цеха показали, что ресурс валков после упрочнения вырос более чем в 2 раза

 

2.2.Для упрочняющей наплавки вертикальных стенок калибров прокатных валков клети "900" ТЗС применялась проволока марки ВЕЛТЕК-Н370РМ. Технология наплавки валков клети "900" ТЗС за исключением отсутствия предварительного подогрева аналогична технологии наплавки валков клети "500" железопрокатного цеха. Достигнуто увеличение прокатываемого металла на одной паре валков от ремонта до ремонта с 18-20 до 45-50 тыс. тонн.

2.3.Валки горячей прокатки стана НЗС-730 цеха "Блюминг-1" КГМК "Криворожсталь", изготавливаемые из стали 50, до последнего времени упрочнялись с использованием стандартной порошковой проволоки марки ПП-Нп-35В9Х3СФ. Однако валки, упрочненные по такой технологии, имели ряд недостатков: в процессе прокатки на поверхности валка происходило образование "шипов" высотой до 2 мм. Образование "шипов" приводило к необходимости остановки процесса прокатки и применения трудоемкой зачистке калибров от "шипов", в противном случае валки с "шипами" наносили дефектный рисунок на поверхность прокатываемого металла. После прокатки 50-60 тыс.т  металла на поверхности калибров образовалась выработка глубиной 2-3 мм, что вызывало необходимость замены валков. Глубина проникновения отдельных трещин после 50-60 тыс. тонн прокатанного металла достигала 30-40 мм. Это приводило к увеличению затрат на их устранение, а зачастую к необходимости преждевременной выбраковки валков. Для устранения рассмотренных недостатков была применена технология наплавки порошковой проволокой ВЕЛТЕК-Н505РМ.

2.4. Технология упрочнения валков НЗС-730 с использованием порошковой проволоки ВЕЛТЕК-Н505-РМ аналогична технологии наплавки проволокой ПП-Нп35В9Х3СФ. На первом этапе после механической обработки валок наплавлялся до заданных геометрических размеров с применением проволоки Нп-30ХГСА. Предварительный подогрев валка проводили в индукторе до температуры 400-450оС. Упрочняющий слой наплавлялся проволокой ВЕЛТЕК-Н505-РМ диаметром 3,6 мм под флюсом АН-20С на режиме: Iд=430-450 А, Uд=30-32 В, Vпод=110-120 м/час, Vнап=35-40 м/час. После наплавки выполнялся повторный нагрев в индукторе до температуры 400-450оС с последующим замедленное охлаждение в термостате. Достигнуто снижение образования «шипов« в два раза, в 2-3 раза снижена склонность к образованию трещин, что позволило 80-90% валков перевести на ремонт по укороченной технологии и существенно снизить все виды затрат на 20% и увеличить межремонтные сроки работы станов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Кальянов В.Н.. Новицкая А.В. Повышение долговечности прокатных валков наплавкой экономнолегированной сталью. Свар. произ. №10,1997, с.23-27.

2. Кальянов В.Н. Стойкость прокатных валков, наплавленных сталями с различным количеством структурно нестабильного аустенита. Авт. сварка, №9,1985, с.5-6.

3. Кальянов В.Н. Отпуск и износ рабочей поверхности наплавленных валков. Свар. произв. №7, 1970, с.29-30.

4. Кондратьев И.А., Васильев В.Г., Карпенко Т.А. Структурные превращения в многослойном наплавленном металле типа 35В9З3СФ. Сб. Наплавленный металл. Состав, структура, свойства. К:, ИЭС, с.46-47.

5. Кондратьев И.А., Васильев В.Г., Дзыкович И.Я. Исследование структурной неоднородности наплавленного металла типа 35В9Х3СФ и ее влияние на работоспособность наплавленных прокатных валков. Авт. св. №6, 1996, с.17-20.

6. Тылкин М.А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. М.-Металлургия.-1971.-210С.

7. Рябцев И.А., Кондратьев И.А. Механизированная электродуговая наплавка деталей металлургического оборудования. Киев, Экотехнология, 1999, с.64

8. Гладкий П.В., Кондратьев И.А., Матова В.И., Жудра А.П. Наплавочные порошковые ленты и проволоки. Справочник. Киев, Технїка. 1991, с.36

9. Кащенко Ф.Д., Фрумин И.И., Гордань Г.н. Особенности износа прокатных валков и вопросы разработки наплавочных материалов. –Современные способы наплавки и их применение.-Киев.-Ан УССР.-1982.-С24-29.