Валки из быстрорежущей стали: марки, применение и руководство по выбору для прокатных станов

Отделочная клеть, на которой используется неподходящий рулонный материал, не только быстрее изнашивается, но и теряет тоннаж. Валки из быстрорежущей стали (HSS) были разработаны именно для решения этой проблемы: они обеспечивают твердость, выдерживающую повышенные температуры, износостойкость, позволяющую продлевать кампанию, и стабильность поверхности, которая защищает качество продукции проход за проходом. В этом руководстве рассказывается, как они работают, какая марка подходит для вашей мельницы и что следует проверить перед заказом.

Химический состав валков из быстрорежущей стали

Что отличает валки из быстрорежущей стали от обычных валков из чугуна или легированной стали, так это плотность твердых карбидов, внедренных в стальную матрицу. Стандартный рулон HSS несет в себе 1,50–2,20% углерода в сочетании с сильными карбидообразующими элементами: хромом (3,00–8,00 %), молибденом (2,00–8,00 %), ванадием (2,00–9,00 %) и вольфрамом (до 8,00 %). Эти пропорции позволяют получить карбиды типа MC и M₂C — одни из самых твердых фаз, которые можно получить в литом валке.

Практическим результатом является тело валка, твердость которого существенно не падает от поверхности оболочки вниз по рабочему слою. Такой равномерный профиль твердости означает, что валок продолжает работать на том же уровне, на котором он изнашивается, а не ухудшается при обнажении более мягкого подповерхностного слоя. Чтобы точно понять, как каждый легирующий элемент влияет на объемную долю карбида и стойкость к истиранию, посмотрите, как легирующие элементы формируют объем и износостойкость карбида HSS.

HSS против S-HSS: выбор правильного класса

Не на каждом стенде требуется полная химия HSS. Доступны две основные марки, и выбор зависит от рабочей скорости, степени обжатия за проход, а также от того, является ли приоритетом чистота поверхности или прочность.

Полная сталь HSS содержит больше ванадия и углерода, что приводит к образованию большего количества твердых карбидов и, соответственно, большей износостойкости. S-HSS снижает содержание углерода и ванадия, что снижает плотность карбидов, но повышает ударную вязкость и устойчивость к термическому растрескиванию — выгодный компромисс для стендов, которые подвергаются более тяжелым ударным нагрузкам или более широким перепадам температур. Для применения горячей полосы, Валки из полубыстрорежущей стали для валков горячей прокатки охватывают диапазон HSD 75–98 с вариантами сортов, соответствующими конкретным условиям прохождения.

Где рулоны HSS приносят наибольшую пользу

Валки из быстрорежущей стали не являются универсальным решением: они оправдывают свою стоимость в определенных положениях стенда, где износостойкость и качество поверхности не подлежат обсуждению.

• Клетки чистовые и предчистовые для пруткового стана: Высокие скорости прокатки вызывают интенсивный абразивный износ канавок прохода. Валки из быстрорежущей стали, разработанные для чистовых клетей сортового стана обрабатывать ручки диаметром от ∅300 до ∅700 мм и поддерживать твердость HSD 75–95 по всему рабочему слою, что позволяет проводить более длительные кампании прокатки и реже производить замену.
• Станы горячей прокатки: Контакт полосы вызывает как абразивный, так и окислительный износ. Термическая стабильность химического состава HSS, поддерживаемая молибденом и вольфрамом, предотвращает размягчение поверхности валков при повышении температуры выше 900°C на границе раздела рулон/полоса.
• Высокоскоростные проволочные станы (предчистовые клети): Эти клети работают на экстремальных скоростях и имеют тонкое поперечное сечение, а это означает, что любое ухудшение качества канавок напрямую влияет на допуски на размеры готовой проволоки. Валки из быстрорежущей стали сохраняют геометрию канавок гораздо дольше, чем альтернативные варианты из чугуна, при эквивалентных положениях клети.
• Секция универсальных мельниц: Сочетание осевых и радиальных нагрузок требует, чтобы валик обладал как поверхностной твердостью, так и прочностью сердцевины — композитная структура валков из быстрорежущей стали, отлитых центробежным способом, отвечает обоим требованиям.

Для компактных конфигураций мельниц кольца из быстрорежущей стали предлагают тот же химический состав сплава в кольцевом формате, подходящем для блочных мельниц и редукционных/калибровочных стендов.

Ключевые факторы при выборе рулонов HSS

Класс сам по себе не определяет производительность — технические характеристики должны соответствовать условиям эксплуатации конкретного стенда.

• Диапазон твердости в зависимости от положения стойки: Для чистовых стендов обычно требуется более высокая твердость (HSD 85–95); предчистовые или промежуточные клети могут работать лучше при HSD 75–85, где требования к прочности возрастают.
• Диаметр рулона и глубина рабочего слоя: Рабочий слой должен быть достаточно глубоким, чтобы обеспечить адекватные циклы шлифования в течение ожидаемой кампании. Перед заказом подтвердите толщину корпуса относительно запланированного припуска на шлифовку.
• Содержание никеля: В рулонах из быстрорежущей стали может содержаться 0–1,5% Ni. Более высокое содержание никеля повышает ударную вязкость матрицы и сопротивление термической усталости, что имеет значение на клетях с агрессивной охлаждающей водой или неравномерной температурой на входе заготовок.
• Совместимость системы охлаждения: Ролики из быстрорежущей стали работают лучше всего при хорошо распределенном потоке охлаждающей жидкости. Неравномерное охлаждение ускоряет возникновение термических трещин. Прежде чем переходить с более мягкого рулонного материала, проверьте расположение сопел и скорость потока.
• Производственный процесс поставщика: Центробежное литье с последующей контролируемой термообработкой обеспечивает однородность распределения карбидов. Запросите документацию цикла термообработки и профиля глубины твердости у любого поставщика.

Методы технического обслуживания, продлевающие срок службы рулона

Оставленный без присмотра валок из быстрорежущей стали быстро приводит к образованию огневых трещин на поверхности, которые при поздней шлифовке распространяются на рабочий слой и сокращают срок службы. Простая процедура проверки предотвращает это.

• Затачивайте через определенные промежутки времени, а не дожидайтесь видимого износа канавок. Удаление 0,3–0,5 мм за цикл исключает усталость поверхности до углубления трещин.
• Проверяйте профиль коронки рулона после каждой кампании и повторно затачивайте его до исходной спецификации профиля. Отклонение более 0,05 мм влияет на плоскостность полосы на последующих клетях.
• Проверьте, нет ли сколов или сколов на кромках канавок прохода — они указывают на чрезмерное контактное напряжение или неравномерное распределение охлаждающей жидкости, и то, и другое требует корректировок процесса, а не просто замены валков.
• Храните неиспользованные рулоны HSS вертикально на подставках с резиновой подкладкой в ​​сухом помещении. Горизонтальное хранение рулонов большого диаметра со временем вызывает упругую деформацию шейки.

Валки из быстрорежущей стали требуют значительных капиталовложений на единицу продукции, но при их установке на правильную клеть и постоянном обслуживании с соблюдением правил шлифования их стоимость на тонну прокатанной стали обычно ниже, чем у чугунных валков, которые они заменяют. Решение о выборе становится простым, если четко определены положение стенда, скорость и профиль температуры.