Из чего изготавливают валки стана холодной прокатки? Объяснение материалов

Материал, из которого изготовлен валок стана холодной прокатки, не является второстепенной технической деталью: он напрямую определяет качество обработки поверхности, допуск на размер, степень износа валков и, в конечном итоге, себестоимость тонны продукции. За последние три десятилетия, работая со сталелитейными заводами, переработчиками алюминия и производителями специальных металлов, мы своими глазами увидели, как неправильный выбор материала для валков приводит к преждевременной усталости поверхности, увеличению времени простоя и нестабильному качеству полос. В этом руководстве объясняется, из чего на самом деле изготовлены валки стана холодной прокатки, почему используется тот или иной материал и что следует учитывать при выборе подходящего для вашего применения.

Почему выбор материала имеет большее значение при холодной прокатке, чем при горячей прокатке

Холодная прокатка работает без теплового буфера, который обеспечивает горячая прокатка. Заготовка поступает в стан при комнатной температуре или близкой к ней, что означает, что поверхность валков выдерживает полную механическую нагрузку без эффекта размягчения от нагрева. Контактное давление в рабочем валке стана холодной прокатки может превышать 1500 МПа Поверхность должна одновременно противостоять истиранию, сохранять точную отделку и противостоять образованию микротрещин в течение миллионов циклов прокатки.

Вот почему для валков холодной прокатки требуются материалы с совершенно другим профилем свойств по сравнению с валками горячей прокатки: чрезвычайно высокая поверхностная твердость (обычно Шор C 95–105 или выше ), превосходная износостойкость, мелкое и равномерное распределение карбидов и достаточная прочность сердечника, позволяющая поглощать ударные нагрузки без разрушения.

Основные материалы, используемые в валках стана холодной прокатки

В зависимости от типа стана, полосы, скорости и желаемого качества поверхности используются несколько различных семейств материалов. Ниже представлено описание наиболее распространенных вариантов.

Высокохромистый чугун (HCr)

Рулоны из высокохромистого железа содержат 12–26% хрома , что способствует образованию твердых карбидов типа М7С3, распределенных по всей матрице. Эти карбиды значительно тверже, чем карбиды железа, содержащиеся в стандартных валках из закаленного железа, что придает валкам из HCR характерную износостойкость. Типичная рабочая твердость колеблется от Шор С от 95 до 102 .

Валки из HCR широко используются в качестве рабочих валков на дрессировочных станах и дрессировочных станах для холоднокатаной стальной полосы. Они обеспечивают стабильно гладкую поверхность и обладают хорошей устойчивостью к скользящим царапинам, что имеет решающее значение при производстве листов автомобильного или бытовой техники. Компромиссом является относительно низкая прочность: эти валки требуют тщательного терморегулирования и чувствительны к растрескиванию кромок под ударными нагрузками.

Наш Страница продукции из рулонов высокохромистого железа предоставляет дополнительную информацию о доступных марках и приложениях.

Быстрорежущая сталь (HSS)

Валки из быстрорежущей стали представляют собой наиболее совершенный вариант материала, доступный в настоящее время для рабочих валков холодных станов, и все чаще становятся первым выбором в сложных условиях эксплуатации. HSS содержит комбинацию W, Mo, V, Cr и Co легирующие элементы, образующие плотную сетку карбидов типа MC и M2C — одни из самых твердых карбидов, которые можно получить в литых валках, со значениями твердости, обычно достигающими HRC 85–90 (Виккерс ~ 900–1000 ВН) на поверхности валка.

Основным преимуществом HSS при холодной прокатке является исключительно долгая жизнь кампании . По сравнению с традиционными рабочими валками из закаленного железа с неограниченным сроком действия, валки из быстрорежущей стали могут обеспечить в 3–5 раз больший километраж прокатки на одно прокатное полотно, что значительно снижает частоту замены валков и шлифования. Для высокопроизводительных станов-тандемов холодной прокатки, обрабатывающих кремниевую сталь, жесть или нержавеющую полосу, это напрямую приводит к снижению затрат на потребление валков и повышению эксплуатационной готовности стана.

Процесс центробежного литья, используемый для производства валков из быстрорежущей стали, имеет решающее значение: внешняя оболочка (обычно глубиной 30–80 мм ) отливается из сплава HSS, а сердечник отливается из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом для обеспечения необходимой вязкости разрушения. Именно эта композитная структура делает рулоны из быстрорежущей стали коммерчески выгодными: чистая быстрорежущая сталь была бы непомерно хрупкой.

Вы можете ознакомиться с нашим ассортиментом валки из быстрорежущей стали для холодной и горячей прокатки чтобы понять, какие оценки мы поставляем.

Кованая сталь и легированная литая сталь

Для опорных валков на станах холодной прокатки, которые должны испытывать огромные силы разделения, хотя их диаметр намного больше, чем у рабочих валков, стандартным выбором является кованая сталь или литая легированная сталь. В этих валках прочность сердцевины и вязкость разрушения отдаются приоритету над твердостью поверхности. Типичные составы сплавов включают стали Cr-Mo или Cr-Mo-V, подвергнутые термической обработке для достижения значений рабочей твердости Шор С 55–75 на поверхности тела валка.

Поскольку опорные валки не находятся в прямом контакте с полосой, исключительная твердость поверхности менее важна, чем устойчивость к растрескиванию и способность выдерживать профиль отклонения рабочих валков. Сломанный опорный валок на холодном стане-тандеме является одной из самых дорогостоящих поломок, которые только можно себе представить: могут быть повреждены как сам валок, так и корпус стана, поэтому выбор материала для опорных валков — это, прежде всего, инженерное решение по обеспечению прочности.

Наш валки из легированной литой стали изготавливаются для использования как в рабочем, так и в резервном положении в различных конфигурациях станов холодной прокатки.

Неопределенное охлажденное железо (IC)

Валки из охлажденного железа неопределенного срока действия являются одним из старых и более распространенных материалов для применения в холодной прокатке, особенно на дрессировочных станах и дрессировочных операциях, где требования к чистоте поверхности менее строгие. «Неопределенное» обозначение относится к постепенному переходу между твердым внешним охлажденным слоем и более мягким ядром из серого чугуна — резкая граница отсутствует, что повышает устойчивость к отрыву слоев.

Твердость рабочей поверхности обычно находится в пределах Шор С 90–98 диапазон. Несмотря на то, что валки IC менее износостойкие, чем HCR или HSS, они обеспечивают более низкую стоимость одного рулона и приемлемые характеристики при холодной прокатке на более низких скоростях и при меньшем давлении. Они по-прежнему широко распространены на линиях холодной прокатки цветных металлов, проволочных станах и предприятиях по вторичной обработке стали.

Сравнение материалов: варианты рабочих валков холодной прокатки

В таблице ниже приведены основные характеристики наиболее распространенных материалов рабочих валков холодной прокатки, которые помогут облегчить первоначальный выбор материала.

Как метод производства влияет на характеристики материала

Недостаточно указать марку материала — производственный маршрут определяет, действительно ли потенциал материала реализуется в готовом рулоне. Для валков холодной прокатки особенно важны три производственных аспекта:

• Центробежное литье: Центробежное литье, используемое для составных валков (внешняя оболочка из быстрорежущей стали и HCR поверх сердечника из ковкого чугуна), позволяет получить более плотный и однородный внешний слой, чем статическое литье. Центробежная сила контролирует сегрегацию карбидов и уменьшает пористость, что напрямую влияет на усталостную долговечность поверхности.
• Точность термообработки: Для валков холодной прокатки протокол закалки и отпуска должен обеспечивать достижение целевой твердости поверхности без создания чрезмерного остаточного растягивающего напряжения — основной причины термического растрескивания. Профили дифференциальной твердости, где поверхность с контролируемым запасом тверже, чем подповерхностная переходная зона, требуют тщательного контроля печи и управления закалочной средой.
• Окончательная обработка и шлифовка: Чистота поверхности рабочего валка холодной прокатки измеряется в микрометрах. Значения Ra для рабочих валков холодной полосы обычно указываются в диапазоне 0,1–0,8 мкм в зависимости от целевого продукта. Достижение этого требует прецизионного шлифования на оборудовании с ЧПУ при жестком контроле процесса на последних проходах.

В Huzhou Zhonghang Roll наш производственный процесс включает в себя плавку в среднечастотной печи, центробежное литье, контролируемую термообработку как на высокотемпературной, так и на криогенной стадиях, а также прецизионную обработку с ЧПУ — и все это в рамках сертифицированной по стандарту ISO 9001 системы управления качеством с индивидуальным отслеживанием продукции для каждого рулона.

Ключевые факторы при выборе материала для валков холодной прокатки

Выбор материала для валков стана холодной прокатки должен основываться на эксплуатационных данных, а не только на общих указаниях. При принятии решения должны учитываться следующие факторы:

1. Полоса и характеристики поверхности: Открытые автомобильные панели требуют более строгого контроля шероховатости поверхности, чем структурные полосы, для которых обычно предпочтительны рабочие валки из HCR или HSS, а не стандартные валки IC.
2. Скорость прокатки и обжатие за проход: Более высокие скорости и понижения увеличивают тепловую и механическую нагрузку на поверхность валка. HSS обычно лучше подходит для высокоскоростных проходов стана-тандема; IC может подойти для более медленных операций с одним стендом.
3. График прокатки и практика подачи СОЖ: Концентрация, скорость потока и распределение эмульсии напрямую влияют на температурный градиент валков и, как следствие, на риск термического растрескивания. Материал, который хорошо работает с одной системой охлаждения, может плохо работать с другой.
4. Производительность измельчения: Для валков из быстрорежущей стали требуются более твердые шлифовальные круги и большее количество проходов за шлифовку по сравнению с валками IC. Если ваш валковый цех имеет ограниченную мощность шлифования, увеличенный срок службы HSS может быть компенсирован более длительными циклами шлифования.
5. Общая стоимость владения: Более дорогой рулон HSS, который обеспечивает В 4 раза больше жизни кампании рулона IC по цене, вдвое превышающей цену, представляет собой явное экономическое преимущество. Мы рекомендуем клиентам рассчитывать стоимость тонны проката, а не стоимость рулона.

Наш Cold Rolling Mill Roll Products

Мы производим широкий ассортимент валки стана холодной прокатки и другие валки прокатного стана охватывает марки материалов, описанные в этой статье, включая прокаты из высокохромистого железа, быстрорежущей стали, закаленного железа неопределенного срока и валков из легированной литой стали. Каждый продукт изготавливается по спецификации заказчика и поставляется с полной сертификацией материалов и протоколами проверки размеров.

Если вы оцениваете варианты материала валков для конкретного применения стана холодной прокатки или хотите увеличить срок службы валков и снизить затраты на потребление, мы готовы рассмотреть ваши текущие характеристики и эксплуатационные данные валков. Свяжитесь с нашей технической командой, чтобы подробно обсудить ваши требования.