Каковы обычно используемые технологии обработки поверхности валков из быстрорежущей стали?

Валки из быстрорежущей стали широко используются в современной промышленной прокатке благодаря высокой твердости, износостойкости и способности выдерживать повышенные температуры. Несмотря на эти внутренние свойства, к валкам из быстрорежущей стали часто применяются технологии обработки поверхности, чтобы еще больше повысить производительность, продлить срок службы и сохранить точность в сложных условиях эксплуатации.

Важность обработки поверхности валков из быстрорежущей стали

Валки из быстрорежущей стали работают в условиях интенсивных механических и термических напряжений в процессе прокатки. Основные проблемы включают износ, окисление, термическую усталость и деформацию поверхности. Хотя HSS сам по себе обеспечивает значительную устойчивость к этим факторам, поверхностный слой часто подвергается ускоренному разрушению, что влияет на точность размеров и качество поверхности проката.

Технологии обработки поверхности призваны:

1. Улучшить износостойкость – уменьшение потерь поверхностного материала и поддержание стабильности размеров.
2. Повышение коррозионной стойкости – защита валков от химического воздействия и окисления.
3. Увеличение твердости – обеспечение более прочной поверхности, способной противостоять механическим воздействиям.
4. Уменьшите трение – повышение эффективности прокатки и минимизация тепловыделения.
5. Продлить срок службы – сокращение интервалов технического обслуживания и сокращение времени простоя.

Выбор обработки поверхности зависит от материала проката, условий технологического процесса и конкретных эксплуатационных требований.

Общие технологии обработки поверхности

1. Шлифование и полировка

Шлифование и полировка часто являются первым шагом в подготовке поверхности валков из быстрорежущей стали. Эти процессы в основном механические и направлены на улучшение гладкости поверхности и геометрической точности.

• Шлифование: Высокоточная шлифовка убирает неровности поверхности, исправляя погрешности формы и размеров. Это имеет решающее значение для валков, используемых при тонкой прокатке, где требования к допускам жесткие.
• Полировка: Полировка дополнительно уменьшает шероховатость поверхности, обеспечивая гладкую поверхность, которая сводит к минимуму трение во время прокатки. Это также может уменьшить микротрещины, которые могут распространяться во время эксплуатации.

Регулярное техническое обслуживание с использованием шлифовки и полировки продлевает срок службы валков и обеспечивает стабильное качество продукции.

2. Азотирование

Азотирование — это термохимическая обработка, при которой атомы азота диффундируют в поверхность стали, образуя твердые нитриды. Процесс проводится при умеренных температурах, обычно от 500 до 550 градусов Цельсия, избегая деформации валка.

К преимуществам азотирования относятся:

• Повышенная твердость поверхности.
• Повышенная износостойкость и усталостная стойкость.
• Минимальное изменение размеров.
• Улучшенная коррозионная стойкость в некоторых средах.

Азотированные валки из быстрорежущей стали особенно подходят для высокоскоростной прокатки нержавеющей стали и других прочных материалов со значительным поверхностным износом.

3. Науглероживание и карбонитрирование.

В результате цементации углерод попадает в поверхностный слой стали, создавая закаленную внешнюю оболочку с более прочным сердечником. Карбонитрирование аналогично, но добавляется как углерод, так и азот, что повышает твердость поверхности при сохранении пластичности.

Преимущества цементации и карбонитрирования:

• Высокая твердость поверхности, подходящая для абразивных условий.
• Улучшенная усталостная стойкость.
• Эффективно для валков, используемых в тяжелых условиях прокатки.

Эти обработки требуют тщательного контроля температуры и времени, чтобы предотвратить деформацию и растрескивание.

4. Хромирование

Хромирование включает электрохимическое нанесение слоя хрома на поверхность валков из быстрорежущей стали. Это создает твердый, износостойкий слой с превосходной коррозионной стойкостью.

Преимущества хромирования:

• Значительно увеличена твердость поверхности.
• Отличная стойкость к клеевому и абразивному износу.
• Повышенная стойкость к окислению и коррозии.
• Снижение трения, что приводит к повышению энергоэффективности при прокатке.

Хромирование обычно наносится на валки, используемые в бумажной, сталелитейной и алюминиевой промышленности. Однако требуется точный контроль, чтобы избежать отслаивания или неравномерной толщины покрытия.

5. Нитрид титана и другие покрытия, нанесенные методом физического осаждения из паровой фазы.

Покрытия методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), такие как нитрид титана (TiN), карбонитрид титана (TiCN) и нитрид хрома (CrN), все чаще используются для валков из быстрорежущей стали, требующих чрезвычайной износостойкости.

Ключевые преимущества PVD-покрытий:

• Чрезвычайно высокая твердость и износостойкость.
• Способность выдерживать высокие температуры.
• Отличная адгезия к основанию из быстрорежущей стали.
• Гладкая поверхность снижает трение и загрязнение валков.

Покрытия PVD подходят для прецизионной прокатки и высокоскоростных операций, где решающее значение имеют твердость поверхности и точность размеров.

6. Дробеструйная обработка

Дробеструйная обработка — это механическая обработка поверхности, при которой поверхность валков бомбардируется небольшими сферическими материалами. Это создает сжимающее остаточное напряжение на поверхности, повышая усталостную прочность и уменьшая распространение трещин.

Преимущества дробеструйной обработки:

• Улучшенный усталостный ресурс.
• Уменьшение дефектов поверхности и микротрещин.
• Повышенная устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Дробеструйная обработка часто сочетается с другими видами обработки, такими как азотирование или PVD-покрытие, для достижения максимальных характеристик валков.

7. Лазерная закалка поверхности

При лазерной поверхностной закалке используется высокоэнергетический лазерный луч для избирательного нагрева поверхности валка с последующей быстрой самозакалкой. В результате образуется закаленный слой с минимальной термической деформацией.

Преимущества включают в себя:

• Точный контроль закаленных участков.
• Повышенная износостойкость и усталостная стойкость.
• Минимальные изменения размеров благодаря локализованному лечению.

Лазерная поверхностная закалка особенно полезна для валков, требующих определенного профиля твердости по их длине или окружности.

8. Гальваника никелем или другими металлами.

Никелирование гальванопокрытием обеспечивает защиту от коррозии и умеренную износостойкость. Иногда его комбинируют с хромированием для повышения производительности.

Преимущества никелирования:

• Хорошая коррозионная стойкость в кислой или влажной среде.
• Обеспечивает однородную поверхность для дальнейшей обработки.
• Может улучшить эстетический вид роллов.

Эту обработку часто применяют для валков, работающих в химически агрессивных средах, где износ умеренный.

Факторы, влияющие на выбор обработки поверхности

Выбор подходящей обработки поверхности для валков из быстрорежущей стали зависит от нескольких факторов:

1. Раскатываемый материал: Более твердые или более абразивные материалы требуют обработки с более высокой износостойкостью.
2. Рабочая скорость и температура: Высокоскоростная прокатка приводит к выделению тепла, что требует обработки, обеспечивающей сохранение твердости при повышенных температурах.
3. Желаемый срок службы: Валки с критическими ограничениями по времени простоя выигрывают от долговечной обработки поверхности.
4. Требования к отделке поверхности: Чистая отделка может потребовать полировки и нанесения покрытий, уменьшающих трение.
5. Соображения относительно стоимости: Усовершенствованные покрытия, такие как PVD или лазерная закалка, обеспечивают превосходные характеристики, но стоят дороже.
6. Возможности обслуживания: Некоторые виды обработки позволяют упростить ремонт, тогда как другие могут потребовать полной замены рулона.

Техническое обслуживание и контроль валков с обработанной поверхностью

Даже при современной обработке поверхности валки из быстрорежущей стали требуют тщательного контроля и обслуживания:

• Регулярные проверки: Проверьте на наличие трещин, износа или отслоения покрытия.
• Перешлифовка и повторная полировка: Периодически восстанавливайте геометрию и гладкость поверхности.
• Контролируемая смазка: Уменьшает износ и предотвращает чрезмерное выделение тепла.
• Защита окружающей среды: Избегайте коррозионного воздействия, чтобы максимизировать срок службы обработки.

Правильное техническое обслуживание гарантирует, что преимущества обработки поверхности будут полностью реализованы на протяжении всего срока службы валков.

Заключение

Технологии обработки поверхности необходимы для повышения производительности и долговечности валков из быстрорежущей стали. Общие методы, такие как шлифовка, азотирование, цементация, хромирование, PVD-покрытие, дробеструйная обработка, лазерная закалка и гальваника, обеспечивают значительное улучшение износостойкости, твердости, коррозионной стойкости и усталостной долговечности. Выбор подходящей обработки требует тщательного рассмотрения материалов проката, условий эксплуатации и желаемого срока службы. В сочетании с регулярным техническим обслуживанием и контролем обработка поверхности гарантирует, что валки из быстрорежущей стали сохраняют высокую производительность, надежность и точность, поддерживая эффективное и стабильное промышленное производство.