Материал и профилировка валков станов холодной прокатки.

Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие очень высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько раз превышают величину предела текучести деформируемого металла при комнатной температуре. В связи с этим валки должны обладать соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности холоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки должны иметь определенный микрорельеф поверхности; тем более недопустимы различные макроповреждения и дефекты.

Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом и другими элементами. Чаще всего применяют валки из сталей 9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. После отливки и ковки валки подвергаются сложной термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с отпуском. Твердость бочки рабочих валков обычно находится в пределах 90-102 HSD) (по Шору), твердость шеек 30-55 HSD.. Толщина закаленного поверхностного слоя валков должна быть не менее 3 % радиуса валков. Для рабочих валков большого диаметра (порядка 500-600 мм) рациональная толщина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм. В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназначенных для прокатки особо твердых и тонких лент, иногда изготавливают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта). Методом горячего прессования и спекания удается получать цельные валки диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков достигает 115-125 HSD.. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость валков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю упругости, карбидвольфрамовые валки сплющиваются в очаге деформации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь в виду, что карбидвольфрамовые валки имеют большую стоимость и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование при ударной нагрузке и значительных прогибах.

Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и составные (бандажированные). Наиболее распросгранены цельнокованые опорные валки. Их изготавливают из сталей 9Х, 9Х2, 9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ. Для изготовления осей составных валков используют более простые, менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бандажи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым валкам. Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60- 85HSD.

На практике установлено, что работоспособность новых валков, особенно рабочих, прошедших сложную термическую обработку, значительно повышается при вылеживании их в течение 5-6 месяцев; это способствует снятию внутренних напряжений в валках.

Важной операцией является подготовка поверхности валков к прокатке. Применяются рабочие валки со шлифованной, полированной и насеченной поверхностью. Шлифование валков до 7-9 класса чистоты поверхности является наиболее распространенной операцией; она выполняется на специальных вальцешлифовальных станках. Инструментом для обработки служат шлифовальные круги из карбида кремния, карбида бора, электрокорунда, синтетических алмазов и других материалов. При шлифовании сначала производится обдирка с целью удаления накопившихся поверхностных дефектов, а затем - чистовая обработка с профилированием бочки валка и доводкой поверхности до заданного класса чистоты. Съем поверхностного слоя за одну плановую перешлифовку (при отсутствии глубоких повреждений) для рабочих валков составляет примерно 0,05-0,1 мм на диаметр.

Полированные рабочие валки 10-12 класса чистоты поверхности применяются на многовалковых станах, в частности при прокатке нержавеющей стали, а также очень часто при прокатке некоторых видов цветных металлов, например фольги. Полирование осуществляется также на вальцешлифовальных станах с применением мелкозернистых корундовых кругов на бакелитовой связке с графитовым наполнителем, графитовых и войлочных кругов. На поверхность войлочных кругов наносится полировальная паста типа ГОИ.

Насеченные, шероховатые рабочие валки применяются в первой и последней клетях непрерывных станов: в первой клети - для улучшения условий захвата, в последней клети - с целью предотвращения сваривания витков рулонов или листов в пачках при отжиге. Насеченные валки применяются и в некоторых других случаях, когда необходимо получить шероховатую поверхность продукции. Операция насечки выполняется на специальных дробеструйных установках. Рабочим телом служит чугунная или стальная колотая дробь, иногда резаная стальная проволока (сечка).

В настоящее время для получения высококачественной, износостойкой поверхности валков с любой требующейся шероховатостью все более широко используется электроискровая и электроэрозионная обработка.

Под действием больших усилий, возникающих при холодной прокатке, валки претерпевают значительную упругую деформацию: они прогибаются и сплющиваются. Образующаяся в процессе прокатки тепловая выпуклость валков не компенсирует в полной мере их упругую деформацию. В связи с этим для получения листов и полос с минимальной, допустимой поперечной разнотолщинностью приходится применять выпуклую начальную (станочную) профилировку валков. При этом часто профилируется только верхний рабочий валок, а остальные три валка клети кварто (нижний рабочий и два опорных) шлифуются цилиндрическими.. Величина задаваемой выпуклости зависит, естественно, от типа стана, размера валков, свойств металла, толщины и ширины прокатываемых полос, режима обжатий и т.д. Чаще всего величина выпуклости (по разности диаметров) находится в пределах 0,05-0,5 мм.

На бочках опорных валков иногда делают краевые скосы длиной до 250 мм. с уменьшением диаметра до 3 мм. Это способствует более равномерному распределению давлений и износа вдоль бочек. Практика свидетельствует, что для нормальной эксплуатации станов холодной прокатки необходимо иметь минимум пять комплектов рабочих валков и три комплекта опорных.