WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Российская академия наук

Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова

На правах рукописи

АНТОЩЕНКОВ АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА ПРОКАТНОГО ИНСТРУМЕНТА СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ 05.16.01 – Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2007 г.

2

Работа выполнена на ОАО «Машиностроительный завод» г. Электросталь, Электростальском политехническом институте и Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Блинов Виктор Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор физико- математических наук, профессор Капуткина Людмила Михайловна доктор технических наук, профессор Ушаков Борис Константинович

Ведущая организация: ГУП ФНПЦ «Прибор» г. Ногинск

Защита состоится «12» апреля 2007г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 002.060.01 в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Автореферат разослан «6» марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор В.М.Блинов 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Цельнотянутые бесшовные тонкостенные трубы используются для изготовления деталей машин и оборудования ответственного назначения. К таким трубам предъявляются весьма жесткие требования по чистоте наружной и внутренней поверхности, геометрическим размерам, которые в свою очередь в значительной степени зависят от качества основных рабочих деталей станов холодной прокатки труб (ХПТ): роликов, оправок, направляющих планок.

В настоящее время прокатный инструмент станов ХПТ, используемых при производстве бесшовных тонкостенных труб, изготавливают из стандартных валковых сталей 90Х, 90ХФ, 90Х2МФ и др., а также из сталей близких к ним по составу 100Х, 100ХВГ, ШХ15. Широкое применение имеет шарикоподшипниковая сталь ШХ15, с повышенной чистотой по неметаллическим включениям, что способствует заметному увеличению контактной выносливости валков станов холодной прокатки листа, ленты, основных рабочих деталей станов ХПТ.

При использовании качественных заготовок стали ШХ15, в которых отсутствуют карбидная сетка, участки карбидной ликвации, резко выраженная карбидная полосчатость, а также при правильно проведенной термической обработке (закалке с низким отпуском на твердость 62 – 64 HRC), указанные выше детали прокатных станов характеризуются, в большинстве случаев, удовлетворительной работоспособностью. Однако постоянное увеличение эксплуатационных параметров станов холодной прокатки и станов ХПТ, связанное с ростом производительности и увеличением контактных напряжений в очаге деформации до 2200-2600 МПа, требует повышения усталостной прочности и износостойкости валковых сталей.

Целью работы являлось изучение условий работы основных рабочих деталей станов ХПТ (роликов, оправок, направляющих планок), используемых при производстве тонкостенных труб из нержавеющих сталей и разработка мероприятий по повышению качества и работоспособности этих деталей.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

– анализ причин выхода из строя роликов, оправок, направляющих планок станов ХПТ, изготавливаемых из стали ШХ15;

– разработка рекомендаций по повышению качества прокатного инструмента;

– поиск и разработка новых высокоэффективных валковых сталей карбидного и ледебуритного классов;

– использование радиально-сдвиговой прокатки (РСП) для повышения качества металла валковых сталей ледебуритного класса;

– опытно-промышленное опробование новых сталей и технологий при производстве высококачественного прокатного инструмента.

Научная новизна 1. На основе анализа причин пониженной стойкости роликов, оправок направляющих линеек станов ХПТ из стали ШХ15 сформулированы основные требования к материалам, из которых изготавливаются указанные детали.

2. Установлена количественная зависимость между твердостью и производительностью основных рабочих деталей станов ХПТ.

3. Разработаны режимы термической обработки, позволяющие повысить твердость прокатного инструмента станов ХПТ из стали ШХ15 с 57-60 HRC до 64- 66 HRC. При этом производительность роликов возрастает в 2 раза.

4. Установлено, что после высокого отпуска (680-700оС – 10-12 часов) предварительно отожженных по стандартному режиму горячекатаных заготовок стали ШХ15, в структуре отсутствуют участки пластинчатого перлита, что способствует повышению механических свойств изделий и контактной выносливости деталей станов ХПТ.

5. Показано, что замена перлитной стали ШХ15 на стали ледебуритного класса (160Х12М и Р6М5) позволяет дополнительно повысить производительность прокатного инструмента станов ХПТ.

6. Использование радиально-сдвиговой прокатки на больших углах позволяет сформировать в поверхностном рабочем слое валковых сталей ледебуритного класса структуру естественного композиционного материала: мартенситной матрицы (Hv=60007500 МПа) с равномерно распределенными в ней дисперсными частицами легированных карбидов (Hv=15000-32000 МПа).

7. Анализ природы и механизма образования «белой зоны» в поверхностном активном слое тяжелонагруженных рабочих валков станов холодной прокатки показал технико-экономическую целесообразность снятия их с эксплуатации до момента образования трещины на границе «белой зоны» и основного металла с последующим длительным низкотемпературным отпуском для снятия напряжений. При этом в активном рабочем слое валка сохраняется «белая зона», характеризующаяся исключительно высокой твердостью.

Практическая ценность На основе анализа различных факторов, оказывающих влияние на качество основных рабочих деталей станов ХПТ (роликов, оправок, направляющих планок) разработана технология термической обработки этих изделий на твердость 64-66 HRC, позволяющая повысить их производительность в 2 раза в условиях цеха № 42 ОАО «Машиностроительный завод» г. Электросталь.

Разработана технология бездеформационной закалки длинномерных изделий (оправок станов ХПТ) в штампах, исключающая горячую ручную правку, повышающая качество поверхности и снижающая припуск под окончательную шлифовку.

Показана целесообразность использования в качестве материала для изготовления прокатного инструмента станов ХПТ сталей ледебуритного класса (160Х12М, Р6М5 и др.) Апробация работы Основные результаты работы доложены на:

1. Всероссийской научно-технической конференции МГТУ им. Н.Э.Баумана, г. Москва, 14-15 апреля 2004 года.

2. IV Международном конгрессе «Машиностроительные технологии’04», Болгария, г. София, сентябрь 2004г.

3. Всероссийской научно-технической конференции «Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением», МГВМИ, г. Москва, 21-22 ноября, 2006 года.

4. 7-ой Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы, технологии и их использование в технике» г. Санкт-Петербург, 10-11 октября, 2006г.

5. Первой международной конференции «Деформация и разрушение материалов», ИМет РАН г. Москва, 15 ноября 2006г.

Публикации По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем работы Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 29 таблиц и список литературы из наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения работоспособности и качества прокатного инструмента станов ХПТ (рисунок 1), используемых для производства бесшовных тонкостенных труб специального назначения из нержавеющих сталей.

А Б В Рисунок 1 - Основные детали прокатного инструмента станов ХПТ:

А – ролики; Б – опорные планки; В – оправки Первая глава представляет аналитический (литературный) обзор перспективных направлений в создании высокоэффективных валковых сталей с учетом требований к материалам валков, роликов, оправок и других основных рабочих деталей станов холодной прокатки листа, ленты, станов ХПТ. На основании проведенного анализа литературных данных и требований конкретного производства (цех № 42 ОАО «МСЗ» г. Электросталь) сформулированы задачи данного исследования.

Во второй главе дано обоснование выбора материалов (сталей ШХ15, 160Х12М, Р6М5, ЭП-682-Ш) для решения поставленной задачи и изложены методы исследования, использованные в работе.

В связи с решением проблем производственного характера для проведения экспериментов был использован металл промышленных плавок ОАО «Металлургического завода Электросталь», основного поставщика заготовок для производства деталей прокатного инструмента в цехе № 42 ОАО «Машиностроительный завод».

Химический состав исследуемых сталей ШХ15, 160Х12М, Р6М5 и ЭП-682-Ш промышленных плавок приведен в таблицах 1-4.

Для термической обработки роликов, оправок и опорных плавок (рисунок 1) использовали оборудование (печь CH-6.12.4/10) и приспособления (закалочные «корзины») цеха № 42 ОАО «МЗС», а также специально разработанную оснастку (кассеты и контейнеры для «безокислительного» нагрева) и печи ПН-15 с плотно закрывающимся загрузочным отверстием цеха испытаний ОТК завода «Электросталь». Точность регулирования температуры в указанных печах ±46°С (в интервале температур 300-950°С).

Таблица 1 - Химический состав образцов*) 10-ти промышленных плавок стали ШХ№ Содержание основных элементов и примеси, % вес.

плавки C Si Mn S P Cr Ni Cu ГОСТ 0,95 0,17 0,20 н.б. н.б. 1,30 н.б. н.б.

801-78 1,05 0,37 0,40 0,020 0,027 1,65 0/30 0,1 0,98 0,31 0,30 0,004 0,012 1,45 0,10 0,2 1,00 0,36 0,23 0,005 0,015 1,40 0,11 0,3 1,02 0,29 0,29 0,006 0,013 1,41 0,10 0,4 0,97 0,33 0,29 0,004 0,017 1,46 0,10 0,5 1,00 0,35 0,37 0,005 0,016 1,38 0,11 0,6 1,01 0,35 0,39 0,006 0,012 1,44 0,10 0,7 0,98 0,28 0,26 0,007 0,018 1,42 0,08 0,8 0,99 0,31 0,27 0,004 0,013 1,38 0,14 0,9 0,98 0,31 0,26 0,005 0,021 1,43 0,10 0,10 1,00 0,28 0,32 0,004 0,016 1,41 0,15 0,*) Содержание титана в плавках от 0,001 до 0,004% Таблица 2 - Химический состав металла промышленных плавок стали 160ХI2М, использованного для изготовления роликов и оправок и химический состав металла японского валка (сталь RFE, аналог 160ХI2М) № плавки Содержание основных элементов и примесей, % вес.

(условн.) C Si Mn Cr Mo V Ni Cu ГОСТ 1,45 0,15 0,15 11,0 0,40 0,15 н.б. н.б.

5950-73 1,65 0,35 0,40 12,5 0,60 0,30 0,35 0,пл. 9мм 1,52 0,32 0,31 11,35 0,48 0,22 0,32 0,оправки пл.2;

1,56 0,29 0,30 11,05 0,51 0,21 0,30 0, 40мм ролики Японский - валок- 1,51 - 10,95 0,69 0,08 - 50мм Таблица 3 - Химический состав металла быстрорежущей стали Р6М5, используемого для изготовления роликов Плавка Содержание основных элементов, % вес.

ГОСТ C Si Mn Cr W Mo V Ni ГОСТ 0,80 н.б. н.б. 3,8 5,5 5,0 1,7 н.б.

19265-73 0,88 0,50 0,40 4,4 6,5 5,5 2,1 0,Плавка ДШ 0,84 0,37 0,37 3,94 6,21 5,06 2,0 0,Металл электрошлакового переплава (плавка ДШ-12299) слиток 320мм прокован и прокатан на заготовку 80мм, которая прошла радиально-сдвиговую прокатку на размер 40мм Таблица 4 - Химический состав металла быстрорежущей стали ЭП-682-Ш, используемого для изготовления роликов (плавка-1) и матриц штампов (плавка-2) Содержание основных легирующих элементов, % вес.

Плавка ТУ C Si Mn Cr W Mo V Co Ni ЧМТУ 1,15 н.б. н.б. 3,8 12,0 2,0 3,0 9,5 н.б.

1-331-68 1,30 0,40 0,50 4,5 13,5 2,5 3,5 10,5 0,Плавка-1,27 0,25 0,31 3,89 12,55 2,48 3,09 9,55 0,ролики Плавка-1,30 0,22 0,30 3,81 12,35 2,50 3,12 10,12 0,матрицы Металл плавки «2», предназначенный для изготовления матриц штампов прошёл радиальносдвиговую прокатку с 90мм на 60мм, после чего заготовка 60мм была прокована на сутунку сечением 30х60мм.

Низкий отпуск в интервале температур 100-300°С проводили в лабораторных печах;

точность регулирования температуры ±2°С.

Нагрев под закалку роликов, оправок и линеек из быстрорежущих сталей Р6М5 и ЭП-682-Ш осуществляли в соляной ванне (BaCl2). Точность регулирования температуры закалки образцов и изделий из стали Р6М5 1220°±8°С. Для определения обезуглероживания на образцах свидетелях использовали две малых соляных ванны на температуры 200°С (состава 50% KNO3 и 50% NaNO2) и 600°С (состава 50% NaNO3 и 50% KNO3).

Для изучения структурного состояния, комплекса физико-механических свойств, фазового состава, состояния поверхностного слоя изделий и образцов использовали следующие методы исследования и испытаний:

- металлографический анализ изделий и образцов, включая цветную металлографию, с использованием микроскопов NEOPHOT-32 и МИМ-8.

- метод просвечивающей электронной микроскопии с применением английского электронного микроскопа EM6G (ускоряющее напряжение 100кВ).

- для измерения твёрдости в качестве основного оборудования использовали прибор Роквелла с алмазным конусом при нагрузках 1500 Н и 600 Н, а также с индетором-стальным закаленным шариком диаметром 1/16" при нагрузке 1000 Н.

Твердость измеряли также на прессе Бринелля (индентер - стальной закалённый шарик 10 мм, нагрузка 30000 Н); приборах Виккерса (при нагрузке 10 Н) и ПМТ-3 (для измерения твёрдости микрообъёмов с различной структурой на металлографических шлифах).

- испытания на растяжения на стандартных 5-кратных («гагаринских») образцах диаметром 5мм и 3мм, а также микрообразцах диаметром 2мм и 1,5мм. Испытания проводили на машине ИМ-12 с механическим силоизмерителем и масштабом деформации 100:1.

- ударную вязкость определяли на образцах с U-образным надрезом на копре МК-30 с максимальной энергией удара 300Дж.

- оценку качества и состояния рабочих поверхностей роликов, оправок и опорных планок осуществляли с использованием металлографического микроскопа МИМ-8 и бинокулярного микроскопа МБС-9 при увеличениях х20, х60, х100 и 250. Степень шероховатости (класс чистоты) поверхностей определяли на приборе «Tester-1000» фирмы «Hommelwerke» (ФРГ).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»