WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

- количество магнитной фазы в материале тонкостенных труб (сталь 12Х18Н10Т), образующейся в процессе холодной пластической деформации определяли на магнитометре конструкции ЭПИ МИСиС, помещая исследуемые образцы в цепь магнитопровода вторичной обмотки лабораторного трансформатора.

В третьей главе приводится анализ причин пониженной стойкости прокатного инструмента станов ХПТ, изготовленных из стали ШХ15.

Исследование поверхностных дефектов, образующихся в процессе изготовления и эксплуатации роликов, оправок, опорных планок показало:

1. Чистота поверхностей деталей прокатного инструмента после их изготовления соответствует 9-10 классу (Ra=0,2-0,1мкм). Однако на оправках в ряде случаев были обнаружены грубые вмятины («забоины» - рисунок 2-А), оставленные рихтовочным инструментом в процессе горячей правки, после извлечения оправок из масляного бака при температуре 250-300°С. По различным литературным данным температура начала мартенситного превращения Мн=200-245°С (при закалке с температур 820-860°С). Таким образом, ручная рихтовка начинается в тот момент, когда металл оправок представляет собой метастабильный аустенит с твёрдостью НВ=2000-2500 МПа. Поэтому рихтовочный инструмент должен быть из красной меди НВ=8001200 МПа, что не всегда соблюдается.

А Б В Рисунок 2 - Дефекты на поверхности прокатного инструмента из стали ШХ15:

А - следы рихтовочного инструмента (А и Б) на поверхности полностью готовой к работе оправки; Б – грубые риски на поверхности работавшей оправки, оставленные абразивными частицами, попавшими в смазку; В - выкрашивание поверхности ролика в процессе работы, низкая контактная выносливость – следствие пониженной твердости 2. На поверхности оправок, отработавших свой ресурс, были обнаружены грубые риски, оставленные частицами абразива (рисунок 2-Б). В результате было рекомендовано снабдить систему смазки масляными фильтрами.

3. Характерным дефектом работающих оправок является кольцевая выработка глубиной несколько микрон на длине рабочей части 10мм (так называемое «седло»). Эта выработка является следствием локального разогрева поверхности оправки до температур 300-350°С при проскальзывании по ней трубной заготовки или из-за наличия на ней дефектов в виде утолщений. В этом месте твёрдость материала оправки резко снижается и появляется кольцевая выработка («седло»).

Устранить такой дефект можно только посредством перехода от низколегированной стали ШХ15 к высоколегированным теплоустойчивым сталям типа «Х12» или быстрорежущим.

4. Основным дефектом, приводящим к выходу из строя всех деталей прокатного инструмента, является выкрашивание металла на рабочей поверхности (рисунок 2-В).

Причина – недостаточная контактная выносливость, что в свою очередь является следствием пониженной твёрдости (таблица 5).

Таблица 5 - Виды дефектов и причины выхода из строя прокатного инструмента Наименование Вид дефекта Причина появления дефекта инструмента 1. Износ цапф роликов. 1. Следствие пониженной твёрдости 2. Износ (выкрашивание) цапф и опорных планок.

металла на рабочей 2. Низкая контактная выносливость – Ролики поверхности («ручье») следствие пониженной твёрдости роликов. металла роликов.

3. Разрушение цапф роликов. 3. Очень низкая твёрдость металла роликов (54-56 HRC).

1. Грубые риски на 1. Следы рихтовочного инструмента, поверхности готовой, но не появившиеся в процессе горячей правки.

работавшей оправки. 2. Локальный разогрев поверхности 2. Локальный кольцевой износ оправки при проскальзывании по ней трубной заготовки.

на длине 10мм («седло»).

3. Следы абразивных частиц, попавших в 3. Продольные риски с Оправки смазку.

вмятинами после работы 4. Сильная поводка при закалке.

оправки.

Температура оправки вынутой из масла 4. Кривизна, превышающая допуск (0,2мм). не более 100-120°С (надо 250-3000С).

5. Выкрашивание поверхности. 5. Недостаточная контактная выносливость – следствие пониженной твёрдости.

1. Занижение рабочего 1. Интенсивный износ металла профиля. вследствие остатков обезуглероженного Опорные 2. Выкрашивание металла на слоя и пониженной твёрдости.

планки рабочей поверхности 2. Пониженная контактная выносливость («дорожке качения»). – результат пониженной твёрдости металла.

Чаще всего из строя выходят ролики станов ХПТ. Поэтому основное внимание в данной работе уделялось повышению работоспособности (стойкости) роликов.

На рисунке 3 представлено распределение твёрдости 47 роликов, изготовленных из стали ШХ15 в период с 2000 по 2002 год. Средняя твёрдость 58±2 HRC значительно ниже твёрдости деталей шарикоподшипников 63±1 HRC.

Рисунок 3 – Значения твердости 47 роликов, изготовленных из стали ШХ15 за 3 кампании в период с 2000 по 2002 год по принятой в цехе № 42 ОАО «МСЗ» технологии На рисунке 4 представлена зависимость твёрдости от максимального контактного напряжения (к), обеспечивающего устойчивую работу валков холодной прокатки. Для устойчивой и прогнозируемой работы роликов станов ХПТ при контактных напряжениях 2400-2600 МПа необходима твёрдость более 64,5 HRC. Сталь 12ХI8Н10Т, из которой посредством холодной раскатки заготовок, изготавливают тонкостенные трубы, несмотря на низкую исходную твёрдость (НВ1500 МПа) быстро упрочняется в процессе холодной пластической деформации за счет, наклёпа аустенита и образования мартенсита деформации (до 40%). При этом твёрдость возрастает до НВ=3500-4000 МПа. В результате контактные напряжения в очаге деформации по данным цеха № 42 достигают значений 2500 МПа.

Ролики (рисунок 3) были разбиты на три группы по уровню твёрдости и для каждой такой группы были рассчитаны средняя твёрдость и производительность (количество прокатных труб в метрах). Результаты, представленные на рисунке 5, показывают:

1. Производительность роликов от величины их твердости (рисунок 5) аналогична зависимости контактной выносливости от твёрдости (рисунок 4).

2. Повышение твёрдости до среднего его значения у шарикоподшипников (63 HRC) позволит в 2 раза повысить производительность роликов станов ХПТ, изготовленных из стали ШХ15.

Рисунок 4 - Влияние твердости образцов из валковой стали 90Х на максимальное контактное напряжение, обеспечивающее их устойчивую работоспособность (данные В.П.Полухина) Рисунок 5 - Зависимость производительности исследованных роликов из стали ШХот их твердости Исследования показали, что основными причинами пониженной твёрдости деталей прокатного инструмента станов ХПТ являются:

1. Неудовлетворительная закаливаемость роликов из стали ШХ15.

2. Завышенная температура отпуска (180-200°С); в то время как для деталей шарикоподшипников отпуск производят при 140-160°С.

3. Наличие у полностью готовых к эксплуатации изделий остатков обезуглероженного слоя, не удаленных полностью при финишном шлифовании.

Пониженная закаливаемость образцов и изделий из стали ШХ15 при закалке их в масле отмечается как отечественными, так и зарубежными исследователями. Так, японские ученые, получив, посредством многократного электронно-лучевого переплава, исключительно чистую по неметаллическим включениям шарикоподшипниковую сталь, обнаружили, что в процессе работы подшипников, изготовленных из такой стали, разрушение начинается по микрообъёмам с бейнитной структурой, обладающих более низкой твёрдостью (45-50 HRC) по сравнению с основной массой мартенсита (6364 HRC).

В цехе № 42 ОАО «Машиностроительного завода» для нагрева и закалки в масле ролики помещают в «корзины», представляющие собой металлические коробки с отверстиями в стенах и днище. Это в значительной степени затрудняет циркуляцию масла вокруг роликов, которые уложены практически вплотную друг к другу на дне «корзины».

Анализ диаграммы изотермического распада аустенита стали ШХ15 (рисунок 6) показывает, что при закалке в масле как минимум два фактора способствуют снижению твёрдости: 1- прохождение через область, где из аустенита выделяются вторичные карбиды «АК» - рисунок 6 и 2 – частичное бейнитное превращение из-за того, что при закалке в масле скорость охлаждения оказывается меньше критической (рисунок 6).

Рисунок 6 - Диаграммы изотермического распада аустенита (начало распада) сталей ШХ15 и ШХ15СГ; схема скоростей охлаждения при закалке в масле и «через воду в масло» (А.А.Попов и Л.Е.Попова) Завышенная температура отпуска 180-200°С способствует дополнительному снижению твёрдости. На рисунке 7 предоставлена зависимость твёрдости от температуры отпуска образцов стали ШХ15, закаленных на различную твёрдость. При некачественной закалке с отпуском при 180-200°С твёрдость составляет 57,5-60,0 HRC (рисунок 7 – заштрихованная область), что полностью соответствует распределению твердости роликов цеха № 42 на рисунке 3 (56-60 HRC). Правильно проведённая закалка и отпуск при 140160°С позволяют получить твёрдость 62,5-65,5 HRC, т.е. твёрдость близкую из твёрдости деталей шарикоподшипников (62-64 HRC).

о Температура, С Рисунок 7 - Изменение твердости в процессе отпуска стали ШХ15 закаленной на различную твердость (данные В.М.Доронина) В четвертой главе представлена новая технология, позволяющая повысить качество прокатного инструмента из стали ШХ15.

Из рисунков 3 и 4 следует, что основным показателем качества прокатного инструмента является твердость. Данные торцевой закалки образцов стали ШХпоказывает, что твердость изделий из этой марки после достаточно резкого охлаждения в процессе закалки может достигать 68,5 НRC. Поэтому в данной работе была поставлена задача - в максимальной степени реализовать потенциальные возможности стали ШХ15. В связи с этим были устранены такие «побочные» факторы как:

1. Пониженная скорость охлаждения роликов, помещенных в корзины;

2. Остатки обезуглероженного слоя на поверхности полностью готовых к эксплуатации изделий.

Для этого ролики фиксировали в кассетах, оставляющих свободными при охлаждении в масле рабочие поверхности ручья и цапф. Кассеты для нагрева помещали в контейнеры, имеющие специальные камеры, заполняемые смесью чугунной стружки и древесного угля. В результате обезуглероженный слой на поверхности роликов из стали ШХ15 отсутствовал, в то время как при нагреве в корзинах в печи СН3-6.12.4/10 он составлял 0,20 – 0,35 мм, а в ПН-15 -0,05- 0,10 мм.

Применение кассет и контейнеров позволило получить стабильные значения твердости 6566 НRC.

В таблице 6 приведены данные по твердости закаленных в масле образцов 10-ти промышленных плавок стали ШХ15 (состав приведен в таблице 1). Образцы проходили обычную закалку с нагревом в печах ПН-15, при которой в закалочный бак сбрасывали сразу все образцы. После измерения твердости поверхность образцов шлифовали для удаления обезуглероженного слоя и проводили повторное измерение твердости. Вторую партию образцов тех же плавок закаливали поштучно, обеспечивая тем самым одинаковое и достаточно интенсивное омывание маслом их поверхности. Последний вариант (см. таблицу 6) показал самую высокую твердость при минимальном разбросе ее значений НRC=1,5.

Таблица 6 - Твердость стали ШХ15 10-ти промышленных плавок после стандартной и раздельной закалки образцов (от каждой плавки отбирали по 5 образцов) HRC Твердость HRC после раздельной № плавки HRC после шлифовки закалки и усл. стандартная закалка на 0,3 мм шлифовки 1 62.0-64.5 63.5-64.4 65.5-66.2 63.0-64.0 64.0-64.5 65.5-66.3 60.5-63.5 63.0-64.0 65.0-66.4 62.0-63.5 64.0-64.5 65.0-66.5 62.5-64.5 64.0-64.5 66.0-66.6 63.5-65.0 64.5-65.0 65.5-66.7 63.5-64.5 64.0-64.5 65.0-66.8 63.5-64.0 63.5-64.5 65.0-65.9 64.0-64.5 64.0-64.5 65.0-66.10 63.0-64.5 64.0-64.5 65.0-66.min и max 65.0-66.значения 60.5-65.0 63.0-65.=1.HRCпо 10- = 4.5 =2.ти плавкам Так как на прокаливаемость стали ШХ15 кроме основного легирующего элемента хрома оказывают влияние постоянные примеси кремний и марганец, а также случайные, и, прежде всего никель и медь, было изучено влияние суммарного содержания этих элементов на закаливаемость стали ШХ15. Из 10-ти промышленных плавок, состав которых представлен в таблице 1, были отобраны пять значительно отличающихся по содержанию суммарного количества хрома, марганца, кремния и остаточного никеля (таблица 7).

Таблица 7 – Твердость после закалки, содержание легирующих элементов и суммарное содержание основных примесей, влияющих на прокаливаемость Содержание основных легирующих элементов и Твердость примесей, % после Cr+Mn+Ni+Si закалки C Cr Mn Si Ni HRC 1.00 1.38 0.37 0.35 0.11 2.21 66.0-67.0.98 1.45 0.30 0.31 0.10 2.16 65.5-66.0.98 1.43 0.26 0.31 0.10 2.10 65.5-66.1.00 1.40 0.23 0.36 0.11 2.10 65.0-66.1.02 1.41 0.29 0.29 0.10 2.09 64.5-65.Сталь 0.95 1.30 0.20 0.17 н.б. min 1.67 min 65.5*) ШХ15 1.05 1.65 0.40 0.37 0.30 max 2.42 max 68.Сталь 0.95 1.30 0.90 0.40 н.б min 2.60 min 65.0*) ШХ15СГ 1.05 1.65 1.20 0.65 0.30 max 3.50 max 67.*) Справочные данные торцевой закалки Сопоставление твердости закаленных по принятой технологии образцов с их химическим составом показало устойчивую тенденцию к росту твердости по мере увеличения суммарного количества Cr, Si, Mn, Ni.

С учетом данных, приведенных в таблице 7 и диаграмм изотермического распада стали ШХ15 и ШХ15СГ (рисунок 6) было рекомендовано изготавливать детали прокатного инструмента из марки ШХ15СГ. В этом случае даже при содержании суммарного содержания хрома, марганца, кремния и никеля на нижнем пределе марочного состава (= 2,60%) согласно данным таблицы 7 будут обеспечены устойчивые значения твердости 65-66 НRC. Это позволит, используя зависимость стойкости роликов от твердости (рисунок 5), прогнозировать выход их из строя и заменять прежде, чем будет обнаружен брак тонкостенных труб по поверхностным дефектам.

Для получения максимальной твердости изделий из стали ШХ15 была опробована закалка «через воду в масло»: охлаждение с температуры закалки в воде до 300-3500С с последующим переносом изделий в масло (см. рисунок 6).В этом случае устраняется возможность прохождения через область «АК» и бейнитное превращение (рисунок 6).

В таблице 8 приведены значения твердости образцов, по форме и размерам соответствующим роликам (рисунок 1 – А), и обработанным по различным режимам, включая твердость серийных роликов цеха № 42 ОАО «МСЗ» (таблица 8 - режим 1). Нагрев под закалку производили в печах ПН-15, что обеспечивало минимальное обезуглероживание (не более 0,05 мм). Перед измерением твердости производили шлифовку поверхности на глубину 0,10- 0,15 мм, что гарантировало отсутствие обезуглероженного слоя. Наилучшие результаты (НRC=66,5-67,0) получены после закалки в кассетах с 8600С «через воду в масло», обработки холодом (-700 С) и низкого отпуска 1400 – 2 часа (режим 6 – таблица 8).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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