Жижкіна Наталія Олександрівна. Технологія виробництва, якість і властивості відцентроволитих валків з високохромистим чавуном у робочому шарі : Дис... канд. наук: 05.16.04 - 2003.
Анотація до роботи:
Жижкіна Н.О. Технологія виробництва, якість і властивості відцентроволитих валків з високохромистим чавуном у робочому шарі. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за фахом 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Національний технічний університет України «КПІ», Київ, 2002 р.
Дисертаційна робота присвячена питанням підвищення експлуатаційної стійкості та надійності валків листових станів гарячої прокатки шляхом розроблення технології відцентрованого лиття, освоєння нового обладнання, що розширюють можливість використання зносостійких високохромистих сплавів для робочого шару.
В результаті виконаних досліджень на ЛДНВВК розроблена промислова технологія виробництва валків масою 8-16 т, що базувалася на теоретичних розрахунках теплопереносу та тверднення виливків, вивченні впливу технологічних параметрів лиття та термооброблення на якість сформованого робочого шару, серцевини і шийок валків. Розроблена методика і запропонована програма розрахунку для чисельного моделювання виливка двошарових валків відцентровим методом (процесу заповнення форми рідким металом) на машині з вертикальною віссю обертання. Розроблено основні технологічні параметри лиття та термооброблення двошарових прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну. Показано, що найбільш значними чинниками, що впливають на якість і рівень властивостей, є: хімічний склад, товщина теплоізоляційного покриття форми, температура заливання металів робочого шару і серцевини, тип ливникової системи. Для підвищення якості металу робочого шару, здрібнювання первинної структури рекомендовано модифікування ванадієм до 0,45%.
Економічний ефект від упровадження валків нових типів розміром 910х2000 стану гарячої прокатки ВАТ «Северсталь» в об’ємі 289,8 т склав 1257 тис. грн. Очікуваний економічний ефект від розширення обсягів виробництва до 1071,4 т складе 4649,659 тис. грн. на рік.
Найбільш високу експлуатаційну стійкість на станах гарячої прокатки мають двошарові валки з робочим шаром з легованого хромонікелевого (0,8-1,2% Cr, 2,8-4,5% Ni, 0,2-0,5% Мо) чавуну. Подальше підвищення експлуатаційної стійкості валків аналогічного класу і призначення може бути забезпечене як за рахунок використання більш зносостійкого матеріалу, так і застосування нових технологій лиття. До їх у першу чергу варто віднести відцентровий метод. Така технологія протягом останніх десятиліть розроблялася ведучими закордонними фірмами. У СНД відцентрове лиття до 1988 р. не розроблялося, а такі валки закуповувалися по імпорту. Починаючи з цього періоду, технологія відцентрового лиття великих валків і устатковання для їхнього виробництва розроблялися й освоювалися вперше в Україні на ЛДНВВК.
Розроблення промислової технології виробництва двошарових валків відцентровим методом з робочим шаром з високохромистого чавуну для листових станів гарячої прокатки масою 8-16 т базувалася на теоретичних дослідженнях по моделюванню теплопереносу і тверднення виливків, вивченні впливу технологічних параметрів лиття і термооброблення на якість та властивості формованого робочого шару, серцевини і шийок валків.
Розроблена методика і запропонована програма розрахунку для чисельного моделювання лиття двошарових валків відцентровим методом на машині з вертикальною віссю обертання. Моделюванням передбачене вивчення процесу заповнення форми рідким металом. Особливу увагу надано дослідженню процесу формування параболоїду обертання для визначення вільної поверхні металу у формі. Досліджені параметри пошарового заповнення форми при кристалізації робочого шару для запобігання переходу хрому в серцевину і шийки валка.
Встановлено, що процес перемішування різнорідних металів визначається положенням фронту кристалізації робочого шару, що залежить від термічного опору покриття металевої форми, температури заливання робочого шару і серцевини, фізичних параметрів високохромистого сплаву, швидкості обертання форми, тривалості тверднення, маси металу, що заливається.
Розроблено основні технологічні параметри лиття двошарових прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну.
Показано, що найбільш значними чинниками є:
швидкість кристалізації виливка, що рекомендовано регулювати здатністю форми, яка відводить тепло, за рахунок нанесення покриттів різної товщини. Це дозволяє регулювати твердість у заданих межах. Експериментально встановлено, що зміна твердості в межах 58-78 HS досягається відповідним нанесенням покриття на кокіль від 2 до 7 мм;
для усунення незварюваності робочого шару і серцевини, зменшення його різнотовщиності по довжині бочки валка заливання варто здійснювати з використанням запропонованої рухливої ливникової системи. Вона забезпечує поступове піднімання металу вздовж стінки форми і рівномірну кристалізацію всього робочого шару;
для формування якісної перехідної зони заливання серцевини рекомендується проводити порціонним введенням сірого чавуну. Перша порція не повинна перевищувати 25-30% по масі від загальної частки металу робочого шару. Після кристалізації цієї порції металу варто заливати інший. При цьому час витримки між шарами не повинен перевищувати 5 хвилин;
забезпечення зварюваності шарів також досягається суворою регламентацією температури металу робочого шару (t=1350-1410 0С) і серцевини (t=1310-1350 0С), що заливаються.
Вивчено вплив хімічного складу сплаву, умов кристалізації на рівень твердості, міцності та коерцитивної сили. Плануванням експерименту отримані математичні моделі, що описують вплив цих чинників на фізико-механічні властивості робочого шару. Найбільший внесок у зміну твердості, крім розміру шару теплоізоляційного покриття, вносить і парна його взаємодія (Cr+Ni).
Для підвищення якості металу робочого шару, здрібнювання первинної структури рекомендоване модифікування ванадієм до 0,45%. Вплив цього чинника також найбільш значний в парній взаємодії з розміром шару теплоізоляційного покриття металевої форми. В цьому випадку зменшується розмір евтектичних колоній на 54%, довжина стовбурів дендритів на 30%, схильність до крихкості при експлуатації. Підвищуються характеристики міцності сплаву на 8%. Наробіток на валок зростає в 3,2 рази.
Вперше в СНД освоєна технологія й устатковання термічного оброблення масивних валків. Для визначення рівномірності прогріву на поду печі зачеканювали термопари й у різних зонах валків синхронно оцінювали показання приладів. Установили, що в залежності від положення валка температура в різних зонах змінюється в межах до 80 0С, що потребувало проведення реконструкції пальників. Розроблена технологія термооброблення валків передбачала наступні операції: підвищення твердості, зниження твердості, а також зняття напруг при збереженні досягнутої твердості. Показано, що рівномірність прогріву валків по їхньому перетину досягається додатковими ступенями витримки при нагріванні й охолодженні. При цьому час витримки повинно бути не менше 6-8 годин.
Рівень властивостей термооброблених валків визначається часткою залишкового аустеніту і структурними складовими його розпаду (перліт, мартенсит, бейніт, троостит), а також співвідношенням цих фаз.
Результати розробок впроваджені на листових станах гарячої прокатки «2000» і «1700» Росії (ВАТ «Северсталь» і ВАТ «НЛМК») і України (ВАТ «Меткомбінат ім. Ілліча»). Валки поставляються за розробленими і погодженими із замовниками технічними умовами, а виробляються за технологічними інструкціями, затвердженими на ЛДНПВК.
Експлуатаційними випробуваннями встановлений зв'язок наробітку валків із їхньою твердістю і рівнем коерцитивної сили. Для оцінки такого зв'язку запропонований коефіцієнт . Показано, що найбільше знімання металу при переточуваннях має місце при N<2,2. Максимальний наробіток мають валки при . Отримані математичні моделі, що оцінюють зв'язок температури термообробки з коефіцієнтом N, який дозволяє прогнозувати якість валків в експлуатації з визначенням ефективного їх використання.
Розроблена технологія відцентрового лиття валків з робочим шаром з високохромистого чавуну захищена патентом.
Для виробництва двошарових відцентроволитих валків з робочим шаром з високохромистого чавуну вперше в Україні на ЛДНПВК використана машина нового покоління з вертикальною віссю обертання, що відрізняється високою автоматизацією і механізацією технологічного процесу. Це забезпечило лиття високоякісних валків і підвищення їх наробітку в 1,5 раза. Економічний ефект від впровадження валків нових типів розміром 910х2000 стану гарячої прокатки ВАТ «Северсталь» в об'ємі 289,8 т склав 1257 тис. грн. Очікуваний економічний ефект від розширення об'ємів виробництва до 1071,4 т складе 4649,659 тис. грн. на рік.
Публікації автора:
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Литье прокатных валков // Литейное производство. – 1998. - № 7. – С.39-40. (Здобувачем проаналізовано результати експериментів відцентрового лиття двошарових валків. Отримано математичні моделі та виконано розрахунок гідродинаміки заповнення форм металом і процесу теплопереносу для відцентрових двошарових валків, а також дослідження мікроструктури).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Обеспечение надежности свариваемости при лите двухслойных валков.// Теория и практика металлургии.– 1999.- №6. – С.53-55. (Здобувачем проведено експерименти і обробка результатів досліджень впливу різних технологічних параметрів на якість масивних виливків - зокрема на забезпечення зварюваності робочого шару і серцевини).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Исследование влияния технологических параметров на служебные свойства прокатных валков // Технологические системы. – 2001. - № 2. – С.58-59. (Здобувачем досліджено вплив різних чинників: хімічного складу, технології лиття на службові властивості).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Влияние технологических параметров на качество литых заготовок двухслойных высокохромистых валков // Тяжелое машиностроение. – 2001. - № 2. – С.28-31. (Здобувачем виконано оброблення результатів досліджень впливу умов кристалізації на якість, структуру і властивості робочого шару двошарових валків, побудова математичної моделі спільного впливу товщини теплоізоляційного покриття кокілю і температури заливання високохромистого чавуну на рівень його твердості).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А., Скобло Т.С., Попова Е.Г., Сидашенко А.И. Влияние технологических параметров и химического состава на свойства рабочего слоя валков из высокохромистого чугуна // Сталь. – 2002. - №3. – С.111-112. (Здобувачем проведено експерименти по дослідженню спільного впливу хімічного складу, товщини теплоізоляційного покриття металевої форми на рівень властивостей, оброблення результатів і встановлення взаємозв'язків).
Будагьянц Н.А., Скобло Т.С., Жижкина Н.А., Полищук И.В. Опыт производства и применение валков из высокохромистого чугуна // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. – Харьков: ХГТУСХ, 1999. – С.135-141. (Здобувачем проаналізовано можливість застосування високохромистого чавуну для виробництва прокатних двошарових валків, вивчено результати дослідження впливу основних і легуючих компонентів на структуру і рівень властивостей робочого шару).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А., Кондратенко В.И. Поиск методов определения степени напряженного состояния биметаллических валков для непрерывных тонколистовых прокатных станов // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ : СУДУ, 2000. – С. 98-103. (Здобувачем проведено пошук методів визначення напруженого стану відцентроволитих валків з робочим шаром з високохромистого чавуну, встановлено взаємозв'язок між хімічним складом, твердістю та напругами).
Жижкина Н.А., Будагьянц Н.А. Влияние химического состава и скорости кристаллизации на структуру и свойства рабочего слоя двухслойных валков // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ: СНУ, 2001. – С. 222-227. (Здобувачем вивчено спільна дія хімічного складу і швидкості кристалізації, яка регулюється розміром шару теплоізоляційного покриття кокілю, на структуру і властивості робочого шару двошарових валків).
Пат. 2148471 РФ, МКИ 7 В 22 D 13/02. Способ центробежного литья двухслойных прокатных валков с рабочим слоем из высоколегированного чугуна: Пат. 2148471 РФ, МКИ 7 В 22 D 13/02 / Н.А. Будагьянц, В.И. Кондратенко, Ю.В. Дяченко, Н.А. Жижкина (Украина). -№98114937; Заявл. 30.07.1998; Опубл. 10.05.2000; Бюл. № 13. – 6с. (Здобувачем проаналізовано результати експериментів по відпрацьовуванню технологічного процесу відцентрового лиття двошарових валків з робочим шаром з високолегованого чавуну).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Исследование напряженного состояния чугунных биметаллических валков для станов горячей прокатки // Матеріали науково-практичної конференції „Проблеми і перспективи одержання конкурентноздатної продукції в гірничо-металургійному комплексі України”. - Том 3. – Дніпропетровськ: ”Системні технології”, 2001. – С.367-373. (Здобувачем встановлено взаємозв'язок між рівнем твердості і напругами (критерій N), досліджено їх спільний вплив на експлуатаційні показники. Розроблено рекомендації по вибору валків відповідно до їхньої структури й умов роботи).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А., Дяченко Ю.В. Пути повышения качества рабочего слоя в двухслойных листопрокатных валках // Тезисы докладов 15-й международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машиностроении». – Киев: АТМ, 2000. – С.22-23. (Здобувачем проаналізовано умови роботи валків у станах гарячої прокатки. Визначено вимоги до якості прокатного інструменту. Виявлено основні методи по його поліпшенню).
Будагьянц Н.А., Жижкина Н.А. Исследование и разработка режима термической обработки биметаллических чугунных валков для горячей прокатки // Труды научно-практического симпозиума «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении». – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2000. – С.81-86. (Здобувачем проаналізовано методи зниження рівня напруг у масивних виливках двошарових валків, проведено експерименти у лабораторних умовах по дослідженню впливу параметрів термічного оброблення на зміну структури, рівня властивостей (твердості, напруг) матеріалу робочого шару і серцевини).
Budagyants N.A., Zhizhkina N.A., Sirota D.A., Kondratenko V.I., Saushkin V.P. High-wear-resistant cast iron for rolls of hot rolling // Proceedings of III international symposium on tribo-fatigue. – Beijing: Hunan University Press, 2000. – Р.236-239. (Здобувачем проаналізовано хімічний склад, структура і властивості матеріалів робочого шару і серцевини різних типів валків для стану гарячої прокатки).
Жижкина Н.А., Будагьянц Н.А. Исследование влияния термической обработки на структуру и свойства биметаллических высоколегированных валков для горячей прокатки и выбор оптимальных ее режимов // Сборник докладов второго международного симпозиума «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении». – Часть 1. – Харьков: ИПЦ «Контраст», 2001. – С.155-159. (Здобувачем виконано аналіз результатів проведення експериментів з термічного оброблення в промислових умовах; встановлено зв'язку між її температурою і коефіцієнтом N, що дозволяє прогнозувати якість валків в експлуатації і визначати галузь їхнього ефективного використання).
