Вдосконалення структури сплавів для валків дрібносортових прокатних станів з метою підвищення їх експлуатаційної стійкості

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.16.01 “Металознавство та термічна обробка металів”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Вдосконалення структури сплавів для валків дрібносортових прокатних станів з метою підвищення їх експлуатаційної стійкості

Горбатенко Владислав Володимирович

Донецьк-2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент

ПАШИНСЬКИЙ Володимир Вікторович,

Донецький національний технічний університет, доцент кафедри фізичного матеріалознавства.

Офіційні опоненти - член-кореспондент НАН України, лауреат державних премій Украины, доктор технічних наук, професор ПІЛЮШЕНКО Віталій Лаврентійович, проректор з наукової роботи Донецького державного університета управління, м. Донецьк;

кандидат технічних наук, доцент

ТКАЧЕНКО Ігор Федорович, докторант кафедри матеріалознавства Приазовського державного технічного університета, м. Маріуполь.

Провідна установа - Національна металургійна академия України, кафедра термічної обробки металів, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться 11 травня 2006 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 навч. корп., МАЗ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ІІ навч. корп.

Автореферат був розісланий “06” квітня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Д 11.052.01, д.т.н., проф. О.В. Яковченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Головним напрямком вдосконалення виробництва проката в умовах ринкових відносин є забезпечення конкурентноспроможності продукції за рахунок підвищення її якості та зменшення собівартості виробництва. Однією з найважливіших задач у цьому напрямку слід вважати підвищення якості робочих валків прокатних станів, насамперед, підвищення їх стійкості за рахунок зменшення зношування робочої поверхні калібрів, що дозволяє підвищити виробництво проката за одну установку і, відповідно, виробничу спроможність стана, зменшити витрати на перешліфування калібрів між перевалками валків, збільшити за рахунок цього загальний термін експлуатації комплекту робочих валків.

Актуальними завданнями підвищення конкурентоспроможності продукції та розвитку виробництва в умовах безперервних дрібносортових прокатних станів є розширення використання робочих валків та бандажів вітчизняного виробництва, підвищення експлуатаційних властивостей матеріалів для їх виготовлення у поєднанні із диференційованим підходом до визначення раціональних типу, складу та структури сплавів, що використовуються, в залежності від технологічних параметрів прокатки та переважаючих причин руйнування робочої поверхні калібрів.

Незважаючи на те, що переважаючою тенденцією у світовій та вітчизняній практиці експлуатації швидкісних сортопрокатних станів стає використання для виготовлення робочих валків передчистових та чистових груп клітей твердих сплавів (переважно на основі карбіду вольфраму), в літературі практично відсутні дані щодо впливу їх складу та структурних параметрів на механічні та експлуатаційні властивості, насамперед, на опір руйнуванню робочої поверхні інструмента внаслідок переважаючої дії того чи іншого механізму зношування, що може змінюватися в залежності від умов гарячої прокатки. Слід зазначити, що тверді сплави, які характеризуються високою стійкістю проти абразивного зношування, можуть значно поступатися за стійкістю таким матеріалам, як зносостійкі сталі та чавуни, в умовах руйнування поверхні калібра внаслідок переважаючого впливу термічної втоми.

Складність вирішення питань оптимізації складу та структурних характеристик сплавів для виготовлення робочих валків швидкісних сортопрокатних станів полягає в тому, що значний обсяг досліджень слід виконувати в умовах діючого виробництва, тому що відтворити реальні умови складного термомеханічного навантаження інструмента в лабораторних умовах практично неможливо.

У зв'язку з цим є актуальною тема дисертаційної роботи, яка спрямована на дослідження процесів зношування матеріалу робочих валків швидкісних дрібносортових прокатних станів в залежності від характеристик структури сплавів і параметрів прокатки та пошук методів їх вдосконалення, у тому числі і за рахунок використання альтернативних матеріалів, з метою підвищення експлуатаційної стійкості в умовах переважаючої дії того чи іншого виду зносу.

Науковою задачею даної роботи є визначення особливостей деградації (зношування) калібрів валків швидкісних дрібносортових прокатних станів в залежності від швидкості прокатки (V = 5..100 м/с), структури та складу сплавів і розробка на його основі методів підвищення експлуатаційної стійкості валків.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в межах основних наукових напрямів роботи кафедри “Фізичне матеріалознавство” Донецького національного технічного університету, відповідно плану науково-дослідних робіт за темою “Вибір оптимального складу та режимів термічної обробки високовуглецевих Cr-Ni сталей для виготовлення деталей та інструмента, що працюють в умовах комбінованого термомеханічного навантаження” (номер держреєстрації 0104U004310), у якій здобувач приймав участь як відповідальний виконавець, та „Розвиток засад легування та термічної обробки сталей для інструмента, що працює в умовах комбінованого термомеханічного навантаження” (номер держреєстрації 01052002369), у якій здобувач приймає участь як виконавець.

Мета та завдання дослідження. Метою досліджень є обгрунтування раціональних параметрів структури та складу сплавів для виготовлення робочих валків підвищеної експлуатаційної стійкості для швидкісних (V?100 м/с) дрібносортових прокатних станів з урахуванням змінення механізму зношування поверхні калібрів в залежності від швидкості прокатки.

Для досягнення поставленої мети були визначені такі задачі:

1. Дослідження в умовах діючого виробництва основних причин виводу з експлуатації робочих валків дискового типу з твердих сплавів на основі карбіду вольфраму, а також виявлення переважаючих механізмів зношування робочої поверхні калібрів в залежності від швидкості прокатки.

2. Вивчення впливу розмірів карбідної фази на механічні властивості твердого сплаву та експлуатаційну стійкість робочих валків в умовах стана 150. експлуатаційний сплав валок сталь

3. Обгрунтування раціонального складу високовуглецевої високохромістої сталі ледебуритного класу, яка додатково легована нікелем з метою підвищення стійкості переохолодженого аустеніту.

4. Вивчення впливу параметрів термічної обробки і складу запропонованої сталі на її структуру та властивості; обгрунтування раціональних параметрів обробки сталі для забезпечення підвищеної та стабільної твердості при підвищених температурах нагріву.

5. Розробка рекомендацій щодо забезпечення підвищеної стійкості робочих валків чистової групи клітей швидкісних сортопрокатних станів за рахунок змінення складу та структури сплаву та їх практична реалізація у дослідно-промислових умовах стосовно робочих валків з твердих сплавів та бандажів з дослідної Cr-Ni-сталі.

Об'єктом дослідження є процеси зношування матеріалу калібрів робочих валків сортопрокатних станів при швидкісній гарячій прокатці.

Предмет дослідження- структура та властивості твердих сплавів на основі карбіду вольфраму та Cr-Ni-сталей ледебуритного класу як матеріалів для виготовлення робочих валків швидкісних сортопрокатних станів, їх вплив на змінення умов зношування поверхні калібрів в залежності від швидкості прокатки.

Методи дослідження. Дослідження процесів зношування матеріалу робочих валків проводилися в умовах діючого виробництва - на твердосплавних прокатних валках дискового типу чистової та другої проміжної групи клітей безперервних високошвидкісних дротових станів 150 ВАТ “Макіївський металургійний комбінат” та Криворізького гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь” шляхом макроаналізу поверхні калібрів, що відробили норматив прокатки, вимірювання рівню зйому під час планових перешліфувань валків та аналізу причин руйнувань та ушкоджень даних виробів під час експлуатації. Якість готових твердосплавних виробів визначали шляхом ультразвукового контролю. Вивчення структури сплавів здійснювали за допомогою методів макроструктурного аналізу, якісного та кількісного металографічного аналізу з комп'ютерною обробкою зображень структури, електронномікроскопічних та рентгеноструктурних досліджень. Основними методами вивчення властивостей сплавів були вимірювання твердості за методом Роквелла, механічні випробування на вигин за стандартними методиками.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше встановлено, що для твердосплавних робочих валків швидкісних сортопрокатних станів вид основного механізму руйнування поверхні калібрів з підвищенням швидкості прокатки змінюється від переважаючого утворення сітки розпалу (при швидкості прокатки до 10м/с), розмір комірок якої зменшується при зростанні швидкості прокатки, до переважаючого абразивного зношування матеріалу (при швидкості прокатки вище 30..35 м/с).

2. Дістали подальший розвиток уявлення щодо впливу структурних факторів на ступінь та особливості зношування поверхні калібрів валків з твердих сплавів: на відміну від матеріалів для різального інструмента, для яких рекомендують дрібнозернисті сплави, для виготовлення робочих валків, для яких механізмом руйнування, що переважає, є абразивне зношування, обгрунтована доцільність використання твердих сплавів на базі карбіду вольфраму із крупними (4-6 мкм) частками карбідів.

3. Вперше для високовуглецевої Cr-Ni-сталі ледебуритного класу, яка містить 12..15% хрому при співвідношенні між вмістом хрому та нікелю 3:1, обгрунтована можливість змінення у широких межах її структурного та фазового складу при термічній обробці за рахунок додаткового легування нікелем з забезпеченням зберігання високої твердості (HRC 40..53 у залежності від складу та умов обробки) при температурах 550..600єС на протязі тривалого часу.

4. Дістали подальший розвиток уявлення щодо впливу додаткового легування на структуру та властивості високохромістих інструментальних сталей. Встановлено складний характер змінення структури та твердості високовуглецевої хромонікелевої сталі не тільки від температури нагріву під гартування, але й від тривалості відпуску при підвищених температурах: під впливом додаткового легування нікелем максимум твердості після гартування зміщується в область більш низьких (900..910єС) температур нагріву під гартування у порівнянні з традиційними високохромістими сталями; установлено наявність стадій знеміцнення та подальшого зміцнення сталі при збільшенні часу витримки при відпусканні при температурах 550..560єС.

5. Вперше встановлена можливість отримання в високовуглецевій Cr-Ni- сталі структури, яка містить дисперсні, рівномірно розподілені у матриці карбіди, в разі повільного її охолодження до температури нижче 800єС, а також при повторному нагріванні попередньо загартованої від 1100..1150єС сталі до підвищених (750..850єС) температур.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій. Основні положення, результати досліджень, висновки і рекомендації дисертаційної роботи Горбатенка В.В. науково обгрунтовані і не протирічать фундаментальним положенням металознавства та термічної обробки металів та сплавів. Дослідження виконані з використанням сучасних методів і методик металографічного, електронно-мікроскопічного, рентгеноструктурного аналізу, ультразвукової дефектоскопії. Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується результатами дослідно-промислових та промислових випробувань валків та бандажів в умовах діючого виробництва.

Наукове значення роботи. Наукове значення роботи полягає у розвиненні уявлень щодо особливостей зносу робочої поверхні валків швидкісних сортопрокатних станів в залежності від швидкості прокатки, структурних характеристик твердих сплавів, виду матеріалу валків (тверді сплави на базі карбіду вольфраму чи високовуглецева хромонікелева сталь), а також у встановленні закономірностей і особливостей процесів структуроутворення при зміненні складу та параметрів термічної обробки досліджених сталей. Використання отриманих результатів дозволило вирішити задачу підвищення експлуатаційної стійкості валків сортопрокатних станів за рахунок керування структурою сплавів.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати були використані для вдосконалення матеріалів для виготовлення робочих валків, які встановлюються у клітях чистової групи станів 150 ВАТ “КГМК Криворіжсталь” та ЗАТ “Макіївський металургійний завод” з метою підвищення їх службових характеристик.

У відношенні робочих валків дискового типу з твердих сплавів, що виготовлені НВТ “ДОНІКС”, були реалізовані рекомендації щодо збільшення розміру карбідних часток в структурі до оптимального. Це дозволило підвищити експлуатаційні характеристики валків до рівня, який відповідає найкращим європейським зразкам.

На основі результатів досліджень нових високохромістих сталей ледебуритного класу, додатково легованих нікелем, були розроблені рекомендації, з використанням яких були виготовлені бандажі робочих валків для дослідно-промислових випробувань в умовах чистових клітей дрібносортового стана 250 комбінату “Криворіжсталь” (акт використання результатів дисертаційного дослідження № ИР 05-09/1 від 25 вересня 2005 р.).

Особистий внесок здобувача. Всі принципові теоретичні та експериментальні результати, які наведені у дисертації, базуються на ідеях, які належать безпосередньо автору. Опубліковані роботи відображують результати досліджень, які виконані при особистій участі автора.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертаційної роботи були повідомлені і обговорені на Міжнародних та республіканських науково-технічних конференціях: ОТТОМ-3 (м. Харків, Харківський фізико-технічний інститут, вересень 2002 р.); науково-практична конференція молодих вчених “Металловедение и обработка металлов”, присвячена 100-річчю з дня народження М.П. Брауна (Київ, ФТІМС НАН України, 26-27 лютого 2003 р.); Metal -2003 (Острава, Чехія, травень 2003 р.); ІІ науково-практична конференція “Донбас- 2020”: Наука і техніка- виробництву (м. Донецьк, ДонНТУ, 03-04 лютого 2004 р.); “Стародубовские чтения- 2004” (м. Дніпропетровськ, ПДАБА, квітень 2004 р.). 20 жовтня 2005 р. матеріали дисертації повідомлені на розширеному засіданні кафедри “Фізичне матеріалознавство” ДонНТУ.

Публікації. Основні наукові положення та результати досліджень, висновки та рекомендації автора опубліковані у 7 наукових роботах, з них 5 статей у фахових журналах, 2 статті - у збірках наукових праць.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списка використаних джерел і додатка. Обсяг дисертації: 163 стор., враховуючи 50 рисунків (у тому числі - на 17 окремих сторінках), 20 таблиць (у тому числі - на 5 окремих сторінках); список використаних джерел з 108 найменувань; 1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ “Особливості вибору матеріалу для виготовлення робочих валків чистових клітей станів гарячої прокатки (аналітичний огляд)” присвячений аналізу стану питання щодо забезпечення високої стійкості матеріалу інструмента, що деформує метал, який працює в умовах комбінованого навантаження, насамперед, робочих валків дрібносортових безперервних станів. Розглянуто існуючі уявлення щодо основних механізмів руйнування такого інструмента, а також перспективи та особливості використання матеріалів різних типів (леговані сталі, чавуни, тверді сплави) для виготовлення робочих валків прокатних станів в залежності від умов експлуатації і можливі шляхи направленого змінення їх складу та структури для підвищення експлуатаційних характеристик виробів. На підставі аналізу літературних даних сформульовані мета та задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі ”Матеріал та методика досліджень” наведені дані щодо матеріалів, що вивчалися, та основних методів та методик дослідження. Предметом дослідження були 2 групи матеріалів:

а) тверді сплави традиційного складу системи WC-Co (ВК-14, ВК-18), а також сплави систем WC (80-85%) - Co (7-10%) - Ni (7-10%) типу ТС 7/7, ТС 8/8, ТС 9/9, ТС 10/10 та сплави системи WC (80%) - Co (9%) - Ni (9%) - Cr(2%) типу ТС 9/9/2;

б) високовуглецеві (0,7; 1,0 та 1,5%С) сталі, які були леговані хромом (12..15%) та нікелем (4..5%) типу 70Х15Н5, 100Х15Н5, 150Х15Н5, Х12Н4, а також сталь 150Х15Н5ВМ, яка додатково легована W та Mo (до 1% кожного).

Дослідження процесів зношування матеріалу робочих валків проводилися в умовах діючого виробництва - на твердосплавних прокатних валках дискового типу чистової та другої проміжної групи клітей безперервних високошвидкісних дротових станів 150 ВАТ “Макіївський металургійний комбінат” та Криворізького гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь”. Фотозйомку зовнішнього виду калібрів валків після їх експлуатації, дефектів та ін. проводили в умовах дільниць з механічної обробки валків відповідних станів за допомогою цифрових фотокамер Epson та Olimpus Camedia. Фото із зображенням форми профілю калібра валка, що відпрацював норматив, були отримані за допомогою приладу контролю глибини калібрів, встановленого на дільниці механічної обробки валків ВАТ ММК.

Виробництво твердосплавних дискових валків, бандажів та “контрольних зразків” різних партій твердосплавних сумішей відбувалося шляхом спікання в установці гарячого вакуумного пресування відділу порошкової металургії НВТ “ДОНІКС”. Випробування на згин проводилися на машині FP-100 лабораторії механічних випробувань кафедри “Фізичне матеріалознавство” ДонНТУ.

Сталі досліджених складів виплавляли в установці ЕШП кафедри “Електрометалургія сталі та конверторне виробництво” ДонНТУ з отриманням заготовки діаметром 60 мм, а також у індукційній пічці з виливанням в металевий кокіль з використанням виробничої бази НВТ “ДОНІКС” з отриманням заготовок бандажів зовнішним діаметром 270 мм (сталь типу Х12Н4).

Для дослідних сталей виконували такі види та режими термічної обробки: відпал з нагрівом до 750..1150С і витримкою до 6 годин; нормалізацію з нагрівом до 850..1150С; гартування з нагрівом до 850..1150С з подальшим відпуском при температурах 400..600С з витримкою різної тривалості (0,5..10 годин). Термічну обробку проводили на обладнанні лабораторії кафедри фізичного матеріалознавства ДонНТУ.

Були використані наступні методи досліджень: вимірювання твердості сплавів за методом Роквелла на твердомірі ТК-2М за шкалою А, С; кількісний та якісний металографічний аналіз за допомогою металографічного мікроскопа “NEOPHOT-21” при збільшеннях х500..х2000 та автоматичного аналізатора структури Epiquant, а також на персональному комп'ютері шляхом обробки цифрових фотографічних зображень структур сталей за допомогою програми кількістного аналізу “Image Tool”; рентгеноструктурний аналіз на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-3; електронно-мікроскопічні дослідження, які проводилися за допомогою растрового електронного мікроскопа JEOL моделі JSM T-300; ультразвуковий контроль якості виробів з вищевказаних матеріалів проводили з використанням дефектоскопу УД2-70.

Фотозйомку зразків здійснювали цифровими фотокамерами “CASIO” та “Nikon”. Фотографії обробляли за допомогою графічних редакторів “Corel Photo Paint 9” та ”Photoshop 6.0” на ПК.

Для моделювання особливостей видалення часток карбідів та зв'язки у твердих сплавах з різним розміром карбідів була розроблена і використана методика послідовного травлення зразків з поетапним комп'ютерним суміщенням фотографічного зображення травленої поверхні.

Третій розділ “Дослідження характеру зношування прокатних валків чистової групи клітей високошвидкісних дротових станів”. У даному розділі проведено дослідження умов експлуатації робочих валків з твердих сплавів на швидкісних дрібносортових станах, наведено типорозміри валків, норми наробки на калібр, особливості перешліфування, основні механізми зношення валків. Дослідження проводилося в умовах чистових груп клітей високошвидкісних безперервних станів 150 ВАТ “Макіївський металургійний комбінат ім. Кірова” (ММК) та ВАТ “КГМК Криворіжсталь” на протязі 2001-2004 р.р. Об'єктом дослідження були процеси зношення твердосплавних прокатних валків дискового типу, що були отримані від різних виробників та розрізнялися за технологією виготовлення.

Проведені дослідження показали, що знос калібра в процесі експлуатації визначається в основному такими процесами:

а) утворенням на поверхні калібра дефектного шару визначеної глибини, переважно внаслідок формування сітки розпалу, що потребує усунення в процесі перешліфовування;

б) зміною профілю та глибини калібра в результаті абразивного зношування та видалення частини матеріалу валка з поверхні калібра.

Результати виконаних досліджень свідчать про те, що характер сітки розпалу, що формується в процесі експлуатації на поверхні калібра, буде різним в залежності від умов роботи та розміру карбідних часток. Для дрібнозернистої структури є характерним орієнтування тріщин розпалу у напрямку прокатки, у той час, як в разі грубозернистої структури частіш за все формується сітка розпалу з рівномірними комірками. У випадку значного розвитку первинних тріщин розпалу, вони можуть перетворитися в магістральні та привести до передчасного руйнування валка. Різниця в поведінці матеріалів може пояснюватися тим, що дрібний карбід не є перешкодою для фронту тріщини, що росте, і вона може легко його обминати. Великий карбід перешкоджає поширенню тріщини, що змушує її змінювати напрямок. Надалі тріщина натикається на нові карбіди і зрештою замикається.

Конкурентним утворенню сітки розпалу фактором, що визначає термін експлуатації калібрів, є абразивний знос. Методом металографічного аналізу встановлено, що в процесі роботи валка на поверхні калібра спостерігається підвищене зношування більш м'якої нікель-кобальтової структурної складової. Внаслідок цього відбувається оголення більш дрібних карбідів з наступним їх викришуванням, що сприяє подальшому стиранню зв'язки вже в більш глибоких шарах виробу. Таким чином, із зменшенням середнього розміру карбідів у структурі такого матеріалу слід очікувати зростання ступіню зношування виробу під час експлуатації.

Вперше в умовах промислового виробництва було проведено дослідження співвідношення внеску кожного з цих двох механізмів зношування (термічно-втомного та абразивного) на працеспроможність прокатних валків в залежності від швидкості прокатки та змінення кількості циклів нагріву та охолодження.

Розглянуті механізми зношування по-різному впливають на дискові прокатні валки в залежності від їх розташування в прокатному блоці. Так, для виробів, що працюють у клітях другої проміжної групи, переважає термічна втома. Калібри валків, що були зняті зі стана на перешліфування, мають сильно розвинену, грубу сітку розпалу з викришуванням її комірок з поверхні. Калібри валків, що відпрацювали в клітях чистової групи №№ 19-23, мають менш розвинену, однорідну сітку розпалу. Крім того, починаючи з 20 кліті, на поверхні калібрів спостерігається інтенсивне стирання сітки розпалу шляхом абразивного зношування. З наближенням до кінцевих клітей (із збільшенням швидкості прокатки) ступінь впливу абразивного зношування зростає. На валках 24-28 клітей вже не спостерігається глибока сітка розпалу: калібр, що відробив, має блискучу, злегка рельєфну поверхню. Глибока сітка не встигає зародитися- одразу відбувається її стирання металом, що прокатується.

Таким чином, підвищення працездатності комплекту валків потребує диференційного підходу до вдосконалення складу та структури матеріалу валків з урахуванням різних умов їх роботи у різних клітях стана. Очевидно, валки чи бандажі з твердих сплавів будуть мати переваги над іншими матеріалами в клітях швидкісних дрібносортових станів, в яких швидкість прокатки перебільшує 20..40 м/с (при швидкості обертання валків, більшій за 2000 об./хв.).

Для виготовлення ж валків, поверхня калібрів яких руйнується насамперед внаслідок термічної втоми, що має місце при швидкості прокатки до 10 м/с та швидкості обертання валків до 1000 об./хв., очевидно, недоцільно використовувати тверді сплави на основі карбіду вольфраму, які внаслідок низької теплопровідності схильні до утворення у цих умовах сітки розпалу. Такі матеріали у наведених умовах експлуатації як з економічної, так й з технічної доцільності слід , очевидно, замінити на леговані сталі, які характеризуються більшою теплопровідністю і, відповідно, значно меншою схильністю до утворення сітки розпалу. Основними вимогами до таких сталей повинні бути підвищена теплостійкість і забезпечення абразивної стійкості у наведених умовах експлуатації на рівні, близькому до такого у твердих сплавів при їх роботі у найбільш швидкісних клітях стана.

Не слід виключати можливості ефективного використання сталевих бандажів замість бандажів чи робочих валків з твердих сплавів і у клітях, швидкість прокатки у яких знаходиться у межах 10..20 м/с (кліті №№19, 20 стана 150), коли руйнування поверхні калібрів внаслідок утворення сітки розпалу може переважати вплив абразивного зношування.

Четвертий розділ “Особливості структури твердих сплавів для прокатних валків та їх вплив на механічні та експлуатаційні характеристики матеріалу”. У даному розділі проведено дослідження основних особливостей макро- та мікроструктури твердих сплавів та їх вплив на властивості матеріалу та експлуатаційну стійкість валків.

Наявність пор в структурі твердого сплаву веде до зниження його механічних властивостей. Пори в приповерхневих шарах калібрів робочих валків - це концентратори напруги та потенційні місця зароджування тріщин. Наявність крупних пор, що не виводяться за один норматив переточки, веде до збільшення рівню зішліфовки валка, а тому - до зменшення загального тонажу наробки за час експлуатації. Був проведений статистичний аналіз впливу рівню пористості у валках другої проміжної групи клітей стана ПС-1 КГМК на величину зшліфовки виробу під час перевалок. Встановлено, що наявність у структурі твердого сплаву пористості, вищої ніж 0,5% веде до підвищення рівню зшліфовки до величини вище нормативу. Причому збільшення пористості удвічі веде до майже двократного підвищення зшліфовки, якої потребує виріб під час перевалки, що веде до загального зменшення наробки у нормах проката під час всієї експлуатаційної кампанії валка.

Проведені дослідження показали, що у більшості випадків, наявність у структурі включень з1-фази веде до загального зменшення механічних властивостей твердого сплаву. Аналіз впливу вмісту з1-фази на експлуатаційні властивості прокатних валків показав, що така структурна складова починає впливати на роботоспроможність виробів вже у кількості, вищій за 0,3-0,4% від вмісту зв'язки: знижується експлуатаційна стійкість валків та різко підвищується схильність матеріалу до утворення сітки розпалу. У той час, як для різального інструмента наявність у структурі великої кількості фази типу з1 не є катастрофічною, у випадку прокатних валків за результатами металографічного аналізу повинна відбуватися відбраковка виробів із надлишковим вмістом даної структурної складової.

При використанні виробу із нерівномірною за розміром карбідною складовою можна очікувати підвищеного зношування в зонах з більш дрібними карбідами, що може привести до загального нерівномірного зношування робочих калібрів під час прокатки. Це приведе до підвищення рівня зшліфовування під час планової перевалки або до дострокової зупинки стана внаслідок невідповідання профілю проката нормативній документації. Таким же чином впливає нерівномірність розподілу зв'язуючої фази у структурі сплаву - перш за все відбувається витирання більш м'якої складової, внаслідок чого калібр втрачає свою форму.

Дослідження впливу розміру часток карбідної фази на механічні властивості та експлуатаційну стійкість прокатних валків з твердих сплавів показали, що, на відміну від різального інструмента з таких сплавів, рівень механічних властивостей матеріалу може не виступати в якості вирішального фактора забезпечення максимальної експлуатаційної стійкості робочих валків швидкісних дрібносортових станів. Незважаючи на можливе знеміцнення матеріалу в зв'язку зі збільшенням розмірів карбідів вольфраму, доцільним є використання для виготовлення таких валків твердих сплавів з крупнозернистою (у відношенні до часток WC) структурою, яка забезпечує більшу зносостійкість в калібрах. Ці аргументи підтверджуються і узагальненими результатами аналізу експлуатаційних характеристик твердосплавних валків, виготовлених з матеріалів з різним розміром часток карбіду вольфраму.

Встановлено, що ступінь знеміцнення твердих сплавів при випробуваннях на вигин зі зростанням середнього розміру часток карбіду вольфраму до 6..6,5 мкм зменшується із збільшенням долі зв'язуючої складової у складі матеріалу. Тому тверді сплави з меншим вмістом зв'язки, які характеризуються значно більшим рівнем увиг. у порівнянні зі сплавами, що містять 18..20% зв'язуючої, в разі середнього розміру часток WC 1..3 мкм, можуть не мати цієї переваги в сплавах з середнім розміром карбідних часток 5..6,5 мкм.

Таким чином, для забезпечення підвищеної експлуатаційної стійкості прокатні валки чистової групи клітей швидкісних дрібносортових прокатних станів, які підлягають під час експлуатації складному термомеханічному навантаженню, слід виготовляти з твердих сплавів, що мають більший середній розмір часток карбіду вольфраму - 4-6 мкм, незважаючи на зниження при цьому показників міцності при вигині матеріалу у порівнянні із такими для дрібнозернистої структури сплаву.

П'ятий розділ “Структура та властивості високовуглецевих хромонікелевих сталей ледебуритного класу для виготовлення прокатних валків”. Основною метою створення сталі для виготовлення прокатних валків чи бандажів для робочих клітей дрібносортових станів, де швидкість прокатки ще відносно невелика, на наш погляд, є забезпечення достатньої і стабільної твердості при підвищених температурах, високої зносостійкості і стійкості проти утворення сітки розпалу. Причому, валки з таких сталей повинні у цих клітях мати експлуатаційну стійкість не меншу, ніж для валків з твердих сплавів, які будуть встановлені у більш швидкісних клітях стана. З врахуванням наведеного обгрунтування експериментальні дослідження виконували на сталях, що містили 0,7-1,5% С, 12-15% Cr, 4-5% Ni. Причому, були виплавлені сталі, які характеризувалися максимальним у рекомендованому інтервалі вмістом хрому (15%) та нікелю (5%) при різній концентрації вуглецю - сталі типу Х15Н5, та сталь з концентрацією цих елементів на мінімальному (в рекомендованому інтервалі) рівні - сталь типу Х12Н4. Підвищення концентрації нікелю до 5% в сталі з 15% хрому було обумовлене необхідністю запобігання можливому утворенню фериту. В структурі всіх досліджених сталей у литому стані спостерігалися ділянки аустеніто-карбідної евтектики та кристали аустеніту. Проведені додаткові магнітометричні дослідження підтвердили відсутність -фази. Доля евтектики у структурі сталей збільшувалася у напрямку: 70Х15Н5, 100Х12Н4, 100Х15Н5, 150Х15Н5ВМ, що приводило до підвищення їх твердості.

У процесі наступної термічної обробки досліджених сталей з нагрівом до різних температур (850..1150С) було виявлено ряд особливостей, обумовлених перш за все підвищеною стійкістю переохолодженого аустеніту. Так, при зміні швидкості охолодження після нагрівання до різних температур (у воді, на повітрі, у печі із швидкістю 150 С/ч) твердість досліджених сталей змінювалася у невеликій мірі- звичайно у межах 1-3 од. HRC. Але рівень твердості, що досягається, знаходиться у складній залежності від температури нагріву під зміцнюючу термічну обробку. Підвищення температури нагріву під гартування до 900..920С приводило до монотонного збільшення твердості сталі, подальше підвищення температури нагріву у вивченому інтервалі температур призводило до різкого зниження твердості загартованої сталі

Рис. Залежність твердості сталей 70Х15Н5 (1), 100Х15Н5 (2), 150Х15Н5ВМ (3) від температури нагріву під гартування

Аналіз кривих залежності твердості сталей від температури нагріву під гартування дозволяє розділити їх на дві ділянки, які описуються залежностями різного виду: І- у інтервалі температур 800..950С, II- в інтервалі температур 1000..1150С. Перша ділянка кривої з високим ступенем достовірності описується квадратичною залежністю. На другій ділянці зміна твердості з підвищенням температури нагріву під гартування дуже точно описується лінійною залежністю.

Зростання твердості сталей із збільшенням температури нагріву під гартування до 900..920С обумовлено перш за все зростанням долі мартенситу у структурі. Під час подальшого підвищення температури нагрівання під гартування відбувається все більш повне розчинення вторинних карбідів, а також часткове розчинення карбідної фази нерівноважної евтектики. Це веде до збільшення концентрації вуглецю та легуючих елементів у аустеніті та, відповідно, підвищення ступіню його стійкості під час охолодження. Тому по мірі збільшення температури нагрівання під гартування у інтервалі 950..1150С доля мартенситної складової у структурі безперервно зменшується, а доля аустениту високого ступіню легованості зростає. Разом з деяким зниженням кількості евтектичних карбідів з підвищенням температури нагріву ці фактори й визначають зниження твердості загартованих сплавів.

Вивчення впливу температури відпуску в інтервалі 400..600С у разі короткочасної витримки показало, що значного знеміцнення сталей у порівнянні із загартованим станом не відбувається, причому, зберігається тенденція зменшення твердості сталі з підвищенням температури нагріву під гартування та із зменшенням концентрації у сплаві вуглецю.

Однак, слід відмітити встановлений нами складний характер змінення структури та властивостей досліджених сталей не тільки від температури нагріву під гартування, але й від тривалості витримки під час відпуску, що було досить детально досліджено для температури відпуску 550С. Така температура вже повинна перевищувати очікуваний максимальний розігрів приповерхневого шару робочих валків в процесі прокатки. Тривалість витримки в процесі відпуску при цьому змінювали в інтервалі 0,5..10 годин.

На кривих залежності твердості від температури гартування та загальної тривалості витримки під час відпуску виявили декілька стадій змінення характеру ходу кривих.

На наш погляд, можна виділити такі стадії:

1) знеміцнення сталі при досить короткочасній (переважно, впродовж 1-1,5 год.) загальній витримці при цій температурі, що, очевидно, може бути насамперед викликане процесами розпаду мартенситу;

2) зміцнення сталі при подальшому збільшенні часу загальної витримки до 2..3 годин в залежності від температури нагріву, найбільш суттєвою причиною якого можна вважати процеси розпаду метастабільного аустеніту;

3) знеміцнення сталі при збільшенні часу загальної витримки до 3,5..4,5 годин в залежності від складу сталі та температури нагріву під гартування;

4) новий етап зміцнення сталі при збільшенні тривалості витримки до 4,5 - 7 годин в залежності від умов гартування.

Слід відзначити, що досліджені сталі характеризуються досить високою теплостійкостю: навіть сумарна витримка при температурі відпуску 550єС впродовж 9..10 годин не приводить до зменшення твердості нижче HRC 42..44 для сталей типу 100Х12Н4, 150Х15Н5 та HRC 52..54 для сталі типу 150Х15Н5ВМ в разі їх попереднього гартування від температур 950..1100єС.

Для отримання структури з ізольованими карбідними включеннями температура нагріву під гартування повинна бути високою. У данному випадку в структурі сталі зберігається значна кількість залишкового аустеніту, а загальна твердість загартованої сталі зменшується до HRC 28-38 (в залежності від складу сталі). Підвищення температури відпуску до 750єС призвело до прискорення процесу виділення карбідів. Підвищення температури повторного нагріву до 850єС сприяє прискоренню процесу розпаду аустеніту та виділенню карбідів більшого розміру й дозволяє отримати на зразках сталі з вмістом вуглецю 1..1,5%, загартованих від 1100єС, твердість біля HRC 46, а на зразках, загартованих від 1150єС, твердість на рівні HRC 52-54. Структура сплаву із меншою концентрацією вуглеця характеризується меншою кількістю карбідів евтектичного типу, у сплаві з 1,5% С та домішками Mo та W зберігається суцільна сітка евтектики після всіх видів обробки. Карбіди, які сформовані під час додаткового нагріву загартованої сталі до підвищених температур, мають більший розмір і рівномірно розташовані у матриці.

Таким чином, шляхом термічної обробки можна змінювати структуру в дослідженій сталі у широких межах й отримувати структурний стан, який відповідає конкретним умовам експлуатації. Крім того, сталь досліджених складів має ряд технологічних переваг: підвищену стійкість переохолодженого аустеніту, яка дозволяє отримати структуру мартенситного типу навіть після охолодження на повітрі (для перетину менше 50 мм), менше окалиноутворювання під час нагріву для термічної обробки й задовільну оброблюваність різанням під час механічної обробки у литому стані й після гартування від високих температур.

В дослідно-промислових умовах для виготовлення литих бандажів прокатних валків була виплавлена сталь, склад якої відповідає марці 100Х12Н4. Шляхом термічної обробки отримали структуру без суцільної сітки евтектики, з рівномірно розташованими у матриці дрібнодисперсними карбідами легуючих елементів, яка повинна забезпечувати достатню стійкість до абразивного зношування та низьку схильність до термічної втоми.

Шостий розділ”Практична реалізація результатів роботи”. Дослідження стійкості твердосплавних дискових прокатних валків під час експлуатації на дрібносортових безперервних прокатних станах показали очевидну перевагу виробів зі сплаву із більшою за розміром карбідною складовою над такими із дрібнозернистою структурою. Враховуючи ці результати, на дослідно-експериментальній ділянці порошкової металургії НВТ “ДОНІКС” було скореговано технологію виробництва твердосплавних валків, що дозволило отримувати продукцію із більшим розміром карбідних часток у структурі ( середній розмір карбідів зріс до 5-6 мкм замість 2-3 мкм). Із введенням в експлуатацію даних виробів різко знизилася кількість зупинок стана внаслідок руйнування валків у касеті під час прокатки (з причини формування магістральних тріщин); виключилися випадки нерівномірного зношування поверхні калібрів із наступною втратою їх профілю; сітка розпалу стала мати більш рівномірний характер та ін. На стані ДС-1 КГМК “Криворіжсталь” під час використання виробів із крупною карбідною складовою кількість випадків втрати профілю калібрів валків знизилася на 86% відносно періоду використання валків із дрібною карбідною складовою; доля випадків руйнування валків з причини утворення магістральних тріщин знизилася на 81%. Для стана 150 ЗАТ “Макіївський металургійний завод” ці цифри складають 89% та 86% відповідно.

Крім того, у 2003 році на стані 150 ДС-1 комбінату “Криворіжсталь” було проведено аналіз стійкості прокатного інструмента чистового блоку клітей, виходячи з якого було прийнято рішення підвищити тонаж за одну установку на валках кліті №28 чистового блоку. Норма проката за одну установку для валків зросла на 400 т, загальний тонаж за експлуатаційну кампанію зріс на 16000 т, що складає 25% від попереднього нормативу.

На базі НВТ “ДОНІКС” виготовлені 8 одиниць твердосплавних та 4 одиниці сталевих бандажів для промислового випробування в умовах дрібносортових станів 250 ВАТ КГМК “Криворіжсталь” у межах спільної дослідної програми (акт використання результатів дисертаційного дослідження № ИР05-09/1).

Матеріалом для сталевих бандажів стала сталь типу 100Х12Н4. Такі сталеві бандажі пройшли дослідно-промислове опробування у чистовій кліті №23 стана 250 КГМК при виробництві проката періодичного профілю №10.

Постачання промислових партій даних виробів дозволить відмовитися від імпорта (зараз твердосплавні бандажовані валки на комбінат “Криворіжсталь” постачаються шведською фірмою “SANDVIK”). А враховуючи те, що виготовлення частини деталей (вісі, зажимні елементи та ін.) та зборку валків можна проводити безпосередньо на комбінаті, це значно скоротить собівартість даних виробів.

Позитивні результати дослідно-промислових випробувань сталевих бандажів дозволяють рекомендувати для виготовлення робочих валків та бандажів деяких клітей чистового блоку сортопрокатного стана високовуглецеву хромонікелеву сталь запропонованого складу замість значно дорожчих твердих сплавів.

Валки, зроблені зі сталі, удвічі легше, ніж твердосплавні (наприклад, твердосплавний валок типорозміру Ш330хШ180х100 має масу 84,1 кг, а сталевий важитиме 46,84 кг), та дешевше (середня вартість готового виробу з твердого сплаву складає близько 450 грн./кг, а зі сталі 100Х12Н4- близько 160 грн./кг). Таким чином, у разі диференційованого підходу до вибору матеріалу для виготовлення прокатних валків в залежності від переважаючого виду зношення, при використанні сталевих валків передчистової групи замість твердосплавних, економічна ефективність складатиме 30350,6 грн. з одного валка. Використання виробів зі сталі 100Х12Н4 може бути вигідним навіть за необхідності збільшення парку таких валків у порівнянні із твердосплавними.

ВИСНОВКИ

В дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу, яка полягала у визначенні особливостей деградації (зношування) калібрів валків та бандажів швидкісних дрібносортових прокатних станів в залежності від швидкості прокатки (V = 5..100 м/с), структури та складу сплавів та розробці засад підвищення експлуатаційної стійкості валків (стійкість твердосплавних валків з регламентованою структурою підвищена на 25% у порівнянні з валками, що використовувалися раніше).

За результатами дисертаційної роботи зроблено такі основні висновки.

1. На підставі проведеного аналітичного огляду встановлено, що в літературі практично відсутня інформація щодо переважаючих видів зношування робочої поверхні прокатних твердосплавних валків чистових та проміжних груп швидкісних сортопрокатних станів, а також дані відносно впливу хімічного та фазового складу, структури матеріалу валків на експлуатаційні характеристики таких виробів.

2. Вперше в умовах діючого виробництва досліджені особливості зношування калібрів валків з твердих сплавів на основі карбіду вольфраму передчистової та чистової групи клітей високошвидкісних сортопрокатних станів. Встановлено, що по мірі збільшення швидкості прокатки та швидкості зміни циклів нагріву та охолодження вид зношування поверхні калібрів поступово змінюється від переважаючої термічної втоми при швидкості прокатки до 10м/с і швидкості зміни термоциклів до 1000 об./хв., до переважаючого абразивного зношування при швидкості прокатки вище 30..35 м/с. В умовах, коли переважаючим механізмом руйнування робочої поверхні калібрів є термічна втома, замість твердих сплавів на основі карбіду вольфраму доцільно використовувати теплостійкі леговані сталі.

3. Встановлено, що заміна дрібнозернистих (з розміром карбідних часток до 2..3 мкм) твердих сплавів на сплави з розміром часток WC більше 4 мкм, незважаючи на зниження межі міцності при вигині, дозволяє підвищити експлуатаційні показники роботи валків за рахунок зниження ефекту викришування поверхні калібра, забезпечення більш рівномірної їх виробки. Наявність в структурі твердого сплаву крупних ділянок з1-фази і пористості, більшої за 0,5% за стандартною шкалою, приводить до зниження показників його міцності та загальної експлуатаційної стійкості.

4.Встановлено, що в твердих сплавах як з кобальтовою, так і з кобальт-нікелевою зв'язкою межа міцності при вигині зменшується зі зростанням як розміру часток карбіду вольфраму, так й долі зв'язуючої складової, але вплив розміру карбідів є переважаючим. При цьому ефект знеміцнення сплаву під впливом збільшення середнього розміру карбідів вольфраму у межах 2..6 мкм збільшується при зменшенні долі зв'язки від 20 до 14%.

5. Встановлено, що характер сітки розпалу на поверхні калібрів валків залежить від розмірів часток карбідів вольфраму. В разі використання твердих сплавів із дрібнозернистою карбідною складовою формуються тріщини розпалу, орієнтовані у напрямку прокатки. На робочій поверхні валків із сплаву з карбідами крупного розміру формується сітка розпалу з рівномірними, неорієнтованими комірками, розмір яких зменшується із зростанням швидкостей прокатки та зміни термоциклів.

6. Для виготовлення валків та бандажів для валків, коли переважаючим механізмом руйнування поверхні калібрів є термічна втома, запропоновано використовувати високовуглецеві хромонікелеві сталі, що містять 12..15% Cr та 4..5 % Ni. За рахунок легування нікелем сталі в литому стані мають структуру, яка містить аустенітну основу і аустенітно-карбідну евтектику, доля якої збільшується з підвищенням вмісту вуглецю від 0,7 до 1,5 %, а також під впливом додаткового легування сплаву вольфрамом та молібденом (до 1% кожного).

7. Обгрунтована можливість отримання в досліджених сталях при подальшій термічній обробці структури різного типу- аустенітно-карбідної, аустеніто-мартенсито-карбідної, мартенситно-карбідної, що дозволяє у широких межах змінювати рівень їх властивостей в залежності від умов експлуатації та забезпечувати зберігання твердості сталі на рівні, не нижче ніж HRC 40..53 в залежності від її складу та структури навіть в разі тривалої (не менше 9..10 годин) витримки при температурах 550..600°С. Це дає підстави рекомендувати такі сплави в якості матеріалу для виготовлення прокатних валків, що працюють в умовах значного циклічного розігріву їх приповерхневого шару.

8. Встановлено складний характер залежності структури та властивостей досліджених сталей від температури нагріву під гартування з максимумом твердості при температурі 900..920?С, яка на 50..100°С нижче, ніж для високовуглецевих високохромістих, які не містять нікель. З підвищенням температури нагріву під гартування в інтервалі 950..1150°С доля мартенситу у структурі зменшується практично до 0, а доля аустеніту відповідно зростає при частковому розчиненні карбідів евтектики.

9. Встановлений складний характер змінення твердості сталі від температури та тривалості відпуску при підвищених температурах визначається вихідною структурою сталі після гартування та ступенем легованості аустеніту та мартенситу, які визначають розвинення у часі процесів розпаду твердих розчинів і карбідних перетворень. Високий рівень твердості загартованої та відпущеної хромонікелевої сталі і попередження її значного знеміцнення при тривалій витримці при підвищених (до 550..600°С) температурах забезпечує гартування з нагрівом до 1000..1050°С.

10. Додатковий нагрів загартованої сталі до підвищених - 750..850°С- температур приводить до розвинення карбідного перетворення з утворенням достатньо дисперсних рівномірно розподілених у матриці карбідів. Формування матриці з підвищеною твердістю, в якій рівномірно розташовані надлишкові карбіди легуючих елементів та ізольовані евтектичні карбіди, які не формують суцільної сітки, є бажаним для забезпечення високої зносостійкості у сукупності із стійкістю проти термоциклічного навантаження. Отримання такої структури було забезпечене в сталі типу 100Х12Н4.

11. Результати роботи були використані під час корегування технології виготовлення твердосплавних дискових прокатних валків, які серійно поставляються НВТ “ДОНІКС” на стани 150 ЗАТ “Макіївський металургійний завод” та ВАТ КГМК “Криворіжсталь”. Були виготовлені бандажі робочих валків з твердих сплавів на основі карбіду вольфраму та високовуглецевої хромонікелевої сталі, які пройшли успішні дослідно-промислові випробування в умовах дрібносортового стана 250 ВАТ КГМК “Криворіжсталь”. На підставі отриманих результатів були внесені зміни до технологічних умов ТУ У 13495380.003-98 “Валки дисковые прокатные из композиционного твердого сплава” у частині регламентації розміру часток карбіду вольфраму при виготовленні валків та бандажів з твердих сплавів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Горбатенко В.В. Характер зношування твердосплавних дискових прокатних валків// Металознавство та обробка металів.- 2003.- №3.- С. 30-32.

2. Особенности структуры перспективных материалов для валков горячей прокатки/В.В. Пашинский, А.Д. Рябцев, В.В. Горбатенко, Е.Г. Пашинская// Сталь.- 2003.- №5.- С. 73-75.

3. Разработка эффективных технологий производства твердосплавных прокатных валков дискового типа и их применение на высокоскоростных проволочных станах/ А.Г. Маншилин, В.В. Пашинский, Д.Г. Сидоренко, В.В. Горбатенко// Производство проката.- 2004.- №2.- С. 30-33.

4. Сидоренко Д.Г., Пашинський В.В., Горбатенко В.В. Аналіз основних факторів, що впливають на стійкість прокатних валків чистової та другої проміжної групи клітей високошвидкісних дротових станів// Строительство, материаловедение, машиностроение.- Дн-ск: ПГАСА.- 2004.- С. 50-56.

5. Пашинский В.В., Горбатенко В.В. Структура и свойства высокоуглеродистой инструментальной стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита// Строительство, материаловедение, машиностроение.- Дн-ск: ПГАСА.- 2004.- С. 90-95.

6. Пашинский В.В., Горбатенко В.П., Горбатенко В.В. Особенности влияния параметров нагрева на структуру и свойства высокоуглеродистой хромоникелевой стали ледебуритного класса// Научные труды ДонНТУ.Серия „Металлургия”.- №2- 2004.- С. 53-56.

7. Производство твердосплавных прокатных валков дискового типа и факторы, влияющие на их эксплуатационную стойкость. А.Г. Маншилин, Д.П. Кукуй, Д.Г. Сидоренко, В.В. Пашинский, В.В. Горбатенко// Металл и литье Украины.- 2004.- № 3-4.- С. 17-18.

АНОТАЦІЇ

Горбатенко В.В. Вдосконалення структури сплавів для валків дрібносортових прокатних станів з метою підвищення їх експлуатаційної стійкості.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 “Металознавство та термічна обробка металів”.- Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.

Дисертація присвячена вивченню впливу складу та структури твердих сплавів на умови руйнування робочої поверхні валків швидкісних дрібносортових прокатних станів, а також пошуку альтернативних сплавів (високовуглецевих хромонікелевих сталей) для їх виготовлення з врахуванням переважаючого механізму зношування. Уперше в умовах діючого виробництва досліджені особливості зношення калібрів валків з твердих сплавів передчистової та чистової групи клітей безперервних високошвидкісних дрібносортових прокатних станів. Встановлено, що використання твердих сплавів із крупним розміром карбідних часток дозволяє підвищити експлуатаційні показники валків за рахунок зниження ефекту викришування поверхні калібра , більш рівномірної їх виробки. Висловено припущення, що тверді сплави вивченого складу можуть не бути найкращим матеріалом для виготовлення валків для використання в умовах зношення з домінуючим механізмом термічної втоми. У зв'язку із цим запропоновано при виготовленні таких валків використовувати теплостійкі високовуглецеві хромонікелеві сталі з більш високою, ніж у твердих сплавів теплопровідністю й стійкістю до утворення тріщин розпалу. Встановлено складний характер залежності структури та властивостей сталей від температури нагріву під гартування та повторного нагрівання. Результати роботи були використані під час корегування технології виготовлення твердосплавних дискових прокатних валків, які серійно поставляються НВТ “ДОНІКС” на стани 150 ЗАТ “Макіївський металургійний завод” та ВАТ КГМК “Криворіжсталь”. Були виготовлені бандажі робочих валків з твердих сплавів та високовуглецевої хромонікелевої сталі, які пройшли успішні дослідно-промислові випробування в умовах дрібносортових станів 250 ВАТ КГМК “Криворіжсталь”.