Опорный валок

Когда говорят про опорный валок, многие, особенно новички в прокатке, представляют себе просто массивную болванку, которая крутится и всё. На деле, это, пожалуй, самый нагруженный и капризный узел в рабочей клети. От его геометрии, материала и, главное, состояния поверхности зависит не просто качество полосы, а сама возможность непрерывной работы стана. Частая ошибка — уделять всё внимание рабочим валкам, а опорные рассматривать как пассивную ?подставку?. Это в корне неверно.

Из чего рождается надёжность? Материал и ковка

Здесь всё начинается с заготовки. Литая болванка — это одно, но для серьёзных нагрузок, особенно в широкополосных станах горячей прокатки, нужна качественная поковка. Именно ковка формирует ту самую волокнистую структуру металла, которая противостоит усталостным трещинам. Мы как-то пробовали сэкономить на одном заказе, взяли валки из переделанной литой заготовки от другого поставщика. Внешне — монолит, УЗК прошёл. Но через три месяца работы под нагрузкой по телу пошла сетка мелких трещин, не сквозных, но ресурс упал катастрофически. Разрезали потом — внутри неоднородность, раковины. С тех пор только проверенные производители поковок.

Кстати, о производителях. Сейчас много кто предлагает, но не все выдерживают режимы осадки и проковки для таких крупногабаритных деталей. Видел хорошие заготовки от ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство. У них на сайте (https://www.jyybdz.ru) указано, что есть направление ковки и электрошлакового переплава (ЭШП). ЭШП — это уже серьёзно для ответственных деталей. Металл после него чище, структура однороднее. Для опорного валка, который работает на изгиб и контактные напряжения, это критически важно. У них же, судя по описанию, полный цикл: ковка, отжиг, токарная обработка, термообработка. Это правильный подход — контроль на всех этапах.

Но даже идеальная поковка — не панацея. Важен химический состав. Обычно это стали типа 9ХФ, 60ХН, 75ХМ, легированные хромом, никелем, молибденом для прокаливаемости и вязкости. Иногда для особо тяжёлых условий идёт 150ХНМ. Тут уже идёт баланс между твёрдостью бочки (после поверхностной закалки) и вязкостью сердцевины. Слишком твёрдая сердцевина — риск хрупкого разрушения, слишком мягкая — большой прогиб под нагрузкой.

Термичка: где кроется дьявол

Термическая обработка — это отдельная песня. Объёмная закалка всего валка — это пережиток. Сейчас стандарт — поверхностная закалка ТВЧ (токами высокой частоты) бочки и шеек. Задача — получить твёрдый износостойкий слой (до 65-70 HRC) на глубине 20-40 мм, при этом сохранив вязкую сердцевину. Главная проблема — управление переходной зоной. Резкий переход от твёрдого слоя к мягкому — концентратор напряжений. При циклических нагрузках именно здесь может пойти трещина.

Помню случай на одном из наших станов. Опорные валки после переточки начали ?сыпаться? — на поверхности бочки появлялись выкрашивания. Сначала грешили на материал. Разобрались — виноват режим закалки у подрядчика. Перегрев, слишком быстрый нагрев, неправильная скорость перемещения индуктора. В итоге структура в поверхностном слое получилась перегретая, крупноигольчатый мартенсит, хрупкий. Пришлось менять поставщика термообработки. Теперь всегда требуем протоколы с графиками нагрева и охлаждения.

Отжиг после ковки — тоже недооценивают. Если его недоделать или сделать неправильно, в материале останутся высокие остаточные напряжения. Они потом, при механической обработке или уже в работе, могут проявиться в виде коробления или, что хуже, снизить усталостную прочность. У того же ООО 'Цзиюань Юйбэй' в перечне оборудования указаны печи для отжига и улучшения — это хороший знак, что процесс выстроен.

Механообработка: точность и ?чувство металла?

Токарная обработка бочки опорного валка — это не просто ?снять стружку до размера?. Здесь нужна идеальная геометрия. Бочка должна быть не просто цилиндрической, а часто иметь определённую выпуклость (бочку) для компенсации прогиба под нагрузкой. Расчёт этого профиля — отдельная инженерная задача, зависит от ширины прокатываемой полосы, давления и жёсткости клети.

Работал с горизонтальными токарными станками с ЧПУ. Казалось бы, заложил программу — и всё. Но нет. Обработка таких крупных деталей (диаметром под метр и больше, длиной несколько метров) — это постоянный контроль биения, тепловыделения, вибрации. Резец должен идти плавно, без рывков. Любая вибрация оставит на поверхности микрозадиры, которые станут очагами усталости. Опытный токарь по звуку и виду стружки определяет, как идёт резание.

Особое внимание — галтелям, переходам от бочки к шейкам. Это самые опасные с точки зрения концентрации напряжений места. Радиусы должны быть выдержаны идеально, без рисок, заусенцев. Часто после термообработки здесь делают финишную шлифовку. Шейки под подшипники — отдельная история. Точность по 6-му, иногда 5-му квалитету, шероховатость Ra 0.4. От этого зависит нагрев подшипникового узла.

Эксплуатация: что видно в цеху

В работе опорный валок живёт тяжёлой жизнью. Основные враги — абразивный износ от окалины и окатышей (особенно в первых клетях черновой группы), контактно-усталостные повреждения (питтинг, выкрашивание) и тепловые удары. Самый показательный момент — переточка.

Когда валок приходит с прокатного стана на переточку, первое, что делаем — тщательный осмотр. Ищешь сетку трещин, особенно в средней части бочки. Часто они идут вдоль образующей. Мелкие, поверхностные — можно снять шлифовкой. Если пошли глубже, в зону перехода твёрдого слоя — валок, скорее всего, на выброс. Ремонтировать наплавкой? Для опорных валков это крайне рискованно, нарушается целостность материала. Чаще идёт в утиль.

Ещё одна практическая проблема — неравномерный износ по длине бочки. Если прокатывают в основном полосы одной ширины, в центре образуется ?пояс? износа. При последующей прокатке более широкой полосы края нового профиля лягут на нестёртые участки, будет неравномерный контакт, возможна деформация рабочего валка. Поэтому график переточек и ротации валков в парке нужно планировать с учётом программы прокатки.

Выбор и логистика: не только цена

При заказе новых опорных валков сейчас смотрю не на голую спецификацию, а на комплекс. Во-первых, наличие полного цикла у производителя, как у упомянутой компании. Когда ковка, термообработка и механообработка находятся в одних руках, проще отследить ответственность. Во-вторых, возможность предоставить полный пакет документов: сертификаты на материал, протоколы УЗК, твёрдость по сечению, протоколы термообработки.

В-третьих, геометрические параметры. Не просто диаметр и длина, а чертежи с указанием профиля бочки (даже если это ?ноль?), радиусов галтелей, допусков на шейки. И главное — балансировка. Несбалансированный опорный валок на высоких скоростях прокатки — это вибрации, которые убивают подшипники и ухудшают качество полосы.

Логистика таких махин — тоже задача. Вес одного валка может достигать 30-40 тонн и больше. Нужен специальный транспорт, краны для погрузки-разгрузки. Повреждение при транспортировке (удар по шейке, например) может отправить новый валок сразу в ремонт. Поэтому упаковка, крепление на тележке — на это тоже обращаю внимание при приёмке.

В итоге, опорный валок — это не расходник, а капитальный компонент. Его выбор, эксплуатация и обслуживание требуют системного подхода, глубокого понимания металлургии и условий работы стана. Экономия на этапе закупки или изготовления почти всегда выливается в многократные потери из-за простоев и брака на прокатке. Лучше один раз найти надёжного партнёра с технологией, чем потом постоянно тушить ?пожары? в цехе.