прокатные валки изготовление

Когда говорят о прокатных валках, многие сразу представляют токарный станок и заготовку. Но это лишь вершина айсберга. Настоящая история начинается гораздо раньше, с выбора слитка и способа его уплотнения. Именно здесь кроются и основные ошибки, когда пытаются сэкономить на этапе ковки или переплава, а потом удивляются, почему валок пошел трещинами после недолгой работы в клети чистовой группы.

От слитка до поковки: где закладывается ресурс

Мой опыт подсказывает, что для ответственных валков, особенно для финишных клетей, экономить на электрошлаковом переплаве (ЭШП) — себе дороже. Да, это дороже обычной выплавки, но структура металла получается другой, более однородной, с минимальным количеством неметаллических включений. Мы на своем производстве, в ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, для таких заказов всегда используем ЭШП. У нас для этого стоит своя электропечь. Разница видна даже после травления макрошлифа — у ЭШП-слитка зональная ликвация выражена несравнимо меньше.

А вот дальше — ковка. Тут тоже не все так просто. Некоторые думают, что главное — придать форму. Нет, главное — разрушить литую структуру, получить мелкозернистую. И здесь важен не просто гидравлический пресс, а режим ковки: температура, степень обжатия за проход, скорость. Если перегреть металл — зерно станет крупным, прочность упадет. Если обжимать слишком малыми деформациями — структура не улучшится. У нас на площадке стоит пресс на 2000 тонн, и для валков среднего сечения этого достаточно, но всегда нужно считать обжатие конкретно под размер поковки. Бывало, для крупногабаритных валков приходилось делать несколько нагревов, чтобы прокатать всю массу металла — это нормально, но каждый нагрев — это риск обезуглероживания и роста зерна.

И сразу после ковки — отжиг. Обязательно. Поковку нужно ?успокоить?, снять внутренние напряжения, подготовить структуру к последующей механической обработке. Если пропустить этот этап или провести его неправильно, при токарной обработке валок может ?повести?, геометрия пойдет вразнос. У нас в цеху несколько печей для отжига, что позволяет гибко выстраивать термоцикл в зависимости от марки стали.

Механообработка: точность — не самоцель

Токарная обработка — это, конечно, визитная карточка готового валка. Все смотрят на чистоту поверхности и точность размеров. Но здесь я часто сталкивался с одной дилеммой. С одной стороны, нужно выдержать чертеж, часто с допусками в сотки миллиметра. С другой — нельзя забывать о финальной термообработке, которая неизбежно даст небольшую деформацию. Поэтому опытный технолог всегда закладывает определенный ?запас? по размерам и, что критично, по овальности и конусности бочки валка, исходя из поведения конкретной марки стали при закалке.

Мы используем тяжелые горизонтальные токарные станки, это позволяет обрабатывать валки длиной до 6 метров. Но ключевой момент — это базирование и центрирование заготовки. Если изначально ?завалить? оси, то все последующие операции пойдут насмарку. Приходится тратить много времени на предварительную подгонку центров и проверку биений. Иногда, если поковка была с остаточным напряжением, она может ?встать? уже на станке после снятия первого слоя — и это всегда неприятный сюрприз, требующий остановки и переустановки.

И еще про поверхность. Для чистовых клетей шероховатость бочки валка — это святое. Но добиться идеальной поверхности на токарном станке — не всегда правильно. Часто после токарной обработки нужна шлифовка. Но тут есть нюанс: если валок потом будет подвергаться поверхностной закалке (ТВЧ, например), то шлифовать нужно уже после термообработки. А если объемная закалка — то шлифовка финальная. Путать эту последовательность нельзя.

Термичка: где рождается твердость и сердцевина

Термическая обработка — это самый ответственный этап в изготовлении прокатных валков. Можно идеально отковать и обточить заготовку, но испортить все в печи. Основная задача — получить высокую твердость на поверхности (иногда до 80-85 HS) при вязкой сердцевине. Это противоречивые требования.

Мы применяем объемную закалку с последующим высоким отпуском (улучшение) для валков черновых и промежуточных клетей. Для этого у нас есть электрические печи для улучшения. Важно контролировать скорость нагрева, особенно для крупных сечений, чтобы не было термических трещин. И еще важнее — охлаждение в закалочной среде. Масло или полимер? Зависит от стали. Слишком быстрое охлаждение в масле может дать высокие напряжения, слишком медленное в полимере — недобор твердости. Приходится экспериментировать и вести журналы режимов для каждой партии.

А вот для рабочих валков чистовых клетей часто нужна поверхностная закалка. Мы ее не делаем, это отдельная сложная история с индукторами. Но знаю по опыту коллег, что здесь главная проблема — получить равномерную глубину закаленного слоя по всей длине бочки, особенно если есть конусность. Часто бывает, что на концах слой тоньше. Это и есть та самая ?практика?, которую не прочитаешь в учебнике.

Контроль: недоверие — основа качества

После каждого этапа — контроль. После ковки — УЗД на внутренние дефекты. После токарки — проверка размеров и биений. После термообработки — измерение твердости по всей поверхности и на глубине (с помощью снятия слоев на образцах-свидетелях). Бывали случаи, когда при УЗД обнаруживали не провар в центре поковки. Приходилось либо пускать на менее ответственные детали, либо, если дефект критичный, — в брак. Это болезненно, особенно для крупной поковки, но лучше здесь, чем на стане у заказчика.

Один из самых показательных тестов — это проверка на остаточные напряжения методом кольца или, для валков, иногда делают пробную шлифовку и смотрят на деформацию. Если валок ?вело? после снятия слоя, значит, термообработка была некачественной, напряжения не сняты. Такой валок в работу пускать нельзя.

И финальный этап — это паспортизация. В паспорте на валк должны быть все данные: марка стали, номера плавки и слитка, режимы ковки, термообработки, результаты всех контролей. Это не бюрократия, а необходимость. Если через полгода на стане возникнет проблема, по этим данным можно будет понять, в чем дело.

Вместо заключения: о масштабах и возможностях

Работая в компании, которая производит около 5000 тонн поковок в год, как наша ООО Цзиюань Юйбэй, понимаешь, что изготовление валков — это не конвейер. Это штучная, почти ювелирная работа с многотонными заготовками. Каждый валок — это отдельная история, свой набор технологических решений. У нас 30 человек в команде, и это позволяет держать все процессы под личным контролем мастера, не превращаясь в безликую фабрику.

Основные направления, которые у нас работают — электрошлаковый переплав, ковка, отжиг, токарка, улучшение — это и есть полный цикл для большинства типов прокатных валков. Конечно, мы не делаем валки для скоростных станов с бесконечным ресурсом, это удел гигантов. Но для ремонтного фонда многих отечественных станов, для замены валков на сортовых, полосовых станах — наш уровень как раз.

Так что, возвращаясь к началу, изготовление прокатных валков — это цепочка взаимосвязанных решений, где ошибка на раннем этапе убивает всю работу. И главный инструмент здесь — не самый современный станок (хотя и он важен), а понимание физики процессов, происходящих в металле, и опыт, который часто строится на анализе собственных неудач.