Рабочие валки

Когда слышишь ?рабочие валки?, многие представляют просто цилиндр, который давит металл. На деле же — это сердце прокатного стана, и от его ?здоровья? зависит всё: и профиль, и качество поверхности, и простои. Частая ошибка — гнаться за максимальной твёрдостью, забывая про вязкость и остаточные напряжения. Сам через это проходил.

Из чего рождается стойкость

Материал — это база. Для горячей прокатки, скажем, нужны стали, держащие твёрдость при высоких температурах — типа 55Х, 9ХФ. Хром, ванадий, молибден — их роль не просто ?добавить?, а выдержать баланс. Недостаток легирования — валок быстро износится, перебор — может пойти трещинами уже при ковке или закалке. Тут как раз к месту вспомнить про электрошлаковый переплав (ЭШП), который убирает неметаллические включения, делает структуру однороднее. На том же производстве, где я бывал, в ООО ?Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство? (сайт: https://www.jyybdz.ru), ЭШП — обязательный этап для ответственных поковок, включая заготовки под рабочие валки. Без этого сложно добиться стабильной работы валка в условиях ударных циклических нагрузок.

А вот ковка... Это не просто придать форму. Направление волокна должно следовать контуру бочки валка. Если нарушить — появится анизотропия, и стойкость упадёт в разы. На том же гидравлическом прессе важно контролировать температуру конца ковки, чтобы не допустить роста зерна. Потом отжиг — для снятия напряжений и подготовки под механическую обработку. Мелочь? Нет, фундамент.

Пробовали как-то сэкономить на режимах отжига для партии валков из 9Х2МФ. Вроде бы твёрдость после термообработки вышла в норме. Но в работе на среднесортном стане два валка из партии дали продольные трещины уже через неделю. Разбор показал — не до конца снятые внутренние напряжения после ковки плюс перегрев при закалке сыграли злую шутку. Пришлось возвращаться к проверенным графикам.

Термичка: где кроется дьявол

Закалка и отпуск — самый критичный этап. Цель — получить нужную твёрдость по всей глубине бочки (часто требуется градиент, чтобы сердцевина была вязкой) и минимизировать деформацию. Индукционная закалка ТВЧ популярна — она даёт твёрдый поверхностный слой и относительно мягкую сердцевину. Но тут своя головная боль — подбор частоты тока, скорости перемещения индуктора, интенсивности охлаждения.

Однажды столкнулся с проблемой ?мягких пятен? на бочке после ТВЧ. Валок для прокатки арматуры, материал 60ХН. Твёрдость скакала на 10-15 единиц HRC. Оказалось, дело в неоднородности исходной структуры после предварительного улучшения (улучшение — это закалка+высокий отпуск, кстати). Заготовка, видимо, где-то недопрогрелась в печи. Пришлось всю партию отправлять на переделку — снова на отжиг и нормализацию. Дорого и обидно.

А отпуск? Его важность часто недооценивают. Мало выдержать температуру, надо обеспечить равномерный прогрев всей массы. Для массивных рабочих валков это часы, а то и сутки в печи. Спешка здесь — прямой путь к хрупкому разрушению. На сайте jyybdz.ru в описании компании как раз упоминаются печи для отжига и улучшения — без такого оборудования делать валки просто нельзя. Это не для галочки, это производственная необходимость.

Механообработка: финишный штрих или ещё один риск?

Казалось бы, после термообработки осталось просто проточить и отшлифовать. Но нет. Токарная обработка закалённого валка — это снятие припуска так, чтобы не вызвать прижогов и не порождать новые напряжения. Режимы резания, геометрия резца, охлаждение — всё имеет значение. Грубая обработка может ?закрыть? поверхностные дефекты, которые потом проявятся в работе.

Шлифовка — для получения нужного класса чистоты и геометрической точности. Биение бочки, конусность — всё под жёстким контролем. Но и тут ловушка: перегрев при шлифовке может привести к отпуску поверхностного слоя, образованию ?шлифовальных ожогов? — мельчайших трещинок. Такой валок долго не проживёт. Контролируют на слух (скрип), по цвету побежалости, а лучше — прибором.

Помнится, для клети чистовой группы тонколистового стана требовались валки с полированной поверхностью почти до зеркала. Делали на горизонтально-расточном с ЧПУ с последующей доводкой. Малейшая риска — и лист будет с дефектом. Приёмка шла под синей лампой. Сделали — вроде идеально. А в эксплуатации один валок начал быстро терять профиль. Причина — при финишной полировке ?загладили? мелкую раковину от усадочной рыхлости, которая в работе раскрылась. Значит, дефект был ещё в отливке-заготовке. Цепочка длинная.

Взаимодействие со станом: системный взгляд

Рабочий валок — не самостоятельная единица, он часть системы ?клеть-привод-полоса?. Его геометрия (бочка, шейки, конусность) должна идеально садиться в подшипники, а профиль — компенсировать прогиб станины под нагрузкой. Часто используют валки с отрицательным или положительным выпучиванием (camber).

Был случай на стане 350: ставили новые валки, вроде все параметры по чертежу. Но после установки и прогрева клети возникли вибрации. Оказалось, не совпала жёсткость шейки валка с характеристиками подшипниковой узла — резонанс. Пришлось корректировать не валки, а настройки системы смазки и натяжения. Вывод: валок нужно рассматривать в связке с оснасткой.

Ещё момент — охлаждение. Струи воды должны равномерно попадать на бочку, иначе термические напряжения её покоробят. Видел, как из-за забитой форсунки на валке для сортовой прокатки появилась продольная трещина — локальный перегрев сделал своё дело. Обслуживающий персонал должен следить за этим не менее внимательно, чем за химией металла.

Ремонт и восстановление: стоит ли игра свеч?

Цена нового валка высока, поэтому часто рассматривают восстановление — наплавку изношенной бочки или шеек. Технология есть, но панацеей не является. Наплавленный металл должен иметь схожие с основой свойства, иначе на границе — слабое место. Да и деформация при наплавке — отдельная история, потом править дорого.

Пробовали восстанавливать валки от чистовой клети прокатки катанки. Наплавляли порошковой проволокой. После механической обработки и закалки ТВЧ вроде бы вышли на параметры. Но стойкость оказалась на 30% ниже, чем у новых. Видимо, остаточные напряжения в зоне сплавления и микротрещины сыграли роль. Для менее ответственных клетей, черновых, может, и проходит, но для финиша — рискованно.

Иногда выгоднее не восстанавливать бочку, а переточить шейки под ремонтный размер и поставить другие подшипники. Это быстрее и надёжнее, если позволяет конструкция клети. Решение всегда ситуативное: считать экономику, учитывать срочность и наличие запасных валков в парке.

Вместо заключения: мысль вдогонку

Работа с рабочими валками — это постоянный баланс между материалом, технологией и эксплуатацией. Нет одной волшебной кнопки. Опыт, накопленный на производстве вроде ООО ?Цзиюань Юйбэй?, где весь цикл — от ЭШП до токарки и термообработки — под одним контролем, бесценен. Это позволяет отследить причину брака на любом этапе. Важно не просто делать ?по ГОСТу?, а понимать, как поведёт себя эта сталь под прессом, в печи, под струёми воды и под нагрузкой в несколько тысяч тонн. И да, всегда оставлять запас по прочности — и в металле, и в решениях. Потому что останов стана из-за валка — это всегда огромные убытки. А значит, мелочей здесь не бывает.