Рабочие валки для горячей прокатки

Когда говорят про рабочие валки для горячей прокатки, многие сразу представляют просто массивную болванку из прочной стали. На деле же — это, пожалуй, один из самых сложных и ?живых? компонентов стана. Его ?работоспособность? зависит от десятков факторов: от химии стали и технологии литья или ковки до мельчайших нюансов термообработки и финишной механической обработки. Ошибка на любом этапе — и ресурс валка падает в разы, а то и приводит к аварийному отказу прямо в клети. Сам видел, как валок, в котором не до конца протравили структуру после ковки, пошел трещинами уже после непродолжительной обкатки на полосе 60 мм. Это не брак в чистом виде, это скорее недоработка технологической цепочки, которую не каждый производитель может полностью контролировать.

От слитка до заготовки: где закладывается долговечность

Основная битва за качество валка разворачивается еще на этапе получения заготовки. Литые валки — это отдельная большая тема, но в сегменте надежной горячей прокатки, особенно сортовой или толстолистовой, чаще ищут кованые варианты. Почему? Прокатка в кованой структуре идет более предсказуемо, меньше риск внезапного образования внутренних дефектов под нагрузкой. Но и здесь не все просто.

Возьмем, к примеру, процесс электрошлакового переплава (ЭШП). Многие считают его панацеей. Да, он дает отличную чистоту металла, однородность. Но если не выдержать режимы охлаждения слитка после ЭШП, могут пойти внутренние напряжения, которые потом аукнутся при ковке. У нас на производстве, на площадке ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, под это заточено отдельное оборудование — электропечь для электрошлакового переплава с системой контролируемого охлаждения. Без этого этапа переход к ковке был бы рискованным.

Следующий критичный этап — сама ковка. Гидравлический пресс — это хорошо, но важно не просто ?убить? литую структуру, а сформировать правильное волокно. Осей валка обычно две: бочка и шейки. Ковку нужно вести так, чтобы силовые линии шли вдоль будущей оси вращения, особенно в зоне перехода от шейки к бочке — это концентратор напряжений. Иногда, чтобы добиться нужного направления зерна в массивной бочке, приходится идти на многоходовую ковку с промежуточными подогревами. Это долго, энергозатратно, но на выходе получается заготовка, которая после термообработки будет работать, а не просто крутиться.

Термичка: искусство баланса между твердостью и вязкостью

Термическая обработка — это вообще магия. Для рабочих валков горячей прокатки нельзя просто взять и закалить до максимума твердости. Получится хрупко. Задача — получить твердый, износостойкий поверхностный слой (бочку) и при этом вязкую, усталостностойкую сердцевину и шейки. Стандартный цикл: отжиг после ковки для снятия напряжений, затем улучшение (закалка + высокий отпуск) для получения структуры сорбита, и уже потом — поверхностная закалка бочки индукционным или печным способом.

Здесь часто спотыкаются. Например, при индукционной закалке можно получить твердый, но очень тонкий слой. Он быстро износится. Или, наоборот, при глубокой печной закалке может ?повести? шейки. В наших печах для улучшения и отжига стараемся выдерживать длительные циклы, чтобы прогрев был сквозным и равномерным. Резкое охлаждение — враг номер один. После закалки бочки обязателен низкотемпературный отпуск, иначе остаточные напряжения аустенита при работе нагревутся и превратятся в мартенсит — появятся микротрещины.

Помню случай с партией валков для прокатки арматуры. Заказчик жаловался на преждевременное образование сетки трещин на бочке. Разбирались. Оказалось, в их режиме термообработки пропускали этап высокого отпуска после объемной закалки, шли сразу на поверхностную закалку бочки. Структура сердцевины осталась с высокими внутренними напряжениями, которые ?разрывали? поверхностный слой при циклической нагрузке. Пришлось переделывать весь цикл.

Механообработка: точность — вежливость королей прокатки

Казалось бы, после термообработки остается просто выточить валок по чертежу. Но и здесь свои ?подводные камни?. Горизонтальные токарные станки с ЧПУ — это must have. Но важно не только точность размеров, но и состояние поверхности. Чистота обработки шеек, которые будут стоять в подшипниках, напрямую влияет на вибрацию. А вибрация — главный убийца подшипниковых узлов и фактор ускоренного износа бочки.

Особое внимание — галтелям, тем самым переходам от шейки к бочке. Радиус должен быть выдержан идеально, без зарезов или ступенек. Любая заточка резца или смена режима резания в этом месте недопустима. Часто для финишной обработки этих зон используют отдельные операции шлифования. На нашем производстве, о котором можно подробнее узнать на https://www.jyybdz.ru, для ответственных партий так и делаем: токарная обработка, затем шлифовка шеек и галтелей. Это удорожает процесс, но зато клиент потом не столкнется с внезапной поломкой из-за усталостной трещины, начавшейся в плохо обработанной галтели.

Еще один нюанс — балансировка. Для высокоскоростных станов ее делают обязательно. Но даже для тихоходных клетей черновой группы дисбаланс может вызывать неприятные динамические нагрузки. Мы всегда рекомендуем заказчикам, особенно для валков с длинной бочкой или асимметричным профилем (калиброванных), проводить статическую балансировку. Это незначительная добавка к стоимости, но серьезная инвестиция в спокойную работу клети.

Взаимодействие с оснасткой и условия эксплуатации

Хороший валок можно ?убить? за смену неправильной эксплуатацией. О чем часто забывают? Во-первых, о температуре прокатки. Рабочий валок для горячей прокатки рассчитан на определенный тепловой режим. Если постоянно ?лить? в клеть перегретую заготовку, поверхностный слой бочки перегреется, твердость упадет, и начнется интенсивный абразивный износ или даже прилипание металла. Во-вторых, охлаждение. Струи воды должны равномерно покрывать всю бочку. Если форсунки забиты и часть поверхности не охлаждается, возникает термоциклирование, ведущее к тепловым трещинам (сетке).

Поставщик валков редко может повлиять на это, но может дать рекомендации. Мы, например, для своих изделий всегда прикладываем карточку с рекомендуемыми режимами охлаждения и предельной температурой раската. Это не просто бумажка, это выводы, сделанные после анализа отказов. Был опыт, когда на одном из мелкосортных станов постоянно выходили из строя валки из одной партии. Стали разбираться — оказалось, для ускорения процесса технолог поднял температуру конца прокатки, а систему охлаждения не усилили. Валки работали в режиме, на который не рассчитывались.

Еще один момент — контакт с направляющими линейками и другими элементами оснастки. Задиры на шейках часто возникают не из-за плохой обработки, а из-за попадания окалины или износа самих подшипниковых узлов. Поэтому при замене валков всегда нужно проверять состояние посадочных мест.

Выбор поставщика: масштаб vs. глубина контроля

Когда ищешь производителя, часто смотришь на масштаб: тонны, тысячи тонн в год. Это важно, но для таких ответственных изделий, как рабочие валки, важнее глубина технологического контроля на каждом этапе. Предприятие, которое само ведет и ЭШП, и ковку, и полный цикл термообработки, и мехобработку, имеет ключевое преимущество — оно полностью управляет цепочкой и отвечает за конечный результат.

Вот, например, наше предприятие — ООО Цзиюань Юйбэй. Годовой объем в 5000 тонн поковок — это не гигантский, но и не кустарный масштаб. Он позволяет сохранить гибкость и контроль. У нас есть свое ЭШП, свой пресс, свои печи для отжига и улучшения, свои токарные станки. Это значит, что когда мы делаем валок, мы можем отследить историю каждой заготовки: от плавки до финишного прохода резцом. Если на каком-то этапе возникает отклонение (скажем, при ковке недовод по температуре), мы это видим сразу и можем либо скорректировать дальнейшие шаги, либо забраковать заготовку, не тратя ресурсы на ее полную обработку.

Такой подход не всегда дешевле конвейерного производства гигантов, но он дает предсказуемое качество. Для цеха, где простой клети из-за поломки валка стоит огромных денег, такая предсказуемость часто важнее начальной экономии. В итоге, выбирая рабочие валки для горячей прокатки, смотришь не на блестящую поверхность (ее можно сделать и на бракованной заготовке), а на способность производителя гарантировать внутреннюю надежность, которая рождается в строгом соблюдении всей технологической цепочки, от жидкой стали до последней операции токаря.