5Cr5Mo прокатный валок

Когда говорят о 5Cr5Mo прокатный валок, многие сразу думают о высокой твёрдости и износостойкости. Это верно, но это только вершина айсберга. На деле, самая большая головная боль с этим материалом — не достичь этих свойств, а сохранить их в условиях реальной прокатки, особенно при циклических термоударных нагрузках. Частая ошибка — гнаться за максимальной твёрдостью по всему сечению, забывая о вязкости сердцевины. В итоге валок не изнашивается, а просто раскалывается. Я сам через это проходил.

Химия и физика: что скрывает марка 5Cr5Mo

Расшифровка 5Cr5Mo кажется простой: ~5% хрома, ~5% молибдена. Но магия — в балансе. Хром даёт прокаливаемость и стойкость к окислению, молибден — упрочнение вторичной твёрдостью и сопротивление отпуску. Однако, если углерод на верхней границе, а ликвация в слитке не отработана, по границам зёрен могут пойти карбиды. Это будущие очаги трещин. Мы как-то получили партию заготовок, где при травлении была видна сетка. Отправили обратно — экономия на ESR (электрошлаковом переплаве) дала о себе знать.

Здесь как раз к месту вспомнить про ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство. На их сайте https://www.jyybdz.ru прямо указано, что у них в работе есть электрошлаковый переплав. Для ответственных валков из 5Cr5Mo это не опция, а must-have. Без ESR сложно добиться однородности по сечению, особенно для крупногабаритных поковок. Их заявленный годовой объём в 5000 тонн поковок говорит о масштабе, где такие технологии уже экономически оправданы.

Именно после переплава начинается самое интересное — ковка. Не просто обжать до размера, а именно проковать, разбить литую структуру. Упоминаемый на сайте гидравлический ковочный пресс — правильный инструмент. Важно выдержать температурный интервал. Перегрев выше 1150°C для этой стали уже опасен, зерно растёт быстро. А недогрев ведёт к внутренним разрывам. Нужно чувствовать материал.

Термичка: где рождается стойкость

Отжиг после ковки — скучный, но критичный этап. Цель — получить зернистый перлит для оптимальной обрабатываемости и подготовки под закалку. Если недотянуть с температурой или временем выдержки, твёрдость после токарки будет 'прыгать', резец будет рвать металл. Бывало, получали валки, которые на чистовую обработку шли тяжело, с вибрацией. Вскрыли структуру — недовыдержаны в отжиге, карбиды не сфероидизировались как следует.

Закалка. Обычно для прокатного валка из 5Cr5Mo используют закалку в масле. Но тут дилемма: чтобы прокалить сердцевину крупного валка (скажем, диаметром под 600 мм), нужно серьёзное время выдержки. А это риск роста зерна и повышенные деформации. Иногда идём на ступенчатую закалку или используем полимерные среды. Главное — избежать трещин. Контроль температуры печи (а на сайте компании указаны нагревательные и электрические печи для улучшения) должен быть безупречным. Разброс в пару десятков градусов по рабочему пространству — и свойства по длине валка будут разными.

Отпуск. Вот где молибден отрабатывает свои проценты. Проводим высокий отпуск при 520-560°C. Нужно выдержать несколько циклов, чтобы максимально преобразовать остаточный аустенит и добиться вторичной твёрдости. Часто проверяем твёрдость после каждого цикла. Бывает, что после первого отпуска твёрдость даже повышается — это как раз идёт распад остаточного аустенита. Пропустить этот этап или сэкономить на времени — значит получить валок, который быстро просядет в работе.

Механообработка: между твёрдостью и точностью

Закалённый и отпущенный валок — очень твёрдый. Токарная обработка, которую упоминает ООО Цзиюань Юйбэй в своём описании (https://www.jyybdz.ru), превращается в настоящий вызов. Нужны качественные твёрдосплавные пластины, жёсткие станки (горизонтальные токарные, как у них, хорошо подходят) и низкие подачи. Шероховатость поверхности бочки критична — любая рисочка станет концентратором напряжения и может запустить сетку трещин.

Особенно сложно обрабатывать шеи и переходы. Там часто требуется шлифовка. Мы всегда оставляем припуск на финишную шлифовку после проверки твёрдости и УЗК. Иногда после всех операций обнаруживается, что где-то внутри осталась мелкая усадочная раковина или неметаллическое включение, которое не поймал ультразвук. Тогда решение тяжёлое — пускать валок на менее ответственный стан или, если дефект на поверхности, браковать. Говорят, у них 30 человек в штате — в таком коллективе контроль качества обычно лежит на конкретных опытных людях, что часто надёжнее формальных процедур.

Балансировка. Для скоростных станов это обязательно. Но даже для обычных, если валок не сбалансирован, вибрация убьёт подшипники и вызовет неравномерный износ. Балансируем всегда на готовом изделии, после всех операций.

Провалы и уроки: что не пишут в учебниках

Один из самых обидных случаев был с партией валков для прокатки сортового металла. Всё по технологии, проверки пройдены. Но через две недели работы на стане клиент прислал фото — по бочке пошла продольная трещина. Разбирались. Оказалось, в их системе охлаждения использовалась вода с высоким содержанием солей. А у нас в 5Cr5Mo прокатном валке, несмотря на хром, при циклическом нагреве-охлаждении в агрессивной среде началась коррозионно-механическая усталость. Не учли условия эксплуатации. Пришлось дорабатывать технологию, чуть смещая химию в сторону повышения коррозионной стойкости, жертвуя на пару единиц твёрдостью.

Другой урок — хранение. Сделали отличные валки, сложили на складе в ожидании отгрузки. Склад не отапливаемый, зима, высокая влажность. Через месяц на некоторых появились точечные очаги поверхностной коррозии. Пришлось снимать шлифовкой, теряя диаметр. Теперь упаковываем в ингибиторную бумагу и в плёнку сразу после обработки.

Или вот по поводу ремонтной наплавки. Часто клиенты спрашивают, можно ли наплавить изношенный 5Cr5Mo валок. Теоретически — да, есть специальные проволоки. Но на практике, если не провести полноценный предварительный отжиг для снятия напряжений, после наплавки пойдут трещины по границе с основным металлом. А это уже капитальный ремонт с глубоким снятием металла. Часто проще и надёжнее сделать новый.

Взгляд вперёд: не только 5Cr5Mo

Конечно, 5Cr5Mo — не панацея. Для особо тяжёлых условий, где нужна высокая стойкость к тепловым ударам, смотрим в сторону сталей с добавлением ванадия или даже на половинчатые стали типа 60CrMoV. Но это уже другая цена и сложность термообработки. Для многих типовых станов горячей прокатки сортового и листового металла 5Cr5Mo прокатный валок остаётся оптимальным по соотношению 'цена-качество-стойкость'.

Сейчас тренд — не просто продать валок, а вести его полный жизненный цикл: от проектирования под конкретный стан и режим прокатки, до мониторинга износа и рекомендаций по восстановлению. Предприятия вроде ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство, с их полным циклом от ESR до токарки и термообработки, находятся в хорошей позиции для этого. Имея под контролем все этапы, можно точно отследить, где и почему возникла проблема, если она вдруг появится у клиента.

В итоге, работа с такими материалами — это постоянный баланс. Баланс между твёрдостью и вязкостью, между стойкостью и стоимостью, между строгой технологией и необходимостью подстроиться под реальные, часто неидеальные, условия на клиентском стане. И этот баланс не найти в ГОСТах, он приходит только с опытом, часто горьким. Но когда видишь, как твой валок стабильно отрабатывает две, три, а то и больше кампаний без сюрпризов — вот это и есть главная награда.