9Cr3Mo прокатный валок

Когда слышишь ?9Cr3Mo прокатный валок?, многие сразу думают о высокой твёрдости и износостойкости. Это верно, но только отчасти. В реальности, если гнаться только за цифрами по HRC, можно легко провалить всю партию. Самый частый косяк, который я видел на разных заводах — это перекал. Материал-то вроде держит, но в работе вдруг появляются сеточки мелких трещин, или того хуже — выкрашивание бочки валка после недолгой обкатки. И ведь часто винят саму сталь, а на деле — нюансы технологии, которые упустили.

Из чего складывается ?правильный? валок

Здесь всё начинается с заготовки. Нельзя просто взять слиток и начать ковать. Для ответственных валков, особенно для чистовых клетей, критически важен электрошлаковый переплав (ЭШП). Он не просто очищает металл от вредных примесей и неметаллических включений — он выравнивает структуру по всему объёму. Без ЭШП велик риск получить неоднородность, которая проявится позже при термообработке: одна сторона валка будет иметь другую прокаливаемость, чем другая. У нас на производстве, в ООО Цзиюань Юйбэй, под это заточено отдельное направление. Электропечь для ЭШП — это не для галочки, а обязательный этап для таких марок, как 9Cr3Mo. Без него даже самая точная последующая обработка не даст стабильного результата.

Дальше — ковка. И здесь не обойтись простым обжатием. Нужна проковка, которая разрушит литую структуру, измельчит зерно и, что важно, правильно сориентирует волокна. Гидравлический пресс позволяет это делать медленно и контролируемо. Быстрая ковка на молоте для такого материала — риск. Можно ?заморозить? внутренние напряжения, которые потом аукнутся при отпуске. Мы всегда ведём журнал ковки: температуры нагрева, степени обжатия, время выдержки. Это не бюрократия, а память процесса. Если с валком через полгода что-то не так, всегда можно вернуться к записям и понять, на каком этапе мог произойти сбой.

А вот после ковки многие торопятся сразу на токарный станок. Ошибка. Обязателен отжиг. Причём не просто какой-нибудь, а изотермический, чтобы снять напряжения от ковки и подготовить структуру для последующей закалки. Если пропустить этот этап или сделать его спустя рукава, заготовка при черновой токарке может повести себя непредсказуемо — её может ?повести?, или внутри обнаружатся скрытые дефекты. Наши печи для отжига позволяют выдерживать точный температурный профиль, что для крупногабаритных поковок весом в несколько тонн — не роскошь, а необходимость.

Термичка — где кроется дьявол

Закалка 9Cr3Mo — это отдельная история. Температура аустенитизации должна быть выдержана с точностью до десятка градусов. Перегрев — и зерно растёт, резко падает ударная вязкость. Недогрев — и не весь карбид растворяется, не добираем твёрдость и износостойкость. Мы используем электрические печи с точным контролем атмосферы, чтобы избежать обезуглероживания поверхности. Потеря углерода на поверхности валка — это гарантированное снижение стойкости в самом нагруженном слое.

Но самое главное — охлаждение. Масло или полимер? Для валков среднего и крупного сечения с 9Cr3Mo часто идёт жёсткий спор. Масло даёт большую прокаливаемость, но риск коробления и трещин выше. Полимерная закалка мягче, но нужно очень точно подбирать концентрацию и температуру охладителя, чтобы ?пробить? сечение. Мы экспериментировали с тем и другим. Для валков диаметром от 500 мм и больше остановились на схеме: предварительное охлаждение на воздухе до определённой температуры, затем погружение в быстрое масло с интенсивным перемешиванием. Это снижает термический шок, но требует точного расчёта времени. Один раз ошиблись на несколько секунд — получили сетку термических трещин. Пришлось пулять заготовку в переплавку. Дорогой урок.

Отпуск — не менее важен, чем закалка. Его проводят сразу, не допуская вылёживания закалённой детали. И не один раз, а двойной, а то и тройной отпуск. Цель — не просто добиться нужной твёрдости (скажем, 65-68 HS для бочки), но и максимально преобразовать остаточный аустенит, снять напряжения. Температуру отпуска подбираем под конкретные условия работы валка: для чистовых клетей с высокими контактными нагрузками — один режим, для черновых, где важнее стойкость к тепловым ударам, — другой. Здесь универсальных рецептов нет, только опыт и иногда пробные образцы.

Механообработка и финиш

После всей термички заготовка — это почти готовый валок, но ?почти? здесь ключевое слово. Токарная обработка шеек и бочки должна учитывать остаточные напряжения. Режимы резания (скорость, подача, глубина) должны быть щадящими, чтобы не вызвать дополнительного наклёпа или перегрева поверхностного слоя. Горизонтальные токарные станки с ЧПУ хороши для точности, но оператор должен понимать материал. Резец, который идеально шёл по 60ХН, может ?гореть? на закалённом 9Cr3Mo.

Часто после чистового точения требуется шлифовка. И вот здесь многие сталкиваются с проблемой ?мягких пятен? — мест, где твёрдость почему-то ниже. Причины могут быть разными: локальное обезуглероживание ещё в печи, неоднородность охлаждения при закалке, или даже наследственный дефект слитка, который не устранился при ЭШП. Поэтому 100% контроль твёрдости по всей поверхности бочки и шеек — это обязательный этап. Не выборочно, а именно по сетке.

Финальный этап, который иногда недооценивают, — это дефектоскопия. Ультразвуковой контроль для выявления внутренних расслоений или неметаллических включений. Магнитопорошковый контроль — для обнаружения поверхностных трещин. Бывало, идеально обработанный валок ?светился? на УЗК мелкими включениями в центральной зоне. Для некоторых применений это некритично, но для высоконагруженных клетей — брак. Приходится принимать решение: пускать в работу с риском или отправлять в утиль. В ООО Цзиюань Юйбэй с нашим годовым объёмом в 5000 тонн поковок такие решения — часть ежедневной практики. Маленькое производство (30 человек) как раз тем и хорошо, что каждый специалист на виду и отвечает за свой участок головой.

Из практики: кейс и выводы

Был у нас заказ на партию прокатных валков для стана горячей прокатки полосы. Материал — 9Cr3Mo, требования по твёрдости жёсткие, ресурс между переточками — не менее 3500 тонн. Сделали всё по технологии: ЭШП, ковка, отжиг, закалка с нашим комбинированным охлаждением, двойной отпуск. Контроль показал отличные результаты. Но на клиенте, после двух недель работы, на одном из валков появилось выкрашивание сетки. Не сплошное, а очаговое.

Стали разбираться. Оказалось, в их линии охлаждения на стане был неравномерный подвод воды на поверхность валка. В одном месте возникал локальный перегрев с последующим резким охлаждением (тепловая усталость), с которым даже хорошая сталь не справилась. Это к вопросу о том, что качество валка — это не только производство, но и условия эксплуатации. Пришлось вместе с технологами заказчика корректировать режимы охлаждения. Для следующих партий мы немного скорректировали режим отпуска в сторону повышения сопротивления тепловым ударам, немного пожертвовав максимальной твёрдостью. Ресурс выровнялся.

Так что, возвращаясь к началу. 9Cr3Mo — отличная сталь для прокатных валков. Но её потенциал раскрывается только в связке: чистая шихта + ЭШП + правильная ковка + выверенная термообработка + грамотная механообработка. Плюс диалог с потребителем. Без этого всего это просто кусок дорогой стали, который может не оправдать надежд. Наше производство, с его цепочкой от переплава до готового изделия, как раз и позволяет контролировать эту цепочку целиком, а не надеяться на удачу на стороне. Это и есть, на мой взгляд, главное преимущество.