Науково-технологічні основи структуроутворення для підвищення довговічності прокатних валків з хромонікелевого : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук : 05.02.01 - Матеріалознавство

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми підвищення довговічності прокатних валків з хромонікелевого чавуну шляхом розробки нових підходів до теоретичних, технологічних і експериментальним основ їх виробництва, ремонту, експлуатації, а також обгрунтуванню використання ефективних матеріалів з оптимальним легуванням і модифікуванням для їх виготовлення. Виконано дослідження щодо визначення впливу хімічного складу і технологічних параметрів виливки валків на структуру металу та їх оціночні характеристики. Запропоновано методики теоретичного опису умов кристалізації багатошарових виливків, що дозволяють оцінити особливості формування температурного поля, структуроутворення і рівня виникаючих напруг при дозованому порціонному заливанні валків. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження щодо вивчення впливу технологічних параметрів виливки двошарових валків на їх експлуатаційні характеристики. У якості матеріала робочого шару валків запропоновано новий склад хромонікелевого чавуну, легованого хромом, нікелем, міддю, молібденом, мікролегованого ванадієм, ніобієм і бором. Виконані в роботі дослідження спрямовані на створення ефективних і менш витратних технологій виробництва валків з хромонікелевого чавуну, що забезпечують і підвищення їх працездатності в процесі експлуатації. Результати виконаних прикладних досліджень впроваджені на ДП «Лутугинський науково-виробничий валковий комбінат»

Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы повышения долговечности прокатных валков из хромоникелевого чугуна путем разработки новых подходов к теоретическим, технологическим и экспериментальным основам их производства, ремонта, эксплуатации, а также обоснованию использования эффективных материалов с оптимальным легированием и модифицированием для их изготовления. На основе обобщения публикаций литературных источников и патентов об условиях производства валков предложены инновационные направления овышения их эксплуатационной стойкости. Выполненные исследования эксплуатационной стойкости валков. Установлены основные причины нарушений их работоспособности: износ, повреждение бочки и разрушения рабочего слоя (отслаивание и викрошкы), разрушения шеек и трефы, сколы торцов бочки, а также дефекты металла, формируемые при отливке. Определены факторы, влияющие на неудовлетворительное качество литых валков с чугунов. К ним относятся: отклонения химического состава, повышенное содержание вредных примесей, засоренность расплавов компонентами, не обусловленными нормативно-технической документацией, неэффективное модификации, нарушения температурных режимов плавки и заливки жидкого раствора в форму, некачественная подготовка литейной формы, несоблюдение технологических регламентов охлаждения валков в форме и параметров их термообработки, недостаточная глубина рабочего слоя и формирования в нем дефектов, неоднородность структуры металла, зональная ликвация компонентов. Разработана методология, включающая теоретические и экспериментальные исследования по разработке и корректировке параметров энергосберегающих технологических процессов производства крупногабаритных отливок массой 5-10 т. Выполнены исследования по определению влияния химического состава и технологических параметров отливки валков на структуру металла и их оценочные характеристики. Предложены методики теоретического описания условий кристаллизации многослойных отливок, позволяющие оценить особенности формирования температурного поля, структурообразования и уровня возникающих напряжений при дозированной порционной заливке валков. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению влияния технологических параметров отливки двухслойных валков на их эксплуатационные характеристики. Исследованиями изучено влияние известково-глиноземистый шлаковых смесей на повышение качества металла и поверхность отливок. Обработка чугуна шлаковыми смесями при производстве валков обеспечивает повышение в нем доли кремния, марганца, никеля и снижает содержание вредных примесей - серы и фосфора, что связано с наличием в шлаках таких компонентов как кальций и магний. Применение шлакообразующие смеси, кроме повышения качества металла и поверхности отливок, обеспечивает снижение расхода легирующих элементов, уменьшение объема механической обработки и припусков. Полученные результаты исследований влияния продувки азотом металла рабочего слоя в ковше при производстве валков с хромоникелевого чугуна обнаружили снижение содержания неметаллических включений, доли остаточного аустенита и формирования тонкоигольчатого мартенсита. Показано влияние вакуумирования на снижение содержания газов - водорода, кислорода и азота в металле валков и за счет этого повышение уровня его механических и эксплуатационных характеристик. Микроструктура валков СПХН48 вакуумированного чугуна существенно не отличается от структуры валков рядовой поставки ни по количеству, ни по распределению структурных составляющих. Результаты испытаний показали, что стойкость валков из вакуумированного чугуна на 10-15% выше - рядовой поставки. В качестве материала рабочего слоя валков предложен новый состав хромоникелевого чугуна, легированного хромом, никелем, медью, молибденом, микролегированного ванадием, ниобием и бором. Выполненные в работе исследования направлены на создание эффективных и менее затратных технологий производства валков с хромоникелевого чугуна, обеспечивают и повышение их работоспособности в процессе эксплуатации. Для практического применения научных и экспериментальных результатов предложена технология снижения расхода валков и экономии энергоресурсов регламентированным охлаждением при кристаллизации отливок в форме, разработаны предложения по увеличению ресурса на основе нового подхода подбора валков в комплект. Результаты выполненных прикладных исследований внедрены на ГП «Лутугинский научно-производственный валковый комбинат».

The thesis is devoted to solving scientific and applied problem of increasing longevity rolls of chromium-nickel-iron through the development of new approaches to theoretical, experimental and technological bases of production, maintenance, operation, and justification of the use of efficient materials with optimal doping and modification to make them. On the basis of summarizing the literature publications and patents concerning the conditions of production rolls offered innovative areas improve their operational resilience. The investigation was executed of operational stability of rolls. The basic causes of violations of their performance, wear, damage and destruction barrels working layer (peeling and demaging parts) destruction necks and clubs since the ends of the barrel and metal defects, formed during casting. The factors that affect the poor quality of the cast iron rolls. These include: diversion of chemical composition, high content of harmful impurities, debris melts the components, not due to regulatory and technical documentation, ineffective modification, violation of temperature conditions of melting and pouring liquid solution in the form of poor quality training mold non technical regulations cooling rolls in the form and parameters of heat treatment, lack of depth working layer and formation of defects in it, the heterogeneity of metal structure, zonal segregation of components . The methodology was worked out that includes theoretical and experimental research on the development and adjustment of parameters of energy-efficient production processes of large-size castings weighing 5-10 tons. The research was executed to determine the impact of the chemical composition and process parameters on the casting rolls metal structure and their performance characteristics. The methods of theoretical description of multi-casting crystallization conditions to assess the features of the formation and structure of the temperature field in the dosed filling unit dose rolls. Based on the theoretical description of the nature of the processes occurring at the established temperature field and of structure formation in the dosage portioned filling layers (working layer and core), with the level arising stresses the estimation of character crystallization castings. The theoretical and experimental research was conducted to study the impact of technological parameters of two-layer casting rolls on their performance. Research has studied the effect of slag lime-alumina compounds to improve the quality of metal and the surface of castings. Treatment of iron slag mixtures in the production of rolls it enhances particle silicon, manganese, nickel and reduces harmful impurities - sulfur and phosphorus, due to the presence of slag components such as calcium and magnesium. The use of slag-forming mixtures, besides improving the quality of the metal and the surface of castings, provides lower cost alloying elements, reducing machining and allowances. The results of research influence nitrogen purge working layer metal buckets in the production of chromium-nickel-iron rolls revealed reduction of non-metallic inclusions, particles retained austenite and martensite formation . The influence of vacuum on reduction of gases - hydrogen, oxygen and nitrogen in the metal rolls and thus improving its mechanical and performance. Microstructure rolls SPHN-48 with iron vacuumed not significantly different from that of an ordinary supply rolls or in the number or the distribution of structural components. Test results showed that the stability of the evacuated iron rolls 10-15% higher - ordinary delivery. As the material of the working layer of rolls proposed new composition of chromiumnickel-iron alloyed with chromium, nickel, copper, molybdenum, vanadium microalloyed, niobium and boron. The investigation was carried out aimed at establishing efficient and less costly production technology of chromium-nickel-iron rolls, ensuring and improving their efficiency during operation. For the practical application of scientific and experimental results suggested reducing technology costs and energy savings rollers regulated cooling during crystallization in the form proposals for increasing the resource based on a new approach to the selection of kit. The results of the applied research implemented at SE "Lutuginsky scientific and production roll plant."