Производство прокатного валка

Если кто-то думает, что прокатный валок — это просто кусок закалённой стали, значит он никогда не стоял у стана в момент обрыва полосы. Наш цех в Нижнем Тагиле за последние десять лет пережил три смены технологии, и каждый раз оказывалось, что старые ГОСТы не учитывают главного — теплового удара при скоростной прокатке алюминиевых сплавов.

Выбор материала: почему 150ХНМ против 9ХФ

До сих пор встречаю проектировщиков, которые упорно указывают в техзаданиях сталь 9ХФ для рабочих валков горячей прокатки. Да, она дешевле, но при переходе на высокоуглеродистые марки стали валок начинает 'потеть' микротрещинами уже после второй перешлифовки. Мы в 2018 году поставили партию валков из 150ХНМ для производства прокатного валка толстолистового стана 3500 — до сих пор работают, хотя по графику должны были уйти под замену два года назад.

Коллеги из Китая в ООО Цзянсу Шэнчэнь Металлургическое Оборудование как-то показывали свои расчёты по теплопроводности сплавов — оказалось, что присадка вольфрама всего 0,3% увеличивает стойкость на 18%, но наши технологи до сих пор боятся отклоняться от регламентов советской школы. Жаль, их сайт https://www.jsscyjsb.ru я тогда сохранил — там есть любопытные кейсы по термостойким покрытиям.

Запомнился случай на ММК: приехали немецкие специалисты, смотрят на наши валки и спрашивают 'почему бочка полируется под углом 7° а не 5?'. Оказалось, ещё в 1980-х наш старый мастер заметил, что так полоса лучше центруется — с тех пор и делаем, хотя в документах этого нет.

Термообработка: где мы теряем ресурс

Самый болезненный этап — закалка. Если перегреть хотя бы на 20°С выше 860°С, появляются остаточные напряжения, которые проявятся только через 3-4 месяца работы. Как-то пришлось разбирать брак на Челябинском меткомбинате — валки крошились как печенье. Выяснилось, что печь не держала равномерность температур по длине валка.

Сейчас многие переходят на индукционный нагрев, но и тут есть нюансы. Например, для валков холодной прокатки нужно три разных режима прогрева: для шеек, бочки и переходных зон. Мы в прошлом году экспериментировали с послойной закалкой — результат неплохой, но дороговато.

Интересно, что ООО Цзянсу Шэнчэнь в своих материалах упоминает комбинированную термообработку с последующим криогенным охлаждением — пробовали по их методике на пробной партии, твёрдость вышла стабильнее, но пока не решаемся внедрять массово из-за стоимости жидкого азота.

Механическая обработка: тонкости, которых нет в учебниках

При точении шеек всегда оставляем припуск 0,2 мм на финишную шлифовку — кажется мелочь, но именно это позволяет избежать биения при установке в подшипники. Молодые токари часто пытаются снять сразу по 0,5 мм — потом удивляются, почему валок 'бьёт' на высоких оборотах.

Шлифовка бочки — отдельная история. Для сортовых станов делаем рифление с шагом 3-4 мм, но угол насечки всегда разный — зависит от марки прокатываемой стали. Для нержавейки, например, нужен более острый угол, иначе металл 'проскальзывает'.

Самое сложное — балансировка. Теоретически допуск 0,05 мм/м, но на практике для скоростных станов лучше держать в пределах 0,02. Помню, как на Новолипецком комбинате пришлось перебалансировать валок прямо в клети — вибрация была такой, что с потолка сыпалась штукатурка.

Контроль качества: что не видит УЗД

Ультразвуковой контроль выявляет крупные дефекты, но микротрещины у поверхности часто остаются незамеченными. Мы дополнительно используем магнитопорошковый метод — дороже, но уже дважды спасал от катастрофы. В 2019 году так обнаружили сетку трещин в зоне перехода от бочки к щеке.

Твёрдость проверяем не только по Бринеллю, но и по Роквеллу в трёх сечениях — бывает, что при закалке сердцевина остаётся мягче поверхности. Особенно это критично для валков реверсивных станов, где нагрузки меняются по знаку.

Размерный контроль — отдельная головная боль. При температуре 20°С валок имеет один размер, при рабочей температуре 80-100°С — другой. Мы давно перешли на контроль с учётом температурных поправок, хотя многие заводы до сих пор игнорируют этот момент.

Ремонт и восстановление: экономика против надёжности

Наплавка — спорный вопрос. Для опорных валков иногда целесообразно, но для рабочих — рискованно. Тепловые напряжения при наплавке часто приводят к короблению, особенно для валков длиной более 3 метров. Пробовали лазерную наплавку — лучше, но оборудование слишком дорогое для серийного ремонта.

Перешлифовку делаем максимум три раза — дальше геометрия бочки нарушается настолько, что страдает качество проката. Видел на одном из заводов валки с пятью перешлифовками — полоса шла волной, но директор экономил на замене.

Интересный подход у китайских коллег — они разрабатывают композитные вставки для быстрой замены рабочих поверхностей. На сайте https://www.jsscyjsb.ru есть описание технологии, но пока не понимаю, как это будет работать при ударных нагрузках.

Перспективы: куда движется отрасль

Композитные валки — звучит заманчиво, но пока все образцы не выдерживают более 1000 тонн проката. Хотя в ООО Цзянсу Шэнчэнь Металлургическое Оборудование утверждают, что их разработки по износостойким материалам позволяют увеличить межремонтный период на 40%. Нужно испытать на практике.

Цифровые двойники — модное направление, но пока все модели не учитывают реальных условий работы. Например, тепловое расширение при переменных режимах прокатки просчитать практически невозможно.

Лично я считаю, что будущее за гибридными решениями: стальная основа с керамическими напылениями в зонах максимального износа. Но пока технологии не позволяют добиться надёжного сцепления разнородных материалов.

Главное — не гнаться за модными тенденциями, а понимать физику процесса. Самые надёжные валки получаются, когда технолог годами работает с одним и тем же станом и знает все его 'привычки'. Компьютерные модели — это хорошо, но они не заменят опыта старого мастера, который по звуку определяет, что валок скоро нужно менять.