Дуговая наплавка деталей металлургического оборудования

В. И. Титаренко, ЧНПКФ «РЕММАШ» (Днепропетровск), А. А. Голякевич, Л. Н. Орлов, 000 «ТМ.ВЕЛТЕК» (Киев), Ю. М. Гитин, В. В. Мосыпан, ОАО «ДМК им. Дзержинского» (Днепродзержинск), М. А. Бабенко, А. Г. Горяной, КГМК «Криворожсталь» (Кривой Рог), Г. В. Хоменко, ОАО «Запорожсталь» (Запорожье)

Опубликовано в журнале "Сварщик" №5, 2005

От надежности прокатных валков, износостойкости их рабочей поверхности, межремонтного срока службы зависят технико-экономические показатели работы прокатных цехов и в первую очередь производительность прокатных станов, качество готового проката. Рабочая поверхность валка подвергается циклическому механическому и тепловому воздействию. По мере эксплуатации на рабочую поверхность валков налипает металл, она неравномерно изнашивается и образуются трещины разгара. Для ремонта стальных валков применяют восстановительно-упрочняющую наплавку сплошной и порошковой проволокой, при этом один комплект валков восстанавливается в среднем от 5 до 10 раз.
     Для наплавки валков горячей прокатки в ОАО «ДМКД» и на других комбинатах традиционно используют наплавочные проволоки Нп-30ХГСА, FCW-Sw-35W9Cr3SiV, FCW-Sw-25Cr5VMoSi, FCW-Sw-30Cr4W2Mo2VSi. Предприятия ООО «ТМ.ВЕЛТЕК» и ЧНПКФ «РЕММАШ» совместно с металлургическими комбинатами Украины (ОАО «ДМКД», ОАО «КГМК «Криворожсталь», ОАО «Запорожсталь») выполнили комплекс работ по совершенствованию наплавочных материалов, технологии и оборудования для наплавки прокатных валков с целью увеличения межремонтных периодов работы прокатных станов, повышения качества проката, сокращения трудоемкости наплавки.
     Анализ литературных данных о работоспособности наплавленных прокатных валков показал, что возможности систем легирования C–Si–Mn–Cr–Mo–V и C–Si–Mn–Cr–W–V в полной мере не реализованы. В процессе работы валка под воздействием высоких температур наблюдается коагуляция и укрупнение карбидов по границам зерен, их последующее выкрашивание и развитие трещин разгара. Для снижения развития этих процессов было изменено структурное состояние зерен и их границ, повышена дисперсность карбидов и равномерность их распределения в теле зерна. Результаты исследований реализованы при выборе систем легирования новых порошковых проволок. Эти проволоки обеспечивают легкую отделимость шлаковой корки, высокую стойкость наплавленного металла против образования пор и трещин.
     Для упрочняющего восстановления валков клети стана «500» железопрокатного цеха в ОАО «ДМКД» была применена порошковая проволока WELTEC-H500-RM. Технология восстановительно-упрочняющей наплавки заключалась в следующем. Изношенные калибры валков механически обрабатывали под наплавку на вальцетокарных станках с целью удаления металла, покрытого окалиной, наплывами и частично с сеткой трещин. Глубину расточки калибров при механической обработке выбирали с учетом подслоя толщиной 5-20 мм, выполненного проволокой Нп-30ХГСА, и упрочняющего слоя толщиной 6-10 мм, наплавленного проволокой WELTEC-H500-RM. В процессе подготовки валка под наплавку производили заварку глубоких разделок, образовавшихся в результате удаления радиальных трещин. Эту заварку, а также наплавку подслоя выполняли проволокой Нп-30ХГСА диаметром 5 мм под флюсом АН-348-А. Температуру предварительного подогрева валка поддерживали в переделах 300-350 °С. Наплавку упрочняющего слоя выполняли порошковой проволокой WELTEC-H500-RM диаметром 3,6 мм под флюсом АН-348-А на режиме I_св=400...450 А; U_д=30...32 В. После наплавки рекомендовано замедленное охлаждение. Механическая обработка наплавленных калибров не вызвала особых затруднений. Увеличение трудоемкости механической обработки составляло 10-15%. Испытания упрочненных прокатных валков на стане «500» показали, что ресурс валков после упрочнения увеличился более чем в два раза.
     Для упрочняющей наплавки вертикальных стенок калибров прокатных валков клети стана «900» ТЗС на ОАО «ДМКД» применяли проволоку ВЕЛТЕК-Н370РМ. Технология наплавки этих валков аналогична описанной технологии, исключен лишь предварительный подогрев. Достигнуто увеличение количества прокатываемого металла на одной паре валков от ремонта до ремонта с 18-20 до 45-50 тыс. т.
     Валки горячей прокатки стана НЗС-730 цеха «Блюминг-1» ОАО КГМК «Криворожсталь», изготавливаемые из стали 50, до последнего времени упрочняли с использованием стандартной порошковой проволоки FCW-Sw-35W9Cr3SiV. Однако в процессе прокатки на поверхности таких валков образовывались так называемые шипы высотой до 2 мм. Это приводило к необходимости остановки процесса прокатки и применения трудоемкой зачистки калибров. В противном случае валки с шипами наносили дефектный рисунок на поверхность прокатываемого металла. После прокатки 50-60 тыс. т металла на поверхности калибров образовалась выработка глубиной 2-3 мм, что вызвало необходимость замены валков. Глубина проникновения отдельных трещин после 50-60 тыс. т прокатанного металла достигла 30-40 мм. Для устранения перечисленных недостатков была применена технология наплавки порошковой проволокой WELTEC-H505-RM.
     Технология упрочнения валков НЗС-730 с использованием порошковой проволоки WELTEC-H505-RM аналогична технологии наплавки проволокой ПП-Нп-35В9Х3СФ. На первом этапе после механической обработки валок наплавляют до заданных геометрических размеров проволокой Нп-30ХГСА. Предварительный подогрев валка проводили в индукторе до температуры 400-450 °С. Упрочняющий слой наплавляли проволокой ВЕЛТЕК-Н505РМ диаметром 3,6 мм под флюсом АН-20С на режиме: I_св=430...450 А, U_д=30...32 В, U_св=35...40 м/ч. После наплавки выполняли повторный нагрев в индукторе до температуры 400-450 °С с последующим замедленным охлаждением в термостате. Достигнуто снижение образования шипов в два раза, и снижена склонность к образованию трещин в 2-3 раза, что позволило отремонтировать 80-90% валков по укороченной технологии, существенно снизить все виды затрат на 20% и увеличить межремонтные сроки работы станов.
     На ОАО «Запорожсталь» вертикальными валками эджерной клети на непрерывном тонколистовом стане «1680» горячей прокатки производят боковое обжатие и выравнивание боковых кромок прокатываемого листа. В процессе эксплуатации цилиндрическая поверхность валков в месте контакта с торцом горячего листа подвергается интенсивному абразивному изнашиванию и значительным сжимающим нагрузкам. В результате на поверхности бочки валков у реборды образуется кольцевая выработка высотой до 100 мм, глубиной до 5 мм по диаметру. Это вызывает необходимость замены валков, так как дальнейшая эксплуатация может привести к неравномерности обжатия и скорости прокатки, что отрицательно повлияет на качество прокатываемого металла. Изучение характера и динамики изнашивания показали, что износ происходит в результате окисления и отрыва частичек окисленного металла с поверхности валков торцами горячего листа с температурой поверхности 1100-900 °С, частично покрытых тонким слоем окалины. При этом поверхность валков в месте контакта с прокатываемым листом разогревается до температуры 400-500 °С. Срок службы валков, упрочненных наплавкой порошковой проволокой FCW-Sw-35W9Cr3SiV или FCW-Sw-25Cr5VMoSi, не более 3-4 месяцев, что не отвечает требованиям производства. Применение наплавки порошковой проволокой WELTEC-H550-RM позволило повысить износостойкость и срок службы валков в 2,5-3 раза.
     Опытную наплавку валков эджера производили на наплавочной установке в ЦРПО ОАО «Запорожсталь». Перед наплавкой валок с изношенной поверхностью механически обрабатывали для удаления окисленного и изношенного металла на глубину, обеспечивающую наплавку подслоя проволокой Нп-30ХГСА и упрочняющего слоя толщиной 10 мм проволокой WELTEC-H550-RM. После наплавки подслоя валок нагревали до температуры 400-500 °С. Упрочняющую наплавку выполняли под флюсом АН-20С в 3-4 слоя на режиме: I_св = 320...380 А, U_д=30...32 В. В процессе наплавки температуру валка постоянно контролировали, не допуская ее снижения ниже 400 °С (при необходимости выполняли сопутствующий подогрев). После наплавки валок помещали в термостат.
     Самозащитную порошковую проволоку WELTEC-H250-RM диаметром от 1,6 до 3,0 мм успешно применяют при восстановлении подушек прокатных клетей и ножниц, шпинделей и муфт приводов прокатных валков, звездочек, втулок, валов, ступиц и др. По своим характеристикам она не уступает известной порошковой проволоке DUR 250-FD (Bohler).
     

Реализована наплавка кернов клещевых кранов (рисунок) и губок стрипперного крана, которые в процессе эксплуатации испытывают ударные и сжимающие нагрузки в условиях высоких температур. Керны контактируют с металлом, разогретым до 800-1250 °С, подвергаются периодическому охлаждению в баках с водой. Для наплавки была применена самозащитная порошковая проволока WELTEC-H480S диаметром 2,0 мм с системой легирования (C-Cr-W-Mо-V-Ti), которая обеспечивает твердость наплавленного металла после наплавки 50-54 HRC_э, при 600 °С горячую твердость 40-44 HRC_э и стойкость к трещинообразованию (100 термоциклов до появления первой трещины). Замена при механизированной наплавке электродов Т-590, Т-620 указанной проволокой позволила повысить срок службы кернов в 4-5 раз и снизить затраты на ремонт. Задача восстановления кернов была решена в комплексе (технология—оборудование—материал). При наплавке деталей, подвергающихся ударно-абразивному изнашиванию, порошковой проволокой FCW-Sw-80Cr20B3Ti наблюдается повышенная склонностью к трещинообразованию, сколам. Толщина наплавки не превышает 1-2 слоя, что в ряде случаев ограничивает ее применение. Для решения данной задачи применили самозащитные порошковые проволоки WELTEC-H600 (C–Cr–Mi–V–Nb–Ti–A), WELTEC-H620 (C–Cr–Mi–V–Ti–A), которые обеспечивают твердость наплавленного металла 55-63 HRC_э По сравнению с FCW-Sw-80Cr20B3Ti данные проволоки обеспечивают повышение износостойкости наплавленного металла на 30-50% при возможности выполнения 4-5 слоев. Проволоки выпускают диаметром от 2 до 5 мм. С применением механизированной и автоматизированной наплавки порошковой проволокой WELTEC-H600 диаметром 3,0 мм была восстановлена защитная поверхность большого конуса доменной печи, достигнуто значительное повышение износостойкости по сравнению с износостойкостью при применении электродов Т590, а также в два раза сокращено время ремонта. При автоматической наплавке малого конуса порошковой проволокой WELTEC-H620 диаметром 4,0 мм получена более высокая износостойкость по сравнению с наплавкой лентой ПЛАН 101. Кроме этого, данные проволоки успешно применяют при упрочняющей наплавке зубьев ковшей экскаваторов, ножей бульдозеров, челюстей грейфера.
     Новые порошковые проволоки изготавливают серийно соответственно ГОСТ 26101-84 и действующей нормативно-технической документации, продукция сертифицирована УкрСЕПРО. ООО «ТМ.ВЕЛТЕК» 12.04.2004 г. получен сертификат на систему управления качеством продукции согласно ДСТУ ТБО 9001-2001.