Оценка качества материалов, применяемых для производства валков горячей прокатки, по их термостойкости

Abstract

RU: Цель. Определяющим качеством материалов рабочего слоя прокатных валков свойством считается износостойкость. Однако в условиях горячей прокатки на ее стабильность могут повлиять такие свойства как коррозионная стойкость и термостойкость. Распространенными материалами для производства прокатных валков горячей прокатки являются белый высокохромистый чугун и быстрорежущая сталь, вопросам термостойкости которых в современной литературе не уделено достаточно внимания. Целью работы является оценка качества высокохромистого чугуна и быстрорежущей стали как материалов валков горячей прокатки по их термостойкости. Методика. Экспериментальные образцы высокохромистого чугуна марки ИЧХ16НМФТ и быстрорежущей стали марок Р5М5 и Р6М5 были подвергнуты термоциклированию по режиму: 200 циклов нагрева до 600 °С и охлаждения до 20 °С. После испытаний оценивали изменение микроструктуры и микротвердости структурных составляющих экспериментальных материалов. Результаты. Представлены результаты исследований склонности материалов, применяемых для производства прокатных валков, к разрушению, вызванному термической усталостью. Исследованы условия зарождения и роста трещин термической усталости в белом высокохромистом чугуне, оценены структурные изменения, происходящие при термоциклировании. На поверхности образцов белого высокохромистого чугуна в процессе испытаний было выявлено образование макро- и микротрещин термической усталости. Микротрещины проходят по эвтектическому карбиду, в значительной мере распространяясь на остаточный аустенит, по границе раздела карбида с продуктами распада аустенита. На поверхности образцов быстрорежущей стали в описанных условиях испытаний трещинообразование не наблюдалось. В результате термоциклирования белого высокохромистого чугуна происходит снижение микротвердости металлической матрицы, а микротвердость эвтектического карбида в сравнении с исходным литым состоянием увеличивается. Микротвердость структурных составляющих быстрорежущей стали изменяется менее существенно. Практическая значимость. Существует возможность снижения износостойкости прокатных валков с рабочим слоем из высокохромистого чугуна в литом состоянии в результате термоусталостного разрушения во время эксплуатации в условиях горячей прокатки. Повысить термостойкость высокохромистого чугуна ИЧХ16НМФТ можно, предположительно, за счёт применения специальных методов термообработки, направленных на получение бейнитной структуры металлической матрицы. Можно рекомендовать учитывать показатели термостойкости материалов прокатных валков горячей прокатки как дополнительный критерий их качества.

UK: Мета. Властивістю, що визначає якість матеріалів робочого шару прокатних валків, вважається їх зносостійкість. Однак в умовах гарячої прокатки на її стабільність можуть вплинути такі властивості як корозійна стійкість і термостійкість. Поширеними матеріалами для виконання прокатних валків гарячої прокатки є білий високохромистий чавун і швидкорізальна сталь, питанням термостійкості яких у сучасній літературі не приділено достатньо уваги. Метою роботи – оцінка якості високохромистого чавуну і швидкорізальної сталі як матеріалів валків гарячої прокатки за їх термостійкістю. Методика. Експериментальні зразки високохромистого чавуну марки ІЧХ16НМФТ і швидкорізальної сталі марок Р5М5 і Р6М5 були піддані термоциклуванню за режимом: 200 циклів нагрівання до 600 °С і охолодження до 20 °С. Після випробувань оцінювали зміни мікроструктури і мікротвердості структурних складових експериментальних матеріалів. Результати. Наведено результати дослідженя схильності матеріалів, що застосовуються для виробництва прокатних валків, до руйнування, викликаного термічною втомою. Досліджено умови зародження і росту тріщин термічної втоми в білому високохромистого чавуні, оцінено структурні зміни, що відбуваються в процесі термоциклування. На поверхні зразків білого високохромистого чавуну в процесі випробувань було виявлено утворення макро- і мікротріщин термічної втоми. Мікротріщини проходять по евтектичному карбіду, значною мірою поширюючись на залишковий аустеніт, по межі розділу карбіду з продуктами розпаду аустеніту. На поверхні зразків швидкорізальної сталі в описаних умовах випробувань тріщиноутворення не спостерігалося. У результаті термоциклування білого високохромистого чавуну відбувається зниження мікротвердості металевої матриці, а мікротвердість евтектичного карбіду порівняно з вихідним литим станом збільшується. Мікротвердість структурних складових швидкорізальної сталі змінюється менш істотно. Практична значимість. Існує можливість зниження зносостійкості прокатних валків із робочим шаром з високохромистого чавуну в литому стані в результаті термовтомного руйнування під час експлуатації в умовах гарячої прокатки. Підвищити термостійкість високохромистого чавуну ІЧХ16НМФТ можна, імовірно, за рахунок застосування спеціальних методів термообробки, спрямованих на отримання бейнітної структури металевої матриці. Можна рекомендувати враховувати показники термостійкості матеріалів прокатних валків гарячої прокатки як додатковий критерій їх якості.

EN: Purpose. High-chromium cast iron and high speed steel are used for rolling mill rolls production. In hot rolling processes tool’s failure can be result from the combination of thermo-mechanical and chemical damage. A better knowledge of thermal fatigue destruction mechanisms in this material could be useful for a better appreciation of its service behaviour and lifetime. Methodology. The experimental spesimens of high-chromium cast iron and high speed steel were tested by mode : 200 cycles the heating to 600 °C and cooling to 20 °C. The changes in the microstructure and microhardness of structural components after tests are evaluate. Findings. The results of studies of materials used for rolling mill rolls production tendency to the destruction caused by thermal fatigue are presented. The influence thermal cycling on structure and properties high chromium cast iron and high speed steel was investigated. The tendency of white cast iron to thermal fatigue damage was shown. Peculiarities of thermal cracks nucleation and growth were studied. Microhardness of structural components after the tests was measured. The structural changes that occur during thermal cycling were analyzed. Practical value. It may be recommended to take into account thermal stability of materials hot rolling mill rolls as an additional criterion of quality.