رول های فولادی ریخته گری آلیاژی: راهنمای عملکرد و کاربرد

رول های فولادی ریخته گری آلیاژی ایجاد تعادل برتر از استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش ، آنها را به انتخابی بهینه برای زبری شدید و پایه های متوسط در کارخانه های نورد سرد و گرم مدرن تبدیل می کند. عملکرد آنها به طور مستقیم با عناصر آلیاژی خاص و پروتکل های عملیات حرارتی مرتبط است و مزایای متمایز را نسبت به جایگزین های چدن استاندارد یا فولاد آهنگری ارائه می دهد.

نتیجه‌گیری کلیدی حاصل از دهه‌ها داده‌های آسیاب روشن است: برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت عالی در برابر ترک خوردگی آتش، بارهای مکانیکی بالا و شوک حرارتی دارند - مانند آسیاب‌های شکوفه‌دهی، دال‌کاری، و آسیاب‌های پرتو جهانی - رول‌های فولادی ریخته‌گری شده آلیاژی به طور مداوم ارائه می‌شوند. 15-30٪ کمپین طولانی تر بین ریگرندها در مقایسه با چیل رول های نامحدود سنتی.

تعریف رول های فولادی ریخته گری آلیاژی

بر خلاف رول های چدنی که کربن آنها بیش از 2٪ است، رول های فولادی ریخته گری آلیاژی حاوی بین 0.4٪ و 1.8٪ کربن . این ماتریس کربن پایین تر، همراه با مقادیر کنترل شده کروم (Cr)، نیکل (Ni)، مولیبدن (Mo) و وانادیم (V)، یک ریزساختار مارتنزیت یا بینیت ایجاد می کند. این ساختار چقرمگی ذاتی و توانایی مقاومت در برابر فشارهای غلتشی بیش از حد را ارائه می دهد 150 مگاپاسکال در منطقه تماس بایت رول.

فرآیند تولید معمولاً شامل ذوب کوره قوس الکتریکی، کربن زدایی با اکسیژن آرگون (AOD) تصفیه برای خلوص، و تکنیک های تخصصی ریخته گری استاتیک یا گریز از مرکز است. عملیات حرارتی بعدی - نرمال کردن، خاموش کردن و تلطیف کردن - دقیقاً مشخصات سختی مورد نیاز را ایجاد می کند که از 35 HS تا 60 HS (سختی ساحلی) بسته به لایه رول و کاربرد.

پارامترهای عملکرد حیاتی

کارایی یک رول فولادی ریختگی آلیاژی توسط سه پارامتر قابل اندازه گیری کنترل می شود: مقاومت در برابر سایش، استحکام و مقاومت در برابر زوال سطح. جدول زیر آستانه های معمولی را برای کاربردهای خشن نشان می دهد.

جدول 1: معیارهای عملکرد معمول برای رول های فولادی ریخته گری آلیاژی در پایه های خشن
پارامتر	محدوده معمولی	تاثیر عملکرد
سختی (Shore C)	38 - 55 HS	به طور مستقیم با کاهش حجم سایش در هر 1000 تن ارتباط دارد
مقاومت کششی (MPa)	700 - 950 مگاپاسکال	از شکستگی تحت بارهای اوج بالا جلوگیری می کند
ازدیاد طول (%)	1.5٪ - 4٪	نشانگر چقرمگی شکست

حالت ها و راه حل های رایج شکست

درک اینکه چرا رول های فولادی ریخته گری آلیاژی شکست می خورند برای انتخاب مناسب بسیار مهم است. شایع ترین مسائل عبارتند از:

ترک خوردگی آتش سوزی خستگی حرارتی : گرمایش/خنک کردن چرخه ای باعث ایجاد ترک های سطحی می شود. رول های فولادی ریخته گری آلیاژی با 0.8-1.2% مو و سطوح نیکل بالای 1.5% را نشان می دهد. 50٪ انتشار ترک کندتر نسبت به رول های فولادی کربنی ساده
پاره شدن : جداشدگی لایه سطحی ناشی از تنش برشی زیرسطحی. شیب سختی مناسب - جایی که لایه کار در آن قرار دارد 10-15 امتیاز HS سخت تر از هسته - این حالت خرابی را در رول هایی که به خوبی طراحی شده اند حذف کنید.
تخت بپوشید : تماس طولانی منجر به بیضی می شود. افزودن 0.1-0.3٪ وانادیم توزیع کاربید را تصفیه می کند و مقاومت در برابر سایش را تقریباً بهبود می بخشد. 20% بدون قربانی کردن صلابت

یک مثال عملی از یک آسیاب پرتو فلنج پهن نشان داد که تغییر از یک رول فولادی معمولی 1.5٪ کروم به یک رول فولادی ریخته گری آلیاژی 2.8٪ Cr-0.8٪ Mo-0.2٪ V باعث افزایش تناژ عبور در هر رول شده است. 18000 تن تا 24500 تن ، بهبود 36 درصدی که مستقیماً به کاهش سایش و مقاومت در برابر خستگی حرارتی نسبت داده می شود.

انتخاب ترکیب آلیاژ مناسب

هیچ رول فولادی ریخته گری آلیاژی جهانی وجود ندارد. شرایط سرویس ترکیب بهینه را دیکته می کند. از ماتریس انتخاب زیر به عنوان راهنما برای خشن کردن و پایه آسیاب میانی استفاده کنید.

جدول 2: انتخاب درجه فولاد ریختگی آلیاژی بر اساس کاربرد
برنامه	سیستم آلیاژی توصیه شده	محدوده سختی (HS)	مزیت کلیدی
اسلبینگ / آسیاب شکوفه	1.5-2.0٪ کروم، 0.5-1.0٪ نیکل، 0.3-0.6٪ مو	38 - 45 HS	حداکثر چقرمگی ضربه
خشن پرتو جهانی	2.5-3.0٪ کروم، 1.2-1.8٪ نیکل، 0.6-0.9٪ مو	45 - 52 HS	مقاومت در برابر ترک حرارتی بپوشید
بار و میله رافینگ	1.8-2.2٪ کروم، 0.8-1.2٪ نیکل، 0.4-0.7٪ مو، 0.1-0.2٪ V	48 - 55 HS	سایش بالا مقاومت در برابر ترک آتش خوب است

مشخصات عملیات حرارتی و سختی

خاصیت نهایی یک رول فولادی ریختگی آلیاژی صرفاً توسط شیمی تعیین نمی شود بلکه توسط چرخه عملیات حرارتی تعیین می شود. یک پروتکل معمولی برای یک رول 3٪ Cr-1٪ Ni-Mo شامل موارد زیر است:

آستنیته کردن : حرارت دادن به 850-920 درجه سانتیگراد برای حل شدن کاربیدها.
خاموش کردن : خنک کننده هوا یا هوای اجباری برای تشکیل مارتنزیت یا بینیت. نرخ های خنک کننده کنترل شده از ترک خوردن در بخش های پیچیده جلوگیری می کند.
معتدل کردن : 500-650 درجه سانتی گراد به مدت 12-24 ساعت برای کاهش تنش ها و تنظیم سختی نهایی.

سختی حاصل باید از یک گرادیان پیروی کند. یک رول فولادی ریختگی آلیاژی موثر برای پایه خشن، سختی لایه کاری را نشان می دهد 50-55 HS گسترش 40-60 میلی متر از سطح، با سختی هسته 32-38 HS . این گرادیان با ایجاد تغییر شکل پلاستیک در هسته و در عین حال حفظ مقاومت در برابر سایش در سطح، پوسته شدن را به تاخیر می اندازد. داده های آسیاب تایید می کند که رول هایی با گرادیان بهینه به دست می آیند 90٪ حوادث ریزش کمتر در یک دوره عملیاتی 5 ساله در مقایسه با رول هایی با مشخصات سختی یکنواخت.

مزایای هزینه عملیاتی

در حالی که هزینه خرید اولیه یک رول فولادی ریختگی آلیاژ بالا ممکن است باشد 20-35 درصد بالاتر از یک رول چدن استاندارد، هزینه کل مالکیت به طور قابل ملاحظه ای کمتر است. تجزیه و تحلیل مقایسه ای بیش از 12 ماه در یک آسیاب با بخش متوسط نشان داد:

کاهش مصرف رول: 0.28 کیلوگرم در تن محصول در مقابل 0.45 کیلوگرم در تن برای چدن.
تغییرات رول کمتر: 4 تغییر در هر پایه در سال در مقابل 7 تغییر، صرفه جویی 18 ساعت استراحت سالانه
هزینه های آسیاب کمتر: هر آسیاب مجدد حذف می شود 0.40 میلی متر قطر در مقابل 0.65 میلی متر برای رول های نرم تر، عمر کل رول را تقریباً افزایش می دهد 40% .

نتیجه خالص کاهش هزینه نورد در هر تن است 0.85 یورو تا 1.20 یورو ، بازپرداخت کامل سرمایه گذاری رول پریمیوم را در شش ماه اول بهره برداری ارائه می دهد.