ROLL CAST: یک مؤلفه اصلی در فرآیند نورد

در زمینه پردازش فلز ، فرآیند نورد یک روش مهم شکل گیری است و رول چدن یک مؤلفه کلیدی ضروری در این فرآیند است. رول چدن نقش مهمی در شکل دادن به مواد فلزی ، تضمین کیفیت محصول و افزایش کارایی تولید بازی کنید. کیفیت عملکرد آن به طور مستقیم بر صحت و کیفیت سطح محصولات نورد و همچنین ثبات و اقتصاد فرآیند تولید تأثیر می گذارد. بنابراین ، درک کاملی از دانش مربوط به رول های چدن برای بهینه سازی فرایند نورد و تقویت رقابت محصولات از اهمیت بالایی برخوردار است. ​

شرایط کار و چالش های رول چدن

(1) محیط دما سخت

رول های چدن اغلب در حین کار در یک محیط درجه حرارت بالا قرار دارند که دمای کار عمومی به 700-800 درجه سانتیگراد می رسد. در برخی موارد خاص ، دمای مواد نورد که با آنها در تماس هستند حتی می تواند به 1200 درجه سانتی گراد برسد. دمای بالا مداوم نه تنها پایداری حرارتی مواد رول را آزمایش می کند ، بلکه باعث ایجاد مشکلاتی مانند انبساط حرارتی و تغییر شکل حرارتی می شود و بر دقت بعدی رول ها و کیفیت محصولات نورد تأثیر می گذارد. ​

(2) استرس مکانیکی قوی

رول ها باید در برابر فشار قوی از مواد نورد مقاومت کنند. این فشار به طور مداوم در طی فرآیند نورد عمل می کند و مستعد ابتلا به خستگی به رول ها است. در همین حال ، در طی فرآیند نورد ، یک نیروی اصطکاک قوی بین سطح رول ها و مواد نورد وجود دارد که باعث می شود سایش سطح رول را تسریع کرده و عمر سرویس رول ها را کاهش دهد. ​

(3) تهدید خستگی حرارتی

به دلیل گرمایش مداوم توسط مواد نورد گرم و خنک کننده با خنک کننده آب ، رول ها در مدت زمان کوتاهی دما را تغییر می دهند و در معرض خستگی شدید حرارتی قرار می گیرند. خستگی حرارتی می تواند باعث ترک خوردگی روی سطح رول ها شود. با گذشت زمان ، این ترک ها ممکن است گسترش یابد و در نهایت منجر به لکه دار شدن و عدم موفقیت رول ها شود. ​

2. انواع اصلی رول چدن

(1) رول چدن سرد

اصل کار: لایه کار رول چدن سرد به دلیل اثر خنک کننده سریع قالب فلزی ، یک ساختار ریخته گری سفید (کاربید ماتریس) را تشکیل می دهد. در طی فرآیند ریخته گری ، با کنترل میزان خنک کننده ، سطح غلتک به سرعت خنک می شود تا یک لایه ریخته گری سفید با سختی زیاد و مقاومت در برابر سایش بالا تشکیل دهد ، در حالی که هسته یک ساختار ریخته گری خاکستری نسبتاً نرم یا گودال را حفظ می کند تا اطمینان حاصل شود که غلتک دارای درجه خاصی از سختی است. ​

خصوصیات: این ویژگی از سختی سطح بسیار بالایی و مقاومت در برابر سایش عالی برخوردار است ، که به طور مؤثر در برابر سایش در طی فرآیند نورد مقاومت می کند. با این حال ، با توجه به شکنندگی زیاد لایه چدن سفید ، مقاومت ترک خوردگی حرارتی رول های چدن سخت سرد نسبتاً ضعیف است و ترک ها در هنگام قرار گرفتن در معرض استرس حرارتی بزرگ ، مستعد هستند. ​

زمینه های کاربردی: اغلب در فرآیندهای نورد با نیازهای با کیفیت سطح بالا و فشار نورد نسبتاً کم مانند نورد دقیق صفحات نازک و نوارهای فولادی استفاده می شود. ​

(2) رول های چدنی بی نهایت سرد سرد

اصل کار: با افزایش مناسب معادل کربن آهن مذاب ، رول یک ساختار شکاف (گرافیت کاربید ماتریس) را بدست می آورد. این ساختار تضمین می کند که لایه سرد رول هیچ مرز مشخصی در سطح شکستگی ندارد و انتقال از سطح سخت به هسته نرم بدون یک منطقه انتقال روشن به تدریج است. ​

ویژگی ها: این سختی و سختی بالایی را ترکیب می کند. وجود گرافیت باعث بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی حرارتی و عملکرد ضد پراکنده رول ها می شود و این امکان را به آنها می دهد تا حتی در صورت قرار گرفتن در معرض فشارهای حرارتی و مکانیکی قابل توجهی ، حالت کار خوبی را حفظ کنند. در مقایسه با رول های چدن سخت سرد ، رول های چدن بی نقص و بی نهایت سرد ، عمر بیشتری دارند و برای طیف گسترده تری از شرایط نورد مناسب هستند. ​

زمینه های کاربردی: به طور گسترده در نورد خشن ، نورد متوسط ​​و سایر فرآیندهای دیگر ، مانند نورد خشن از بیلت های فولادی ، نورد میانی میله ها و سیم ها و غیره استفاده می شود. در بین این فرآیندها ، رول ها باید در برابر نیروهای نورد قابل توجهی و بارهای حرارتی مقاومت کنند. عملکرد رول های چدن بی نهایت سرد می تواند الزامات را برآورده کند. ​

(3) رول های چدن سخت نیمه خنک

اصل کار: ریخته گری با استفاده از قالب فلزی با روکش ماسه ای انجام می شود. یک لایه 10-20 میلی متری شن و ماسه قالب در داخل قالب فلزی پوشانده شده است تا میزان خنک کننده بدنه غلتکی کاهش یابد و یک ساختار شکاف در لایه کار بدنه غلتکی بدست آورد. این روش ریخته گری باعث می شود توزیع سختی رول ها نسبتاً یکنواخت باشد ، با کاهش سختی از سطح به هسته. ​

ویژگی ها: رول های چدن نیمه کشت مقاومت بسیار خوبی در برابر ترک خوردگی ، استحکام بالا و سختی دارند. سختی سطح بدن غلتکی به طور کلی HS35-55 است ، که می تواند در حالی که از مقاومت خاصی در برابر سایش محافظت می کند ، در برابر خستگی حرارتی و خستگی مکانیکی مقاومت کند. در میان آنها ، رول های آهنی سخت خمیده نیمه خنک به دلیل ساختار گرافیتی کروی منحصر به فرد ، عملکرد برتر تری دارند. ​

زمینه های برنامه: عمدتا برای غرفه های باز کردن بیل و غرفه های آسیاب خشن از کارخانه های نورد متوسط ​​و کوچک قابل اجرا است. در این موارد ، رول ها برای مقابله با شرایط نورد پیچیده تر ، باید عملکرد جامع خوبی داشته باشند. ​

(4) رول آهن انعطاف پذیر

اصل کار: رول های آهن داکتیل با ریختن آهن مذاب که تحت درمان کروی در قالب قرار گرفته است ، ساخته می شود و باعث می شود گرافیت در ساختار رول شکل کروی به خود بگیرد. حضور گرافیت کروی ، اثر تکه تکه شدن گرافیت پوسته بر روی ماتریس را از بین می برد و خصوصیات مکانیکی رول ها را به شدت بهبود می بخشد. ​

ویژگی ها: دارای مقاومت بالا ، سختی زیاد و مقاومت در برابر سایش عالی است. مقاومت آن در برابر ترک خوردگی حرارتی و لکه دار نیز برجسته است. دامنه سختی رول آهن انعطاف پذیر نسبتاً گسترده است و با توجه به الزامات مختلف کاربردی ، با طیف گسترده ای از برنامه ها می تواند تنظیم شود. ​

زمینه های کاربردی: می توان از آن در انواع مختلفی از آسیاب های نورد ، از جمله نورد خشن ، نورد متوسط ​​و فرآیندهای نورد پایان استفاده کرد. در برخی از فرآیندهای نورد ویژه با نیازهای زیاد برای عملکرد رول ها ، رول های آهن انعطاف پذیر نیز می توانند عملکرد عالی را نشان دهند.

3. تأثیر عناصر آلیاژ بر عملکرد رول های چدن

(1) کربن (C)
مکانیسم نفوذ: کربن یکی از عناصر مهم مؤثر بر عملکرد رول های چدن است. از یک طرف ، مقدار زیاد کربن مانع بارش سیمانیت می شود و در عین حال به دلیل افزایش تعداد هسته های گرافیتی تشکیل شده ، گرافیت را می توان تصفیه کرد. از طرف دیگر ، اگر میزان کربن خیلی زیاد باشد ، باعث می شود گرافیت شناور شود و بر عملکرد رول ها تأثیر بگذارد. با یک خنک کننده خاص ، اگر مقدار کربن به طور مناسب افزایش یابد ، عمق لایه چدن سفید کاهش می یابد و میزان سیمانیت سطح افزایش می یابد.
​
تأثیر بر عملکرد: مقدار مناسبی از کربن می تواند سختی و مقاومت سایش رول ها را تقویت کند ، اما میزان کربن بیش از حد زیاد باعث کاهش سختی رول ها و افزایش خطر تشکیل ترک می شود. بنابراین ، در طی فرآیند تولید ، لازم است که محتوای کربن را دقیقاً کنترل کنید تا خصوصیات مختلف رول ها را متعادل کنید. ​

(2) سیلیکون

مکانیسم نفوذ: سیلیکون می تواند حلالیت کربن در آستنیت را کاهش دهد ، نه تنها باعث افزایش دمای تحول اوتکتوئید ، بلکه گسترش دامنه دمای تحول اوتکتوئید و کوتاه شدن دوره جوجه کشی مروارید و باینیت. در یک محدوده خاص ، با افزایش محتوای سیلیکون ، قطر توپ های گرافیتی کاهش می یابد و در نتیجه ساختار و عملکرد رول ها را بهبود می بخشد. ​

تأثیر بر عملکرد: سیلیکون می تواند قدرت و سختی رول ها را تقویت کند و در عین حال به بهبود مقاومت رولز در برابر ترک خوردگی حرارتی کمک می کند. با این حال ، محتوای بیش از حد سیلیکون ممکن است منجر به کاهش سختی رول ها شود ، بنابراین محتوای آن باید به طور منطقی کنترل شود. ​

(3) منگنز (منگنز)

مکانیسم تأثیرگذار: عناصر منگنز دمای تحول اوتکتوئید را کاهش می دهند و در تثبیت و پالایش مروارید نقش دارند. این می تواند قدرت و سختی رول ها را تقویت کند. با این حال ، هنگامی که محتوای منگنز خیلی زیاد است ، تفکیک شدید رخ می دهد ، و کاربیدهای شبکه در امتداد مرزهای دانه در حالت ریخته گری رسوب می کنند و باعث کاهش سختی رول ها می شوند. ​

تأثیر بر عملکرد: مقدار مناسبی از منگنز می تواند به افزایش عملکرد کلی رول ها کمک کند ، اما محتوای آن باید به شدت کنترل شود تا از عوارض جانبی بر عملکرد رول ها به دلیل تفکیک و بارش کاربیدهای شبکه جلوگیری شود. ​

(4) کروم (CR)

مکانیسم نفوذ: کروم مؤثرترین عنصر برای افزایش عمق لایه چدن سفید در رول های چدن سخت سرد است ، که می تواند به طور قابل توجهی اثرات جانبی سیلیکون را خنثی کند و به شکل گیری ساختار مروارید کمک می کند. در آهن داکتیل آلیاژ ، افزودن مناسب کروم می تواند باعث شود برخی از کاربیدهای رایگان در ریزساختار ظاهر شوند ، که برای بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش مفید است. ​

تأثیر بر عملکرد: افزودن کروم می تواند به طور موثری سختی سطح و مقاومت سایش رول ها را تقویت کرده و مقاومت آنها را در برابر خستگی حرارتی بهبود بخشد. با این حال ، کروم بیش از حد ممکن است منجر به کاهش سختی رول ها شود. بنابراین ، محتوای کروم باید دقیقاً مطابق با الزامات خاص استفاده از رول ها کنترل شود. ​

(5) مولیبدن

مکانیسم نفوذ: مولیبدن ، به عنوان عنصری که مروارید را تثبیت می کند ، می تواند ساختار لایه چدنی سفید را در چدن سخت سرد تصفیه کند ، استحکام مواد را تقویت کند و استحکام حرارتی رول ها را بهبود بخشد. در رول های آهن داکتیل آلیاژ ، افزایش مناسب محتوای مولیبدن می تواند شکل گیری ساختار مروارید را ترویج کرده و پراکندگی مروارید را افزایش دهد. مولیبدن همچنین می تواند تجزیه آستنیت را مهار کند و منجر به تشکیل ساختار باینیت می شود. با این حال ، مولیبدن مستعد تفکیک است ، بنابراین محتوای آن نباید خیلی زیاد باشد. ​

تأثیر بر عملکرد: مقدار مناسبی از مولیبدن می تواند عملکرد جامع رول ها ، به ویژه ثبات عملکرد آنها در محیط های درجه حرارت بالا را افزایش دهد. با این حال ، به دلیل تمایل تفکیک مولیبدن ، توزیع آن در رول ها باید به شدت کنترل شود تا از یکنواختی عملکرد رول اطمینان حاصل شود. ​

4. فرآیند تولید رول های چدن

(1) فرآیند ریخته گری

ریخته گری قالب فلزی: رول های چدن سخت سرد و برخی از رول های چدن با چوب سخت بی نهایت سرد اغلب توسط ریخته گری قالب فلزی ریخته می شوند. در طی فرآیند ریخته گری ، اثر خنک کننده سریع قالب فلزی باعث می شود که سطح رول به سرعت خنک شود و ساختار ریخته گری سفید یا گودال مورد نیاز را تشکیل می دهد. با کنترل پارامترهایی مانند دمای قالب فلزی ، ضخامت پوشش و دمای و سرعت ریختن آهن مذاب ، ریزساختار و خاصیت لایه کار رول ها دقیقاً کنترل می شود.
​
ریخته گری ماسه ای: برای برخی از رول هایی که نیازهای نسبتاً کم برای سختی سطح دارند و به سختی بیشتری نیاز دارند ، مانند رول های چدن نیمه کاش ، ریخته گری ماسه ای قابل اتخاذ است. اضافه کردن مقدار مناسبی از شن و ماسه قالب و آهن خنک به قالب شن و ماسه می تواند میزان خنک کننده قسمت های مختلف رول ها را تنظیم کند و رول ها را قادر می سازد تا به توزیع سختی و ریزساختار مناسب دست یابند. ​

ریخته گری مرکب: از فرآیند ریخته گری مرکب برای تولید رول های چدن کامپوزیت استفاده می شود. با ریختن آهن مذاب با ترکیبات مختلف ، رول ها دارای لایه ها و هسته های کار با خواص مختلف هستند. به عنوان مثال ، ابتدا مواد اصلی را بریزید و سپس مواد لایه ای کار را با سختی زیاد بریزید و مقاومت در برابر سایش را روی سطح آن بریزید ، به طوری که رول هم از چقرمگی و هم خاصیت سطح برخوردار است.
​
(2) فرآیند عملیات حرارتی

درمان آنیل: درمان آنیل شدن می تواند استرس داخلی ایجاد شده در طی فرآیند ریخته گری رول ها را از بین ببرد و ریزساختار و خواص رول ها را بهبود بخشد. با نگه داشتن غلتک در دمای مناسب برای مدت معینی ، ساختار داخلی یکدست می شود ، سختی کاهش می یابد ، چقرمگی بهبود می یابد و آماده سازی برای پردازش و استفاده بعدی انجام می شود. ​

عادی سازی درمان: عادی سازی درمان می تواند غلات رول ها را اصلاح کرده و قدرت و سختی آنها را تقویت می کند. رول ها را بالاتر از دمای بحرانی گرم کنید ، آنها را برای یک دوره زمانی نگه دارید و سپس آنها را در هوا خنک کنید تا یک مروارید یکنواخت یا ساختار باینیت برای رول ها بدست آورید و از این طریق عملکرد کلی آنها را بهبود بخشید. ​

خاموش کردن و درمان معتدل: برای برخی از رول هایی که نیاز به سختی و مقاومت بیشتر در برابر سایش دارند ، می توان با خاموش کردن و درمان خلوت انجام داد. فرونشست سطح رول ها با ساختار مارتنزیتی ، به طور قابل توجهی سختی را افزایش می دهد. با این حال ، ساختار مارتنزیتی نسبتاً شکننده است ، بنابراین برای تنظیم تعادل بین سختی و چقرمگی ، از بین بردن استرس خاموش و افزایش عمر خدمات رول ، درمان معتدل لازم است. ​

5. نگهداری و مراقبت از رول چدن
​
(1) بازرسی روزانه

بازرسی سطح: به طور مرتب سطح رول ها را برای نقص هایی مانند ترک ، لکه دار و سایش بررسی کنید. با بازرسی بصری و استفاده از تجهیزات آزمایش غیر مخرب مانند آشکارسازهای نقص اولتراسونیک و آشکارسازهای عیب ذرات مغناطیسی ، مشکلات بالقوه را می توان به موقع شناسایی کرد و می توان اقدامات مربوطه را برای ترمیم یا جایگزینی آنها انجام داد. ​

بازرسی بعدی: قطر ، استوانه و سایر پارامترهای بعدی رول ها را اندازه گیری کنید تا اطمینان حاصل شود که آنها در محدوده تحمل مشخص هستند. انحرافات بیش از حد بعدی ممکن است بر صحت محصولات نولی تأثیر بگذارد. بنابراین ، پس از تشخیص ناهنجاری های بعدی ، باید تنظیمات به موقع یا تعمیرات انجام شود. ​

(2) روغن کاری و خنک کننده

روغن کاری: در طی فرآیند نورد ، به منظور کاهش اصطکاک بین رول ها و مواد نورد و به حداقل رساندن سایش ، از روان کننده های مناسب استفاده می شود. روان کننده ها را با عملکرد روانکاری خوب ، مقاومت شدید فشار و مقاومت در برابر اکسیداسیون انتخاب کنید و اطمینان حاصل کنید که آنها به طور مساوی روی سطح رول ها توزیع می شوند. برای اطمینان از عملکرد عادی آن ، به طور مرتب از سیستم تأمین روان کننده ها بازرسی کنید. ​

خنک کننده: خنک کننده مؤثر برای کاهش دمای رول ها و جلوگیری از خستگی حرارتی بسیار مهم است. از عملکرد عادی سیستم خنک کننده اطمینان حاصل کنید ، سریعاً خاک و ناخالصی ها را در خطوط لوله آب خنک کننده تمیز کنید و تضمین کنید که سرعت جریان و دمای آب خنک کننده نیاز را برآورده می کند. در همین حال ، زاویه اسپری و موقعیت آب خنک کننده باید به طور منطقی تنظیم شود تا از خنک شدن یکنواخت سطح رول ها اطمینان حاصل شود. ​

(3) ذخیره و کاربری

ذخیره سازی: رول ها را در یک محیط خشک و با تهویه مناسب ذخیره کنید تا از مرطوب شدن و زنگ زدگی آنها جلوگیری شود. برای رول هایی که برای مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفته اند ، باید درمان ضد Rust انجام شود ، مانند استفاده از روغن ضد سرخ و بسته بندی با کاغذ ضد Rust. در عین حال ، باید به روش ذخیره سازی توجه شود تا از فشردن یا برخورد رول ها جلوگیری شود ، که ممکن است باعث آسیب شود. ​

هندلینگ: هنگام استفاده از رول ها ، باید از تجهیزات حمل و نقل اختصاصی مانند جرثقیل و لیفتراک استفاده شود و لازم است اطمینان حاصل شود که ظرفیت بارگذاری تجهیزات کافی است. در طی فرآیند هندلینگ ، برای جلوگیری از برخورد غلطک ها با اشیاء دیگر ، جلوگیری از آسیب سطح و آسیب ساختاری داخلی ، با احتیاط استفاده کنید. ​

6. نتیجه گیری

رول های چدن ، به عنوان اجزای اصلی در فرآیند نورد ، عملکرد آنها به طور مستقیم با کیفیت محصولات نورد و راندمان تولید مرتبط است. با درک ویژگی های انواع مختلف رول های چدن ، تأثیر عناصر آلیاژ بر عملکرد آنها ، فرآیندهای تولید و روش های نگهداری ، می توان انتخاب و استفاده از رول های چدن را بهتر انتخاب و استفاده کرد ، بازی کامل را به مزایای آنها و بهبود سطح کلی فرآیند نورد انجام داد. با پیشرفت مداوم فناوری ، عملکرد و کیفیت رول های چدن نیز به طور مداوم در حال بهبود است. در آینده انتظار می رود که آنها در طیف وسیع تری از زمینه ها اعمال شوند و سهم بیشتری در توسعه صنعت پردازش فلز داشته باشند. $