+7 (3412) 33-44-55
Узнай эффект
криообработки
по марке стали

Сферы применения

Криогенная обработка актуальна для производства профильных труб: износостойкость валков повысилась на 25%.

  Криогенная обработка - это термическое упрочнение металлопродукции сверхнизкими температурами (до – 1960С). Криогенная обработка возможна на начальной стадии процесса изготовления (до закалки) металлопродукции для повышения обрабатываемости, после термической обработки (закалки) – для повышения механических и эксплуатационных характеристик изделий. В результате криогенного воздействия изменяется структурно - фазовый состав материала. В поверхностных, наиболее нагруженных, слоях происходит преобразование остаточного аустенита в наиболее прочный мартенсит, а также выделение мелкодисперсных карбидов, что приводит к повышению твердости и износостойкости изделий, обработанных сверхнизкими температурами.

  В настоящее время накоплен положительный опыт по криогенной обработке инструмента для обработки металлов давлением и резанием, тормозных дисков и пружин дисков сцепления автомобилей. Например, у пуансонов и матриц для холодной штамповки из стали Х12МФ и Х12Ф1 в результате криогенного воздействия: улучшаются показатели равномерности распределения твердости, наблюдается прирост твердости на 1 – 2 единицы HRC, повышается эксплуатационный ресурс в 5 – 7 раз.

  В мае 2014 года были проведены испытания рабочих валков для валок1.jpgАльметьевского трубного завода. В результате эксплуатационных испытаний рабочих валков (для трубы 20х20 мм) из стали Х12ВМФ, упрочненных криогенной обработкой, было выявлено повышение износостойкости на 20 – 25 %.

  Повышение износостойкости рабочих валков после криогенной обработки по сравнению с валками, прошедшими обычную термообработку, объясняется не только повышением твердости. Основная причина повышения износостойкости связана с повышением плотности дислокаций (при криогенной обработке мартенсит получается мелкодисперсным). Увеличение плотности дислокаций повышает сопротивление микропластическим сдвигам, ведущим к зарождению трещин контактной усталости. Применение отпуска при 150 0С после криогенной обработки не только не снижает, а наоборот, несколько увеличивает как долговечность, так и предел усталости.

  В процессе эксплуатации в зоне совместного контакта с полосой поверхностные слои валков находятся в состоянии, обусловленном действием остаточных температурных напряжений материала инструмента и напряжений от усилия прокатки. В таких жестких условиях стойкость валков в значительной степени зависит от поверхностной твердости и глубины упрочненного слоя. Высокая и равномерная, что особенно важно, твердость бочки обеспечивает повышенную износостойкость валков, а достаточная глубина упрочненного поверхностного слоя определяет возможность реализации необходимого числа перешлифовок бочки в процессе эксплуатации. Средний разброс действительных значений твердости инструмента, прошедшего термообработку (закалка + отпуск), составляет 11%. А средний разброс значений твердости инструмента после криогенной обработки составляет не более 5%. Что свидетельствует о более равномерном распределении твердости сталей после криогенного воздействия.

  Многочисленные исследования показали, что микроструктура закаленного слоя металла валков оказывает решающее влияние на их износостойкость. Для повышения износостойкости наиболее целесообразно получение мелкодисперсной структуры мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными включениями карбидов. Характер изменения структуры и твердости по глубине закаленного слоя также оказывает влияние на эксплуатационные свойства валков. Более плавный переход от поверхностного слоя с высокой твердостью к исходной структуре сердцевины валка и большая протяженность переходной зоны закаленного слоя обеспечивает повышение стойкости валков. В процессе криогенного воздействия структурно - фазовые превращения в материале инструмента происходят по всему сечению от поверхности к центру. Тем самым обеспечивается более плавный переход высокой твердости на поверхности валка к вязкой сердцевине с благоприятным распределением остаточных напряжений по сечению инструмента.

  В процессе эксплуатации рабочие валки испытывают локальный и объемный разогрев, тем самым повышается чувствительность инструмента к термической усталости. Высокое сопротивление термической усталости традиционно достигается: легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает; созданием в материале соответствующей структуры, состоящей из внедрений в основной твердый раствор и особенно по границам зерен дисперсионных карбидных фаз.

  В результате криогенной обработки рабочих валков увеличивается теплопроводность и происходит более равномерное распределение температурных напряжений по объему изделия при эксплуатации за счет более равномерной мелкозернистой микроструктуры с выделением мелкодисперсных карбидных фаз по границам зерен.

  Таким образом, криогенное воздействие на материал рабочих валков обеспечивает удовлетворение основных требований, предъявляемых к ответственным деталям прокатного производства:

  1. Высокая и равномерная твердость, которая обеспечивает повышение износостойкости рабочего слоя бочки валка, уменьшает степень его повреждаемости. Твердость равномерно распределена по поверхности валка и минимально изменяется при многократных перешлифовках.
  2. Остаточные напряжения по сечению бочки валка распределяются благоприятно и имеют оптимальную величину.
  3. Высокая контактная прочность рабочего слоя валка. Снижается вероятность выкрашивания за счет ослабления наклепа поверхностного слоя металла и повышения исходной твердости валков.
  4. Высокое сопротивление термической усталости при объемном и локальном разогреве.