1.2 Требования, предъявляемые к детали

К валкам холодной прокатки предъявляются высокие требования. На поверхности бочки рабочих валков твердость должна быть не менее 90 единиц по Шору, а глубина «активного» закаленного слоя не менее 3% от радиуса валка. Твердость шеек должна находиться в пределах 30—55 единиц по Шору. На рабочих поверхностях валков по условиям работы не допускаются неметаллические включения, трещины, черновины, прижоги, шлифовочные трещины и другие поверхностные дефекты. В металле валков недопустимы трещины и другие дефекты, которые могут вызвать разрушение валка [3].

Рабочие (валки изготовляются цельноковаными. Опорные же валки выполняются как цельноковаными, так и составными. В последнее время имеется стремление перейти полностью на изготовление опорных валков цельноковаными, так как затраты на изготовление их значительно меньше, чем на составные. Следует лишь отметить, что при изготовлении крупных цельнокованых опорных валков высокой твердости встречаются большие технологические затруднения при термической обработке [3].

1.3 Выбор марки стали

Для изготовления рабочих валков холодной прокатки применяются качественные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей. В валковой стали должно быть минимальное количество металлических включений, отсутствие усадочной рыхлости, осевой или нецентренной пористости, минимальное содержание газов (особенно водорода), мелкое зерно и т.д. [5].

Широко применяют для изготовления валков холодной прокатки из стали с пониженным содержанием углерода типа 7ХМФ. Повышение стойкости валков из стали с пониженным содержанием углерода достигается за счет увеличения вязкости, меньшей хрупкости закаленного слоя, пониженного уровня остаточных напряжений, повышенной устойчивости стали против образования трещин и расслоений на поверхности бочки валка[5].

Проведем сравнительный анализ сталей, используемых для изготовления валков холодной прокатки. Такими сталями являются 9Х, 9Х2, 7ХМФ. Их химический состав приведен в таблице 1.1. Сравним также механические свойства представленных сталей (таблица 1.2).

Таблица 1.1 Химический состав сталей 9Х, 9Х2, 7ХМФ [6].

№ п/п	Марка стали	Содержание элементов, масс. %
		С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Mo	V	Cu
1	9Х	0,80-0,95	0,25-0,45	0,15-0,40	≤ 0,030	≤ 0,030	1,40-1,70	≤ 0,45	-	-	≤ 0,30
2	9Х2	0,85-0,95	0,25-0,50	0,20-0,70	≤ 0,030	≤ 0,030	1,70-2,10	≤ 0,50	-	-	≤ 0,25
3	75ХМФ	0,70-0,80	0,20-0,60	0,20-0,70	≤ 0,040	≤ 0,040	1,40-1,70	≤ 0,50	0,10-0,30	0,05-0,25	-

Таблица 1.2 Механические свойства [6].

№ п/п	Марка стали	Источник	Термическая обработка	σ0,2, МПа	σв, МПа	HSD		HB
				не менее		бочки	шейки
1	9Х	ГОСТ 24.013	Закалка с 810-850⁰С в воду; отпуск 130-180⁰С охл. На воздухе.	Не определяется		90-96	30-55	-
2	9Х2	ГОСТ 24.013	Закалка ТПЧ с 920⁰С в воду; отпуск 300-500⁰С охл. с печью	Не определяется		70-85	30-55	-
3	75ХМФ	ГОСТ 24.013	Закалка ТПЧ; отпуск	Не определяется		70-85	30-55	-

Для изготовления валков холодной прокатки обычно используются высокоуглеродистые легированные стали марок 9Х и 9X2. Сталь марки 9Х используется для валков с твердостью 90 единиц по Шору и выше при диаметре бочки до 300 мм, а сталь 9X2 для рабочих валков диаметром больше 300 мм.

Из таблицы 1.1 видно, что содержание вредных примесей, а именно серы, фосфора, у стали 9Х меньше, чем у стали 75ХМФ. Также из таблицы 1.2 видно, что требуемая твердость по Шору для валков холодной прокатки с диаметром бочки до 300мм так же достигается у стали 9Х.

Исходя из всего вышесказанного, для изготовления валков холодной прокатки с заданными требованиями выбираем сталь 9Х. Температура критических точек представлена в таблице 1.3, изотермическая диаграмма распада переохлажденного аустенита для стали 9Х приведена на рисунке 1.2.

Таблица 1.3 Температуры критических точек стали 9Х[6].

Ас1	Ас3	Мн
745	783	270

Рисунок 1.2 Изотермическая диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 9Х [7].