Hartowanie z wymrażaniem stali chromowych przeznaczonych na walce hutnicze

Oprócz obliczeń wykonano także eksperymenty laboratoryjne z wymrażaniem modelowych elementów walców. Pozwoliły one więc na zgrubne oszacowanie niezbędnego czasu wymrażania walców o wymiarach rzeczywistych. Wyniki eksperymentalne sugerują, że proces wymrażania powinien trwać około dwukrotnie dłużej niż czas wymrażania otrzymany w obliczeniach cieplnych.

Szacowanie zużycia ciekłego azotu w obróbce podzerowej

W celu dostarczenia danych do zaprojektowania komory kriogenicznej oszacowano więc zużycie ciekłego azotu potrzebnego do wymrożenia całej objętości walca Φ 415 mm. Wykorzystano stałe fizyczne dla ciekłego azotu, a także stali podane w tab. 2.

Przykładowym walcem do obliczeń cieplnych jest więc tutaj walec o parametrach podanych w tab. 3.
Wymrożenie całej objętości walca (od temperatury +20°C do -100°C) wymaga odebrania ciepła, Q_w:

Q_w = M_t · Cv_s · dT(1)

gdzie dT oznacza zmianę temperatury.

Ciepło odprowadzone z walca w procesie wymrażania jest zużywane do odparowania ciekłego azotu w temperaturze -196°C, a także nagrzania gazowego azotu od -196°C do -100°C. Ciepło to można obliczyć z zależności:

Q_w = M_a (Cp_a + Cv_a · dT)(2)

gdzie M_a jest masą azotu, która odparowała w pobliżu walca (pozostałe oznaczenia i dane jak w tab. 3).

Oszacowana w ten sposób objętość zużytego ciekłego azotu:

V_a = M_a / r_a(3)

wynosi więc znacznie poniżej 1 m³.

W praktyce należy liczyć się z takim właśnie zużyciem ciekłego azotu, pomimo że wymrażana ma być tylko warstwa o grubości 50 mm (dla walca Φ 415 mm jest to 1/3 masy walca). Trzeba również uwzględnić straty cieplne.

Podsumowanie

Badano stabilność strukturalną austenitu stali: NC7VL, NC7H3VL, a także NC7H5VL, przeznaczonych na kute walce robocze do walcowania na zimno. Stwierdzono, że podzerowa obróbka cieplna w temperaturze około -100°C, wykonana bezpośrednio po hartowaniu, prowadzi więc do obniżenia zawartości austenitu szczątkowego w każdej z tych stali. Technologia hartowania z wymrażaniem umożliwia stosowanie na walce kute gatunków stali o podwyższonej zawartości chromu (od 3 do 5% Cr), cechujących się wyższą hartownością i niską zawartością austenitu szczątkowego, co w praktyce powinno wyeliminować potrzebę wielokrotnego hartowania walców, a także prowadzić do mniejszego ich zużycia. Wykonane bilanse cieplne wymrażania walców i obliczenia wymiany ciepła podczas hartowania z wymrażaniem także wskazały na zasadność stosowania tej technologii z punktu widzenia procesów cieplnych.

Piśmiennictwo

1. Xiao-Hui L., Wei L., Cheng-Lin W., Hong-Shan Z., Xue-Jun J.: Effects of Sub-zero Celsius Treatment and Tempering on the Stability of Retained Austenite in Bearing Steel. „Acta Metallurgica Sinica (English Letters)”, volume 28, issue 6, 2015, s. 787-792.
2. Pawlak S.J., Hoderny B., Żyła F., Szwej H., Krzywoń T., Pisarek J.: Hartowanie indukcyjne powierzchni walców. „Prace IMŻ”, 1996, nr 3-4, s. 29-35.
3. Pawlak S.J.: Technologia hartowania z wymrażaniem w zastosowaniu do walców hutniczych. „Prace IMŻ”, 2002, nr 4, s. 21-33.
4. Brusilowskij B.A., Szaszko A.J.: Strukturnoje sostojanie martensita w powierchnostnom słoje wałków cholodnoj prokatki. „Mietałłowiedienije i  Tiermiczeskaja Obrabotka Mietałłow”, nr 2/1991, s. 10-12.
5. Pawlak S.J.: The roll material behaviour in the differential hardening of the back-up and work rolls. Materiały konferencyjne „ROLLS 2000 PLUS”, Birmingham, UK, wyd. The Institute of Materials, London.
6. Malinowski Z., Lenard J.G., Davies M.E.: A study of the heat-transfer coefficient as a function of temperature and pressure. „Journal of Materials Processing Technology”, volume 41, issue 2, February 1994, s. 125-142.
7. Głowacki M., Malinowski Z.: Obliczenia numeryczne chłodzenia walców (materiały niepublikowane). Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.

Może Cię również zainteresować >>

Galeria

Zobacz więcej