Анализ материала роликов в металлообрабатывающих профилировочных станках: правильный выбор роликов определяет долгосрочную производительность и качество готовой продукции профилировочной линии. 

Конструкционная сталь 40Cr является распространенным и экономичным выбором для среднегабаритного прокатного оборудования. После отпуска и высокочастотной поверхностной закалки сталь 40Cr достигает твердости поверхности HRC48-55, обладает сбалансированной ударной вязкостью и низкой склонностью к разрушению. По сравнению со сталью 45#, ее износостойкость и ударопрочность значительно улучшены. Она широко используется в прокатных валках обычных С-образных и U-образных профилей, а также в простых машинах для формовки дверных рам, подходит для серийного массового производства тонких листов углеродистой стали. Ее ограничения заключаются в недостаточной износостойкости при непрерывной прокатке высокопрочных листов на высоких скоростях или использовании металлических полос с твердым покрытием. При непрерывном массовом производстве направляющих для фотоэлектрических элементов и прецизионных профилей она все еще относительно быстро изнашивается при длительной эксплуатации и в основном используется в линиях прокатки стандартных профилей низкого и среднего диапазона.

Подшипниковая сталь GCr15 является широко используемым материалом в прокатных машинах. Сталь GCr15 обладает превосходной закаливаемостью, и после термообработки её твёрдость может достигать HRC58-62. Она отличается равномерной твёрдостью, стабильной металлографической структурой и сочетает в себе износостойкость и прочность на сжатие. Сталь GCr15 широко используется в прокатных станах для фотоэлектрических кронштейнов, лёгком стальном килевом оборудовании и малогабаритном оборудовании для формовки направляющих рельсов при изготовлении формовочных роликов. Она позволяет стабильно прокатывать оцинкованные стальные листы и листы из чёрного железа толщиной 0,7–2,0 мм, обеспечивая отличную общую экономическую эффективность. Однако GCr15 имеет относительно низкую устойчивость к прилипанию материала. При прокатке высокотвёрдых цинково-алюминиево-магниевых листов недостаточная смазка может легко привести к прилипанию металла к роликам, вызывая дефекты в местах приложения давления на поверхности профиля. Она не подходит для длительного непрерывного производства сверхвысокопрочных стальных листов и толстых материалов.

Cr12MoV и SKD11 — это высоколегированные холоднокатаные штамповые стали, предпочтительные материалы для сердечниковых роликов в высокотехнологичных прокатных станах. Оба типа стали имеют высокое содержание углерода и легирующих элементов, а их твердость после термообработки может достигать HRC60–65. Они обладают чрезвычайно высокой износостойкостью, прочностью на сжатие и устойчивостью к заеданию. Они предлагают значительные преимущества для сценариев непрерывного производства, включающих профили сложного сечения, многоизгибные направляющие для фотоэлектрических систем, толстостенную прокатную сталь и рулоны высокопрочной стали. В процессе формования профилей сложного сечения локальные прокатные валы подвергаются концентрированным боковым силам экструзии. Валы из обычных материалов склонны к разрушению и неравномерному износу. Прокатные валы из Cr12MoV и SKD11 могут сохранять точность контура в течение длительного времени, значительно увеличивая цикл замены валов. Экспортно-ориентированные высокотехнологичные линии прокатки и заводы, работающие круглосуточно, обычно используют этот материал для своих основных прокатных валов. Среди них сталь SKD11 обладает более высокой чистотой, более стабильной микроструктурой и лучшей устойчивостью к сколам, чем Cr12MoV, и часто используется для изготовления прецизионных профильных прокатных валков с жесткими требованиями к точности.

Помимо выбора основной стали, процесс упрочнения поверхности прокатных валков также имеет решающее значение и является ключевым моментом для дифференциации конфигурации многими производителями оборудования. Наиболее распространенным процессом является твердое хромирование: слой твердого хрома наносится методом электролиза на готовую поверхность валка, улучшая гладкость поверхности, снижая трение между стальной полосой и валком, эффективно уменьшая царапины и прилипание валков к оцинкованным профилям, и широко используется в производственных линиях по обработке оцинкованных и цветных листов. Более совершенное решение использует напыление карбида вольфрама (термическое напыление) для формирования сверхтвердого, износостойкого покрытия. Его износостойкость значительно превосходит износостойкость хромированных валков, что делает его пригодным для прокатки цинково-алюминиево-магниевых листов и высокопрочной стали с чрезвычайно высокой износостойкостью. Недостатком является более высокая стоимость обработки, и он в основном используется в высокотехнологичных прокатных станах, изготавливаемых на заказ.

Многие покупатели ошибочно полагают, что слепо стремятся к материалу с самой высокой твердостью. В действительности, материалы роликов с более высокой твердостью обладают относительно меньшей ударной вязкостью. Если формовка профиля включает в себя сильные боковые удары и колебания нагрузки, чрезмерно твердые ролики могут привести к сколам и растрескиванию кромок. При выборе материала ролика необходимо учитывать три фактора: материал и толщину сырья, сложность поперечного сечения профиля и ежедневное время непрерывного производства на производственной линии. Например: для периодического мелкосерийного производства обычной тонкой С-образной стали достаточно закаленных роликов из стали 40Cr; для всепогодного массового производства направляющих для фотоэлектрических элементов и сложных рифленых профилей предпочтительны ролики из хромированной стали GCr15 или Cr12MoV; для длительной прокатки цинка, алюминия, магния и высокопрочной стали рекомендуются ролики из стали SKD11 с покрытием из карбида вольфрама.

Технологический процесс обработки роликов также влияет на конечный срок службы: ковка заготовки → черновая обработка → термообработка с отпуском → прецизионная формовка → закалка/гальваническое покрытие/напыление. Некоторые производители недорогого оборудования пропускают процесс ковки и напрямую используют круглые стальные заготовки для изготовления роликов. Сталь содержит внутренние напряжения, которые легко приводят к деформации и растрескиванию под воздействием длительной нагрузки, вызывая постоянное изменение точности размеров профиля. Производители высококачественных роликоформовочных машин куют заготовки роликов, чтобы устранить напряжения, обеспечивая отсутствие деформации профиля в течение длительной эксплуатации и гарантируя стабильные допуски размеров прокатанных профилей.

С точки зрения компаний, занимающихся производством профилей, различия в материале роликов в конечном итоге приводят к различиям в производственных затратах. Хотя недорогие ролики обеспечивают более низкую первоначальную стоимость покупки, частые простои для замены и шлифовки приводят к потерям и большому количеству дефектных профилей. С другой стороны, высококачественные прокатные валики из легированной стали требуют больших первоначальных инвестиций, имеют более длительный цикл замены, но значительно снижают количество дефектов поверхности, что приводит к снижению общих долгосрочных затрат. Это особенно выгодно для экспортных заказов, высокотехнологичных фотоэлектрических проектов и клиентов, занимающихся сборными стальными конструкциями, где существуют строгие требования к внешнему виду. Царапины и вмятины, вызванные износом валков, могут напрямую привести к отбраковке целых партий.

По мере развития отрасли прокатки профилированных профилей спрос на фотоэлектрические кронштейны, складские стеллажи, дорожные ограждения и профили для сборных зданий продолжает расти. Рынок все больше требует более высокого качества поверхности и точности размеров профилей, полученных прокаткой, что стимулирует модернизацию конфигураций валков. В будущем прокатные станки с износостойкими подложками из легированной стали и новыми поверхностными покрытиями станут основной стандартной конфигурацией для высокоточных прокатных станков. При заключении договора на поставку прокатных станков по индивидуальному заказу, покупатели оборудования должны заблаговременно уточнить марку материала валков, метод термообработки и необходимость обработки поверхности для повышения прочности, а также включить эти детали в техническое соглашение во избежание будущих споров о качестве.

Для производителей прокатного оборудования предоставление решений по выбору материала валков в зависимости от требований заказчика и разграничение экономичных, стандартных и высокопрочных износостойких конфигураций позволяет лучше соответствовать производственным потребностям различных клиентов как внутри страны, так и за рубежом, повышая конкурентоспособность оборудования на зарубежных рынках. Особенно для экспортных заказов, ориентированных на российский и центральноазиатский рынки, где клиенты, как правило, стремятся к долгосрочной, стабильной и непрерывной работе оборудования, прокатные станки с высокоизносостойкими валками обладают более сильным рыночным преимуществом.