Борис Патон
Академик РАН, академик НАН Украины, президент Национальной академии наук Украины
Борис Медовар
Академик НАН Украины

Борис Патон

    Прокатный валок – главный рабочий инструмент в производстве плоского и сортового проката, рельсов, труб, проволоки. За последнее время установилась зависимость – на каждый миллион тонн проката расходуется тысяча тонн прокатных валков.
    В советскую эпоху в годы бурного роста черной металлургии в Донбассе были созданы уникальные центры по производству прокатных валков – стальных кованых в Краматорске и литых чугунных в Лутугино. Уникальность этих центров состояла, прежде всего, в применении наиболее совершенных технологических процессов.
    Наивысшего качества кованые валки производили в Краматорске из электрошлакового металла. Были построены специализированные цехи по выпуску кузнечных слитков на печах электрошлакового переплава (ЭШП) для последующей ковки валков. В подмосковном городе Электросталь наладили производство стальных литых и литокованых валков из стали ЭШП. Лутугинский завод по производству прокатных валков был ориентирован на новейшую по тем временам технологию центробежного литья.
    Разумный общегосударственный подход проявился в том, что качество производимых валков отвечало мировым требованиям, а количество (сотни тысяч тонн в год) удовлетворяло быстро растущие потребности великой металлургической державы, какой был Советский Союз.
    Немало советских валков шло на экспорт, благо такие возможности были созданы заблаговременно. В стране действовали специализированные головные институты по валковой проблеме и в металлургии (литые валки), и в металлургическом машиностроении (кованые валки).
    Необходимо отметить особую роль Института электросварки им. Е. О. Патона Украинской Академии наук в решении задач повышения качества, прежде всего долговечности прокатных валков всех типов, а также роликов машин непрерывного литья. В 1940 году в Киеве был изобретен способ сварки под флюсом, позволивший в годы войны произвести десятки тысяч знаменитых танков Т-34, самоходных орудий, миллионы тонн боеприпасов, в том числе для «Катюш». Перед самой войной Институт электросварки направил в Наркомат тяжелой промышленности предложение применить новый способ сварки для наплавки под флюсом изношенных прокатных валков.
    Война помешала этому. Но после войны в валковом деле совершилась подлинная техническая революция: в прокатном производстве в самых широких масштабах стали применять автоматическую наплавку под флюсом стальных валков горячей прокатки. Экономический и технический эффект были настолько велики, что практически на каждом металлургическом заводе появились вальценаплавочные станки. Это позволило весьма заметно удлинить срок службы валков, существенно повысить их работоспособность.
    Ведущие металлургические державы, такие как США, Япония и другие, широко использовали наши достижения. Мы имеем в виду, например, электрошлаковую наплавку бочки валка, сперва с применением сварочных проволок, а затем расходуемых электродов в виде трубы большого диаметра (отметим, что здесь особенно были активны японцы). Нашли применение за рубежом и такие созданные у нас процессы, как центробежное литье двухслойных валков. Хорошо известно, что в производстве кованых валков за рубежом по примеру Советского Союза широко применяют ЭШП. И сегодня большую часть кованых стальных прокатных валков США, Англия, Япония, ФРГ, Франция, Бельгия, Китай производят из электрошлаковых слитков.
    Между тем технический прогресс в мире на этом отнюдь не остановится.
    К новейшим достижениям в производстве прокатных валков за рубежом можно отнести два: широкое применение валков горячей прокатки с рабочим слоем из быстрорежущих сталей и переход от малопроизводительной наплавки рабочего слоя на бочку валка к наплавке жидким металлом.
    Интерес к инструментальной стали, как материалу для прокатных валков, появился полвека тому назад, прежде всего у англичан и немцев. Но время для этого материала наступило лишь тогда, когда решительно повысили в нем содержание углерода вплоть до 2,0 – 2,5 %, а суммарная концентрация карбидообразующих легирующих элементов (хром, вольфрам, молибден, ванадий, ниобий) превысила 20 – 22 %. Такого рода быстрорежущая сталь обладает удивительным комплексом характеристик, обусловливающих многократное повышение долговечности прокатного валка, его способности противостоять не только термической усталости, но и коррозионному воздействию жидкостей в самых различных условиях эксплуатации рабочего инструмента.
    Достоинства современных валковых быстрорежущих сталей теперь не вызывают сомнений. Но эти достоинства далеко не всегда могут перевесить главный недостаток – дороговизну.
    Разумеется, валки небольшого диаметра можно изготавливать целиком из быстрорежущих сталей. Эти валки и делают для многовалковых станов, таких как известные 20-валковые станы Сендзимира для холодной прокатки тонкой ленты из высоколегированных сталей и сплавов. Однако главным потребителем валков являются широкополосные непрерывные станы горячей прокатки, имеющие рабочие валки диаметром, как правило, от 600 до 800 мм с бочкой длиной вплоть до 2500 мм. Однослойные валки таких размеров из быстрорежущей стали чрезвычайно трудно сделать из-за низкой технологичности этого материала, склонности к дендритной и зональной ликвации и т. д.
    Решение проблемы найдено – валок должен быть двухслойным, т. е. как бы композитным. Тело валка нужно изготовить из простой малолегированной стали, а из быстрорежущей – только рабочий слой. Рабочий слой из быстрорежущей стали можно нанести различным способом. Это могут быть центробежное литье, непрерывная разливка, методы порошковой металлургии, оспрей-процесс и, наконец, наплавка.
    Опираясь на многолетний опыт электрошлаковой наплавки, предложен новый способ получения валка с рабочим слоем из быстрорежущей стали. Главная особенность новой технологии (см. схему) – отсутствие расходуемого электрода в любом виде. Здесь нет ни проволоки, ни пластин или стержней, ни трубы. Присадочный металл – быстрорежущая сталь – заливается в шлаковую ванну.
    Эффективность новой технологии, ее дешевизна, простота, гибкость подтверждены промышленными испытаниями валков нового типа в непрерывных станах горячей прокатки в ряде зарубежных стран. Полученный опыт однозначен – появился совершенно новый рабочий инструмент в прокатном производстве. Нет никаких сомнений, что наплавленный электрошлаковым способом валок в ближайшем будущем найдет широкое применение также в машинах непрерывной разливки, в качестве стойких к теплосменам роликов.
    В 1996 году произошли два очень важных события – сперва в Англии, а затем в США на очередных международных конференциях была дана высокая оценка новому способу производства прокатных валков. Признано, что эпоха применения чугунных валков заканчивается. Наступающее новое столетие принимает на службу металлургии валки из быстрорежущей стали.
    Но, увы, по-прежнему нет пророка в своем отечестве. Журнал «Металлы Евразии» справедливо отмечает, что после тяжелого кризиса начинается подъем металлургии стран СНГ. Один из показателей этого подъема – пуск в эксплуатацию нового непрерывного широкополосного стана 2000 в Магнитогорске. Хотелось бы, чтобы в этом стане работали валки XXI столетия. Для нового стана построен новый цех валков, но он, к сожалению, как будто полвека тому назад, ориентирован на чугунные валки. А ведь нужно делать их из быстрорежущей стали...
    Сегодня есть все возможности для того, чтобы существенно увеличить срок службы прокатных валков и, таким образом, добиться заметного повышения эффективности всего прокатного производства.