Горячекатаных листов предварительным протравливанием

Обновлено: 07.07.2024

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения характеристики удаления окалины и обеспечения отличного качества поверхности листа оборудование для отжига горячекатаного листа содержит зону нагрева, зону выдержки и зону охлаждения, при этом на стороне до зоны нагревания и/или на стороне до входа в зону нагревания размещено устройство быстрого нагрева, посредством которого осуществляют нагрев горячекатаного листа не менее чем на 50°C со скоростью нагрева не менее чем 15°C/с для улучшения характеристики удаления окалины, таким образом, удаление окалины может быть осуществлено только путем протравливания, без необходимости в механическом удалении окалины или нагревания стального листа в процессе протравливания. Кроме того, предложен способ отжига горячекатаного листа с использованием вышеуказанного оборудования. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оборудованию для отжига горячекатаного листа, к способу отжига горячекатаного листа и способу удаления окалины, и более конкретно, к оборудованию и способу осуществления отжига горячекатаного листа из кремнийсодержащего горячекатаного стального листа, содержащего большое количество Si, в качестве исходного материала для текстурированного листа электротехнической стали, нетекстурированного листа электротехнической стали, высокопрочного холоднокатаного стального листа или тому подобного, и к способу удаления окалины с кремнийсодержащего горячекатаного стального листа, после отжига горячекатаного листа.

Листы электротехнической стали, которые применяются, главным образом, в качестве материала стального сердечника в электрическом оборудовании, обобщенно подразделяются на нетекстурированные листы электротехнической стали и текстурированные листы электротехнической стали. Обычно оба типа стальных листов содержат большое количество Si или Al, что повышает удельное сопротивление стали для того, чтобы снизить потери в стали. Обычно нетекстурированный лист электротехнической стали получают путем плавления стали, доведенной до заданного химического состава, формования стали в сляб способом непрерывной разливки, и подвергают сляб горячей прокатке или тому подобному, в случае необходимости, отжигу горячекатаного листа, протравливанию, холодной прокатке и окончательному отжигу для первичной перекристаллизации. Текстурированный лист электротехнической стали обычно получают путем плавления стали, доведенной до заданного химического состава, формования стали в сляб способом непрерывной разливки, или тому подобному, и подвергают сляб горячей прокатке, в случае необходимости, отжигу горячекатаного листа, протравливанию, холодной прокатке, первичному отжигу перекристаллизации, который также действует как обезуглероживающий отжиг, использования отжигающего сепаратора и окончательного отжига для вторичной перекристаллизации.

Отжиг горячекатаного листа проводится таким образом: подвергают отжигу стальной лист после горячей прокатки (горячекатаный лист), чтобы вызвать недостаточную перекристаллизацию горячекатаного листа, и чтобы вызвать укрупнение или упорядочение кристаллических зерен до холодной прокатки, таким образом, можно получить улучшенную текстуру стального листа до холодной прокатки относительно магнитных свойств или можно предотвратить образование гребней.

Когда стальной лист с остаточной окисленной окалиной, образовавшейся на поверхности под действием горячей прокатки или отжига горячекатаного листа, подвергается холодной прокатке, окисленная окалина выталкивается с поверхности внутрь стального листа вальцами качения, что приводит к сильной шероховатости поверхности стального листа, или отделившаяся окисленная окалина, прилипает к поверхности вальца путем осаждения и переносится на поверхность стального листа, приводя к поверхностным дефектам, в результате существенно ухудшается качество поверхности конечного продукта. Протравливание представляет собой процесс удаления окисленной окалины с поверхности стального листа до холодной прокатки (процесс удаления окалины) и является неизбежной стадией производства не только горячекатаного стального листа для листа электротехнической стали, но также для стального листа, подвергающегося холодной прокатке. В качестве раствора протравливания обычно используется любая из кислот: хлористоводородная, серная, фтористоводородная и смеси указанных кислот.

Окисленная окалина горячекатаного стального листа в качестве исходного материала для листа электротехнической стали или высокопрочного холоднокатаного стального листа, содержащего большое количество Si или Al, состоит из внешней окалины, такой как FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ и тому подобного, образовавшейся за счет диффузии железа изнутри стального листа в направлении поверхности, и слоя под окалиной, состоящего из оксидов на основе кремния, таких как SiO₂ и Fe₂SiO₄, и Al₂O₃, образовавшегося за счет диффузии кислорода снаружи стального листа внутрь, как показано на фигуре 1. Известно, что окисленная окалина трудно удаляется, причем особенно трудно удаляется слой под окалиной, содержащий Al₂O₃. Поэтому удаление окалины из кремнийсодержащего горячекатаного стального листа часто проводят путем сочетания прокатки с легким натяжением с механическим удалением окалины, таким как правка в роликовых правильных машинах, правка с натяжением, дробеструйная очистка или тому подобное, до протравливания, как показано на фигуре 2(a).

Существуют два способа улучшения характеристики удаления окалины с кремнийсодержащего горячекатаного стального листа, один из которых представляет собой способ подавления генерирования самой окисленной окалины, тогда как другой способ заключается в стимулировании снятия верхнего слоя окисленной окалины.

В качестве первого способа подавления генерирования окисленной окалины, например, в патентной литературе 1 раскрыт способ получения подложки из кремниевой стали, включающий сталеплавильное производство, процесс горячей прокатки и процесс нормализации с использованием нормализационной печи, в нагревающей части которой предусмотрены три или больше зоны безокислительного нагрева, причем степень подачи энергии в зоны печи с безокислительным нагревом регулируется в диапазоне 15-95% и коэффициент избытка α (отношение фактически поданного количества воздуха для сгорания к теоретическому количеству воздуха) в части печи с безокислительным нагревом регулируется в диапазоне 0,8 ≤ α 3 и твердостью 40-50 ед. Роквелла

• Давление дутья (скорость): 12,5 кг/м 2

• Интенсивность струйной очистки × время: 1000 (г/с) ×15 (с)

Впоследствии испытуемый образец, разделенный на две равные части в продольном направлении, дополнительно разделяют на две равные части в поперечном направлении. Одну часть образца подвергают удалению окалины путем протравливания при следующих условиях a), и другую часть образца подвергают удалению окалины путем протравливания при следующих условиях b).

Условия a: погружение в водный раствор, содержащий 8 масс.% HCl при 80°C в течение 20 секунд

Условия b: погружение в водный раствор, содержащий 8 масс.% HCl при 80°C в течение 40 секунд.

Для сравнения, когда механическое удаление окалины проводится до протравливания в традиционном способе, время, необходимое для удаления окалины (время протравливания) при протравливании в указанных выше условиях, составляет около 60 секунд.

На фигуре 3 показана потеря массы (г/м 2 ) испытуемого образца на каждом этапе после механического удаления окалины и после протравливания, после проведения отжига горячекатаного листа.

Как видно из этих результатов, испытуемый образец, который был подвергнут только протравливанию, без механического удаления окалины, имеет характеристику удаления окалины такую же, как образец, который был подвергнут механическому удалению окалины, путем быстрого индукционного нагрева до 700°C в процессе нагревания при отжиге горячекатаного листа. Кроме того, окисленная окалина эффективно удаляется с поверхности испытуемого образца, быстро нагретого до 700°C путем индукционного нагрева, даже когда время протравливания сокращается от обычного значения 60 секунд до 40 или 20 секунд. Следовательно, согласно настоящему изобретению можно не только исключить механическое удаление окалины из процесса удаления окалины, но также сократить время протравливания.

Способ настоящего изобретения обеспечивает эффект улучшения характеристики удаления окалины, независимо от наличия или отсутствия кремния, поэтому способ можно применять не только для кремнийсодержащего горячекатаного стального листа для получения листа электротехнической стали или высокопрочного стального листа, но также для горячекатаного стального листа общего назначения, не содержащего Si.

В своем блоге буду описывать основы технологии судоремонта, методы дефектоскопии, восстановления и упрочнения деталей, виды и методы ремонта судов и механизмов.Будет приведена технологическая документация на ремонт и изготовление деталей.

Листовой и профильный прокат судостроительной стали, поставляемый судостроительным заводам, имеют кривизну поверхности, которая является следствием тепловых и механических воздействий при прокатке стали и ее транспортировке. Допускаемые размеры искривлений судостроительной стали в состоянии поставки не должны превышать допускаемых значений, приведенных в ГОСТе.
Листовой прокат может иметь искривления в форме волнистости по длине и местных выпуклостей (рис. 15).

Рис. 15. Искривления стальных листов; а — местные выпуклости; б — волнистость по длине.

Профили также деформируются при прокатке, получая искривления по длине и скручивание. Кроме того, мелкий профиль может быть искривлен при транспортировке. Искривление профилей показано на рис. 16.

Рис. 16. Искривление профилей: а — малка; б — скручивание; в — ребровая кривизна; г — плоскостное искривление.

Поверхность проката судостроительной стали, поступающей на завод, имеет на поверхности различные загрязнения: металлургическую окалину, ржавчину, масляные пятна и др.
Искривления листов и профилей влияют на точность и качество разметки, затрудняют сборку корпусных конструкций. Металлургическая окалина и другие загрязнения поверхности снижают коррозионную стойкость стали. Поэтому вся судостроительная сталь, поступающая на судостроительные заводы, подвергается предварительной обработке. Ее целью является устранение искривлений путем правки, очистка от окалины, ржавчины и других загрязнений, а также защита очищенной стали от действия коррозии специальными покрытиями (пассивирование).
Правка листов. Сущность правки состоит в устранении неровностей листов. При этом искривленные участки многократно изгибаются и перегибаются в обратную сторону. Вследствие этого длина волокон металла выравнивается, а сами искривления уменьшаются.
Правку стальных листов выполняют на многовалковых листоправильных машинах, называемых вальцами. Вальцы имеют нечетное число (от 5 до 21) рабочих валков, расположенных в шахматном порядке. Нижний ряд валков — ведущие, верхний — нажимные. Рабочие валки опираются на нижние и верхние опорные ролики. На рис. 17 показаны семивалковые листоправильные вальцы.

Рис. 17. Схема правки листа в семи-валковой листоправильной машине.
1 — верхние опорные ролики; 2 — нажимные валки; 3 — ведущие валки; 4 — нижние опорные ролики.
Расстояние (зазор) между валками нижнего и верхнего ряда устанавливается немногим меньше толщины листа, подлежащего правке. Вследствие этого обрабатываемый лист захватывается вращающимися валками и, прокатываясь между ними, многократно изгибается. Количество проходов (однократных перемещений листа между валками) не должно превышать четырех-пяти.
Для того чтобы лучше выровнять бухтины и прилегающие к ним участки, при выполнении правки применяют стальные прокладки. Посредством прокладок создают сосредоточенный нажим валков на лист. Концы прокладок должны быть расплющены, а кромки закруглены с радиусом не менее 3 мм. Ширина прокладок — 200—250 мм, длина— 1500—3000 мм.
Прокладки последовательно располагают во всех случаях на границах бухтин и ровных участков листа. При этом зазор между валками должен быть увеличен на толщину прокладки.
Чем больше валков, тем качественнее и производительнее правка. Тонкие листы обладают повышенной упругостью. Для их правки необходимо применять вальцы с числом валков 9—11.
Наиболее производителен способ правки на правильно-растяжных машинах. Лист закрепляется короткими сторонами в зажимных устройствах, которые при движении растягивают его в продольном направлении. Под действием этих усилий сжатые волокна металла получают удлинения и лист выравнивается.
Правка профилей. Первичную правку профилей выполняют на горизонтальных прессах, роликовых правильных машинах, растяжных машинах и гидравлических прессах (рис. 18).

Рис. 18. Правильно-растяжная машина ПРМ-700 для правки профиля.

Рис. 20. Схема дробеметной камеры для очистки листов.
1 — поступление очищенной дроби; 2 — расходный бун: кер; 3 — дробеметный аппарат; 4 — очищаемый лист; 5 — приводной ролик; 6 — удаление отработанной дроби.

Транспортные суда служат для перевозки грузов и пассажиров.

Ремонт арматуры в зависимости от характера дефекта может производиться в арматурной мастерской или на месте установки. Для механизации ремонта крупной […]

Организация и управление технологической подготовкой производства на предприятии включает следующие основные этапы: Разработку организационно-технологических документов, определяющих принципиальную технологию и организацию […]

После выплавки стальная заготовка-сляб может проходить ряд дополнительных обработок, чтобы материал получил нужный вид. Одним из вариантом обработки слябов является горячекатаная технология, с помощью которой можно получить металлический лист средней толщины. Горячекатаный лист используется в различных сферах — производство труб, каркасов, навесных конструкций, лестничных пролетов, запчастей. Какими должны быть листы горячекатаные согласно ГОСТ? Как их производят? Какими физическими особенностями они обладают?

Краткие сведения

Лист горячекатаный (Г/К) — плоское металлическое изделие небольшой толщины, которое получают методом прессования разогретой горячей заготовки. Технология горячего проката и прессования обычно применяется для изделий из стали. Иногда эта технология пригодна для обработки некоторых других металлов (медь, латунь, алюминий, вольфрам, хром и другие). Г/К-листы имеют вид больших металлических полос, которые для удобства упаковывают в промышленные мотки. Лист стальной горячекатаный обладает хорошей прочностью и упругостью, а также средней толщиной (от 2 до 50 миллиметров). Ширина изделий может быть любой, однако на практике встречаются листы шириной 2-5 метров.

Горячий прокат обладает не слишком приятным внешним видом, поэтому его редко используют для внешней облицовки. Основная сфера применения — производство деталей и сложных конструкций, к которым не предъявляется жестких требований относительно внешнего вида. Основные примеры — детали автомобилей, паровозов, пароходов, запчасти для военной техники, подземные трубы, навесные конструкция для промышленных цехов и другие. Производство Г/К-изделий осуществляется на промышленных цехах, а домашняя выплавка подобных объектов является затруднительной с технологической точки зрения. Основными производителям Г/К-изделий являются Китай, Индия, Россия, США, Великобритания и некоторые южноамериканские страны.

Физические особенности

Хорошая прочность, пластичность, надежность. Материал хорошо переносит длительные механические нагрузки без появления трещин, сколов, деформации. Механические нагрузки не приводят к растягиванию материала в любом из направлений. Толщина изделия сохраняется постоянной как при стандартной нагрузке, так и при кратковременном ударе или локальной деформации.
Минимальный риск коррозии. После остывания на горячекатаной полосе образуется тонкая оксидная пленка, материал становится химически инертным (то есть он не вступает в контакт с водой, жидкостями, кислотами, щелочами).
Небольшая или средняя толщина. Толщина горячей стали находится в пределах от 2 до 50 миллиметров в зависимости от степени обработки материала. Обратите внимание, что получить горячекатаную полосу толщиной менее 2 миллиметров крайне сложно из-за особенностей температурного расширения железа при нагревании.
Посредственные эстетические свойства. Во время термической обработки на поверхности заготовки оседают небольшие частички пыли, которые ухудшают эстетические свойства материала. Избавиться от налета сложно, поэтому горячекатаные листы обычно применяют для изготовления деталей или материалов, которые не будут располагаться на поверхности объекта.

Технология производства

Горячекатаный лист отличается простотой производства (в сравнении с изготовлением похожих материалами). Для обработки заготовки и получения плоского изделия не нужно сложное металлургическое оборудование. Домашняя кустарная выплавка на практике применяется редко в связи со сложностью решения некоторых инженерных задач (удаление окалины, организация производственной линии, синхронная работа роликовых прессов). Основных этапов обработки три — предварительная обработка, прессование, финальная зачистка. Ниже мы рассмотрим каждый из этапов более подробно.

Предварительный этап

Для изготовления листа используются толстые стальные слябы-заготовки, которые выплавляют в мартеновских печах. На предварительном этапе слябы поступают в прокатный цех, где они сперва помещается в печь для нагрева. Для эффективной обработки слябы нужно нагреть до температуры 700-1000 градусов в зависимости от состава стального сплава (количество легирующих добавок и углерода влияют на тугоплавкость стали). Во время нагрева сляба происходит активное образование окалины на поверхности материала. Чтобы удалить окалину, применяются две методики дополнительной обработки:

Механическая очистка. Удаление окалины может осуществляться на вспомогательной линии, где установлено дополнительное оборудование для очистки. Пример подобного оборудования — небольшие специальные прессы, которые выполняют легкий обжим и деформацию материала, что приводит к растрескиванию окалины с последующим ее удалением. Еще один вариант механической очистки — применение установок-окалиноломателей, которые удаляют окалину с поверхности в полуавтоматической или автоматическом режиме.
Кислотные ванные. Для удаления окалины могут также применяться погружение материала в ванные, куда налиты сильные кислоты (серная, соляная, азотная) или их смеси. Стальной сляб помещается в кислотные ванны на небольшой промежуток времени, поскольку в противном случае железо, углерод и легирующие добавки могут начать вступать в активные реакции с кислотами.
Обратите внимание, что на практике методы механической и кислотной очистки часто применяются в комплексе. Сперва материал очищается от окалины с помощью прессов или окалиноломателей, а потом он помещается в кислотные ванные для окончательной нейтрализации вредоносных веществ. На первом этапе происходит удаление 80-90% окалины, а кислоты устраняют оставшиеся вредные вещества (10-20%). Комплексная обработка повышает стоимость работ, однако она позволяет получить более надежный горячекатаный лист.

Прессование

Сталь, разогретая до температуры 700-1000 градусов, становится очень пластичной, поэтому ее обработка происходит просто. Роликовым прессам не нужно обладать большой мощностью, поскольку разогретый металл легко деформируется по всей своей длине. Это упрощает и удешевляет производство горячекатаных полос.
Скорость работы горячекатаного конвейер зависит от качества обработки, температуры нагрева листа, интенсивности очистки поверхности от окалины. На практике скорость работы конвейера обычно составляет 10-25 метров в минуту, что является хорошим показателем.

Финальный этап

На финальном этапе может выполняться дополнительная обработка листов — отжиг, финальное травление, закалка. Дополнительная обработка позволяет улучшить физические свойства материала и избавиться от остатков окалины. Обратите внимание, что горячекатаные полосы можно собрать в мотки, однако делать это нужно только после полного остывания материала в цеху. Это же правило распространяется на случай маркировки полос — проставление отметок и штампов нужно делать также после остывания. Маркировка должна осуществляется в соответствии с правилами ГОСТ.

Горячекатаная и холоднокатаная сталь — в чем разница?

Помимо горячекатаных также существуют холоднокатаные стали, которые имеют с ними много общего. Холоднокатаные (Х/К) изделия изготавливают в виде длинных листов, которые для удобства собирают в большие мотки. Х/К-изделия изготавливают из металлических сплавов, а самым популярным материалом является сталь (хотя бывают также медные, алюминиевые, латунные и другие полосы). Х/К-изделия также в основном применяются в трудоемких отраслях промышленности — производство запчастей для самолетов, автомобилей и поездов, изготовление труб, создание навесных конструкций.

Основные различия

Для изготовления Г/К-изделия металлическую заготовку-сляб нагревают до температуры 700-1000 градусов — потом она прессуется с помощью валковых устройств-клетей. Для получения холоднокатаного объекта берется уже готовое Г/К-изделия — оно очищается от окалины и проходит прессование с помощью валковых клетей. Дополнительный нагрев заготовок не осуществляется.
Технология Г/К является грубой, поэтому она позволяет получить полосы толщиной не менее 2 миллиметров (это ограничение появляется из-за особенностей расширения металлов при нагреве). Однако для изготовления одной полосы требуется минимум времени и оборудования, поэтому стоят такие объекты дешевле. Технология Х/К является более точной. С ее помощью можно уменьшить лист до толщины 0,35 миллиметров. Однако обработка является более трудоемкой, поэтому Х/К-полосы будут стоить на порядок дороже.
Во время нагрева заготовки-сляба образуется большое количество окалины, которая попадает внутрь металлического сплава. Механические способы удаления позволяют избавиться лишь от части окалины. Поэтому Г/К-изделия будут отличаться хорошей, но не идеальной прочностью. В случае применения Х/К-технологии образования окалины можно избежать. С помощью финальной закалки можно улучшить качество сплава за счет рекристаллизации. Поэтому Х/К-изделия будут отличаться более высокой прочностью, надежностью.
Из-за активного образования окалины при нагреве также большое количество гари и мусора оседает на поверхности горячекатаного проката. Во время изготовления холоднокатаной стали происходит зачистка и обработка внешней поверхности листа. Поэтому холоднокатаные объекты полосы будут обладать более высокими качествами (металлический блеск, отсутствие гари, равномерный цвет).
Листовая горячекатаная сталь применяется для производства изделий и запчастей, к которым не предъявляются высокие требования относительно вида. Скажем, этот материал можно применять для изготовления внутренних деталей авто, поездов и кораблей. Тогда как Х/К-лист выглядят более красиво, поэтому их можно использовать для изготовления внешних облицовочных материалов (каркасы автомобилей, жестяные банки, профлисты).

Сводная таблица

Категория	Сталь горячекатаная листовая	Сталь холоднокатаная листовая
Технология производства	Нагрев металлической заготовки-сляба с последующим прессованием	Прессование и обжимка заготовки без термического нагрева
Толщина	Маленькая и средняя — от 2 до 50 миллиметров	Очень маленькая и маленькая — от 0,35 до 5 миллиметров
Вид	Блеклый вид, возможно наличие гари и накипи на поверхности	Приятный вид, естественный металлический блеск
Прочность	Высокая	Очень высокая
Стоимость	Низкая	Средняя или высокая
Сферы применения	Производство корпусов для поездов, вагонов и кораблей, изготовление транспортных запчастей, создание подземных труб	Производство каркасных корпусов для автомобилей, поездов, самолетов, изготовление посуды и жестяной тары, создание облицовочного профлиста

Заключение

Подведем итоги. Сталь горячекатаная листовая представляет собой плоское изделие, которое получают методом прессования нагретой заготовки-сляба. Физические свойства горячей стали — хорошая прочность и пластичность, средняя толщина, посредственные эстетические свойства. На начальном этапе изготовления Г/К-полосы необходимо выполнить химическое травление или механическую очистку. Это позволит избавиться от окалины, которая образуется при нагреве металла. Сферы применения горячекатаных изделий — производство деталей для поездов, вагонов и кораблей, изготовление труб, создание транспортных запчастей.

Читайте также: