Термообработка сортового проката

На примере катанки можно убедиться в том, что за счет термической обработки значительно увеличиваются прочностные и пластические характеристики металла. Организация термообработки металла непосредственно в потоке прокатного стана дает возможность выпускать высокопрочные профили, которые обеспечивают значительную экономию металла в строительстве и машиностроении и обеспечивают большой народнохозяйственный эффект. Тем не менее большая доля сортового проката выпускается на действующих заводах в “сыром” виде, т. е. с такой структурой и механическими свойствами, которые получаются при естественном охлаждении металла после прокатки на холодильнике. Организация термической обработки сортового металла с прокатного нагрева является одним из перспективных направлений развития прокатного производства.

На современных высокоскоростных сортовых станах температура конца прокатки составляет 1050—1100 °С. При этих температурах достаточно развита собирательная рекристаллизация, поэтому окончательная структура металла состоит из крупных зерен, обладающих низкими прочностными свойствами. С уменьшением температуры конца прокатки балл зерна увеличивается (размер зерна уменьшается), количество феррита в структуре углеродистых сталей (типа Ст40) увеличивается, что ведет к повышению пластичности практически без снижения прочности стали.

Термическая обработка сортового металла с отдельного нагрева на металлургических заводах применяется редко, потому что это дорого. На мини-заводах ее проводят, если заказчик согласен оплатить дополнительные затраты на термообработку, получив прокат с более высокими прочностными и пластическими характеристиками. Гораздо выгоднее проводить термообработку проката в прокатном цехе, используя тепло прокатного нагрева. Для этого необходимо в потоке стана устанавливать термические печи.

В качестве примера установки термических печей в технологическом потоке рассмотрим схему (рис. 13.24) расположения оборудования стана 350 ОАО “Кировский завод” (Санкт-Петербург, ЗАО «Металлургический завод “Пет- росталь”»). Нагретая в печи с шагающим подом квадратная заготовка со стороной 100 и 120 мм прокатывается в первой клети 530 в один или три пропуска в реверсивном режиме. В остальных клетях производится по одному пропуску. Передача раската мелкого сечения с первой линии на вторую и со второй на третью производится с помощью обводного аппарата. Более крупный раскат передается на вторую линию по шлепперу, а на третью — по косому рольгангу. После 10-й клети на летучих ножницах мелкий прокат можно разрезать пополам на длины, которые размещаются на холодильнике, а после охлаждения эти профили разрезаются на мерные длины 2-6 м на ножницах холодной резки. Крупные профили разрезаются на мерные длины на пилах горячей резки перед холодильником.

После холодильника прокат может быть подвергнут термообработке по различным режимам в печах, установленных в линии прокатного стана. Для простых марок стали обычно применяется охлаждение на холодильнике с естественной скоростью, т. е. термообработка отсутствует. Более сложные марки пропускают через печи, осуществляя нагрев и замедленное или режимное охлаждение с получением соответствующих структуры и механических свойств. Печи позволяют провести нормализацию, т. е. выдержку при температурах начала рекристаллизации металла и охлаждение на воздухе, что обеспечивает равномерную мелкозернистую структуру металла. Предусмотрен режим прокатки “из печи в печь”, когда в одной печи происходит нагрев металла по определенному режиму, и соответственно во второй печи производится контролируемое охлаждение. По технологической инструкции предусмотрено около 10 различных режимов охлаждения и термообработки проката. Наконец,

Рис. 13.24. Схема расположения оборудования стана 350 ЗАО “Петросталь”:

1 — загрузочное устройство; 2 — печи с шагающим подом; 3— реверсивная клеть 530; 4 — горизонтальные клети 480; 5— горизонтальные клети 370; 6 — вертикальная клеть 370; 7— 3-валковый 3-клетевой калибрующий блок; 8— пилы горячей резки; 9 — ножницы холодной резки; 10— термические печи с шагающим подом; 11 — правильная машина; 12— шлепперы; 13— холодильник; 14— рольганга; 15— карманы; 16 — обводной аппарат; 17— толкатели; 18 — летучие ножницы; 19— косой рольганг термические печи могут выполнять функции обычного рольганга для транспортировки металла.

Следует напомнить, что представленный стан замечателен также тем, что в его составе содержится 3-валковый калибрующий блок, о котором упоминалось ранее, для производства горячекалиброванного проката. Блок можно убирать с линии проката в случае ненадобности и производить прокат обычной точности. На схеме не показана иглофрезерная установка, находящаяся вне основного потока проката. На этой установке с помощью жестких металлических щеток — иглофрез — с поверхности круглого проката снимается окалина. Принцип действия установки такой же, что и на бесцентровом шлифовальном станке: три фрезы, вращающиеся в одну сторону, создают вращение находящейся между ними круглой штанги. За счет некоторого перекоса осей иглофрез создается осевая сила, затягивающая штангу в очаг иглофрезерования. Жесткие щетки способны не только счищать окалину, но и затрагивать тонкий слой основного металла, поэтому поверхность прутка после иглофрезерования имеет блестящий вид, хотя качество ее значительно хуже полученной при сплошной обдирке резцовыми головками или шлифовальными кругами. Горячекалибро- ванный металл с освобожденной от окалины поверхностью по качеству приближается к холоднокалиброванному и по ряду показателей превышает его.

В России имеется много сорговых цехов, не имеющих термического оборудования. Сравнительно мало сортопрокатных цехов, снабженных термическими печами, расположенными в основном потоке прокатного стана. Гораздо чаще применяют установки для ускоренного охлаждения проката. Можно выделить два типа установок ускоренного охлаждения для проведения термообработки: спрейерного или водяного типа. Многие непрерывные мелкосортные станы оборудованы установкой охлаждения водяного типа (см. рис. 13.23). С помощью ускоренного охлаждения достигается увеличение прочности сталей типа 35ГС, 25Г2С, Ст5сп и др. на 10—20 МПа, снижение размеров зерна до 6—7 баллов, получение равномерной перлитно-ферритной структуры. При этом, как отмечалось, с увеличением степени переохлаждения аустенита и скорости его охлаждения уменьшаются размер пластин цементита в перлите и расстояния между ними в перлитных зернах, что ведет к увеличению механических характеристик стали.

Для сортовых профилей важной характеристикой качества является глубина обезуглероженного слоя на поверхности. Она зависит от многих параметров разливки металла, нагрева его в печах, от режимов прокатки. Однако на глубину ее можно повлиять в процессе охлаждения металла после прокатки. При ускоренном охлаждении глубина обезуглероженного слоя снижается. Уменьшается также слой вторичной окалины, возникающей при охлаждении. Но особенно важно, что в составе окалины уменьшается доля нерастворимого в серной кислоте окисла Ге₃0₄ (магнетита), поэтому легче стравливается окалина в кислотных ваннах.

Требования к свойствам сортового проката весьма разнообразны. Выбор вида термической обработки зависит от профилеразмера, марки стали, требований и пр. Видимо, невозможно охватить все многообразие средств и технологических режимов, применяемых для термической обработки сортового проката. Рассмотрим только некоторые из них.