Удаление поверхностных дефектов и окалины
После обнаружения дефекта необходимо его зачистить. Часто для соргового проката применяют сплошную зачистку металла. При этом, помимо удаления поверхностных дефектов, решают две задачи: удаление окалины и повышение точности поперечного сечения проката. В сортопрокатном производстве применяют следующие методы зачистки металла: абразивные, лезвийные, иглофрезерные и электрические. Наиболее универсальным и широко применяемым является абразивный метод. Для плоского проката крупного сечения и заготовки разработано несколько конструкций обдирочно-шлифовальных машин, основой которых является наждачный круг. Круглый прокат на таких станках зачищают “змейкой”, т. е. по винтовой линии узкой полосой, проходящей по всей длине штанги. В местах “светления” проката невооруженным глазом хорошо видны поверхностные дефекты, особенно вытянутые вдоль оси прутка, такие как волосовины, трещины, закаты.
Для сплошной зачистки круглого проката применяются бесцентрово-шлифовальные станки. Имеется несколько типовых станков, предназначенных для разного диапазона обрабатываемых прутков — от 0,15 до 250 мм. Эффективность процесса бесцентрового шлифования и качество получаемого прутка определяются характеристикой абразивного инструмента и режимами работы станка. Большое влияние на точность и качество поверхности шлифованного прутка оказывает точность и кривизна исходного прутка. Горячекатаный круглый металл с большой кривизной и разбросом по размерам и овальности не обеспечивает высоких классов точности шлифованного металла. На горяче- и холоднокалиброванном металле точность и качество поверхности шлифованного металла достигает наивысших значений. Полученный при этом круглый прокат отвечает требованиям ГОСТ 14955—69 «Сталь круглая со специальной отделкой — “серебрянка”» с различными группами шереховатости поверхности (от А до Д) и классами точности (от 2 до 4). По качеству поверхности и точности “серебрянка” из углеродистых и нержавеющих марок стали по многим показателям превосходит калиброванный металл. По мере совершенствования бесцентрово-шлифовальных станков качество такого вида проката постепенно улучшается.
Для плоского проката, а также для фасонных профилей все чаще применяют станки с абразивными “бесконечными” лентами (рис. 13.27), склеенными из шлифовальной шкурки на тканевой основе. Этот способ зачистки особенно важен для жаропрочных и высоколегированных марок стали. Он
Рис. 13.27. Ленточно-шлифовальный станок обеспечивает возможность сплошной и выборочной зачистки проката. Шлифовальная лента по сравнению с кругами обеспечивает более высокое качество обработки поверхности, возможность обработки сложных поверхностей, большую стабильность процесса без ударов и рывков, возможность более эффективного применения смазочно-охлаждающих жидкостей.
Ленточно-шлифовальные станки в силу их преимущества перед абразивными находят большое применение не только при обработке холоднотянутых и горячекатаных прутков, но и при зачистке листов, труб и другой металлургической продукции.
К лезвийным способам зачистки металла относятся различные способы резания (точение, фрезерование) и пневматической вырубки дефектных мест. Эти способы применяются для выборочной и сплошной зачистки заготовки. Точение применяют также для сплошной зачистки готового сортового проката. Все лезвийные методы отличаются сравнительно низкой производительностью, высокой трудоемкостью и дороговизной, поэтому применяются для тех марок стали, на которых шлифование может привести к поверхностным трещинам из-за разогрева поверхности металла. Для обработки готового сортового проката заслуживает внимания установка бесцентрово-токарного точения проката типа Kiserling (Германия). Рассмотрим конструкцию резцовой головки такого станка (рис. 13.28). Круглая штанга самоцентрируется между четырьмя резцами, производящими съем металла. Обработка может производиться как из пруткового, так и из бунтового проката. Известны установки, на которых после обдирки прутки подвергают волочению или обработке на правильно-полировальных машинах, что позволяет значительно повысить точность и качество поверхности металла. Примеры сталей, подвергаемых точению с последующей полировкой на линии Kiserling: углеродистые У7— У12, инструментальные легированные 9ХС, ХВ2, 9X18 и др., нержавеющие 10Х18Н10Т, 1Х17Н2 и др., быстрорежущие Р9, Р18, Р6МЗ и др., жаростойкие ЭПЗОЗ, ЭИ481 и др.
Рис. 13.28. Конструкция резцовой головки для бесцентрово-токарного станка
Быстрыми темпами развиваются весьма перспективные электрические методы обработки металла. Установки такого типа менее габаритны, чем при обработке резанием или шлифованием. Сущность этих процессов заключается в том, что электроконгактным, электродуговым или плазменным способом поверхностный слой вращающегося прутка расплавляется на определенную глубину, и расплавленный металл удаляется воздушной струей или иным способом. Работу ведут в защитной или восстановительной атмосфере. Преимуществом электрических методов является проплавление металла на определенную глубину. При этом поверхностные и подповерхностные раковины, пузыри и трещины завариваются. Дефекты, находящиеся непосредственно на поверхности, удаляются.
Очистка металла от окалины как отдельная операция в сортопрокатных цехах применяется редко, основная доля сортового металла отгружается заказчику с поверхностной окалиной. При операциях сплошной зачистки, описанных выше, снятие окалины осуществляется автоматически.
Для некоторых заказчиков требуется удаление окалины без необходимости съема основного металла. При очистке металла от окалины применяют дробе- метный способ очистки, иглофрезерование и химическое травление. Дробе- метный способ основан на использовании кинетической энергии дробинок, выбрасываемых на поверхность проката со скоростью 50—80 м/с. В результате происходит разрушение и удаление окалины. Однако этот способ не очень производителен. Металл при обработке получает некоторый поверхностный наклеп, который во многих случаях нежелателен, поскольку при дальнейших операциях резания стойкость инструмента снижается. Кроме того, лопатки дро- беметной установки имеют низкую стойкость, несмотря на применение дорогих легированных марок сталей и не менее дорогих упрочняющих наплавок. В связи с этим широкого распространения метод не получил.
Одним из прогрессивных способов удаления окалины является разработанный в СССР способ иглофрезерования. Мы уже отмечали эффективность его применения на среднесортном стане 350 ЗАО “Петросгаль” (ОАО “Кировский завод”, Санкт-Петербург). Иглофреза представляет собой жесткую круглую металлическую щетку, набранную из плотно уложенных высокопрочных проволочек. Каждая проволочка, защемленная одним концом на ступице иг- лофрезы сварным швом, является полужестким микрорезцом. Иглофреза способна работать в режиме как очистки, гак и резания металла. В отличие от дробеметного способа здесь очистка металла протекает бесшумно, без выделения пыли и с высоким качеством очищенной поверхности. Недостатком способа является высокая стоимость иглофрез, тем не менее многие страны уже наладили их массовое производство. Иглофрезерование проката, не только сортового, но и листового, интенсивно развивается в ФРГ, США, Японии и других странах.
Наиболее распространенным способом удаления окалины остается химическое травление ее в кислотах. Травлением удаляют окалину полностью, тогда как при дробеметном способе или иглофрезеровании до 5 % окалины на поверхности сохраняется. Для мелкого проката в бунтах перед травлением применяют механическое удаление окалины: пропускают его через две пары роликов, в которых металл испытывает изгиб в двух плоскостях с небольшим растяжением. Происходит разламывание окалины, и пара жестких щеток счищает до 95 % окалины. Остальную окалину стравливают в кислотах.
В настоящее время наиболее применимо травление в серной кислоте концентрацией 20—25 % при температуре раствора 60—90 °С. Однако многие заводы стремятся перейти на солянокислотное травление. При этом сокращается цикл травления, улучшается качество поверхности металла, уменьшается в целом стоимость этой операции.
В последние годы в производстве высоколегированного сортового проката внедрен восстановительный способ удаления окалины. Используется гидрид натрия, растворенный в каустической соде. Гидрид натрия восстанавливает окислы железа до чистого металла. Побочные продукты восстановления при последующей промывке удаляются. Опыты, проведенные на Серовском металлургическом заводе и заводе “Серп и молот” (Москва) показали, что при восстановительном травлении по сравнению с кислотным сокращается время травления, улучшается качество поверхности металла, потери металла сокращаются в два-три раза, исключается выделение вредных паров из кислотных ванн. Однако высокая стоимость реактивов ограничивает распространение этого способа травления.
В целом следует отметить, что все “мокрые” способы снятия окалины (кислотный и восстановительный) экологически вредны, ухудшают условия труда, способствуют коррозии всего оборудования цеха, поэтому во всем мире ведутся работы по замене их другими способами.
