Рекристаллизационный отжиг
После холодной прокатки металл упрочняется (наклепывается) и теряет пластичность. Чтобы вернуть пластические и прочностные свойства металла, необходимо нагреть его до температуры начала рекристаллизации и охладить. При этом неравновесные вытянутые зерна деформации уступят место равноосным ненаклепанным зернам отожженного металла. Низкоуглеродистые штампуемые стали отжигают при температурах 650-720 °С, при которых не происходит фазового переход а-»у, но достаточно активно протекают процессы рекристаллизации металла. Как правило, перед отжигом требуются операции подготовки листа. После холодной прокатки на поверхности металла имеется прокатная эмульсия, а также остатки травильных шламов, следы масла от механизмов и другие загрязнения. Загрязненность листа зависит от типа технологической смазки, режима прокатки, условий работы валков. Несмотря на то что в последних клетях современных станов предусмотрена прокатка с подачей моющего раствора вместо эмульсии, загрязненность листа остается высокой. При отжиге оставшиеся на полосе загрязнения сгорают с образованием сажистого налета из различных химических соединений, который при последующей прокатке (дрессировке) вкатывается в поверхность с образованием брака “пригар эмульсии”. Кроме того, смешиваясь с эмульсией, сажа образует густую грязь, оседающую не только на полосе, но и на валках дрессировочного стана. Это приводит к другим видам брака. Поэтому после холодной прокатки во многих цехах, особенно производящих листы с покрытиями, установлены агрегаты электролитической очистки (АЭО) поверхности листа. На большинстве станов после прокатки перед отжигом вводится обработка в промывочном агрегате. Непрерывный агрегат промывки состоит из обычного набора машин в головной части (разматыватель, правильная машина, сварочная машина для сварки внахлест и петленакопитель). Далее следуют ванны для промывки в щелочных растворах и воде, после чего сушильная камера, ножницы для разрезки рулонов по месту шва и моталка для смотки рулонов.
После очистки металл подвергается отжигу. На многих заводах, например на ЧерМК, отжиг осуществляют в колпаковых печах (рис. 17.8). На поддон печи загружают три-четыре рулона один на другой. Затем садку 1 накрывают тонким стальным муфелем 3, под которым наводят безокислительную атмосферу диссоциированного аммиака (смесь из 92—97 % азота и 3—8 % водорода). С помощью песочных затворов полностью предотвращают подсос воздуха под муфель в процессе нагрева и охлаждения. Сверху муфель накрывается нагревательным колпаком 2, облицованным огнеупорным кирпичом, который снизу имеет инжекционные горелки. Циркулирующие под колпаком продукты горения 5 передают тепло через муфель на нагреваемые рулоны.
Для равномерности и ускорения нагрева защитный газ под муфелем приводится в движение специальными вентиляторами 4. Температура выдержки
Рис. 17.8. Схема колпаковой печи для отжига рулонов
металла для кипящих сталей 680—700 °С и для спокойных 700—720 °С, время выдержки 6-8 ч. Чтобы увеличить долю металла, предназначенного для ОСВ, применяют промежуточную выдержку при 600 °С. После нагрева до требуемой температуры и регламентированного времени выдержки наружный нагревательный колпак снимают, муфель накрывают охладительным колпаком, снабженным вентиляторами для ускорения охлаждения садки, и всю садку охлаждают до комнатной температуры. Обычно садку раскрывают уже при температуре 120—180 °С. Скорость охлаждения достигает 40 °С/с. Общая продолжительность отжига рулонов составляет 30—50 ч.
Такая технология проста, но обладает существенными недостатками. Во-первых, процесс отжига очень длителен, поэтому требуется много колпаковых печей. Во-вторых, при отжиге плохо очищенного листа сгорают следы смазки, образуя грязные пятна. В-третьих, при нагреве, а затем при охлаждении рулонов в колпаках наружные витки рулонов нагреваются и остывают с иной скоростью, чем внутренние. Скорость нагрева и охлаждения влияет на формирование структуры металла и величину зерна, поэтому возможны разные свойства металла по длине листа.
Одним из основных недостатков отжига в колпаковых печах плотно смотанных рулонов является схватывание, или слипание, витков между собой, особенно крупных рулонов массой выше 25 т. При размотке поверхность металла теряет качество, возможно даже вырывание приварившихся кусочков металла, что полностью портит поверхность листа. Чтобы предотвратить схватывание витков, прокатку в последней клети стана ведут на шероховатых валках с Яа = 2—3 мкм. Однако прокатка на шероховатых валках увеличивает загрязненность поверхности листа.
Одним из решений является отжиг в колпаковых печах распушенных рулонов. После очистки на АЭО или после промывочного агрегата полоса сматывается в рулон с очень небольшим натяжением, образуя распушенный рулон. Отжиг распушенных рулонов позволяет не только предотвратить схватывание витков, но и сократить цикл обработки в два-три раза, а также повысить стабильность свойств металла за счет более равномерного нагрева садки. Однако при отжиге распушенных рулонов производительность отжигового отделения резко падает, так как в колпаковую печь устанавливают только два распушенных рулона, тогда как плотносмотанные рулоны можно размещать в три-четыре ряда. Это связано с тем, что распушенные рулоны легко травмируются от веса верхних рулонов. Кроме того, такие рулоны имеют больший диаметр, чем плотносмотанные, поэтому приходится снижать их массу под размер колпака.
На ОАО “Северсталь” предложили на душирующей установке дополнительно снижать температуру металла на средней части полосы примерно на 40 °С. При постоянном натяжении при смотке захоложенные участки полосы обладают меньшей склонностью к схватыванию. Это способствует также выравниванию температуры металла между витками при остывании на моталке.
Эффективна разработка австрийской фирмы “Эбнер”, предложившей использовать в качестве защитной атмосферы водород вместо диссоциированного аммиака. При этом производительность отжига увеличивается в 1,5—2,0 раза. Водородная среда обеспечивает более высокую теплопроводность, за счет чего сокращается продолжительность нагрева и время выдержки металла в печи. Кроме того, существенно уменьшается загрязненность поверхности металла. Отжиг в водородных колпаковых печах практически полностью устраняет основные недостатки колпаковых печей, поэтому на большинстве заводов (например, на ЧерМК) применяют такой вид отжига.
С 1970-х гг. для отжига холоднокатаного конструкционного металла применяют агрегаты непрерывного отжига (АНО). Рассмотрим один из таких агрегатов башенного типа, установленный на НЛМК (рис. 17.9). Головная часть агрегата имеет типовой набор установок: размагыватель /, правильную машину 2, ножницы 3 и сварочную установку 4. Здесь сварка осуществляется внахлест на машине точечной сварки, гак как к качеству шва не предъявляется почти никаких требований, кроме обеспечения непрерывности движения полосы. Соответственно в хвосте агрегата резка осуществляется точно по месту шва, и сваренный участок листа вырезается. После тянущих роликов 5 полоса про-
Рис. 17.9. Схема агрегата непрерывного отжига (АНО) башенного типа
ходит ванну химической очистки и ванну электролитической очистки, после чего щеточно-моечную машину 7 и сушильное устройство 8. Пройдя через петлеобразовагель 10, полоса поступает в отжигательную печь, состоящую из камер нагрева 12, выдержки 13, замедленного охлаждения, ускоренного охлаждения 15 и окончательного охлаждения 16. За печью отжига установлены петлеобразователи 18, ножницы 20 и две моталки 21. Тянущие ролики 9, 11, 17, 19 обеспечивают стабилизацию натяжения полосы по технологической линии.
Установка АНО на вновь строящихся заводах во всех случаях считается более целесообразной, чем колпаковые печи. Такая целесобразность обусловлена малой продолжительностью термической обработки, высокой плоскостностью получаемого листа, незначительным количеством поверхностных загрязнений, благоприятными условиями для получения листа повышенной прочности, возможностью совмещения отжига с последующими отделочными операциями. Особенность АНО состоит в том, что в нем полоса подвергается одновременному воздействию высоких температур и натяжений. Это способствует улучшению плоскостности листа.
АНО, установленный на НЛМК, позволяет отжигать листы толщиной 0,4— 2,0 мм из сталей 08Ю и 08кп по двум режимам. Для листов категории СВ и ВГ предусмотрен нагрев до 670—740 °С, выдержка при этой температуре и дальнейшее охлаждение до температуры старения 280—350 °С, выдержка при этой температуре с последующим охлаждением до комнатной температуры. Для листов категории СВ и ОСВ из стали 08Ю после нагрева и выдержки при 830—890 °С охлаждение ведется до комнатной температуры, а затем повторный нагрев до температуры старения. При этом сталь должна содержать регламентированный химический состав: не более 0,05 % С, 0,25 % Мп, 0,01 % Бц 0,004 % N1, 0,06 % Си. Для металла категории ВОСВ необходимо выполнить еще более жесткие требования по химсоставу: менее 0,03 % С, 0,2 % Мп, 0,003 % N.
На непрерывных агрегатах свойства отожженного металла больше зависят от условий горячей прокатки, смотки и холодной прокатки, чем в колпаковых печах. На металле, отожженном в АНО, свойства между средним и концевыми участками по длине полосы различаются больше, чем при колпаковом отжиге.
Но свойства на среднем участке полосы более стабильны. На АНО труднее, чем в колпаковых печах, предотвращать подсос воздуха, поэтому часто на металле возникают цвета побежалости, которые представляют собой тонкие, толщиной в несколько молекул пленки окислов железа. Одним из недостатков АНО является повышенный процент поверхностных дефектов в виде царапин и рисок, образующихся при прохождении полосы через многочисленные тянущие ролики. По той же причине возникают трудности с получением листов с высококачественной зеркальной поверхностью.
