Дефекты полупродукта делятся на две группы:

Дефекты полупродукта

Дефекты полупродукта делятся на две группы:

1. Литейного происхождения

Усадочная раковина образуется при охлаждении металла в верхней центральной части слитка и имеет различную форму и размеры. При прокатке усадочная раковина приводит к расслоению переднего конца. Во избежание этого после прокатки слитка конец раската, соответствующий протяженности усадочной раковины, обрезают. Чем больше усадочная раковина по длине, тем больше металла идет в обрезь, и тем меньше выход годного. Так, при прокатке качественной и легированной стали обрезь достигает около 20 % массы слитка.

Усадочная рыхлость представляет собой мелкие пустоты, скапливающиеся в центре слитка в результате его неравномерного охлаждения, а также уменьшения объема слитка при охлаждении.

Ликвацией называется химическая неоднородность слитка, заключающаяся в неравномерном распределении примесей по сечению и высоте слитка. Наибольшей склонностью к ликвации обладают сера, фосфор и углерод. Ликвация вызывается неравномерностью кристаллизации. Химическая неоднородность слитка отрицательно влияет на физикомеханические свойства металла, а иногда приводит к браку готового проката.

Газовые пузыри представляют собой пустоты внутри слитка, которые образуются вследствие растворимости газов в жидком металле и располагаются под коркой по длине слитка, а иногда выходят на поверхность. При прокатке газовые пузыри обнажаются и могут быть причиной брака, образуя на готовом прокате волосовины, похожие на трещины, иногда довольно глубокие. При прокатке листовой стали пузыри приводят к браку в виде изъеденной поверхности листа.

Трещины на поверхности слитка различают продольные и поперечные. Поперечные трещины образуются в результате зависания слитка при охлаждении из-за неровностей внутренней поверхности изложницы или результате проникновения металла в щель между изложницей и утеплительной надставкой, что также приводит при уменьшении объема металла к зависанию слитка.

Продольные трещины образуются обычно в результате большой скорости охлаждения слитка или в результате слишком быстрого наполнения изложницы металлом, когда тонкая едва застывшая корочка на поверхности слитка не выдерживает большого статического напора жидкой стали.

Плена образуется вследствие разбрызгивания металла при разливке в изложницы. В результате капли металла попадают на стенки изложницы, застывают и окисляются. При заполне­нии изложницы металлом эти капли привариваются к поверх­ности слитка, образуя при прокатке плены. Плена на готовом прокате увеличивает количество брака и отходы в обрезь, поэтому ее удаляют зачисткой заготовки. На блюмах и слябах, полученных на МНЛЗ, поперечных трещин и плен не бывает: рабочие поверхности кристаллизаторов хорошо обработаны и не вызывают указанных поверхностных дефектов.

Неметаллические включения представляют собой частицы шлака, попавшие в изложницу из ковша вместе с металлом и не успевшие всплыть кверху при его застывании. Неметалли­ческие включения—это химические соединения: А1₂О₂, SiO₂, МпО, FеО, которые образуются в ковше, а также частицы огнеупорных материалов, применяемых для футеровки желоба, ковша и поддона. Все неметаллические включения сильно ухудшают физико-механические свойства готового продукта и могут привести к браку. Находясь на поверхности слитка, они способствуют появлению поперечных трещин и рванин на поверхности блюмов, слябов, заготовок и готового проката.

Рослость образуется при сильном раскислении, когда в сталь вводится избыточное количество раскислителей и создается недостаток кислорода. В результате получается избыток газов, которые не успевают выделиться из слитка и обусловливают его рост. При сифонной разливке, если скорость разливки недостаточна или изложницы высокие и узкие, металл в верхней части изложницы быстро остывает и густеет. Газы, находящиеся в металле, не могут выйти наружу, что приводит к вспучиванию верхней поверхности слитка с образованием нароста с поперечными рубцами.

Усадка является противоположным явлением рослости и образуется в случае недостатка раскислителей в стали, приводящего к вспениванию металла в изложнице. При после­дующем более быстром застывании периферийных слоев слитка центральная часть его подвергается усадке. При высокой температуре разливки в стали содержится большое количест­во газов. В этом случае металл у стенок изложницы остыва­ет быстрее и не поддается усадке. Осевая же часть слитка, более насыщенная газами, продолжает уменьшаться в объеме и опускается, вследствие чего верхняя часть слитка полу­чается с большой усадкой в середине. Рослость и большая усадка слитков увеличивают расход металла на обрезь и приводят к расслоению переднего конца при прокатке на обжимных станах.

2. Прокатного производства

Волосовины представляют собой мелкие наружные трещины, обычно вытянутые в направлении прокатки, причиной образования которых являются подкорковые пузыри.

Рванины на поверхности блюмов представляют разнообразные разрывы или надрывы металла, которые часто переходят в скворечники, идущие от поверхности внутрь. При прокатке скворечники могут расширяться и углубляться.

Закаты, представляющие собой вдавленные и закатанные заусеницы, часто по внешнему виду похожи на продольные трещины. Если вдавливаются и закатываются всякого рода неровности (например, возвышения), то образуется закат, похожий на плену.

Плены при прокатке образуются от приварившихся капель металла, подкорковых пузырей, плохого раскисления металла и, кроме того, от наслоения на валках и от использования сильно выработанных калибров. Царапины (риски) на поверхности заготовок образуются от применения изношенных проводок и выработанных калибров.

Дефекты прокатного происхождения на блюмах, слябах и заготовках вызываются неправильными нагревом слитков, настройкой стана, калибровкой валков, низким качеством валковой арматуры и неправильной ее установкой, износом калибров, неправильными температурными режимами прокатки, охлаждения металла и др.

При прокатке блюмов и заготовок могут встречаться дефекты профиля, к которым относятся (рис. 114): блюмы ромбического сечения, которые образуются из-за неравномерного нагрева слитка; из-за смешения ручьев, при прокатке в калибре, ширина которого больше стороны задаваемого блюма, или при прокатке раската на ребро с отношением сторон более 1,5, в особенности при малых сечениях;

Дефекты профиля блюмов (а—е) и заготовок (ж—м): а — блюм ромбического сечения; б — подрез блюмов; в — лампасы (заусенцы) блюмов; г — блюмы-свертыши; д — разносторонность; е — выпуклые бока блюмов; ж, з — односторонний и двусторонний лампас заготовки; и — подрез заготовки; к — невыполнение горизонтальных углов заготовки;

6. Подготовка полупродукта к прокатке

Подготовка исходных материалов к прокатке заключается в удалении с их поверхности плен, волосовин, трещин, неметаллических включений, закатов, подрезов, царапин и др. Необходимость удаления поверхностных дефектов на металле вызывается тем обстоятельством, что они, как правило, не устраняются в процессе прокатки, а переходят на готовый прокат. Зачистка исходных материалов полностью окупается увеличением выхода годного. Поэтому на металлургических заводах до 70 % легированной стали подвергают зачистке.

Дефекты удаляют с холодных и горячих заготовок. По сравнению с удалением дефектов с поверхности заготовки удаление таковых с поверхности слитков имеет ряд преимуществ. Так, дефекты во втором случае удаляют со значительно меньшей поверхности, чем в первом. При этом чем больше масса слитка и меньше сечение заготовки, тем больше это преимущество. Например, при прокатке слитков массой 1200 кг в заготовку размером 150X150 мм соотношение поверхностей, отнесенных к одной и той же массе, равно 1:2, а при прокатке слитков массой 3,5 т на ту же заготовку это отношение увеличивается примерно до 1:3. Второе преимущество заключается в том, что при полном удалении пороков с поверхности слитков можно получить готовую продукцию с очень чистой поверхностью.

Процесс удаления дефектов с поверхности слитков имеет в то же время ряд недостатков. Для удаления поверхностных дефектов со слитков необходимо многие марки стали, из которых отливают слитки, подвергнуть «умягчающей» термической обработке, которая связана с расходом топлива и потерей металла с окалиной. При использовании обдирки или строжки вместе с дефектными местами удаляется часть здорового металла; эта потеря тем больше, чем меньше масса слитка.

Процесс удаления дефектов с поверхности заготовок, несмотря на необходимость обработки большой поверхности, имеет и ряд преимуществ. При удалении поверхностных дефектов с заготовок, за редким исключением, их не требуется подвергать термической обработке. Потери в стружку при зачистке заготовок значительно меньше, чем при обдирке слитков, и не превышают 1% массы заготовки. Это обуславливается тем, что при чистке заготовки удаляется только дефектная часть металла.

6.1. Огневая зачистка

Огневую зачистку осуществляют вручную и специальными машинами. Как правило, при ручной огневой зачистке удаляются определенные дефекты поверхности слитков и заготовок. В этом случае резак подводят к дефекту и в течение нескольких секунд подогревают металл до 950—1000 °С. Резак устанавливают под углом 75—80° к поверхности заготовки. После достижения температуры воспламенения металла увеличивают количество впускаемого в резак кислорода, который сжигает и удаляет слой металла, при этом наклон резака к поверхности заготовки уменьшают до 25—30°.

настоящее время огневой зачистке подвергают стали почти всех видов. Легко поддаются огневой зачистке все углеродистые и низколегированные стали. При огневой зачистке нержавеющих, жаропрочных и других сталей с большим содержанием хрома применяют специальные флюсы и обмазки, облегчающие зажигание и получение легкоплавкого шлака.

Для зачистки этих сталей применяют также специальный резак с дополнительным инжекторным устройством, к которому по одной трубке подводят кислородно-флюсовую смесь, а по другой — дополнительный «режущий» кислород. При резке сначала нагревают начальную точку реза, затем подают кислород с флюсом. После образования достаточного количества расплавленного шлака включают подачу дополнительного кислорода и передвигают резак вдоль линии зачистки металла.

При огневой зачистке возможно образование трещин. Причиной образования трещин являются термические напряжения возникающие в результате значительного температурного перепада по поперечному сечению заготовки а также напряжения, которые возникают при образовании из аустенита мартенсита или троосто-мартенситной структуры. Температурные напряжения тем больше, чем меньше теплопроводность, больше коэффициент термического расширения, ниже исходная температура заготовки и окружающей среды. Возможность образования трещин тем больше, чем устойчивее аустенит, выше содержание углерода в стали и больше скорость охлаждения стали после зачистки. Для уменьшения напряжений во время зачистки сталь подогревают или зачищают ее в горячем состоянии непосредственно после прокатки.

Ручная огневая зачистка осуществляется вдоль заготовки. Края канавки должны быть пологими, ширина ее не менее чем в пять раз больше глубины, а длина — не менее чем в три раза больше ширины.

Широкое распространение получили машины огневой зачистки; устанавливаемые в технологическом потоке на линии рольганга между блюмингом или слябингом и ножницами.

При машинной огневой зачистке удаление поверхностных дефектов осуществляется сплошным сжиганием поверхностного слоя с двух или четырех сторон раската, нарушая ритм прокатки.

Сплошную механизированную огневую зачистку применяют также на складе заготовок. При этом металл зачищают в холодном или подогретом состоянии комбинированными агрегатами, которые совмещают осмотр и зачистку заготовок. Агрегат включает приемный стеллаж со шлепперами, рольганги, металлические щетки для удаления окалины с поверхности заготовок, кантователи, газовые резаки и стеллаж для приемки зачищенных заготовок.

6.2. Вырубка пневматическими молотками

Удаление дефектов пневматическими молотками производят в направлении оси заготовки, так как при поперечной вырубке такие дефекты, как трещины, зачеканиваются и становятся не­видимыми. Канавка, получаемая при вырубке, должна быть достаточно пологой, а отношение ширины к глубине канавки при­нимают не менее 6. Меньшее отношение ведет к появлению в про­цессе прокатки складок закатов на изделии. Данный способ за­чистки металла раньше являлся наиболее распространенным, Однако он малопроизводителен, требует значительной затраты физического труда. Кроме того, сильная вибрация и шумы при работе пневматическими молотками ухудшают условия работы.

6.3. Зачистка абразивными кругами

При удалении мелких дефектов с поверхности металла, а также более крупных дефектов на стали, имеющей повышенную твердость, применяют абразивные круги с различной величиной зерна и твердостью. Обычно сталь повышенной твердости зачищают сравнительно мягкими кругами, что предохраняет их от «засаливания», так как затупленные зерна своевременно выкрашиваются и обнажаются новые более острые зерна. При зачистке стали пониженной твердости используют более твердые круги, так какв данном случае необходимо иметь одновременный износ абразивного вещества и бакелитовой связки.

6.4. Обточка полупродукта

Распространенным способом зачистки является обточка слитков и заготовок. Этот способ применяют для обдирки круглых слитков и заготовок при производстве бесшовных труб из жаропрочной, нержавеющей и других высококачественных сталей, к качеству которых предъявляют особо высокие требования.

Для обдирки круглых слитков используют специальные токарные станки с приспособлениями для быстрой установки и центровки слитков, а для ускорения обдирки несколько одновременно работающих резцов, размещенных на общем суппорте.

В особых случаях обточке подвергают слитки из легированной и высоколегированной стали, применяемые для прокатки сортовой стали. Так как эти стали имеют квадратное или прямоугольное поперечное сечение, обдирку их осуществляют на станках, работающих по особому копиру. На этих станках можно обтачивать слитки и заготовки с любой формой поперечного сечения.

8. Охлаждение металла после прокатки

1. Режимы охлаждения

Основная масса металла, прокатываемого в горячем состоянии, охлаждается на холодильниках или на воздухе в штабелях. Однако некоторые средне- и высокоуглеродистые, низко- и высоко­легированные стали и сплавы требуют после горячей прокатки регулируемого охлаждения, главным образом замедленного. Это вызвано необходимостью предохранить прокат от образования поверхностных и внутренних трещин, а также для того, чтобы снять остаточные напряжения и получить необходимую структуру и механические свойства металла. В зависимости от состава, предъявляемых требований, склонности к образованию пороков, связанных с охлаждением, сталь после Прокатки охлаждают по различным режимам.

Условия охлаждения проката зависят от способа выплавки и разливки стали, подготовки исходных слитков к деформации, от погодных условий, схемы и степени обжатий, температуры металла в конце деформации. Например, некоторые стали, охлаждаемые на одном заводе на воздухе, на другом охлаждаются в колодцах замедленного охлаждения или подвергаются изотермическому отжигу.

1. Обычное охлаждение металла производится на воздухе, в стеллажах, на холодильниках. При обычном охлаждении металл как можно быстрее должен терять температуру. Для этой цели прокатанные полосы укладывают в один ряд, часто с промежутками между ними.

Некоторые марки стали, например рессорную, которая должна поставляться с определенной твердостью, охлаждают на стеллажах таким образом, что полосы, передвигаются по холодильнику в один ряд по высоте. При охлаждении проката с образованием сплошной массы обычно удается получить требуемую твердость. При охлаждении полос при поштучной укладке твердость получается более высокой, чем это требуется. Охлаждение сортовой стали проводят на воздухе и на холодильниках.

Конструкция и размеры холодильников обеспечивают охлаждение прокатываемого металла ниже 50 °С.

Заготовки и блюмы легированных сталей охлаждают в штабелях и пакетах на воздухе. В связи о уменьшением скорости охлаждения снижаются напряжения в металле, что исключает возможность появления трещин и, кроме того, приводит к уменьшению твердости стали. Последнее облегчает удаление поверхностных пороков при их вырубке и устраняет опасность возниrновения дефектов при огневой закалке.

2. Замедленный режим охлаждения применяют для крепких и легированных флокеночувствительных сталей. Охлаждение осуществляют в проходных печах, отапливаемых и неотапливаемых ямах и коробах. Медленное охлаждение, начиная с 800—900 °С,

обеспечивает выравнивание температуры по сечению профиля и устраняет внутренние напряжения после прокатки. Для замедленно охлаждаемой стали обычно применяют изотермический режим; выдержку при 600—750 °С с охлаждением - на воздухе.

Известно несколько способов замедленного охлаждения.

1. Охлаждение проката в теплоизолирующих материалах: доменном шлаке, песке, мелком гравии, шлаковате. В последнее время ввиду высокой трудоемкости и значительного выделения пыли при засыпке этот способ практически не применяют.

2. Охлаждение металла в неотапливаемых колодцах или термостатах (самый распространенный способ замедленного охлаждения). Скорость охлаждения металла в термостатах и колодцах зависит от их теплоизоляционных характеристик, температуры укладываемого в них металла, массы садки. В неотапливаемых колодцах скорость охлаждения металла вначале < 20—40 °С/ч, а к концу процесса 10 °С/ч, продолжительность охлаждения садки массой 80—120 т — четверо суток и более. Скорость охлаждения регулируют частичной или полной разгерметизацией колодцев. При таком методе охлаждения флокены и закалочные трещины в профилях диаметром 50—200 мм обычно не встречаются.

3. Охлаждение проката в отапливаемых колодцах и печах — самый совершенный метод, являющийся разновидностью термообработки. Применение отапливаемых колодцев и печей для охлаждения позволяет накапливать металл при температуре конца деформации и вести охлаждение по специальным режимам с выдержкой при наибольшей скорости превращения аустенита. Для проката и поковок из углеродистых и низколегированных сталей вполне приемлемы режимы охлаждения, переохлажденный аустенит в интервале 700—400° С малоустойчив и при непрерывном медленном охлаждении или выдержке, превращается в перлит.

3. Ускоренный режим охлаждения используют для катанки и листа перед сматыванием в бунты и рулоны с целью получения определенной структуры и уменьшения окалинообразования. Применяют также водяное охлаждение в трубках или на рольгангах. Регулируемое ускоренное охлаждение водой и на воздухе листа и ленты из различных сталей до 700—500 °С перед сматыванием в рулоны осуществляют с целью получения наиболее благоприятной и равномерной структуры. Охлаждение водой высокоуглеродистой и легированной стали марок УД, У12, ШХ15 и др. производят для предотвращения образования карбидной сетки.

Фирмой «Морган» (США) разработан «Стилморпроцесс» — ме­тод охлаждения катанки с прокатного нагрева. Прокат, выходящий из чистовой клети со скоростью 35 м/с, охлаждают водой до заданной температуры, сворачивают на барабане в витки, которые равномерно укладывают на ленту движущегося конвейера, где охлаждают до 370 °С сжатым воздухом.

Автоматические линии регулируемого охлаждения катанки на проволочных станах с чистовыми группами клетей блочной конструкции, работающих со скоростью 50 м/с, изготавливает фирма «Мак Дональд» (США). Эта установка не требует дополнительной обдувки витков катанки на конвейере сжатым воздухом.

Установки для охлаждения полосы можно разделить на три группы: е подачей воды под повышенным давлением через сопла, водой под низким давлением сплошным ламинарным потоком и погружением полосы в воду. Опыт отечественных металлургических заводов показывает, что наиболее эффективна для ускорен­ного охлаждения сортового проката первая группа установок: на отводящем от стана рольганге устанавливается серия форсунок для подачи на проходящую полосу воды или водовоздушной смеси под давлением 0,5—1 МПа.

4. Быстрый (термоупрочняющий) режим охлаждения обеспечивает закалку с последующим режимом самоотпуска с прокатного нагрева. С этой целью применяют регулируемые системы быстрого охлаждения водой.

8.1. Дефекты охлаждения металла

К дефектам металла, связанным с его охлаждением после прокатки, относятся наружные и внутренние трещины (флокены). Наружные трещины обычно видны невооруженным глазом. Они бывают разной длины — от очень малой до очень большой. Образуются наружные трещины на металле в процессе охлаждения, но очень часто после охлаждения металла (через несколько часов и даже дней), поэтому

эти трещина носят название холодных или закалочных. Они иногда бывают неглубокими и напоминают волосовины. Обычно они вытягиваются в прерывистые линии в направлении прокатки. Эти трещины могут проникать и до центра заготовки, а у малопластичных сталей можно наблюдать сквозные трещины крупных размеров преимущественно у концов заготовок.

Причиной образования холодных трещин являются внутренние остаточные напряжения, возникающие в процессе прокатки, а также в процессе охлаждения металла после прокатки (тепловые и структурные напряжения). Чем больше скорость охлаждения после прокатки, тем больше возникающие при этом напряжения и тем больше вероятность получения холодных трещин.

Однако не все стали будут иметь холодные трещины при быстром охлаждении их после прокатки. Например, блюмы, слябы и заготовки из низкоуглеродистой стали можно охлаждать с любой скоростью, не опасаясь образования наружных трещин или какого-либо ухудшения качества стали. Обычно регулируют скорость охлаждения после прокатки блюмов, слябов и заготовок из легированных и высоколегированных сталей. Одни из этих сталей более склонны к образованию холодных трещин, другие менее склонны, и в зависимости от этого приходится применять различные методы, предупреждающие образование трещин. Наиболее склонными к образованию трещин является быстрорежущая, инструментальная высокоуглеродистая, инструментальная легированная, высокохромистая, хромоникелевая, хромоникелевольфрамовая и другие марки стали.

Флокены представляют собой внутренние трещины, наблюдаемые на макро- и микрошлифах и в изломе. Наиболее склонны к образованию флокенов хромоникелевая, хромоникелемолибде новая, хромистая, марганцовистая, т. е. стали мартенситного и перлитного классов. Флокены встречаются и в углеродистых сталях, содержащих 0,7—1,0 % Мп. В стали аустенитного и ледебуритного классов (быстрорежущей, коррозионностойкой, жаропрочной, высокомарганцовистой и др.) флокены не встречаются.

Наиболее часто флокены обнаруживают на блюмах, слябах и заготовках, а также на готовом прокате крупных размеров профиля, прокатываемых на крупносортных и среднесортных станах.

Для предупреждения образования холодных трещин и флокенов применяют замедленное охлаждение и термическую обработку полупродукта. Замедленное охлаждение проводят в штабелях, в теплоизолирующих материалах, в ямах. В качестве теплоизолирующих материалов применяют кизельтур, песок и др.

В последнее время все большее распространение (особенно для флокеночувствительных сталей) получают охлаждение в отапли­ваемых печах, позволяющих проводить изотермическую выдержку в интервале наиболее выгодных температур, и тем самым снижают продолжительность термической обработки.

Дата добавления: 2015-08-29