Материал: Современное состояние вопроса по производству и термической обработке холоднокатаного листового проката

Перед подачей защитного газа в печные секции их необходимо продуть азотом. Подача защитного газа в печь производится при соблюдении следующих условий: температура секции нагрева, выдержки и повторного нагрева должна быть не менее 500 °С; температура в секциях газового охлаждения, перестаривания и быстрого охлаждения должна быть не менее 300 °С. Для предотвращения взрыва в случае попадания воздуха в печную атмосферу при наличии в ней азото-водородного газа свечи накала должны быть постоянно включены.

В качестве защитной атмосферы применяется азотно-водородный газ с объемной долей водорода от 3 до 5%. Для приготовления защитной атмосферы применяется азот со степенью очистки 99,998%, осушенный до точки росы минус 50° С и водород, осушенный до точки росы минус 55 °С. Давление защитного газа в печных секциях на подине должно быть 5−14 мм вод. ст. (49,0−137,2 Па).

К преимуществам агрегатов непрерывного отжига можно отнести краткость цикла отжига, высокую производительность, равномерность прогрева, исключение многих вспомогательных и транспортных операций, относительно низкую себестоимость процесса. К недостаткам АНО можно отнести их габариты, что достаточно сильно удлиняет здание цеха [2, 7].

1.4    Усовершенствование и устранение недостатков технологии

Принимая во внимание вышеизложенные достоинства и недостатки оборудования для термической обработки холоднодеформированного металла, а так же необходимость улучшения качества поверхности холоднокатаной отожженной полосы и уменьшения количества брака, следует провести мероприятие по усовершенствованию технологии термической обработки полосы из стали 08Ю. Данная технология необходима в основном для проката, используемого для изготовления лицевых деталей автомобилей с поверхностью I группы отделки, которая имеет следующие преимущества:

•        лучшая адгезия лакокрасочного покрытия к поверхности металла;

•        равномерный оттенок лакокрасочного покрытия;

•        экономия краски за счет нанесения более тонкого слоя.

Для достижения необходимой микротопографии поверхности в соответствии с требованиями потребителей: шероховатостью поверхности полосы Ra = 0,8 - 1,2 мкм и количеством пиков Pc> 50 на 1 см длины применяются текстурированные валки с шероховатостью Ra = 3,2 - 3,7 мкм и числом пиков Pc = 70 - 80 см-1. Поверхность полосы, смотанной в рулон после прокатки на текстурированных валках, имеет большую склонность к свариванию витков и образования дефекта «излом» из-за высокой плотности пиков на ней. Данный дефект проявляется вследствие перегрева витков. В связи с этим, целесообразно применение термической обработки, позволяющей снизать вероятность образования данного дефекта, основной принцип которой - уменьшение перегрева витков рулонов при нагреве и термических напряжений при охлаждении плотно смотанных рулонов при отжиге.

Для снижения риска сваривания витков садку следует отжигать при более низкой температуре по сравнению с температурой отжига металла, прокатанного на насеченных валках. По окончании нагрева прокат регулируемо охлаждается под колпаком с потушенными горелками, охлаждение происходит с температуры окончательной выдержки по стендовой термопаре до 640 °С со скоростью до 0,21 °С/мин, а затем до 600 °С со скоростью 0,22 °С/мин. Без применения регулирования скорость охлаждения под колпаком составляет от 0,30 до 0,40 °С/мин. Замедление охлаждения позволяет уменьшить термические напряжения в плотно смотанном рулоне. Далее прокат выдерживается под колпаком с потушенными горелками в течении 5 ч до температуры ≤ 500 °С по стендовой термопаре. Температурно-временные режимы указаны в таблице 1.5 и на рисунке 1.7.

Таблица 1.5 -Температурно-временные режимы отжига проката разной степени вытяжки

*Способность к вытяжке в соответствии с ГОСТ 9045-93

Данная технология позволяет получать готовую продукцию, соответствующую требованиям нормативной документации по всем параметрам и удовлетворяющую требования потребителя, однако приводит к снижению производительности печей. В связи с этим необходима корректировка разработанной технологии для поиска оптимального соотношения между производительностью печей и качеством продукции. Применение более высокой температуры позволит сократить время отжига и повысить производительность. Новая технология представлена в таблице 1.6.

Повышение температуры зоны до 820 °С и температуры по стендовой термопаре на 10 °С дает экономию времени при отжиге около 6 часов на садку [8].

Таблица 1.6 - Оптимизированный режим отжига металла, прокатанного на тексурированных валках

Рисунок 1.7. Сравнение режимов отжига для металла, прокатанного на насеченных и текстурированных валках [8]

Альтернативой для отжига холоднокатаных рулонов может служить агрегат непрерывного отжига (АНО). Установка агрегата непрерывного отжига позволит избежать многих дефектов продукции, вызванных несовершенством колпаковых печей, а также сделать технологию полностью непрерывной, что поднимет ее на новый, прогрессивный уровень.

Для непрерывного отжига жести применяют протяжные печи двух типов: горизонтальные и вертикальные. В горизонтальных печах полосу протягивают по поддерживающим роликам в горизонтальном направлении. В вертикальных печах протягиваемая полоса, огибая поворотные ролики, поступает из одного вертикального хода в другой.

Производительность горизонтальных печей сравнительно невелика; их применяют при небольшом объеме производства.

Достоинством вертикальных печей является также то, что при движении через печь под действием значительного натяжения и в результате многократных перегибов при высокой температуре происходит выравнивание полосы, поверхность которой до поступления в печь была волнистая или с помятостями.

Печь состоит из секций нагрева, выдержки, газоструйного охлаждения, повторного нагрева, перестаривания, ускоренного и воздушного охлаждения.

Термическую обработку полосы проводят в среде защитного азотно-водородного газа состава: 95-97% азота и 3-5% водорода.

Температуру полосы по секциям агрегата старший термист задает в зависимости от способности к вытяжке проката.

Термическую обработку стали марки 08Ю производят по режиму, представленному в таблице 1.7

График термообработки стали 08Ю в АНО представлен на рисунке 1.8

Перед подачей защитного газа в печные секции их необходимо продуть азотом.

Подачу защитного газа в печь производить при соблюдении следующих условий:

температура в секциях нагрева, выдержки и повторного нагрева должна быть не менее 500 °С;

температура в секциях газового охлаждения, перестаривания и быстрого охлаждения должна быть не менее 300 °С;

объемная доля кислорода в печных секциях должна быть менее 0,2%.

Таблица 1.7 -Режим термообработки стали 08Ю

Рисунок 1.8 График термообработки стали 08Ю [2]

Подачу защитного газа в печь производить при соблюдении следующих условий:

температура в секциях нагрева, выдержки и повторного нагрева должна быть не менее 500 °С;

температура в секциях газового охлаждения, перестаривания и быстрого охлаждения должна быть не менее 300 °С;

объемная доля кислорода в печных секциях должна быть менее 0,2%.

Для предотвращения взрыва в случае попадания воздуха в печную атмосферу при наличии в ней азотно-водородного газа свечи накала должны быть постоянно включены.

Электронагревательные элементы в секциях газового охлаждения и перестаривания должны быть включены только при сушке футеровки и разогреве печи после длительных остановок.

Измерение температуры полосы производят с помощью радиационных пирометров, установленных на выходе из каждой секции печи.

Управление температурным режимом печи проводят в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах. Ручное управление применяют при настройке агрегата или при экстренном изменении режима.

В качестве защитной атмосферы применяют азотно-водородный газ с объемной долей водорода от 3 до 5%.

Давление защитного газа в печных секциях на подине должно быть 5-14 мм водн. ст, (49,0-137,2 Па).

Технологически необходимый расход защитных газов (не более):

водород 73-121 м3/час;

азот 4955-5059 м3/час;

защитный газ 5028-5180 м3/час.

Объемная доля кислорода в печных секциях (при нормальной работе) должна быть менее 0,2%.

Точка росы в секциях печи при нормальной работе не должна превышать следующих значений:

секция нагрева - минус 5 °С

секция выдержки - минус 5 °С;

секция газоструйного охлаждения - минус 5 - 0 °С;

секция повторного нагрева - минус 5 °С;

секция перестаривания - минус 5 - 0 °С;

секция быстрого охлаждения - минус 10 - минус 5 °С.

Максимально допустимая температура в печных секциях не должна превышать следующих значений:

секция нагрева - 900 °С

секция выдержки - 880 °С;

секция газоструйного охлаждения - 780 °С;

секция повторного нагрева - 900 °С;

секция перестаривания - 500 °С;

секция быстрого охлаждения - 300 °С.

термический холоднокатаный лист сталь

2       Характеристика сырьевого материала - горячекатаного проката. Мероприятия по контролю качества. Предмет и методы исследования

2.1    Характеристика горячекатаного проката

Исходным (сырьевым) материалом для производства нестареющей низко-углеродистой тонколистовой стали служит горячекатаная не травленная полоса из низкоуглеродистой, углеродистой, низколегированной стали с необрезанными под прямым углом передними и задними концами, смотанная в рулон, соответствующая ГОСТ 19903-74 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент» и ГОСТ 16523-97 «Прокат тонколистовой из стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия». Впоследствии, при дальнейшем производстве кромки обрезаются, а полоса травится на непрерывном травильном агрегате.

Химический состав должен соответствоватьуказанному в таблице 2.1, что соответствует ГОСТ-9045-93.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 08Ю

Примечание: допускается содержание углерода до 0,08% при соблюдении норм механических свойств.

Пройдя непрерывный травильный агрегат, полоса должна удовлетворять следующим требованиям. Рулон не должен иметь сварных швов и подмоток. Кромка полосы должна быть обрезной, без каких-либо трещин по краям и дефектов, выводящих ее за предельные размеры.

Для марок стали: 08Ю, 08ЮВ, 08кп, 08пс, 08псВ, Ст0, Ст1кп, Ст1пс, 09Г2, 09Г2С, 09Г2Д, механические свойства должны удовлетворить требованиям:

−предел текучести- от 370 до 600 Н/мм2;

− временное сопротивление на разрыв от 490 до 690 Н/мм2.

Для проката из стали 08Ю ГОСТ 1577 «Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной стали. Технические условия» нормирует в горячекатаном состоянии (в состоянии прокатной нормализации) следующий уровень механических свойств, не менее:

− временное сопротивление разрыву - 290 Н/мм2;

− предел текучести - 175 Н/мм2;

− относительное удлинение, δ5 - 35 %;

− относительное сужение, Ψ - 60 %.

Размеры полосы:

− ширина полосы: не более  1650 мм;

не менее 1000 мм;

− серповидность полосы не более 30 мм на 10 м длины полосы;

−толщина полосы:       не более 4,0 мм;

не менее 1,5 мм;

−предельные отклонения по толщине±7 %;

−отклонение от плоскостности не более 15 мм/м.

Размеры рулона:

− наружный диаметр не более 2100 мм;

не менее 990 мм;

− внутренний диаметр 610 мм;

− общаятелескопичность витков не более 50 мм;

− разброс отдельных витков не более 5 мм;

− масса рулона не более 35 т [11].

2.2    Мероприятия по контролю качества

Качество металлопродукции в целом является сложным понятием. В него входят не только понятие качества металла, т. е. получение в процессе производства стабильных в процессе эксплуатации заданных физических, химических и технологических свойств, но и требования к формам и размерам, состоянию поверхности, внутреннему строению металлопродукции, ее товарному виду, эстетическому оформлению, упаковке, маркировке,- тех показателей, которые отражаются в стандартах и подлежат обязательному выполнению.

Мероприятия по контролю качества делятся на два этапа, это визуальный осмотр и отбор проб для испытаний и установления химического состава. Дефекты холоднокатаной листовой стали могут иметь различное происхождение, обусловленные нарушениями технологии как в сталеплавильных цехах, так и при производстве горяче- и холоднокатаной листовой стали. Все дефекты холоднокатаного проката можно подразделить на четыре группы: дефекты геометрии, поверхности, травления и термообработки. Основными дефектами, относящимися к первой группе, являются продольная и поперечная разнотолщинность, серповидность, коробоватость, волнистость, тонкий, толстый, узкий, широкий, короткий и длинный прокат. К дефектам второй группы можно отнести плены, волосовины, пузыри, отпечатки и надавы, рваную кромку, вкатанную крошку, царапины, раковины, рябизну, порезы, навары, продольные и поперечные трещины, расслоения и др. Дефекты травления, относящиеся к третьей группе дефектов, включают в себя недотрав и перетрав металла (для коррозионностойкой стали в этом отношении особенно вредно повышенное содержание анионов соляной кислоты, вызывающих точечную коррозию металла), насыщение водородом (при травлении в растворах серной кислоты и недостаточном количестве или плохом качестве ингибиторов) и ржавые пятна на поверхности. Основные дефекты, относящиеся к четвертой группе, возникают вследствие нарушения режимов термообработки, это: излом, цвета побежалости, пятна слипания сварки, несоответствие механических свойств и д.р. Причины образования и способы устранения основных дефектов сведены в таблице 2.2.