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

Таблица 2.2 - Дефекты Холоднокатанного листового проката

Примечание: знаком «*» отмечены дефекты, возникшие на предыдущих, до отжига, переделах, но проявившиеся при термической обработке

В процессе сдачи готовой продукции согласно ГОСТ и ТУ проводят окончательные механические, технологические и физико-химические сдаточные испытания, металлографический анализ. При этом объем испытаний готовой продукции зависит от состава стали, ее назначения и требований, предъявляемых к продукции.

Наиболее распространенным методом испытания механических свойств ли-стопрокатной продукции является испытание на растяжение. При этом к стан-дартному образцу, представленному на рисунке 2.1, прикладывают два равных, противонаправленных усилия и определяют временное сопротивление при растяжении σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ и относительное поперечное сужение. Кроме того, при растяжении образца определяют предел пропорциональности σпц, предел упругости σу, модуль упругости Е.

Рисунок. 2.1 Стандартный образец для испытания на растяжение [10]

Испытание на растяжение производится на специальных машинах. Имеется большое количество различных моделей таких машин с ручным и механическим приводом. Из числа машин с механическим приводом применяются универсальные рычажно-маятниковые машины Р-5 (усилие до 5 т), ИМ-4 (усилие до 4 т), прессы Гагарина и др. Более мощными являются машины с гидравлическим приводом Р-20 (усилие до 20 т), ГМС-50 и ГМС-100, развивающие усилия соответственно 50 и 100 т. Универсальные машины ГМС-50 и ГМС-100 служат для испытания образцов металла на растяжение, сжатие и изгиб, для определения на образцах прочности сварного соединения и наплавленного металла сварного шва, для испытания на разрыв стальных канатов и т. п.

К более современным машинам можно отнести такие машины как: УТС 110М-50, УТС 110М-100. Это электромеханические универсальные двузонные испытательные машины напольного исполнения с номинальной нагрузкой 50 и 100 кН соответственно, предназначены для проведения механических испытаний материалов на растяжение, сжатие, изгиб, осадку, сплющивание, остаточную деформацию, отслаивание, расслоение, скалывание, раздирание и других в пределах технических возможностей машины. Испытательные машины УТС 110М-50 и УТС 110М-100 оснащены микропроцессорной системой управления машиной и регистрации силовых и деформационных параметров испытания.

Принципиальная схема разрывной машины представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Принципиальная схема электромеханической машины [10]

- основание; 2 - колонны; 3 - винты, передающие нагрузку образцу; 4 - тверса; 5 - цилиндр; 6 - поршень; 7 - верхняя поперечина; 8, 16 - червячные передачи; 9, 15, 19 - электродвигатели; 10 - вал; 11 - опоры; 12 - подвижная тверса; 13 - гайки тверсы; 14 - зажимы; 17 - винт нижнего зажима; 18 - шкала динамометра; 20 - масляный насос

Проба на выдавливание, изображенная рисунке 2.3, служит для определения способности металла к холодной штамповке и вытяжке. Проведение испытаний готовой прокатной продукции рассмотренными способами требует отбора проб от листов или партии листов, изготовления образцов и испытаний, что вызывает дополнительные потерн металла, иногда до 0,5-1 % и большого объема трудоемких работ. Поэтому в последнее время все шире находят применение неразрушающие методы контроля [10].

Рисунок 2.3. Схема испытания на выдавливание: 1 - листовой металл; 2 пуансон; 3 - матрица; 4 - прижим

Химический анализ готовой прокатной продукции осуществляется методом отбора стружки от всего поперечного сечения не менее чем от трех штук готового проката. Причем, стружка берется прострожкой или сверлением в определенном месте на определенную глубину. Полученная стружка должна быть тщательно перемешана в рентгеноспектрометр, представленный на рисунке 2.4, для определения химического состава [11].

Рисунок 2.4 Схемы спектрометров: а - Соллера; б - Иоганна; в - Кошуа

2.3    Предмет и методы исследования

Предметом исследования является нестареющая сталь марки 08Ю, предназначенная для холодной штамповки. Основная часть производимого металла предназначена для штамповки облицовочных деталей кузовов, такие как крылья, двери, крышка капота, багажника и т.д. Другая часть производимого металла задействована в других отраслях, чаще всего бытовых.

Холодная штамповка предполагает определенные требования к качеству поставляемого металла, он должен быть мягким, за счет малого количества атомов внедрения, и углерод в данном случае не является исключением. Помимо малой твердости, потребитель предъявляет очень жесткие требования к качеству поверхности, не должно быть вкатанных в поверхность инородных частиц, должны отсутствовать цвета побежалости и т.д. Относительное удлинение, в зависимости от способности к вытяжке должно лежать в пределах 26 - 34 %. Все требования предъявляемые стали 08Ю регламентированы ГОСТ 9045-93 « Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки».

Объектом исследования послужили колпаковые печи периодического действия, в которых производится рекристаллизационный отжиг металла. Термическая обработка является финальной стадией в производстве холодного проката, поэтому она оказывает большое влияние на качество и свойства получаемой продукции. Основным недостатком данных печей является их периодичность и, как следствие, время, затрачиваемое на проводимую обработку. В данных условиях приходится выбирать между производительностью печей и качеством продукции. Целью исследования послужило устранение недостатков уже имеющейся технологии для обеспечения оптимального соотношения производительности и качества.

Методом исследования послужил анализ и переработка списка литературы, подбор оптимальных технологических параметров с учетом достоинств и недостатков.

3       Структуры холоднокатаного металла

После холодной прокатки структура и свойства металла меняются: временное сопротивление разрыву и твердость увеличиваются, в то время как уменьшается предел текучести. Как видно из рисунка 3.1 структура металла приобретает текстуру деформации. Такая структура характеризуется анизотропией свойств, высокими прочностными и малыми пластическими характеристиками [5].

Рисунок 3.1 Структура холоднокатаной стали 08Ю

Для восстановления свойств металла применяли рекристаллизационный отжиг одностопной в колпаковой печи периодического действия по температурному режиму, указанному в таблице 1.5, при этом был получена полностью рекристаллизованная структура металла, показанная на рисунке 3.2.

Представленные структура, показанная на рисунке 3.2, получена в результате отжига в колпаковых печах. Режим отжига показан на рисунке 3.3.

Х500

Рисунок 3.2 Микроструктура холоднокатанных отожженых образцов в колпаковой печи

Рисунок 3.3 Режим отжига стали 08Ю в колпаковой печи

Помимо нагрева, выдержки и охлаждения, на графике присутствует, так называемая, операция перестаривания. Суть перестаривания заключается в том, что металл при регулируемом охлаждении, быстро охлаждается от температуры 500 до 300 °C, после чего снова нагревается, но уже до 450 °C, после чего охлаждается по обычному режиму. При быстром охлаждении из стали выделяются нитриды и карбиды, влияющие на свойства стали не благоприятно. Последующий нагрев и охлаждение уменьшает размеры избыточных фаз, что снижает их вредное влияние [2, 8].

Также рекристаллизационный отжиг проводят в агрегате непрерывного отжига по температурному режиму, указанному в таблице 1.6, при этом была получена полностью рекристаллизованная структура, с балом зерна 5 - 7, показанная на рисунке 3.4.

X500

Рис 3.4 Микроструктура холоднокатанных отожженых образцов в АНО. При увеличении

Представленныая структура, показанная на рисунке 3.4, получена в результате отжига в АНО. Режим отжига показан на рисунке 3.5.

В данном режиме отжига присутствует также процесс перестаривания, проходящий при 370 ± 20 oС. Это связанное с тем, что если температура перестаривания превышает 500 oС, растворимость углерода при этом сравнительно велика и эффект перестаривания получается незначительным. В то же время при температурах ниже 350 oС скорость диффузии углерода оказывается низкой и требуется большое время для выдержки. Выдержка при температуре 350-450 oС в течение первых 60 секунд вызывает заметное снижение твердости; дальнейшее увеличение времени перестаривания не приводит к существенному изменению указанной характеристики. При оптимальных температурах и времени перестаривания карбиды выделяются в высокодисперсной форме, в результате чего наблюдается обеднение феррита углеродом и, как следствие этого, повышение пластичности.

В ходе технологического процесса свойства стали меняются, как показано в таблице 3.1 [2,5].

Рис 3.5 Режим отжига стали 08Ю в АНО

Таблица 3.1 - Изменение свойств стали в ходе технологического процесса

Примечание: знаком «*» отмечены характеристики, варьируемые в зависимости от способности к вытяжке

Заключение

. В процессе производства холоднокатаной стали возникает необходимость в светлом рекристаллизационном отжиге листового проката. Наиболее распространенным способом термической обработки такого проката, является отжиг в колпаковых печах. Положительными качествами данного оборудования являются надежность, неприхотливость к температурным режимам и контролируемым атмосферам. К недостаткам следует отнести неравномерность прогрева садки, сваривание витков, длительность обработки, доходящую до 50 часов, применения для их обслуживания мостовых кранов большой грузоподъемности.

. Другим, не менее распространенным, инструментом отжига является агрегат непрерывного отжига. 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, ограничения по толщине отжигаемой полосы.

. Учитывая вышеизложенное, следует отметить, что агрегат непрерывного отжига, лишенный множества недостатков колпаковых печей, является более прогрессивным и производительным инструментом для проведения рекристаллизационного отжига холоднокатаного листового металла. Металл после термообработки в АНО имеет лучшее механические свойства, что безусловно отразится на качестве конечного продукта. Однако непрерывный отжиг требует более тщательной подготовки технологии и ее контроля.

. В настоящей работе разработаны эффективные режимы рекристаллизационного отжига как в колпаковых печах, так и в АНО заключающиеся в следующем:

Для колпаковой печи:

Нагрев до 690 oС с замедленным нагревом от 450 до 550 oС;

Выдержка ~ 17 часов;

Замедленное охлаждение, со скоростью 0,21 oС/мин до 640 oС и со скоростью 0,22 oС/мин до 600 oС.

Выдержка под колпаком в течении 5 часов.

Для АНО: