 |
|
Технология термической обработки листового проката
Стальной листовой прокат условно разделяют на тонколистовой с толщиной 0,2-3,9 мм и толстолистовой толщиной 4,0-160 мм. Тонколистовую сталь производят в листах шириной от 500 до 4 000 мм и длиной от 1 200 до 5 000 мм, а также в виде полосы в рулонах шириной 200-2 300 мм. Толстолистовую сталь производят в виде листов или широкой полосы.
Листовой прокат, как правило, используется в состоянии поставки т.е. без дополнительной термической обработки у потребителя. Свойства листов, поставляемых с металлургических заводов, в основном сохраняются в готовых изделиях. Поэтому к листам предъявляют требования по механическим свойствам. Основную часть листов используют для получения изделий методами холодной штамповки, гибки. В связи с этим к стали предъявляют требования по штампуемости, оцениваемой по глубине лунки по Эриксону.
По способности к вытяжке сталей в стандартах предусматривается деление их на категории, обозначаемые Г – глубокая, Н – нормальная, ВГ – весьма глубокая, СВ – сложная, ОСВ – особо сложная и ВОСВ – весьма особо сложная. Склонность сталей к деформации при вытяжке зависит от размера зерна и дисперсности структуры. В листовых заготовках не допускается наличие обезуглероженного слоя, скоплений неметаллических включений, интерметаллидных и карбидных фаз.
Технология термической обработки тонколистового проката регулирует конечную структуру и свойства стали с целью обеспечения лучшей штампуемости. Для этого применяют рекристаллизационный или нормализационный отжиг. Для изготовления тонких листов используются низкоуглеродистые и низколегированные стали: 08кп, 08пс, 08Ю, 10, 15, 16ГС, 09Г2С, 09Г2СД, 10Г2С1, 10ХСНД. В зависимости от механических свойств тонколистовой прокат поставляется по 17 категориям, со следующими изменениями механических свойств: σв = 450-550 МПа, КCU-40 =0,3-0,4 МДж/м 2.
Наилучшая штампуемость обеспечивается при структуре доэвтектоидных сталей в виде равноосного феррита с размером зерна 5-7 балла для кипящих сталей, для сталей спокойных с небольшим количеством мелкозернистого структурно свободного цементита. Технологию термической обработки рассмотрим на примере тонкой ленты для глубокой и особо сложной вытяжки:
1. Степень обжатия в последней клети стана горячей прокатки должна быть выше критической и составлять 15-20%.
2. Температура конца прокатки должна находиться выше критической точки Ас3 (860-920 °С).
3. Охлаждение в интервале температур 750-550 °С после выхода из последней клети стана горячей прокатки перед смоткой должно быть быстрым для получения цементита сферической формы.
4. Смотка в рулон ленты должна выполняться при 550-650 °С.
5. Холодная прокатка производится при суммарной величине обжатия равной 50-60%.
6. Рекристаллизационный отжиг ведется в рулонах или при размоте ленты с протягиванием через печь при температурах ниже точки Ас1 (640-720 °С).
Рекристаллизационный отжиг выполняют в колпаковых печс в защитной атмосферой. Нагрев рулонов ведется со скоростью 10-50 °С/ч. Конечная температура нагрева для кипящих сталей назначается в пределах 680-700 °С, для спокойных 700-720 °С. Время выдержки назначают из условия получения допустимого перепада температуры по сечению рулона. Скорость охлаждения рулона в интервале температур 720-300 °С должна быть малой и равной ∼40 °С/мин. График режима отжига рулонов колпаковой печи приведен на рис. 2.
Рис. 2. Типичный режим отжига рулонов из стали 10 в одностопной колпаковой печи: 1 – нагрев; 2 – охлаждение под муфелем; 3 – охлаждение на воздухе
Общая длительность отжига составляет около 80 ч. Для сокращения времени отжига применяют распушение рулонов, что позволяет сократить в 2-3 раза время обработки. Более перспективно применение непрерывного отжига в потоке стана холодной прокатки, что обеспечивает высокую производительность хорошее качество поверхности и однородность свойств т.к. обработка ведется в размоте.
Технология термической обработки толстолистовой стали включает операции отжига-нормализации с высоким отпуском или без него и улучшение. Нормализация применяется для повышения пластичности листов толщиной не более 15 мм. Термическая обработка улучшением (закалка + высокий отпуск) используется для более толстых листов. Толстолистовая сталь изготавливается из углеродистых сталей с содержанием 0,08-0,30% углерода или низколегированных: 09Г2, 15Г, 09ГСД, 15Г2СФД, 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др., поставляется или с термообработкой, или без нее.
Наиболее перспективно применение термической обработки с использованием тепла горячей прокатки по следующим схемам (рис. 3):
1. Нормализация с использованием тепла прокатного нагрева, когда листы принудительно охлаждаются водой до 680-600 °С, а затем на воздухе до 550 °С и нормализация в печах;
2. Одинарная термообработка, заключающаяся в ускоренном охлаждении листов водой до 700-650 °С затем на воздухе, что обеспечивает получение мелкозернистой структуры с повышенной прочностью;
3. Двойная упрочняющая термическая обработка, состоящая из ускоренного охлаждения водой до 600-300 °С с последующим отпуском при 620-680 °С в печах. Такая схема термообработки позволяет получить после отпуска мелкие зерна феррита и равномерное распределение тонкодисперсных карбидов. Полученная структура отвечает наиболее высокому уровню характеристик прочности при хорошей их равномерности по площади листа.
Рис. 3. Способы термической обработки листов из низкоуглеродистой стали (Ст3сп, толщина листа 40 мм): 1 – нормализация с прокатного нагрева; 2, 3 – одинарная и двойная упрочняющие термические обработки; 4 – охлаждение на воздухе