Современное состояние вопроса по производству и термической обработке холоднокатаного листового проката

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]

1 - 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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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:

- Нагрев до 700 oС, 75 сек;

- Выдержка при 695 oС, 50 сек;

- Охлаждение до 125 oС, 60 сек;

- Повторный нагрев до 330 oС, 45 сек;

- Процесс перестаривания при 370 oС, 75 сек;

- Охлаждение ниже 100 oС, 95 сек.

Список литературы

1. Гусева С.С. «Непрерывная термическая обработка автолистовой стали». Москва «Металлургия», 1979. 224 с.

2. ГОСТ 9045-93 «Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки».

3. Гольдштейн М. И. «Специальные стали». Москва «Металлургия», 1985. 401 с.

4. Гуляев А. П. «Материаловедение». Москва «Металлургия», 1986. 538 с.

5. Новиков И.И. «Теория термической обработки металлов». Москва «Ме-таллургия», 1978. 386 с.

6. ТИ 101-П-ХЛ 5-517-2006 «Термическая обработка рулонов холоднокатаной стали в высококонвективныхколпаковых печах фирмы «Эбнер» в ЛПЦ-5».

7. Т. П. Полецкова, С. Г. Андреев, Ю. П. Демидченко, П. П. Полецков, Т. М. Кончева «Производство автолиста с регламентированной шероховатостью поверхности в условиях ОАО ММК»

8. ТИ 101 - П - ХЛ5 - 505 - 2011 «Производство холоднокатаных полос двух клетьевом реверсивном стане в ЛПЦ - 5».

9. Золотаревский В.С. «Механические свойства металлов». Москва «МИ-СИС», 1998. 400 с.

10. Русаков А.А. «Рентгенография металлов». Москва «АТОМИЗДАТ», 1977. 468 с.

Размещено на Allbest.ur