Охлаждение металла

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Практические методы охлаждения металлов после прокатки. Дефекты, образующиеся при охлаждении

Охлаждение металла после прокатки для многих металлов и сплавов является ответственной операцией. Несоблюдение условий правильного охлаждения в очень многих случаях может оказаться причиной брака готовой продукции. Основным показателем этого элемента технологии прокатки является скорость охлаждения металла, которая определяется продолжительностью охлаждения, а в ряде случаев и определенным температурным интервалом. Неправильный режим охлаждения может привести к получению готового проката с пороками в виде флокенов и трещин или с неудовлетворительными свойствами.

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.

Обычное охлаждение металла производится на воздухе, на стеллажах, на холодильниках. Основное требование при обычном охлаждении -- как можно быстрее достичь охлаждения стали. 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, поставленные на ребро и прижатые одна к другой, 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 должны обеспечивать охлаждение прокатываемого металла до 50 °С и ниже.

Продолжительность охлаждения полос определяют по формуле М. Я- Бровмана

Tохл = 0,537 ?n-Cт / (FT *.Gn).

где Тохл -- время охлаждения, ч; ?П -- масса одной полосы, кг; Ст -- теплопроводность металла, Дж/(кг-град); Gn -- постоянная лучеиспускания [Gn=18,5 Дж/(м2-град)]; FT -- теплоотводящая поверхность, м2.

Заготовки и блюмы легированных сталей охлаждают в штабелях и пакетах на воздухе. В связи с 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 возникновения дефектов при огневой закалке.

Замедленный режим охлаждения применяют для крепких и легированных флокеночувствительных сталей. Охлаждение осуществляют в проходных отапливаемых 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: выдержка при 600--750°С, а затем охлаждение на воздухе.

Ускоренный режим охлаждения используют для катанки и листа перед сматыванием в бунты и рулоны с целью получения определенной структуры и уменьшения окалино-образования. 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 высокоуглеродистых и легированных сталей (УД, У12, ШХ15 и др.) производят для превращения образования карбидной сетки.

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

холодный штамповка заготовка гнутый

2. Дефекты металла, связанные с его охлаждением

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

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 низкоуглеродистых сталей 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 стали.

Флокены представляют собой внутренние трещины, наблюдаемые на макро- и микрошлифах и в изломе. Наиболее склонны к образованию флокенов хромоникелевая, хромоникелемолибденовая, 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, нержавеющей, жаропрочной, высокомарганцовистой и др.) флокены не встречаются.

Наиболее часто флокены обнаруживают на блюмах, слябах и заготовках, а также на готовом прокате крупных размеров (профилях, 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 неотапливаемых и отапливаемых колодцах. В качестве теплоизолирующих материалов применяют кизельтур, доменный шлак, шлаковую вату, песок и др.

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

3. Виды рабочих инструментов для изготовления гнутых профилей. Требования к рабочему инструменту

Гнутые профили проката относятся к одному из новых экономичных видов металлопродукции, которые изготовляют методом последовательного формоизменения полос и листов в валках профилегибочных станов. Эти профили могут иметь поперечное сечение самой различной конфигурации, быть замкнутой и полузамкнутой формы. Гнутые профили получают из цветных металлов и сплавов, углеродистой, низколегированной и легированной марок стали.

Гнутые профили профилированием можно получать не только с поперечным сечением сложной конфигурации, но и с продольными и поперечными гофрами, сварные и завитые по дуге, перфорированные с элементами двойной толщины, плакированные пластиками и другими покрытиями.

На профилегибочных станах изготовляют гнутые профили толщиной 2 -- 8 мм из заготовки шириной до 600 мм и 1 --4 мм из заготовки шириной до 1500 мм.

Процесс профилирования принципиально отличается от процессов прокатки и гибки в штампах. Основные различия между этими процессами следующие:

1. При прокатке полоса за каждый проход обжимается валками. Толщина, высота и общая площадь поперечного сечения полосы уменьшаются, а длина в результате вытяжки значительно увеличивается. При профилировании толщина исходной заготовки и площадь ее поперечного сечения практически не изменяются. Форма поперечного сечения в процессе профилирования претерпевает постепенные изменения: высота сечения увеличивается, длина исходной заготовки практически не изменяется.

2. При прокатке с изменением размеров поперечного сечения полосы форма его может не изменяться; при профилировании изменение формы поперечного сечения обязательно.

3. Очаг деформации металла при прокатке в основном ограничен валками и незначительно выходит за пределы дуг захвата полосы валками. При профилировании деформация металла начинается перед валками значительно раньше, чем данный участок полосы придет с ними в соприкосновение.

4. При прокатке необходимая форма сечения придается полосе в результате обжатия и вытяжки главным образом горячего металла; при профилировании она получается в результате деформации пластического изгиба металла в холодном состоянии.

5. При гибке в штампах заготовка неподвижна и размер ее ограничен определенной длиной; при профилировании заготовка находится в непрерывном движении и теоретически может иметь бесконечную длину.

6. Рабочий инструмент, применяемый при холодной штамповке (матрицы, пуансоны), перемещается поступательно с одинаковыми линейными скоростями во всех точках; при профилировании он вращается, и поэтому в различных точках линейные скорости инструмента (валков) неодинаковы.

7. При штамповке контакт между рабочими инструментом и заготовкой происходит по всей ее длине; при профилировании площади контакта ограничены небольшими участками соприкосновения полосы с валками.

8. Количество расходуемой энергии, величина возникающих усилий и их направление при штамповке переменны во времени, тогда как при установившемся процессе профилирования они постоянным.

9. Гибка в штампах не сопровождается возникновением в полосе продольных деформаций, которые появляются при профилировании.

В процессе профилирования подгибка элементов заготовки в клетях стана осуществляется вверх и очень редко вниз, поэтому в большинстве случаев диаметры верхних и нижних валков профилегибочных станов неодинаковы. При изгибе и профилировании вверх увеличивается высота профиля, следовательно, верхние валки необходимо изготовлять с глубокими врезами, а диаметры этих валков принимать большими, чем диаметры нижних валков. При изгибе и профилировании вниз глубокие врезы делают в нижних валках, диаметры которых больше верхних.

Однако во всех случаях линейная скорость по основным (катающим) диаметрам валков должна быть одинаковой. Для этого на профилегибочных станах применяют шестеренные клети с определенным передаточным отношением, которое определяется отношением основных диаметров верхнего и нижнего валков. Обычно для всех клетей стана передаточное отношение выбирают одинаковым. Сохранение одинаковых линейных скоростей на верхних и нижних валках осуществляют уменьшением частоты вращения верхних валков в соответствии с увеличением их диаметров из-за использования в шестеренных клетях шестерен различного диаметра. Передаточное отношение зависит от сортамента профилей, для производства которых предназначен данный профилегибочный стан.

Профилегибочные агрегаты различают по характеру работы (непрерывное и поштучное профилирование), по назначению (общее и специальное), по конструкции рабочих клетей, по размерам исходных заготовок и диаметрам рабочих валков.

Для агрегатов непрерывного профилирования характерно использование заготовки в виде рулона с порезкой готового профиля после стана. Эти агрегаты оборудованы машинами для стыковой сварки концов рулонов, цетлевыми накопителями и специальными ножницами для порезки готовых профилей.

На агрегатах поштучного профилирования рулонную заготовку перед станом предварительно разрезают на летучих ножницах на определенные длины.

Профилегибочные агрегаты специального назначения используют для выпуска какого-либо одного типа гнутых профилей, например профилей для автомобилестроения и других отраслей народного хозяйства. Такие агрегаты оборудованы специальными приспособлениями, механизмами и трансформаторами для одношовной и двухшовной продольной сварки, поперечной сварки, механизмами для перфорации и завивки профилей.

На агрегатах с поштучным процессом профилирования полосовую заготовку перед задачей в стан разрезают на мерные длины. Агрегат состоит из разматы-вателя рулонов 1, правильной машины 2, ножниц для резки заготовок на мерные листы 3, стана 4, участка набора рядов 5 и укладчика пакетов готовых профилей 6.

На агрегатах с непрерывным процессом профилирования порезку профилей производят после профилирования. Такие агрегаты состоят из разматывателя рулонов 1, правильной машины 2, машины для сварки гонцов рулонов 3, петлевого накопителя 4, собственно стана 5, ножниц для резки готовых профилей 6, участка набора рядов 7, укладчика 8. К цеху примыкает вальцетокарная мастерская 9 и участок сборки и хранения валков 10.

Между агрегатами с поштучным и непрерывным процессами профилирования промежуточное место занимают профилегибочные станы с порулонным способом профилирования. В состав оборудования такого стана входят разматыватель рулонов, правильная машина, собственно стан и механизм для порезки профилей на мерные длины после профилирования.

В зависимости от конструкции станины профилегибочные станы бывают открытого и закрытого типов. Рабочие валки станов открытого типа имеют подшипники с одной стороны, а рабочая часть валков, на которой набирают профильные элементы, является консольной. Такие станы иногда называют консольными. Их преимуществом является простота обслуживания при работе и перевалках. К недостаткам следует отнести малую жесткость валков консольного типа, что не дает возможности изготовлять на них профили из заготовок большой ширины и толщины. Для производства гофрированных и других профилей из заготовок толщиной до 20 мм и шириной до 2000 мм применяются также рабочие клети, имеющие станины закрытого типа. К станам закрытого типа относят станы, рабочие валки которых имеют опоры на обоих концах. Станины закрытого типа более жестки по конструкции. Если на станах открытого типа (со съемными крышками) перевалку производят (после снятия крышки) через верх станины, что на станах закрытого типа перевалку осуществляют через окно станины.

По размерам профилируемых исходных заготовок станы можно разделить на несколько типов.

Тип профилегибочного стана обозначают четырьмя цифрами. Например, стан 1-=-4Х400ч-1500, где первые две цифры характеризуют толщину исходных заготовок, а две вторые -- ширину исходных заготовок, мм.

Полная характеристика стана состоит из определения назначения стана, размеров профилируемых на нем заготовок, наибольшей высоты профиля (глубины вреза в валок), типа его конструкции, числа клетей, способа производства гнутых профилей, а также энергетических параметров профилирования (максимального крутящего момента на валках, максимально допустимого усилия деформации, скорости профилирования и установленной мощности).

Размещено на Allbest.ur