Лист 4 мм (111 об.)

Термообработка стального листа 4 мм и дугих толщин

В производстве листовой стали применяют следующие виды термической обработки: закалку, нормализацию, отжиг (рекристаллизационный, обезуглероживающий, высокотемпературный) и отпуск.

Закалка применяется для отжига холоднокатаных аустенитных и аустенитно-мартенситных нержавеющих сталей. Она производится для снятия наклепа и получения равномерной структуры аустенита, так как при холодной прокатке происходит образование мартенситной составляющей. Нагрев под закалку производится в проходных печах при температуре 1100 - 1150 °С в окислительной среде с последующим быстрым охлаждением в воде.

Нормализации подвергают малоуглеродистые стали в основном при получении неблагоприятной структуры после горячей прокатки. Отжиг предназначен для устранения наклепа и получения структуры, обеспечивающей необходимые механические и технологические свойства листовой стали.

Рекристаллизационный отжиг, которому подвергается основная масса холоднокатаной листовой стали производится при температуре, близкой к точке А_с1, с определенной выдержкой при этой температуре. При рекристаллизационном отжиге применяют защитную атмосферу, содержащую 3 - 5 % Н₂, а остальное азот.

Обезуглероживающий отжиг применяют для малоуглеродистых сталей, предназначенных для глубокой вытяжки, и электротехнических сталей. Процесс обезуглероживания обычно совмещают с процессом светлого отжига. Температура при обезуглероживающем отжиге (в непрерывных печах) составляет 750 - 850 °С. При обезуглероживающем отжиге применяют защитную атмосферу, содержащую до 40 % Н₂, остальное азот.

Высокотемпературный отжиг предназначен для получения заданной текстуры, обеспечивающей необходимые технологические свойства стали. При отжиге происходит укрупнение зерна феррита, коагуляция включений, повышение однородности металла и удаление углерода, а также серы и других вредных примесей. Высокотемпературный отжиг осуществляют при температуре 1150 - 1180 °С в атмосфере чистого водорода и газа, содержащего 75 % Н₂ и 25 % N₂.

Отпуск применяют для снятия упрочнения в металле, возникающего после нагрева и охлаждения его при отжиге. Температура при отпуске металла, прошедшего рекристаллизационный отжиг, составляет 300 - 450 °С. Стали, прошедшие высокотемпературный отжиг, для устранения "рулонной кривизны" подвергают отпуску при температуре 700 - 800 °С.

При отжиге в металле происходит рекристаллизация деформированного зерна феррита, коагуляция и сфероидизация цементита и рост зерен феррита до оптимальной величины. У нестареющих сталей при отжиге должны быть созданы условия для связывания свободно растворенных углерода и азота в стабильные нитриды и карбиды, а у стали, раскисленной алюминием, - для роста рекристаллизованных зерен сплющенной формы. Величина и форма зерна феррита после отжига определяется, кроме химического состава стали, степенью холодной деформации, температурой отжига, скоростью нагрева, временем выдержки при температуре отжига и условиями охлаждения.

Рекристаллизационный отжиг бывает длительным (отжиг рулонов в колпаковых печах) и кратковременным (отжиг полос в проходных печах). Длительному отжигу подвергают большую часть полос качественных сталей для глубокой вытяжки. Часть этих полос менее ответственного назначения отжигают кратковременно в агрегатах непрерывного действия.

Длительный отжиг рулонов осуществляют в колпаковых печах. В зависимости от их конструкции и типа холоднокатаные рулоны отжигают в одностопных и многостопных отжигательных печах, отапливаемых природным газом или электрическими элементами. Одностопные печи удобны в эксплуатации и во время ремонта. Режим отжига в одностопной печи приведен. Отожженная в одностопных печах сталь отличается высоким качеством и сравнительно однородными механическими свойствами. Применение многостопных печей сокращает площади цеха, занимаемые термическим отделением. Температура при рекристаллизационном отжиге зависит от степени холодной деформации: чем выше степень деформации, тем меньше температура рекристаллизации.

Режимы светлого отжига холоднокатаных рулонов из углеродистых сталей в одностопных колпаковых печах при массе садки до 75 т:

Марка стали	Ширина полосы, мм	Масса рулона, т	Продолжительность выдержки по стендовой термопаре, ч		Общая продолжительность отжига, ч
			при 600 °С	при 690 °С
08Ю, 08ФКп	1890-1600	25-21	18	24	52
		20-16	17	23	49
		15-11	16	22	46
		10-6	15	21	43
	1590-1300	25-21	17	23	50
		20-16	16	22	47
		15-11	15	21	44
		10-6	14	20	41
	1290-1000	25-21	16	22	48
		20-16	15	21	45
		15-11	14	20	42
		10-6	13	19	39
08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20	1890-1600	25-21	15	17	42
		20-16	14	16	39
		15-11	13	15	36
		10-6	12	14	33
	1590-1300	25-21	14	16	40
		20-16	13	15	37
		15-11	12	14	34
		10-6	11	13	31
	1290-1000	25-21	13	15	38
		20-16	12	14	35
		15-11	11	13	32
		10-6	10	12	29

Оптимальной величины рекристаллизационное зерно в сталях для глубокой вытяжки достигает при суммарной степени деформации 50 - 70 %. Рекристаллизация начинается при температурах, близких к 500 °С. Однако при этой температуре диффузионные процессы протекают медленно, степень разупрочнения низкая. Достаточно быстро (в течение 2 часов) протекает рекристаллизация при температурах 540 - 600 °С. При температуре отжига 700 °С для стали, деформированной на 50 - 70 %, рекристаллизация протекает за 5 мин. На практике отжиг длится десятки часов, что связано с нагревом и выдержкой больших масс металла в плотно смотанном рулоне и его охлаждением (рис. ниже).

В производстве холоднокатаной автолистовой стали рекристаллизационный отжиг производят при температуре 680 - 700 °С с выдержкой при этой температуре в течение 6 - 8 ч. Максимальная температура отжига при длительном нагреве не должна превышать температуры выше А_с1 = 720 °С. Это связано с тем, что после отжига в области температур между А_с1 и А_с3 возникает разнозернистая структура, связанная с перекристаллизацией Fe_a ↔ Fe_у и образованием по границам зерен феррита крупных выделений структурно свободного цементита. Кроме того, применение температур выше А_с1 ограничено из-за возможности слипания витков рулона при отжиге.

Температуру отжига выбирают с учетом конструкции печи, ее оснащенности системой точного регулирования температуры. При нагреве разность температур между самым холодным и горячим местом в печи не должна превышать 40 °С при термообработке полос для глубокой вытяжки и 20 °С - для весьма глубокой вытяжки.

Температура отжига оказывает существенное влияние на механические свойства металла.

На величину рекристаллизованного зерна, а следовательно, и на механические свойства оказывают влияние скорость нагрева и время выдержки при температуре нагрева. Скорость нагрева до температур, приблизительно равных 550 °С, не оказывает влияния на величину рекристаллизованного зерна. Влияние скорости нагрева проявляется при температурах 550 - 720 °С. В этом интервале температур скорость нагрева не должна превышать 180 - 250 °С/ч. Однако при таких скоростях нагрева не достигаются высокие пластические свойства металла. Поэтому в практике производства сталей для глубокой вытяжки скорость нагрева составляет 10-50 °С/ч, и общее время нагрева достигает 20 - 30 часов.

Величина скорости нагрева с целью достижения минимальной твердости и максимального удлинения отожженного металла определяется временем выдержки при температуре отжига. Скорость нагрева должна быть тем меньше, чем короче время выдержки при температуре отжига. При большей скорости нагрева низкая твердость достигается при более высокой температуре, и, наоборот, при малой скорости нагрева температура отжига должна быть ниже. Малая скорость нагрева стальных листов 4 мм толщины, обеспечивающая получение вытянутых рекристаллизованных зерен, необходима для стали, раскисленной алюминием.

На пластические свойства автолистовой стали оказывает благоприятное влияние выдержка во время нагрева в области температур отпуска 450 - 500 °С. Полосу при температуре нагрева выдерживают, чтобы выровнять различие температур в стопе рулонов, получить необходимую форму и величину зерна феррита и благоприятную форму цементита. Выдержка при температуре отжига 640 - 680 °С для холоднокатаных листов из стали 08кп (пс) не превышает 8 ч, а для стали 08Ю достигает 12 ч.

Для стали глубокой вытяжки менее ответственного назначения выдержка при температуре отжига 680 - 720 °С достаточна в течение 2 ч, а при 650 - 670 °С в течение 5 - 10 ч. Механические свойства отожженного металла значительно зависят от скорости охлаждения рулонов при температурах, меньших температуры рекристаллизации. Это связано в основном с изменением растворимости углерода и азота при снижении температуры. При отжиге феррит насыщается углеродом и азотом. Чем выше скорость охлаждения, тем выше перенасыщенность феррита углеродом и азотом, что приводит к получению металла с повышенной твердостью и прочностью с одновременным понижением его пластичности. Кроме того, металл после быстрого охлаждения склонен к старению. Скорость охлаждения определяется условиями диффузии углерода и азота в металле в интервале температур 700 - 425 °С, так как наибольшая растворимость углерода в феррите соответствует интервалу температур 720 - 400 °С, а растворимость азота - в интервале 585 - 300 °С. Оптимальная скорость охлаждения не должна быть выше 40 °С/мин.

На практике при длительном нагреве в зависимости от веса садки, типа печи, интенсивности охлаждения и других факторов скорость охлаждения принимается в пределах 10-40 °С/ч. Время на охлаждение рулонов сокращается путем подачи охлаждающего воздуха под специальный колпак, установленный вместо верхнего колпака печи, или при отжиге распушенных рулонов.

Охлаждение металла в защитной атмосфере осуществляют до 120 -180 °С. Дальнейшее охлаждение при температурах ниже 180 °С не приводит к окислению металла на воздухе. Охлаждение на воздухе до температур 30 - 40 °С, при которых можно производить дрессировку, длится 3 - 7 дн. Рулоны при охлаждении на воздухе занимают большие площади. Сократить время охлаждения можно за счет применения специальных стеллажей с обдувом воздухом вентиляторами.

При производстве тонких холоднокатаных стальных листов термическая обработка в колпаковых печах является достаточно длительной операцией,а  поэтому увеличивает цену покупки стальных листов для покупателя. Кроме того, очистку поверхности и последующие операции дрессировки и контроля качества полосы необходимо выполнять отдельно, что также требует дополнительного времени и операций. Длительность всего процесса от термообработки до контроля может достигать до 10 сут, из которых примерно половина времени затрачивается на термообработку.

Для сокращения времени термообработки примерно в 4 - 5 раз применяют отжиг распушенных рулонов, который обеспечивает более равномерный нагрев и эффективное протекание процессов обезуглероживания и деазотирования. Однако при такой организации процесса термообработки время последующих за ней операций не сокращается и общая продолжительность процесса занимает 6-7 сут.

Механические свойства холоднокатаной стали 10пс толщиной 0,8 мм после отжига в распушенном рулоне при 700 °С с выдержкой в течение 4 ч следующие:

Предел текучести, Н/мм² = 130-150

Временное сопротивление, Н/мм² = 288-290

Относительное удлинение, %: δ₁₀ = 50-55; δ₄ = 35-42

Твердость HRB = 18-28

Глубина лунки по Эриксену = 10,3-11,4

Непрерывный отжиг наиболее широко применяется для жести, а также для автомобильного листа и осуществляется в проходных отжигательных горизонтальных и вертикальных печах. Производительность горизонтальных проходных печей достигает 10 - 15 т/ч, а вертикальных - 30 - 60 т/ч.

В последнее время устанавливают более производительные проходные печи для отжига листов в расплавленных металлах (натрий или сплав свинца и висмута и др.). Проходные печи применяют для нормализационного и рекристаллизационного отжигов.

Преимущество отжига металлических листов в проходных печах заключается в том, что отожженный металл имеет однородную микроструктуру и механические свойства, лучшее состояние поверхности из-за отсутствия излишней технологической смазки. При таком отжиге отсутствует брак вследствие сваривания винтов рулона и смятия кромок, повышается производительность, создается непрерывность технологического процесса, имеется возможность объединения отжига и других технологических операций (обезжиривания, лужения, дрессировки и т.п.).

Недостатком отжига полос в проходных печах по сравнению с длительным отжигом рулонов заключается в более высокой твердости и прочности отожженного металла и в меньшей способности к глубокой вытяжке. Объясняется это тем, что при кратковременном отжиге получается мелкозернистая структура, а также ограниченным протеканием процессов отдыха, отпуска и полигонизации зерен и ростом их при рекристаллизации, недостатком времени для сфероидизации и коагуляции цементита вследствие большой скорости охлаждения материала.

При кратковременном отжиге выгодно применять температуру, близкую к точке А_с1. Отжиг проводят обычно при температуре 700 -720 °С. Применение температур выше значения в точке А_с1 не рекомендуется из-за повышения твердости отожженного материала вследствие протекания процессов превращения Fe_a = Fe_у, которые приводят к измельчению структуры.

При нормализационном отжиге температура находится выше точки А_с3, т.е. выше 920 - 950 °С.

Скорость нагрева оказывает незначительное влияние на кинетику рекристаллизации зерна при температурах до 600 °С. Ускорение рекристаллизации при быстром нагреве достигается при 700 - 720 °С. Полная рекристаллизация стали, деформированной на 80 %, протекает за 5 - 6 с при температуре около 700 °С. Увеличение времени выдержки до 30 с не оказывает существенного влияния на величину рекристаллизованного зерна.

Нагрев в проходных печах можно проводить со скоростью 70 -700 °С/с. Скорость охлаждения полосы не должна превышать 10 -15 °С/с в области температур 720 - 480 °С. Такие скорости необходимы для выделения дисперсных примесей из твердого раствора (Fe_a). При более низких температурах охлаждение можно проводить с любой скоростью, так как снижение твердости изменяется незначительно.

Общее время нагрева при отжиге с конвективным теплообменом составляет 90 - 140 с, а при отжиге в расплавленных металлах - около 15 с.

Механические свойства холоднокатаных стальных листов, предназначенных для глубокой вытяжки и отожженных в проходных печах агрегата непрерывного отжига (АНО) и в колпаковых печах практически не отличаются, таким образом потребитель может спокойно купить стальной лист 4 мм толщиной независимо от того в какой печи осуществлялся отжиг.

Однако при отжиге в проходных печах при условии, что содержание углерода и азота в стали выдержано весьма точно; микроструктура, необходимая для получения требуемых свойств, заложена при горячей прокатке, где должны быть выдержаны температурно-скоростные условия прокатки и смотки полосы, можно обеспечить получение продукции с весьма большим диапазоном свойств при использовании одних и тех же исходных материалов. При соответствующем выборе температурно-скоростного режима термообработки холоднокатаных полос из стали 08Ю обеспечивается получение листовой стали категории вытяжки ВГ, СВ и ОСВ.

Для покупателей также могут быть интересен лист следующих размеров: стальной лист 2 мм, стальной лист 3 мм, стальной лист 10 мм, стальной лист 20 мм, стальной лист 40 мм.