RU1811433C - Способ производства стального алюминированного проката - Google Patents

Description

ном F/zAls), которые обладают худшим сопротивлением температурам из-за пониженных температур плавлени  (1000-1100°С), что будет приводить к оп- лавлению поверхностного сло , и как следствие , окалинообразованию и обезуглероживанию, т.е. поставленна  цель достигатьс  не будет.

Если толщина наносимого алюминиевого сло  будет меньше величины (0,5-1,0)h (1+ + Ј) 103, то при расплавлении этого сло  при нагреве в печи и последующей диффузии алюмини  в сталь из-за неоднородности толщины покрыти  и свойств поверхностного сло  стали (по коэффициенту диффузии алюмини  в железо) на поверхности будут образовыватьс  участки, незащищенные алюминиевым или диффузионным слоем. Кроме того, из-за недостаточной толщины исходного алюминиевого сло  получающийс  диффузионный слой при прокатке может утонитьс  до относительной толщины (относительно толщины проката) менее 0,05-0,1%. Экспериментальные металлографические исследовани  показали, что в этом случае на поверхности проката начинает наблюдатьс  нарушение сплошности диффузионного сло  и по вл ютс  незащищенные участки поверхности проката.

В обоих случа х незащищенные участки поверхности подвергаютс  интенсивному обезуглероживанию и окалинообразованию , т.е. поставленна  в изобретении цель не достигаетс . Если толщина нанесенного алюминиевого сло  будет находитьс  в пределах (0,5-1,0)h (1 +е), то это приведет к тому, что уже при 800-900°С (при соблюдении указанной выше скорости нагрева) на поверхности заготовки не останетс  алюминиевого покрыти  из-за его диффузии в сталь с одной стороны и окислени  с другой. В поверхностном слое образуетс  сплошна  диффузионна  прослойка интерметал- лидногосоединени  . FeaAls, предохран юща  нижележащие слои заготовки от обезуглероживани  и окислени . Само соединение FeaAls не обладает высокой жаростойкостью, однако в этот момент оно с поверхности защищено образовавшейс  пленкой окиси алюмини  AlaOs. котора  хорошо противостоит высоким температурам,

При дальнейшем нагреве заготовки из- за диффузии атомов вглубь заготовки и к поверхности происходит превращение соединени  Fe2Ais(71,4% А)втвердый раствор AI в железе (-30% AI) и утолщение защитной окисной пленки на поверхности. Твердый раствор Ai в железе обладает высокой

температурой плавлени  ( 1500°С), поэтому при температуре прокатки 1100-1200°С не происходит оплавлени  этой фазы, т.е. не нарушаетс  сплошность защитного сло ,

вследствие чего слои заготовки, наход щиес  под защитным слоем, не обезуглероживаютс  и не окисл ютс . Сам защитный слой по пластическим свойствам не отличаетс  от стали, что исключает нарушение его

0 сплошности при деформации заготовки, и тем самым исключает окалинообразование и обезуглероживание поверхности проката во врем  прокатки.

Эмпирическа  формула дл  расчета тол5 щины наносимого алюминиевого сло  учитывает равенство пластических свойств стали и защитного сло , так как получена из услови  того, что образовавшийс  после нагрева в печи защитный диффузионный слой

0 при последующей прокатке деформируетс  с той же самой степенью деформации, что и сам прокатываемый профиль. Толщина диффузионного сло  после прокатки пд и после нагрева пд° св заны между собой соотно5 шением

Ьд° hA(1+Ј).kV

где Ј - суммарна  степень деформации при прокатке;

ki - эмпирический коэффициент, учиты- 0 вающий дополнительное утонение диффузионного сло  за счет неоднородной деформации поверхности.

Учитыва  соотношение толщины проката и диффузионного сло , при котором со- 5 хран етс  сплошность защитного сло , приведенное выше (ka) соотношение между толщиной диффузионного сло  и толщиной нанесенного алюминиевого сло , определ емое кинетикой диффузионных процессов и 0 содержанием алюмини  в защитной слое (кз)( 30%), получим:

hAi kik2-k3(1 + Ј)K h(1 + Ј), где HAI - толщина алюминиевого сло ;

h - минимальный размер поперечного сечени  проката.

Проведенные эксперименты позволили определить значение К (0,5-,1,0), при котором достигаетс  цель изобретени .

Сущность способа нанесени  покрытий 0 заключаетс  в том, что алюминиевый слой на поверхность заготовки наноситс  враща ющимис  металлическими щетками путем одновременного прижати  ворса щеток к поверхности заготовки и алюминиевому 5 слитку. При таком способе нанесени  покрыти  достигаетс  особое структурное .состо ние поверхностного сло  заготовки и самого алюминиевого покрыти , характеризующеес  сильным наклепом, нарушением

5

правильного кристаллического строени  атомных решеток, отсутствием текстуры и наличием большого количества дефектов атомно-кристаллического строени . Благодар  этому обеспечиваютс  особые услови  дл  диффузии алюминиевого сло  в сталь с образованием на конечной стадии процесса поверхностного диффузионного сло , состо щего только из твердого раствора алюмини  в железе, что придает поверхности проката стойкость против окалинообразо- вани  и обезуглероживани , т.е. приводит к достижению поставленной цели.

В случае других способов нанесени  алюминиевого сло  (напыление, алитирова- ние в расплаве), кроме того, что они требуют специальной подготовки поверхности, при соблюдении указанных в изобретении режимах в поверхностном слое не образуетс  требуемой твердой фазы (твердого раствора алюмини  в железе), что значительно снижает стойкость поверхности проката против окалинообразовани  и обезуглероживани .

Нагрев заготовки в печи необходимо проводить со скоростью 20-30°С/мин, котора  обеспечивает требуемые фазово- структурные изменени  в поверхностном случае.

При нагреве со скоростью менее чем 20°С/мин происходит интенсивное окисление (выгорание) алюминиевого сло  еще при тех температурах, когда скорость диффузии атомов алюмини  в сталь невелика (500-700°С), т.к. алюминиевый слой находитс  в твердом состо нии, В этом случае могут по витьс  участки с полностью сгоревшим алюминиевым слоем, под которым толщина образовавшейс  диффузионной прослойки очень мала или вообще отсутствует . В дальнейшем это приведет к интенсивному обезуглероживанию и окалинообразованию на этих участках.

При нагреве с пониженной скоростью при высоких температурах (800-1100°С), когда алюминиевый слой на поверхности отсутствует, приводит соответственно к увеличению времени выдержки при этих температурах , что способствует усилению диффузии атомов алюмини  к поверхности с образованием его окисла и соответственно уменьшает толщину прослойки образующихс  твердого раствора AI в железе. В этом случае также возможно разрушение сплошности диффузионного защитного сло , что приведет к тем же самым негативным последстви м, т.е. цель изобретени  достигнута не будет.

Если нагревать заготовку со скоростью, превышающей 30°С/мин, то, с одной стороны , врем  выдержки при низких температу0

5

0

pax не обеспечит образование начальной защитной диффузионной прослойки, предохран ющей сталь от окалинообразовани , что в дальнейшем ухудшит услови  дл  диффузии AI в сталь и не обеспечит образование защитного сло . С другой стороны, при высоких температурах, повышенна  скорость нагрева не обеспечит полной диффузии в сталь, что не позволит получить в поверхностном слое прослойку из твердого раствора алюмини  в железе. Образовавшийс  при этом интерметаллиде Fe2Als будет при высоких температурах окисл тьс  и оплавл тьс , что повлечет за собой нарушение сплошности защитного сло , обезуглероживание и окалинообразование на незащищенных участках поверхности заготовки.

Таким образом, нагрев заготовки со скоростью выше 30°С/мин не приведет к

достижению поставленной цели.

Нагрев заготовки со скоростью 20- 30°С/мин обеспечивает на начальной стадии (500-700°С) образование защитной диффузионной прослойки из Fe2Als, предо5 хран ющей сталь от окислени  и тем самым сохран ющей услови  дл  нормальной диффузии атомов алюмини  в железо. При высоких температурах (700-1100°С) за счет достаточной временной выдержки обеспе0 чиваетс  полна  диффузи  алюмини  в - сталь с образованием тонкой защитной пленки и твердого раствора алюмини  в железе . При этом образовавшийс  диффузионный слой имеет равномерную толщину по всей поверхности заготовки без нарушени .

5 сплошности. Это придает поверхности заготовки высокую стойкость от окалинообразовани  и обезуглероживани , т.е. приводит к достижению поставленной цели.

Нагрев до 1100-1200°С необходим дл 

0 образовани  твердого раствора в железе в поверхностном слое заготовки.

Как показали экспериментальные исследовани  при нагреве до температур ниже 1100°С образование этой фазы не происхо5 дит, что приводит к снижению стойкости поверхности против обезуглероживани  и окалинообразовани  (по причинам, указанным выше), т.е. не обеспечивает достижение поставленной цели.

0

При нагреве до температур более 1200°С, как показали эксперименты, начинает происходить оплавление образовавшейс  фазы РезА, котора   вл етс  более

5 легкоплавкой, чем феррит. Это приводит к нарушению сплошности защитного сло  и соответственно способствует окалинообразованию и обезуглероживанию, т.е. не обеспечивает достижение поставленной цели.

Нагрев до 1100-1200°С обеспечивает (при соблюдении других необходимых условий ) образование в поверхностном слое сплошной прослойки твердого раствора алюмини  в железе, фазы, наиболее стойкой против окалинообразовани  и обезуглероживани  поверхности стали.

Таким образом, нагрев заготовки до 1100-1200°С приводит к достижению цели изобретени .

Автору неизвестно осуществление операции способа в предлагаемых режимах, на основании чего можно сделать вывод о соответствии предложени  критерию существенные отличи ..

Способ осуществл етс  следующим образом .

.Поверхность гор чекатанной заготовки очищаетс  от окалины, например, шлифовальным кругом, и далее заготовка, проход  через устройство с вращающимис  металлическими щетками, к ворсу которых с одной стороны прижат, слиток из алюмини , покрываетс  слоем алюмини  необходимой толщины, которую можно регулировать количеством пропусков заготовки через щеточное устройство. После этого заготовка поступает в нагревательную печь прокатного стана, в которой за счет регулировки такта проталкивани  заготовок обеспечиваетс  скорость нагрева в пределах 20- 30°С/мин, вплоть до 1100-1200°С.

Пример конкретного выполнени  (см.табл., Ns 8).

Размеры поперечного сечени : заготовки 100 х 100 мм профил  90 х 10 мм Длина рабочего пространства печи,L-10-м Величина хода печи, I - 0,3 м Скорость нагрева

(принимаетс ),V - 20°С/мин Температура нагрева заготовки, tH-1150°C Суммарна  степень деформации .„ 100 X 100-90 X 10 п 90 х 10 1и

Толщина нанесенного алюминиевого

сло 

пА| (0,5-1,( (55-110) Ьд| 70 мкм

Такт толкани 

(tH-20) I 1180 Х0,3 V. . L V10 Х20 1,7 мин

После прокатки на поверхности проката полностью отсутствовали следы окалины. Металлографические исследовани  показали , что защитный слой представл ет из себ  равномерную прослойку толщиной 22 мкм

без нарушений сплошности. Анализ фазового состава рентгеновским методом показал наличие только твердого раствора алюмини  в железе.

Были опробованы еще р д режимов обработки заготовок, результаты которых приведены в таблице.

Анализ результатов, показанных в таблице , подтверждает тот факт, что если параметры режимов даже немного выход т за

пределы, указанные в формуле изобретени  (режимы Kb№ 1, 2, 6, 10,11,15), цель изобретени  не достигаетс , т.к. на поверхности проката наблюдаютс  следы окислени  и обезуглероживани .

В то же врем , если значени  параметров наход тс  в указанных пределах (режимы №№ 3,8,13) или на границах интервалов (режимы Ms 4,5, 9,12,14), то качество поверхности проката удовлетвор ет цели изобретени : следы окалинообразовани  и обезуглероживани  в поверхностном .слое отсутствуют.

Предлагаемый способ производства проката позвол ет защитить поверхность

Claims (1)

1. металла при гор чей прокатке от обезуглероживани  И окалинообразовани . Способ несложен в осуществлении и позвол ет проводить его в потоке прокатного стана. Формула из обретени  ,

   Способ производства стального алюми- нированного проката, включающий нагрев заготовки, нанесение на ее поверхность алюминиевого сло  и прокатку, о т л и чающийс  тем, что алюминиевый слой нанос т на заготовку вращающимис  металлическими щетками перед нагревом, при этом толщина сло  составл ет (0,5+1,0)h(1 + +е) 10 , где h - минимальный размер сечени  готового проката, мм; е- суммарна  степень деформации при прокатке, %, а нагрев заготовки осуществл ют со скоростью 20- 30 град/мин до 1100-1200°С.

   Примечание: Т,P. - твердый раствор AI в железе.