Способ производства стального алюминированного проката

Способ производства стального алюминированного проката

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,СОЮЗ СОВЕТСКИХ !

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

1РЕСПУБЛИК (51)5 B 21 В 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЮЕ УЗ ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

-И (21) 5005240/27 (22) 15.07.91 (46) 23.04.93. Бюл. N. 15 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им.Г,И.Носова (72) Ю.В.Санкин, В,Н,Зеленов, В.Д.Гусев, А.Н.Завалищин и А.В.Папшев (73) Ю.В.Санкин, В,Н.Зеленов, В,Д.Гусев, .А.Н.Завалищин и А В.Папшев (56) Рябов P. Алитирование стали. — М.; Металлургия, 1973, с.52.

Авторское свидетельство СССР

N 162/1 06, кл. В 23 К 20/04, 1990. (54) СПбСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНОГО АЛЮМИНИРОВАННОГО ПРОКАТА

Изобретение относится к производству проката с покрытиями и может быть использовано в прокатном производстве для изготовления коррозионно-стойкой стали, например при производстве рессорных полос.

Способ производства полосовой алюминированной стали включает нагрев заготовки; нанесение на ее поверхность алюминиевого слоя и прокатку, алюминиевый слой наносят перед нагревом в печи вращающимися металлическими щетками, при этом толщина наносимого слоя находится. в пределах (0,5-1,0)h (1+ е)10 э, где

Ь вЂ” минимальный размер сечения готового проката, e — суммарная степень деформации при прокатке профиля, а нагрев покрытой Al заготовки в печи осуществляется со скоростью 20-30 С/мин до 1100 — 1200 С.

В отличие от прототипа алюмйниевый слой наносят на заготовку перед нагревом в печи, что дает воэможность уже на начальной стадии нагрева заготовки при 500„„5U „„181 1433 A3 (57)Изобретение относится к производству проката с покрытиями и может быть использовано в прокатном производстве для изго- товления ко эроэионно-стойкой стали, например рессорных полос. Способ заключается в нанесении на поверхность заготовки алюминиевого слоя вращающимися металлическйми щетками, Толщина наносимого слоя составляет (0,5 — 1,0)h(1 +э ) 10 э, где h — минимальный размер сечения готового проката, е- суммарная степень деформации при прокатке. Затем полученную заготовку, покрытую алюминием, нагревают со скоростью 20 — 30 С/мин до 11001200 С, после чего прокатывают. 1 табл, 600 С сформировать в поверхностном с диффузионную прослойку интерметаллида, которая при последующем нагреве до более высоких температур защитит поверхность от обеэуглевоживания и окалинообразования, т,е. наличие этого признака ведет к достижению поставленной цели: повышение стойкости поверхности проката против обезуглероживания и окалинообразования при нагреве в печи.

Алюминиевый слой должен наноситься определенной толщины, равной (0,5—

1,0)h (1 + е) 10 э, Если толщина слоя будет больше указанных пределов, то к концу нагрева в печи в поверхностном слое не успеет сформироваться наиболее жаростойкая и пластичная фаза: твердый раствор алюминия в железе(содержание Al,îêîë030 j), т.к, из-за постоянного поступления алюминия в поверхностный слой последний будет пересыщен атомами алюминия, что повлечет эа, собой образование более богатых алюминием интерметаллидных соединений (в основ1811433 ном F.zAI5), которые обладают худшим сопротивлением температурам из-за пониженных температур плавления (1000 — 1100 С), что будет приводить к оплавлению поверхностного слоя, и как следствие, окалинообразованию и обезуглероживанию, т.е, поставленная цель достигаться не будет.

Если толщина наносимого алюминиевого слоя будет меньше величины (0,5 — 1,0)h (1+

+ E) 10, то при расплавлении этого слоя при нагреве в печи и последующей диффузии алюминия в сталь иэ-за неоднородности толщины покрытия и свойств поверхностного слоя стали (по коэффициенту диффузии алюминия в железо) на поверхности будут образовываться участки, незащищенные алюминиевым или диффузионным слоем.

Кроме того, из-за недостаточной толщины исходного алюминиевого слоя получающийся диффузионный слой при прокатке может утонить:я до относительной толщины (относительно толщины проката) менее

0,05 — 0,1, Экспериментальные металлографические исследования показали, что в этом случае на поверхности проката начинает наблюдаться нарушение сплошности диффузионного слоя и появляются незащищенные участки поверхности проката, В обоих случаях незащищенные участки поверхности подвергаются интенсивному обезуглероживанию и окалинообразованию, т,е, поставленная в изобретении цель не достигается. Если толщина нанесенного алюминиевого слоя будет находиться в пределах (0,5-1,0)h (1 + о)10, то это приведет к тому, что уже при 800-900 С (при соблюдении указанной выше скорости нагрева) на поверхности заготовки не останется алюминиевого покрытия из-эа его диффузии в сталь с одной стороны и окисления с другой, В поверхностном слое образуется сплошная диффузионная прослойка интерметаллидного соединения . FezAlg, предохраняющая нижележащие слои заготовки от .обезуглероживания и окисления.

Само соединение FezAls не обладает высокой жаростойкостью, однако в этот момент оно с поверхности защищено образовавшейся пленкой окиси алюминия AlzOg, кото рая хорошо противостоит высоким температурам, При дальнейшем нагреве заготовки изза диффузии атомов вглубь заготовки и к поверхности происходит превращение соединения FezAtg(71,4 А1) в твердый раствор

Al в железе (=30 Al) и утолщение защитной окисной пленки на поверхности. Твердый раствор "АГ в железе обладает высокой

10

20 температурой плавления (1500 С), поэтому при температуре прокатки 1100 †12 С не происходит оплавления этой фазы, т.е. не нарушается сплошность защитного слоя, вследствие чего слои заготовки, находящиеся под защитным слоем, не обезуглероживаются и не окисляются. Сам защитный слой по пластическим свойствам не отличается от стали, что исключает нарушение его сплошности при деформации заготовки, и тем самым исключает окалинообразование и обезуглероживание поверхности проката во время прокатки..

Эмпирическая формула для расчета толщины наносимого алюминиевого слоя учитывает равенство пластических свойств стали и защитного слоя, так как получена из условия того, что образовавшийся после нагрева в печи защитный диффузионный слой при последующей прокатке деформируется с той же самой степенью деформации, что и сам прокатываемый профиль, Толщина диффузионного слоя после прокатки ha и после нагрева ha связаны между собой соотношением

ha =ha(1+a) kl где e — суммарная степень деформации при прокатке;

И вЂ” эмпирический коэффициент, учиты30 вающий дополнительное утонение диффузионного слоя за счет неоднородной деформации поверхности.

Учитывая соотношение толщины проката и диффузионного слоя, при котором сохраняется сплошность защитного слоя, приведенное выше (k2) соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной нанесенного алюминиевого слоя, определяемое кинетикой диффузионных процессов и

40 содержанием алюминия в защитной слое (Кз) (30 ), получим:

hAI = k> г з(1 + я) = К h(1 + я), где hAI — толщина алюминиевого слоя;

h — минимальный размер поперечного

45. сечения проката.

Проведенные эксперименты позволили определить значение К = (0,5-1,0)10, при котором достигается цель изобретения.

Сущность способа нанесения покрьггиа

50 заключается в том, что алюминиевый слой на поверхность заготовки наносится вращающимися металлическими щетками путем одновременного прижатия ворса щеток к поверхности заготовки и алюминиевому

55 слитку, При таком способе нанесения покрытия достигается особое структурное,состояние поверхностного слоя заготовки и самого алюминиевого покрытия, характеризующееся сильным наклепом, нарушением

1811433 случае, При нагреве со скоростью менее чем

20 С/мин происходит интенсивное окисле- 30 ние (выгорание) алюминиевого слоя еще при тех температурах, когда скорость диффузии атомов алюминия в сталь невелика (500 — 700 С), т.к. алюминиевый слой находится в твердом состоянии, В этом случае могут появиться участки с полностью сго- 35 ревшим алюминиевым слоем, под которым толщина образовавшейся диффузионной прослойки очень мала или вообще отсутствует. В дальнейшем это приведет к интенсивному обезуглероживанию и 40 окалинообраэованию на этих участках.

При нагреве с пониженной скоростью при высоких температурах (800 — 1100 С), когда алюминиевый слой на поверхности отсутствует, приводит соответственно к уве- 45 личению времени выдержки при этих температурах, что способствует усилению диффузии атомов алюминия к поверхности с образованием его окисла AlzOa и соответственно уменьшает толщину прослойки об- 50 разующихся твердого раствора Al в железе.

В этом случае также возможно разрушение сплощности диффузионного защитного слоя, что приведет к тем же самым негативным последствиям, т.е. цель изобретения 55 достигнута не будет.

Если нагревать заготовку со скоростью, превышающей 30 С/мин, то, с одной стороны, время выдержки при низких температуправильного кристаллического строения атомных решеток, отсутствием текстуры и наличием большого количества дефектов атомно-кристаллического строения, Благодаря этому обеспечиваются особые условия для диффузии алюминиевого слоя в сталь с образованием на конечной стадии процесса поверхностного диффузионного слоя, состоящего только из твердого раствора алюминия в железе, что придает поверхности проката стойкость против окалинообразования и обезуглероживания, т.е. приводит к достижению поставленной цели.

В случае других способов нанесения алюминиевого слоя (напыление, алитирование в расплаве), кроме того, что они требуют специальной подготовки поверхности, при соблюдении указанных в изобретении режимах в поверхностном слое не образуется требуемой твердой фазы (твердого раствора алюминия в железе), что значительно снижает стойкость поверхности проката против окалинообразования и обезуглероживания.

Нагрев заготовки в печи необходимо проводить со скоростью 20-30 С/мин, которая обеспечивает требуемые фазовоструктурные изменения в поверхностном

10 I5

25 рах не обеспечит образование начальной защитной диффузионной прослойки, предохраняющей сталь от окалинообразования, что в дальнейшем ухудшит условия для диффузии А! в сталь и не обеспечит образование защитного слоя, С другой стороны, при высоких температурах, повышенная скорость нагрева не обеспечит полной диффузии в сталь, что не позволит получить в поверхностном слое прослойку из твердого раствора алюминия в железе. Образовавшийся при этом интерметаллиде FezAlg будет при высоких температурах окисляться и оплавляться, что повлечет за собой нарушение сплошности защитного слоя, обезуглероживание и окалинообразование на незащищенных участках поверхности заготовки.

Таким образом, нагрев заготовки со скоростью выше 30ОС/мин не приведет к достижению поставленной цели.

Нагрев заготовки со скоростью 2030 С/мин обеспечивает на начальной стадии (500-700 С) образование защитной диффузионной прослойки из FezAip, предохраняющей сталь от окисления и тем самым сохраняющей условия для нормальной диффузии атомов алюминия в железо. При высоких температурах (700-1100 С) за счет достаточной временной выдержки обеспечивается полная диффузия алюминия в сталь с образованием тонкой защитной пленки и твердого раствора алюминия в железе. При этом образовавшийся диффузионный слой имеет равномерную толщину по всей поверхности заготовки без нарушения. сплошности. Это придает поверхности заготовки высокую стойкость от окалинообразования и обезуглероживания, т.е. приводит к достижению поставленной цели, Нагрев до 1100 — 1200 С необходим для образования твердого раствора в железе в поверхностном слое заготовки.

Как показали экспериментальные исследования при нагреве до температур ниже

1100 С образование этой фазы не происходит, что приводит к снижению стойкости поверхности против обезуглероживания и окалинообраэования (по причинам, указанным выше), т.е. не обеспечиваетдостижение поставленной цели.

При нагреве до температур более

1200 С, как показали эксперименты, начинает происходить оплавление образовавшейся фазы FeNI, которая является более легкоплавкой, чем феррит. Это приводит к нарушению сплошности защитного слоя и соответственно способствует окалинообраэованию и обезуглероживанию, т.е. не обеспечивает достижейие поставленной цели.

1811433. Нагрев до 1100-1200 С обеспечивает (при соблюдении других необходимых условий) образование в поверхностном слое сплошной прослойки твердого раствора алюминия в железе, фазы, наиболее стойкой против окалинообразования и обезуглероживания поверхности стали.

Таким образом; нагрев заготовки до

1100 — 1200 С приводит к достижению цели изобретения.

Автора неизвестно осуществление операции способа в предлагаемых режимах, на основании чего можно сделать вывод о соответствии предложения критерию "существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом.

Поверхность горячекатанной заготовки очищается от окалины, например, шлифовальным кругом, и далее заготовка, проходя через устройство с вращающимися металлическими щетками, к ворсу которых с одной стороны прижат слиток из алюминия, покрывается слоем алюминия 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 проталкивания заготовок обеспечивается скорость нагрева в пределах 2030 С/мин, вплоть до 1100 — 1200 С.

Пример конкретного выполнения (см.табл„М 8).

Размеры поперечного сечения; заготовки 100 х 100 мм профиля 90 х 10 мм

Длина рабочего пространства печи, L — 10м

Величина хода печи, I — 0,3 м

Скорость нагрева (принимается), V — 20ОС/мин

Температура нагрева заготовки, 1н — 1150 С

Суммарная степень деформации

100 х100 — 90 х10 — 10

90 х10

Толщина нанесенного алюминиевого слоя . hAt = (0,5 — 1,0)-1 0" 11 10

= (55 — 110) 10 мм;

hAi= 70 мкм

Такт толкания

1180 Х 0,3

L V 10х20

= 1,7 мин

5 После прокатки на поверхности проката полностью отсутствовали следы окалины, .

Металлографические исследования показали, что защитный слой представляет из себя равномерную прослойку толщиной 22 мкм

10 без нарушений сплошности, Анализ фазового.ñocòàâà рентгеновским методом показал наличие только твердого раствора алюминия в железе.

Были опробованы еще ряд режимов об15 работки заготовок, результаты которых приведены в таблице.

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

20 пределы, указанные в формуле изобретения (режимы N.N. 1, 2, 6, 10, 11, 15), цель изобретения не достигается, т.к. на поверхности проката наблюдаются следы окисления и обезуглероживания.

25 В то же время, если значения параметров находятся в укаэанных пределах (режимы N.N. 3, 8, 13) или на границах интервалов (режимы N. 4, 5, 9, 12, 14), то качество поверхности проката удовлетворяет цели изобре30 тения: следы окалинообразования и обеэуглероживания в поверхностном. слое отсутствуют.

Предлагаемый способ производства проката позволяет защитить поверхность

35 металла при горячей прокатке от обезуглероживания и окалинообраэования. Способ несложен в осуществлении и позволяет проводить его в потоке прокатного стана.

Формула изобретения

Способ производства стального алюминированного проката, включающий нагрев заготовки, нанесение на ее поверхность алюминиевого слоя и прокатку, о т л и ч а юшийся тем, что алюминиевый слой наносят на заготовку вращающимися металлическими щетками перед нагревом. при этом толщина слоя составляет (0,5+1,0)h(1 +

+e) 10, где h — минимальный размер сече-3 ния готового и роката, мм; я — суммарная степень деформации при прокатке, $, а нагрев заготовки осуществляют со скоростью 2030 град/мин до 1100 — 1200 С, 50

1811433

Па амет ы за итного слоя после прокатки

Скорость нагрева, С/мин

Толщина слоя, мкм

М режима

t нагрева, ОС качество поверхности фазовый состав толщина мкм

Местами окисленная

Участки с оплавленным алюминием

FezAlg+T. P

FegAIg

1150

115

27

Т.P. чистая поверхность без окалины, Обезуглероженный слой отсутствует

То же

1130

24

Т.Р, . Т.Р;

Ее2А15

27

23

1050

4

Следы окалины в виде отдельных точек, полос

Чистая поверхность без окалины и обеэуглероженного слоя

То же

1100

Т.Р.

80

9

21,5

Т.P.

Т,Р, Т,P.

1230

5 — 7

1170

Т.Р, 18

Т.P.

1150

110.лероженного слоя

То же

18

Т.P.

Т.P.

FezAls

1150

90.

13

14

15 бб

Защитный слой несплошной, в местах аз ыва окалина б

Составитель Ю. Санкин

Техред М,Моргентал Корректор М, Петрова

Редактор Т. Иванова

Заказ 1458 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.. Ужгород, ул.Гагарина, 101 р и м е ч а н и е: T,Р. — твердый раствор Al в железе.

Следы окалины в отдельных точках

Местами окисленная поверхность. Защитный слой несплошной. Имеется обезуглероженный слой

Чистая поверхность без окалины и обезуг