Термическая обработка жести

Термическая обработка жести обусловлена тем, что структура и свойства горячекатаной полосы в процессе холодной прокатки с суммарным обжатием более 80% претерпевают существенные изменения: деформационные искажения структуры и остаточные внутренние напряжения обусловливают рост временного сопротивления разрыву и предела текучести, которые становятся почти равными, рост твердости, снижение пластичности, характеризуемое относительным удлинением, уменьшение числа гибов с перегибом до начала образования поверхностных трещин.

Термическая обработка жести

Для обеспечения заданных механических и потребительских свойств холоднокатаную жесть подвергают рекристаллизационному отжигу путем нагрева до температуры несколько выше точки Аа и выдержке при этой температуре. В результате отжига происходит преобразование деформированной структуры металла, восстановление прочностных и пластических свойств. Вновь образующаяся микроструктура зависит от степени обжатия при холодной прокатке, температуры нагрева, времени выдержки, скоростей нагрева и охлаждения. Кроме того, на свойства отожженного металла оказывает влияние химический состав стали и температурные режимы горячей прокатки подката.

Схема одностопной колпаковой печи ОАО «ИСПАТ-Кармет»

Рис.135. Схема одностопной колпаковой печи ОАО «ИСПАТ-Кармет»: 1 —колпак; 2 — муфель; 3 — рулоны жести; 4 — конвекторные кольца; 5 —- газовый коллектор; 6 — направляющий аппарат; 7 — горелка; 8 -— труба для удаления защитного газа; 9 — вал вентилятора; 10 — труба для подачи защитного газа; 11 — стенд; 12 — эжектор; 13 — воздушный коллектор; 14 — крышки

Как видно из рис. 127, для жести традиционно применяют две технологии отжига — в колпаковых печах и в агрегатах непрерывного отжига. В обоих случаях отжиг проводят в атмосфере защитного газа. Отжиг жести степени твердости Av А2 (мягкая жесть), а также В производят в колпаковых печах.

Конструкция колпаковых печей, примененных в цехе жести ОАО «ИС- ПдТ-Кармег», показана на рис. 135.

Так, в термическом отделении цеха жести ОАО «ИСПАТ-Кармет» расположены 168 стендов, размещенных четырьмя блоками. Эти стенды обслуживаются 68 нагревательными колпаками я 100 колпаками ускоренного охлаждения. Имеется также 84 стенда принудительного охлаждения.

Отопление колпаковых печей производится смешанным газом, имеющим теплотворную способность 700 Дж/м\ Продукты сгорания из печей отводятся по системе дымопроводов двумя дымососными станциями (каждая на группу из 84 стендов). Дымососные станции снабжены котлами-утилизаторами тепла. Стенд печи оборудован двумя холодильниками защитного газа, что позволяет сократить продолжительность охлаждения на 40% в сравнении с естественным охлаждением. Для защиты металла от окисления в подмуфельное пространство стенда подается нейтральный защитный газ следующего состава: N: — 95%, Н, — 5%, О, < 0,005%. Муфель колпаковой печи изготовлен из жаростойкой стали 12Х18Н10Т.

Расположенный в нижней части стенда циркуляционный вентилятор с производительностью 20 тыс.м3/ч осуществляет принудительную циркуляцию защитного газа в подмуфельном пространстве, переносящего тепло от разогретых стенок муфеля к торцевым поверхностям рулонов. Такая передача тепла наиболее благоприятна, так как теплопроводнтель рулона в радиальном направлении из-за прослоек газа между витками во много раз меньше, чем в направлении высоты, где теплопередача определяется только теплопроводностью металла. За счет принудительной циркуляции защитного газа достигается снижение неравномерности прогрева рулонов в садке, сокращается время нагрева и охлаждения металла.

Для эффективного охлаждения отожженных рулонов применяют колпаки ускоренного охлаждения, устанавливаемые на стенд вместо нагревательного колпака. Колпак ускоренного охлаждения представляет собой кожух цилиндрической формы с осевым вентилятором производительностью 9- 20 тыс.м3/т. После непрерывной работы вентилятора в течение 40-70 ч температура садки снижается до 100-120°С и металл распаковывают (снимают со стенда колпак ускоренного охлаждения и муфель). Окончательное охлаждение рулонов до температуры дрессировки производят на стендах принудительного охлаждения, которые являются складами отожженного металла, Производительность стенда ускоренного охлаждения обычно составляет 1 т/ч.

Контроль температурного режима отжига жести осуществляется при помощи двух хромельалюмелевых термопар, имеющих диапазон измерения 0-1100°С. Одна из них установлена на стенде (стендовая термопара), а вторая в рабочем пространстве нагревательного колпака (зональная термопара). Регистрация измерений осуществляется на диаграммных дисках автоматических самопишущих потенциометров. Давления и расходы смешанного и защитного газов замеряются с помощью дифманометров напоромеров и расходомеров, имеющих класс точности 1-1,5.

Техническая характеристика колпаковой печи

Масса садки, т…………………………… До 120

Максимальная высота стопы, мм…. 4000

Максимальный диаметр рулона, мм 2200

Производительность стенда, т/ч……. 0,4

Тепловая мощность печи, кВт……… 1163

Некоторые отличия имеются в технологии отжига жести по сравнению с отжигом холоднокатаных листов. Режимы отжига рулонов жести определяются, главным образом, требуемым уровнем механических свойств металла, сечением полос и массой отжигаемых рулонов. В процессе отжига необходимо исключать перегрев металла, а разницу температур рулонов стопы и перепад температуры по сечению каждого рулона поддерживать по возможности минимальными. Это необходимо для получения равномерных свойств отожженного металла.

На ОАО ММК для отжига рулонов жести массой до 15 т используют трехстопные колпаковые печи. Максимальная высота стопы 3200 мм, средняя масса садки 160 т. Режимы отжига жести в трехстопных колпаковых печах при выдержке в течение 2 ч, температуре распаковки менее 180°С приведены в табл.55.

Необходимость стабильного получения жести твердости А2 (54-60 HR30Ta) потребовала разработки новых режимов нагрева в колпаковых печах. В результате выполненных исследований был разработан и реализован режим отжига рулонов жести следующих параметров: нагрев до температуры верха садки 660°С и выдержка при ней в течении 3 часов; снижение задания по температуре верха садки до 640°С; при достижении температуры низа садки 580°С (к 30 часу отжига) отключение горелок нагревательного колпака (на 32 часу отжига); снятие нагревательного колпака (после 36 часа отжига). Разработанный режим отжига решил поставленную задачу.

Таблица 55

Режимы отжига жести из стали 08кп в трехстопных колпаковых печах в цехе жести ОАО ММК

Толщина полосы, мм

Ширина полосы, мм

Масса садки, т

Температура отжига, °С

Продолжительность отжига, ч

ОДО-0,28

730

]40-170.

660/580

40

32-0,36

730

140-170

690/620

42

0,20-0,28

856

110-130

660/580

36

0,32-0,36

856

110-130

690/620

38

Примечание. Температура отжига указана для верхних (числитель) и нижних (знамена-

Мировые тенденции к увеличению ширины полос, массы рулонов и числа степеней твердости жести, необходимой потребителям, привели к необходимости разработки новых режимов отжига. При этом широкое использование получили многоступенчатые режимы нагрева с выдержками при промежуточных температурах. Цель применения таких режимов — исключить недостатки одноступенчатых режимов термообработки, заключающиеся в неравномерности температуры нагрева витков рулона. Перепад температур между внешними и внутренними витками рулона при одноступенчатом режиме напева составляет вначале 500-550°С и лишь к концу выдержки снижается до 120-140°С. Выдержка при температуре отжига приводит к выравнивая то температуры по всему объему садки, но при этом наружные витки рулонов до 80% общего времени отжига находятся при температуре 675-720°С, что в большинстве случаев приводит к слипанию и сварке наружных витков рулонов н к нежелательному перегреву, следствием которого является образование в структуре металла крупных зерен феррита и частиц цементита. Разброс механических свойств жести при одноступенчатом нагреве по твердости HR30Ta и глубине сферической лунки составлял ±10+12%. Это приводило к снижению выхода жести степеней твердости А после электролитического лужения.

Двухступенчатые режимы отжига жести в колпаковых печах, реализованные в цехе жести ОАО «ИСПАТ-Кармет», приведены в табл.56.

Таблица 56

Ширина полосы, мм

Масса садки,т

Промежуточная температура, °С

Длительность выдержки при промежуточной температуре, ч

Температура отжига, °С

Длительность выдержки при температуре отжига, ч

850-1200

45-60

540

10-14

620

10-14

850-1000

60-75

540

12-16

620

12-16

>1000

60-75

550

12-16

620

14-18

>1000

>75

550

14-18

620

16-20

Двухступенчатые режимы отжига жести толщиной 0,18-0,28 мм

При реализации двухступенчатого режима нагрева нагрев металла до промежуточной температуры 540-550°С ведется со скоростью 25-33°С/ч, а нагрев до температуры отжига 620°С — со скоростью 2(М5°С [16].

В случае двухступенчатого нагрева максимальный перепад температур по сечению нижнего рулона в начальный период нагрева составляет 200°С, а к юнцу выдержки он снижается до 60°С. Выдержка при промежуточной температуре позволяет сократить время пребывания металла при повышенных температурах (675-720°С) примерно в 1,5 раза.

Практика применения двухступенчатого режима нагрева при отжиге жести в колпаковых печах ОАО «ИСПАТ-Кармет» показала, что промежуточная выдержка в течение 10-18 ч при температуре 540-550°С способствует уменьшению разброса механических свойств стали в 1,5-1,7 раза и уменьшению отбраковки металла из-за сваривания н слипания витков рулонов в среднем в 2,04 раза.

Рекристаллизационный отжиг холоднокатаных полос в колпаковых печах по приведенному выше режиму обеспечивает выход электролитически луженой жести степеней твердости А в пределах 55-65% от задаваемой в производство. Вся же остальная жесть имеет более высокую твердость и поэтому вынужденно переводится в степень твердости В. Большой разброс механических свойств жести, отожженной по одним и тем же режимам, объясняется тем, что содержание легирующих элементов и примесей в стали 08кп может изменяться в относительно широких пределах. Помимо этого, на формировании механических свойств жести сказывается наследственное влияние температурных условий горячей прокатки подката, которые также имеют технологически неизбежную нестабильность.

Для уменьшения влияния колебаний химического состава стали и температурных режимов горячей прокатки на механические свойства отожженной жести был разработан трехступенчатый режим отжига рулонов в колпаковых печах. Согласно этому режиму отжига, после завершения выдержки металла при 620°С его вновь разогревают за 1-2 ч до 640°С и выдерживают при этой температуре 5-7 ч для равномерного прогрева всей садки. Введение дополнительного цикла нагрева и выдержки при 640°С обеспечило стабильное получение электролитически луженой жести степени твердости А, и А, без увеличения отбраковки металла из-за сваривания и слипания витков рулонов.

Для изготовления сборных консервных банок необходима жесть, имеющая повышенную твердость и упругость, что исключает образование изломов при изготовлении деталей, а также вмятин при транспортировании банок. Твердая жесть (степени твердости В) в соответствии с ГОСТ 13345-85 должна иметь показатель твердости HR30T 58-64. В работе показано, что для получения жести повышенных степеней твердости необходимо регламентировать химический состав стали и температурные режимы горячей прокатки подката. Для производства жести степени твердости В содержание углерода в стали должно быть в пределах 0,08-0,10%. Помимо углерода, на твердость жести существенно влияет также содержание в ней кремния и фосфора.

Влияние температур конца прокатки и смотки горячекатаного подката на твердость жести однозначно: при прочих равных условиях при снижении этих температур твердость жести будет возрастать. Исходя из этого, температуру конца прокатки для получения жести степени, твердости В следует поддерживать равной 850°С, а смотки — 640-660°С с душированием полосы последними секциями системы ламинарного охлаждения.

С учетом изложенных выше ограничений разработан режим отжига холоднокатаной жести из стали 08кп степени твердости В в колпаковых печах, включающий двухступенчатый нагрев холоднокатаных полос толщиной 0,18- 0,36 мм: вначале до 520°С с выдержкой при этой температуре 6-10 ч (для выравнивания температуры по сечениям рулонов) и затем нагрев со»скоростью 10-24°С/ч до температуры 560-570°С. Общая продолжительность отжига составляет, в зависимости от массы садки, 46-50 ч, а температура распаковки металла равна 100°С.

Низкотемпературный двухступенчатый режим отжига в колпаковых печах обеспечивает стабильное получение жести степени твердости В с разбросом механических свойств, не превышающим HR30T ±3 на 80% длины полосы.

Ранее было отмечено, что основным новым техническим решением но совершенствованию технологии отжига холоднокатаных полос в колпаковых печах стало применение в качестве защитного газа водорода. Описана конструкция этих печей, их достоинства и недостатки.

Указано также было, что колпаковые печи, поставляемые фирмой LOI, могут быть использованы для термической обработки холоднокатаных полос толщиной от 0,1 до 5 мм широкого марочного состава стали, в том числе и для жести марок от Т1 до Т5. Возможность и высокая эффективность применения таких печей не вызывает сомнений и их достаточно широко применяют и при производстве жести.

Но все-таки главная тенденция развития современной технологии производства жести состоит в широком использовании для термической обработки агрегатов непрерывного отжига с башенной или горизонтальной печью, совмещающих целый ряд технологический операций. Производительность АНО жести достигает 60 т/ч. Совмещение ряда технологический операций (очистки, отжига, охлаждения, дрессировки, контроля качества) в один непрерывный обеспечивает сокращение цикла производства жести и технологического персонала, повышение стабильности механических свойств и плоскостности полос, увеличение выхода годного.

Современный АНО для термообработки холоднокатаной жести состоит из головной, средней (печной) и хвостовой части (рис.136). Оборудование головной части АНО обеспечивает приемку, разматывание рулонов, обрезку дефектных концов полос, сварку начала последующей и конца предыдущей полос внахлест, очистку и обезжиривание поверхности полосы, создание запаса полосы для обеспечения непрерывности процесса. Для разматывания рулонов предусмотрено два разматывателя. При нормальной работе АНО в процессе размотки полосы на одном из разматывателей, на другом производятся подготовительные операции: удаление обвязочной ленты, надевание очередного рулона на барабан, отделение и заправка переднего конца, вырезка дефектного участка полосы с помощью гильотинных ножниц. За гильотинными ножницами установлена сварочная машина.

После сварки концов полос бесконечная полоса с помощью тянущих, опорных и центрирующих роликов подается в установку электролитической очистки.

Схема агрегата непрерывного отжига

Установка электролитической очистки содержит две ванны химического струйного обезжиривания вертикального типа. Обезжиривающий раствор имеет 20-40 г/л NaOH и 20-40 г/л Na,P04. Раствор имеет температуру 70-90С’С и поступает из циркуляционного бака щеточно-моющих машин 1 и 2. Для подачи раствора самотеком баки расположены на различных уровнях.

После химического обезжиривания полоса подвергается обработке с обеих сторон вращающимися капроновыми щетками, прижатыми к полосе с усилием -<500 Н в щеточно-моечных машинах 1 и 2. В места соприкосновения щеток с полосой подается моющий раствор. Щетки, вращающиеся с линейной скоростью большей, чем скорость движущейся полосы, механически воздействуют на полосу сверху и снизу, разрыхляя и удаляя пленку грязи и масла, образующуюся па поверхности полосы в процессе холодной прокатки с технологической смазкой.

Главной составной частью смазок, применяемых при прокаливании жести, являются глицерины жирных кислот. При очистке молекулы жиров вступают в реакцию со щелочью с образованием мыла. Мыло различных жирных кислот растворяется в воде с образованием коллоидных растворов и легко удаляется с полосы. При этом мыло, являясь поверхностно-активным веществом, обладает способностью проникать в микронеровности на поверхности металла, что способствует вытеснению и отрыву жировых загрязнений. Тринатрий- фосфат частично способствует раздроблению жировой пленки и эмульгированию ее в раствор. Кроме того, присутствие фосфатов в растворе способствует лучшей смываемости загрязнений. Качество очистки зависит не только от того, насколько полно жировые и грязевые частицы удаляются с поверхности металла, но и от вторичного оседания этих частиц из раствора на полосу. Присутствующее в растворе мыло способствует удержанию жировых и грязевых частиц в растворе, а также способствует пенообразованию. Образующаяся пена состоит из большого числа пузырьков и ячеек, наполненных воздухом, которые обволакивают загрязняющие частицы, способствуют их всплыванию на поверхность и удалению. В ванне электролитического обезжиривания удаляются оставшиеся жировые загрязнения с помощью щелочного электролита, подогретого до 70-90°С. Для ускорения процесса обезжиривания через электроды, между которыми проходит обрабатываемая полоса, пропускают постоянный ток. При этом стальная полоса приобретает электрический потенциал (положительный или отрицательный), На участке полосы с отрицательным потенциалом происходит выделение водорода из раствора. Образующиеся пузырьки водорода или кислорода механически разрывают пленку масла и, отрываясь от поверхности полосы, способствуют удалению и всплытию масла и грязи на поверхность раствора.

После электролитического обезжиривания полоса поступает в ванну для промывки горячей ведой для удаления остатков щелочи и загрязнений. Из ванны для промывки полоса через сдвоенные отжимные ролики подается в сушилку. Здесь на полосу направляют от калориферов струи подогретого до 100°С воздуха. Просушенная полоса попадает в петлевой накопитель. За петлевым устройством в технологической линии АНО установлена печная секция. В состав печной секции входит протяжная печь башенного типа, обеспечивающая нагрев полосы до температуры рекристаллизации 580-730°С и охлаждения ее до 60-70°С. Башенная печь состоит из четырех секций, разделенных переходными тамбурами: нагрева, выдержки, медленного и быстрого охлаждения. Отжиг жести осуществляется в защитной атмосфере — смеси водорода (4-6%) и азота (94-96%). Характерный режим отжига жести в линиях АНО приведен на рис.137.

В зависимости от требований потребителей, отжиг жести в линиях АНО может проводиться как при пониженных температурах 440-560°С, так и при 670-710°С. Из-за короткой продолжительности отжига АНО наилучшим образом отвечают получению жести высоких степеней твердости. При получении жести из стали 08 к л степеней твердости А температура металла в секции выдержки составляет 660-690°С для толщин 0,16-0,36 мм. Скорость транспортирования полосы по aiperaiy может изменяться от 1,7 до 7,5 м/с.

Получили развитие процессы производства мягкой жести в АНО из стабилизированной алюминием стали, содержащей 0,02-0,07% С и не более 0,003% Nr Смотку горячекатаного подката из такой стали осуществляют при температурах более 620°С. В процессе непрерывного отжига холоднокатаные полосы нагревают до 700°С, затем охлаждают со скоростью 40~70°С/с и перестаривают при 400-450°С в течение 60 с. Механические свойства жести, обработанной в АНО, зависят не только от температуры нагрева по отдельным секциям печи, но и от скоростей нагрева и охлаждения, а также времени нахождения металла при повышенных температурах, то есть, от скорости транспортирования полосы по агрегату (рис. 138).

Режим отжига жести в линии АНО

Рис. 137. Режим отжига жести в линии АНО 1 — секция нагрева; 2 — секция выдержки; 3 — секция ускоренного охлаждения; 4— секция замедленного охлаждения

 

Зависимость твердости электролитически луженой жести от скорости транспортирования полосы в линии АНО

 

Рис. 138. Зависимость твердости электролитически луженой жести от скорости транспортирования полосы в линии АНО

Причем, если регулирование температур в секциях башенной печи АНО является сложным и инерционным процессом, изменение скорости транспортирования полосы технических трудностей не представляет, чему способствует наличие петлевых накопительных устройств.

                                                                      Таблица 57

Режимы отжига жести из стали 08кп толщиной 0.20-0,36 мм

Степень твердости

Скорость движения полосы, м/мин

Температура, °С

по зонам печи

полосы

А

100-150

750/700

660-690

В

180-230

780/700

660-690

С

>230

780/700

660-690

Таблица 58

Режимы отжига жести степени твердости D из стали 08кп толщиной 0,20-0,36 мм в линии АНО ОАО ММК

Скорость движения полосы, м/мин

Температура, °С

по зонам печи

полосы

100-130

640-650/605

580-600

140-170

650—660/605

580-600

180-210

660-670/605

580-600

температура для полосы — в обеих зонах.

На основе выполненных исследований в цехе жести ОАО ММК разработаны и реализованы режимы отжига жести в АНО, представленные в табл.57.

Также в ОАО ММК разработаны режимы получения жести в АНО категории твердости D с твердостью 74-76 HR30T (табл.58).

Микроструктура металла, отожженного по показанному в табл.58 режиму, состоит из частично рекристаллизованных зерен феррита (10-20%), остаточного перлита и структурно-свободного цементита баллов 1-3.

Для повышения пластичности металла, отжигаемого в линии АНО, после завершения рекристаллизационного отжига металл подвергают охлаждению с регламентированными скоростями и перестаривающему отпуску. В процессе перестаривающего отпуска происходит выделение углерода из твердого раствора а-железа. Температура перестаривания быстро охлажденного металла составляет 3 00-45 0°С. После перестаривания длительностью 30 мин механические свойства металла, подвергнутого обработке в линии АНО, получаются такими же, как и после отжига в колпаковых печах. Однако для обеспечения такой продолжительной выдержки в проходной печи обычной конструкции потребовалось бы удлинение камеры самой печи в несколько раз. Для ис» ключения этого, в Колпинском отделении ВНИИметмаша разработана оригинальная конструкция камеры перестаривающего отпуска. В теплоизолированном корпусе такой камеры расположен механизм для бифилярной намотки обрабатываемой полосы в два рулона (рис.139).

Крупнейшими изготовителями АНО продолжают оставаться фирмы Японии, а в Европе — фирма LOI. Фирма LOI изготавливает АНО для термической обработки полос толщиной 0,15-3 мм, шириной 600-1850 мм, в которых можно производить обработку как холоднокатаных полос широкого марочного сортамента сталей, так и полос для получения белой жести. Температуру в печах АНО можно регулировать в диапазоне 650-850°С, защитный газ в печах состоит из смеси азота (95%) и водорода (5%). Конструкция горелок обеспечивает нужное содержание оксидов азота в отходящих газах.

 

Камера перестаривающего отпуска

 

Рис, 139. Камера перестаривающего отпуска: 1 — корпус; 2 — ротор-, 3 — намоточные барабаны; 4 — отклоняющие ролики

Стремление снизить долю термообработки жести в колпаковых печах за

счет увеличения объемов обработки ее в АНО, а также тенденций развития

технологии изготовления консервных банок, фирмой «Hoogovens Steel» была

поставлена задача получения жести категорий Т52, Т57, Т61 в одном АНО.

Исследованиями установлено, что для более мягких марок Т52 и Т57 необходимо вести отжиг при температурах на 30-40°С более высоких (примерно при 700°С) и затем выполнять вторичный отжиг при 400°С. При ускоренном охлаждении с 700 до 400°С со скоростью не менее 100°С/с время вторичного отжига может быть значительно сокращено. Печь АНО должна иметь пять зон: нагрева, выдержки, охлаждения, дополнительного отжига и охлаждения. Отжиг выполняется в инертной атмосфере (N2 — 95, Н, — 5%).

В результате создан комплекс (включая и дрессировочную клеть), в котором освоено производство жести категорий твердости Т52, Т57, Т61, Т65 и Т70 шириной 800-1200 мм.

После АНО и отжига жести в колпаковых печах холоднокатаные полосы могут либо поступать к дрессировочному стану и далее на порезку, упаковку и отгрузку как готовая продукция, либо к прокатно-дрессировочному стану для производства тонкой и сверхтонкой жести (см. рис.127).

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий