Алюминирование стальных полос

Алюминирование стальных полос погружением их в расплав появилось в начале 50-х годов прошлого века сначала в США, а потом и в других странах.

Алюминирование позволяет получить холоднокатаную полосу с более стойким защитным покрытием, чем цинкование, особенно при температуре вплоть до 800°С и в атмосфере, содержащей сернистые соединения. Такая полоса также обладает окалиносгойкостью и отражающей способностью. Такое сочетание защитных свойств позволяет использовать алюминированный прокат в конструкциях, работающих при повышенной температуре, в емкостях для транспортирования агрессивных газов, для изготовления глушителей и выхлопных устройств двигателей внутреннего сгорания и т.п..

Алюминирование стальных полос

Алюминий на холоднокаганую полосу наносят методами погружения в расплав алюминия (горячий способ), металлизацией — напылением мелких оплавленных частиц алюминия, плакированием — совместной прокаткой листового алюминия и стали, электрофореза — осаждением алюминиевого порошка на полосу с последующим уплотнением полученного слоя покрытия и т.д. Основным способом является горячее алюминирование. Достоинства — высокая производительность (продолжительность выдержки в расплаве измеряется секундами-минутами), простота, малые затраты на организацию производства.

Существенным недостатком нанесения алюминиевого покрытия горячим способом на листовой прокат является ухудшение пластичности стали после алюминирования, поэтому при совершенствовании технологии основное внимание уделяется получению металла с достаточной пластичностью.

Большинство установок горячего алюминирования листовой стали работает по способу Сендзимира. Стальную полосу нагревают в печи с окислительной атмосферой до 450°С для сжигания остатков смазки и за1рязнений и создания на поверхности пленки окислов железа. Затем ее подают в печь с восстановительной атмосферой, где при нагреве до 730-800°С происходит восстановление пленки окислов. После этого полосу в печи с восстановительной атмосферой охлаждают до температуры 620-630°С, пропускают через ванну с алюминиевым расплавом (температура расплава 700-750°С), проводят окончательное охлаждение и свертывают в рулон.

На рис.177 показана схема расположения основного оборудования непрерывного агрегата горячего алюминирования холоднокатаных полос, действующего в США. Головная часть линии традиционна для непрерывных агрегатов нанесения защитных покрытий на полосу. В окислительной печи (температура 600°С) удаляют остатки смазки и других загрязнений с поверхности полосы (печь горизонтального типа). В печи с восстановительной атмосферой (температура 735-840°С) происходит восстановление пленки окислов (в первой зоне печи) и охлаждение полосы до температуры 620-630°С (во второй зоне печи). Далее полоса поступает в ванну алюминирования. Расплав в ванне подогревают переменным током и постоянно перемешивают. Имеется возможность выводить ванну из агрегата и заменять ее ванной горячего цинкования.

После выхода из ванны полоса проходит воздушные ножи, где снимаются излишки алюминия. Далее следует традиционная хвостовая часть непрерывных агрегатов.

На агрегате обрабатывают полосы шириной 560-1270 и толщиной 0,4- 20 мм.

Представлена схема еще одного действующего в США непрерывного агрегата горячего алюминирования стальных холоднокатаных полос. Ее отличие от схемы, представленной на рис. 177, заключается в применении вертикальных входного и выходного накопителей, а также в процессах, происходящих в первой печи. Авторы работы называют ее печью с неокислительной атмосферой. В этой печи полосу быстро нагревают до температуры восстановления, что достигается применением открытого пламени, в котором продукты сгорания находятся в непосредственном контакте с полосой. Слабовосстановительная атмосфера достигается путем регламентирования условий сгорания топлива и созданием тангенциального потока продуктов сгорания (газов). Это и позволяет очистить поверхность полосы от смазки и загрязнений.

Рассмотрены также особенности микроструктуры стальных полос с защитными покрытиями двух видов:

1  _ покрытие сплавом Al-Si, содержащим 5-11% кремния, толщина покрытия 14-25 мкм;

2  — покрытие чистым алюминием, толщина покрытия ~ 40 мкм.

В покрытиях обоих видов присутствует 2-4% железа от растворяющегося в ванне листа и металлических деталей самой ванны.

Реакционная зона содержит интерметаллидные соединения и располагается между стальной основой и слоем покрытия (обоих видов). Этот слой толще у покрытия вида 2 и состоит, в основном, из Fe,Al5. Интерметаллидные соединения очень хрупки, поэтому желательно получать зону интерметаллид- ных соединений по возможности более тонкой.

Применение кремния способствует этому, обеспечивая малое отличие морфологии и структуры слоя сплава.

Легирование алюминиевого расплава кремни§/и (6-8%) и применение отпуска при 400-450°С в течение 1-2 ч с последующей дрессировкой (обжатие 1-2%) позволяет получать алюминированный материал с достаточной пластичностью, повышает стойкость покрытия против коррозии и улучшает жаростойкость.

Агрегат алюминирования действовал на Карагандинском металлургическом комбинате с нанесением алюминиевого покрытия на холоднокатаные полосы толщиной 0,35 мм. В настоящее время на этом агрегате производят цинко-алюминиевое покрытие.

Схема расположения основного оборудования непрерывного агрегата алюминирования

Оригинальная технология нанесения покрытия автомобильного листа алюминий-кремниевыми сплавами разработана и освоена специалистами ДНИИЧермета и работниками ОАО «Северсталь». Для реализации технологии проведена реконструкция одной из ванн для жидкого расплава. За счет использования сверхнизкоуглеродистой IF-стали удалось получить листы с высокими для этого процесса физико-механическими свойствами, практически не уступающими свойствам металла с покрытием цинком.

На ОАО «Северсталь» выпущены промышленные партии горячеалюминированного листа для бензобаков автомобилей с прямым впрыском, а также для выхлопных систем автомобилей. Получены положительные результаты. Но из-за отсутствия потребности в таком металле в объемах, позволяющих организовать рентабельное производство, его в настоящее время в России не производят.

Мировая практика работы агрегатов горячего алюминирования показала, что для получения качественного алюминиевого покрытия необходимо при подготовке поверхности полосы применять электролитическое обезжиривание в стандартных растворах с последующим травлением в 5-10%-ном растворе азотной кислоты с добавкой 10-20 г/л мочевины и минимальным временем обработки 10-15 с. В качестве адгезионного слоя следует использовать водный раствор силикатов натрия и калия с концентрацией 3-5 г/л в количестве 4,5-7,5 г/м2, который не ухудшает свойств покрытия и позволяет улучшить условия прокатки.

Толщина алюминиевого покрытия при нанесении погружением в расплав находится в пределах 25-50 мкм. В ванну с алюминиевым расплавом добавляют флюс, обеспечивающий блестящую поверхность покрытия.

Электролитическое алюминирование применяют редко, так как осаждение алюминия из-за сильного отрицательного заряда в водных растворах не удается, а осаждение из солевых расплавов хотя и возможно, но дорого. Обычно для электролитического алюминирования используют хлориды алюминия и щелочных металлов.

Электрофоретическое алюминирование — нанесение алюминиевого порошка на стальную полосу методом электрофореза или в электростатическом поле. При электрофорезе полоса движется в вертикальном направлении через ванну с электролитом, представляющим собой раствор алюминиевого порошка в этиловом спирте с добавлением хлористого и азотистого никеля, Аноды выполняют из чистого алюминия. Скорость движения полосы через ванну составляет 1,8-8,2 м/мин, напряжение 30-220 В, плотность тока 10-70 А/дм . Полученное покрытие сушат и уплотняют холодной прокаткой. После прокатки полосу нагревают до 700°С для спекания алюминиевого порошка с выдержкой при 450-500°С в течение 2 3 часов. Полученное таким образом покрытие имеет толщину 15-35 мкм, обладает высокой пластичностью, сохраняет блестящую поверхность при нагреве до 400°С.

Метод нанесения сухого алюминиевого порошка в электростатическом поле основан на взаимодействии отрицательно заряженных частиц алюминиевого порошка. Обезжиренную и протравленную полосу посыпают равномерным слоем сухого алюминиевого порошка с помощью механического питателя-дозатора и вибрационных сеток. Между сеткой и полосой создают электрическое поле напряжением 20 кВ при силе тока 110-115 А. Частицы порошка, попадая в магнитное поле, получают отрицательный заряд и в результате взаимного отталкивания частиц обеспечивается повышенная степень дисперсии и равномерная толщина покрытия. Покрытие сушат, полосу с покрытием прокатывают, отжигают в защитной атмосфере при 500-600°С. Толщина получаемого таким способом покрытия 50 мкм.

В Японии разработана технология нанесения алюминиевого покрытия на стальную полосу методом порошковой металлургии. Перед нанесением покрытия на лист в качестве подложки наносят тонкое покрытие из цинка, что предотвращает вздутия на покрытии и улучшает адгезию алюминиевой пленки. которая наносится на полосу из водной суспензии при 180°С. После сушки полосы прокатывают и термообрабатывают в печи непрерывного действия при температуре 600°С. Новое покрытие толщиной до 60 мкм имеет превосходный внешний вид, хорошие термостойкость и сцепление с основой. Кроме того, оно обладает высокой коррозионной стойкостью и штампуемостью. Порошковое алюминиевое покрытие толщиной 20 мкм по коррозионной стойкости превосходит покрытия, получаемые методом горячего погружения — цинковое и алюминиевое.

В Великобритании фирмой BISRA разработан способ нанесения алюминиевого порошка толщиной 25 мкм. Электролитом служит раствор этилал- голя, в который введена смесь порошка алюминия, хлорида никеля и нитрида никеля, катодом — стальная полоса. В дальнейшем BISRA развила новый сухой способ, нашедший практическое применение с 1972 г. на заводе «Тиба» (Япония). По этому способу стальные листы шириной 1350 мм при 90-120сС обрабатывают в щелочном растворе, затем в 5%-ном растворе сердой кислоты, после чего покрывают силикатом натрия или калия, служащим клейкой основой. Порошок натрия, подаваемый из бункера, распределяют на покрываемом листе при помощи вибратора в электрическом поле с напряжением между электродами 15-20 кВ. После этого следует нагрев (350°С, 1 мин), прокатка, повторный нагрев (500-600°С при длительности нагрева 15 с).

В Германии с 1971 г. действует установка для двустороннего напыления алюминия производительностью 15000 т/год при максимальной ширине лент до 420 мм. Для испарения алюминия установка имеет две электронные пушки мощностью по 250 кВт. Подогрев ленты перед напылением до 250-540°С также осуществляется с помощью двух электронно-лучевых пушек. Опыт работы этой установки позволил разработать модель следующего поколения с годовой производительностью 30000 т при двустороннем напылении алюминия на ленты толщиной 0,1-1 мм при ширине 800 мм. Увеличена мощность подогрева до шести электронно-лучевых пушек. В перспективе можно прогнозировать установку напыления лент шириной до 1500 мм при годовой производительности 100 тыс.т. Полосу с покрытием дрессируют с обжатием 0,7-1% и лакируют. Толщина покрытия 1-5,5 мкм на сторону. Сцепление покрытия с основным металлом равно 100% и не нарушается до разрушения основы.

В 70-х годах прошлого века в ЦНИИЧермете был разработан технологический процесс нанесения алюминиевого покрытия осаждением порошка в электростатическом поле. К достоинствам этого процесса следует отнести высокую скорость осаждения покрытия толщиной 20-60 мкм в сочетании с коррозионными и физико-механическими свойствами материала. Покрытия обладают особо высокой устойчивостью к атмосферной коррозии и выдерживают глубокую холодную штамповку без нарушения сплошности и отслоения. Технологический процесс предусматривает; подготовку поверхности стальной полосы с последующим смачиванием равномерным слоем адгезионного раствора; осаждение алюминиевого порошка в электростатическом поле напряженностью 5-7 кВ/см; высушивание влаги из порошкового слоя и оксидирование поверхности основы при 400-450°С и выдержка 5-15 с; уплотнение порошкового осадка прокаткой с обжатием стальной основы на 3-6% и термообработку в садочных печах при 400-500°С при выдержке 1-3 ч. В качестве исходного материала для покрытия использовали алюминиевый порошок АСД-1, который наносят на холоднокатаную отожженную и дрессированную ленту из низкоуглеродистой стали 08кп [164].

Представлены результаты исследований процесса диффузионного нанесения комбинированных покрытий цинк-медь-алюминий и цинк-медь-титан-алюминий, выполненных на опытной установке. Установлено, что эти комбинированные покрытия уменьшают хрупкость и пористость цинкового покрытия и повышают коррозионную стойкость материала на стальной основе — СтЗ.

В последнее время публикаций по новым технологиям алюминиевых покрытий и реализации их в производстве крайне мало. Это, вероятно, объясняется указанными выше недостатками таких покрытий, а также малыми объемами потребности в них.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий