Технология прокатки "трудных" марок стали с высоким содержанием хрома — особые температурные режимы

22.06.2025

Марки с содержанием хрома более 12% требуют нестандартных решений при обработке давлением, особенно при горячей прокатке. Химический состав с повышенной долей карбидообразующих элементов приводит к формированию тугоплавких фаз, ухудшающих пластичность при пониженных температурах.

Основная задача заключается в выборе диапазона температур, исключающего хрупкое разрушение и обеспечивающего стабильное течение металла в валках. Тугоплавкие карбиды хрома и возможные остаточные ферритные фазы создают склонность к образованию трещин при прокатке ниже 1000°C.

Практика показывает, что стабильная работа возможна при начале деформации от 1180 до 1200°C с понижением до 1050°C в ходе последних проходов. Температурный интервал ниже 950°C приводит к резкому росту сопротивления деформации и к структурным дефектам.

В случае с жаропрочными марками 12Х18Н10Т и аналогичными важно контролировать не только температуру металла, но и скорость остывания при паузах между проходами. Допустимое время между черновыми и чистовыми валками не должно превышать 30 секунд при начальной температуре 1200°C.

Превышение этого значения ведёт к образованию грубых карбидных включений по границам зерна, что впоследствии снижает сопротивление разрушению при эксплуатации. Для сохранения однородной структуры рекомендуется применять подогрев перед финишной группой валков до 1100°C.

В случае со стабилизированными хромоникелевыми сплавами, такими как 08Х18Н12Б, повышенная склонность к межкристаллитной коррозии требует обеспечения равномерного температурного поля в заготовке.

Расчёт температуры нагрева производится с учетом удельной массы материала и плотности теплового потока в печи. Для слитков массой до 1,5 тонны сечения 200х300 мм оптимальная температура равна 1220°C при времени выдержки 4,5 часа.

В случае с более массивными заготовками допустимо применение ступенчатого режима — предварительный прогрев до 900°C с последующим быстрым нагревом до рабочей температуры в течение 1,5 часов. Использование более агрессивного режима повышает риск перегрева поверхности, ведущего к образованию окалины толщиной до 0,5 мм и частичному обезуглероживанию.

В условиях прокатного цеха рекомендуется использование индукционного подогрева, позволяющего сократить градиент температур по сечению до 15°C. Это особенно важно при прокатке тонких листов из мартенситных марок, таких как 40Х13, в которых перегрев вызывает рост зерна и снижение ударной вязкости.

Деформационное поведение сплавов с высоким содержанием хрома описывается уравнением: σ = K * e^n, где σ — напряжение течения, K — температурозависимый коэффициент, e — относительная деформация, n — показатель упрочнения. Для жаростойких марок при температуре 1150°C значение K составляет 120 МПа, а n — около 0,25.

Это означает, что при уменьшении толщины заготовки в два раза напряжение возрастает на 19–22%. При снижении температуры ниже 1000°C значение K растёт до 180 МПа, а упрочнение становится более выраженным, увеличивая усилие прокатки на 30–35%.

Для уменьшения сопротивления следует применять графитированные рабочие валки, обеспечивающие стабильный контакт и снижение трения. При холодной поверхности валков ниже 50°C на них образуется конденсат, приводящий к проскальзыванию.

Рабочие элементы должны иметь температуру не ниже 80°C при длине клетьевого стана от 3 до 5 метров. При толщине выходного листа менее 6 мм важно ограничивать обжатие за проход до 15% во избежание продольных трещин.

В случае с прокаткой прутков или шестигранников из нержавеющих марок с содержанием хрома выше 14% следует ориентироваться на обжатие не более 12% в последних проходах.

Для равномерной прокатки заготовки перед подачей в клеть должна быть обезгажена, особенно при наличии остаточного водорода выше 0,003%. При превышении этого значения возрастает вероятность вспучивания поверхности и последующего отслаивания окалины.

Рекомендуется использовать сушильные камеры и вакуумную дегазацию при производстве полуфабрикатов. При температуре деформации 1200°C хром образует тугоплавкие соединения, которые концентрируются на границах зерна, снижая обрабатываемость. Для подавления этих эффектов используются модифицирующие присадки — редкоземельные металлы в количестве до 0,1%.

Скорость подачи заготовки в валки при температуре 1150°C должна составлять не менее 0,8 м/с. При понижении ниже этого значения происходит частичное охлаждение поверхностных слоёв, что приводит к неравномерному распределению деформации по сечению.

В случае прокатки с использованием многовалковых клетей с автоматической синхронизацией подачи можно поддерживать постоянную скорость до 1,2 м/с. В условиях ручной настройки оптимально выдерживать интервал прокатки не более 25 секунд между проходами.

Для контроля структуры в процессе обработки применяются лабораторные методы, но на стадии разработки маршрута рекомендуется использовать справочные кривые прокаливаемости и деформационного упрочнения, составленные на основе опытных прокаток.

В случае с ферритно-аустенитными марками, такими как 10Х17Н13М2Т, особенно важно избегать зоны температур от 800 до 950°C, в которой материал наиболее подвержен хрупкости. В зоне от 1050 до 1200°C наблюдается снижение вязкости, но сохраняется достаточная пластичность для финишной прокатки.

Для деталей с толщиной до 10 мм рекомендуется начинать с 1180°C и заканчивать на 1080°C при максимальном обжатии за проход до 20%.

В условиях листовой прокатки применяются короткие клети с высоким передаточным моментом. Момент сопротивления прокатке возрастает до 450 кНм при ширине ленты более 600 мм. Для уменьшения нагрузки используются гидравлические компенсаторы колебаний, позволяющие сгладить пиковые значения усилия.

При толщине заготовки 8 мм и конечной толщине 1,2 мм требуется около 6 проходов при каждом снижении толщины на 1 мм. Применение промежуточного нагрева между проходами снижает сопротивление до 15% при температуре 1100°C.

Прокатка с высоким содержанием хрома требует учёта склонности к образованию наклёпа. Для устранения остаточных напряжений рекомендуется применять отпуск при 650–700°C в течение 2 часов с последующим охлаждением на воздухе.

При этом восстанавливается пластичность и устраняется внутреннее напряжение, возникающее при многократной деформации. Сплавы на основе хрома склонны к фазовым превращениям, особенно при длительном нахождении в температурной зоне 450–850°C, что требует ограничения времени пребывания в этой области до 15 минут. Для стабильной структуры необходимо быстрое прохождение этого температурного диапазона при охлаждении.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев