Влияние химического состава стали на прокатываемость

10.04.2025

Содержание углерода в сплаве напрямую связано с его пластичностью при горячей и холодной деформации. При концентрации свыше 0,25% сопротивление металла давлению валков возрастает, что требует увеличения усилий прокатки на 10-15%.

Для низкоуглеродистых марок типа Ст3сп или 08кп усилие снижается до 350-400 МПа, тогда как при обработке инструментальных сталей У8-У12 оно достигает 800-900 МПа.

Легирующие элементы по-разному воздействуют на процесс. Кремний выше 0,8% повышает прочность, но снижает пластичность из-за образования силикатных включений.

В случае с марганцем его содержание до 1,5% улучшает обрабатываемость, но при превышении этого порога возникает риск появления трещин.

Хром и никель в количестве 2-3% увеличивают вязкость, что усложняет деформацию, особенно при холодной прокатке.

Сера и фосфор относятся к вредным примесям, ухудшающим качество проката. При концентрации серы более 0,04% возникает красноломкость – склонность к разрушению при нагреве до 800-1000°C. Фосфор свыше 0,025% делает металл хрупким при комнатной температуре, что критично для тонколистового проката. По ГОСТ 380-2005 допустимое содержание этих элементов в ответственных конструкциях не должно превышать 0,03%.

Азот и кислород образуют неметаллические включения, снижающие однородность структуры. Для ответственных марок применяют вакуумирование или обработку кальцием, что уменьшает содержание газов до 0,002-0,003%.

Алюминий в количестве 0,02-0,05% связывает азот, предотвращая образование пор при деформации.

Температурный режим прокатки зависит от состава сплава. Низколегированные стали обрабатывают при 1100-1200°C, тогда как высоколегированные требуют нагрева до 1250-1300°C для снижения сопротивления деформации.

После прохождения черновой группы клетей температуру поддерживают на уровне 850-900°C, чтобы избежать образования закалочных структур.

Скорость прокатки регулируют исходя из склонности металла к наклепу. Для мягких углеродистых марок она достигает 12-15 м/с, а для жаропрочных сплавов типа 12Х18Н10Т не превышает 5-7 м/с.

При работе с высокоуглеродистыми сталями применяют ступенчатое охлаждение на линии для предотвращения коробления.

Точность геометрии готового проката зависит от равномерности химического состава по сечению заготовки. При ликвации легирующих элементов на поверхности возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию волн и перекосов.

Для контроля используют спектральный анализ с шагом 50-100 мм по длине слитка.

Оптимальные параметры обжатия подбирают экспериментально для каждой марки. В первом проходе деформация не должна превышать 25-30%, иначе возможны разрывы. При прокатке нержавеющих сталей с высоким содержанием никеля обжатие снижают до 15-20% за проход.

Охлаждение после деформации влияет на механические свойства. Для низкоуглеродистых марок применяют ускоренное охлаждение водой, а легированные сплавы охлаждают на воздухе во избежание трещинообразования.

Твердость после прокатки не должна превышать 180 HB для последующей штамповки.

Технологические смазки уменьшают трение и износ валков. При обработке алюминиевых сталей используют графитовые пасты, а для высокохромистых сплавов – эмульсии на основе минеральных масел. Давление подачи смазки поддерживают в диапазоне 0,3-0,5 МПа.

Износ инструмента напрямую зависит от содержания карбидообразующих элементов. При прокатке быстрорежущих сталей с вольфрамом и ванадием стойкость валков снижается в 2-3 раза по сравнению с работой на обычных углеродистых марках. Для продления ресурса применяют валки с твердостью 65-70 HRC.

Дефекты поверхности часто связаны с неравномерным распределением примесей. При повышенном содержании меди свыше 0,2% на кромках появляются заусенцы, требующие дополнительной обрезки. Олово и сурьма даже в долях процента вызывают отслаивание окалины, что ухудшает качество отделки.

Контроль химического состава проводят на всех этапах. Плавку анализируют по 5-7 точкам, а готовый прокат проверяют методом рентгеноспектрального анализа с точностью до 0,001%. Отклонение от заданных параметров более чем на 10% служит основанием для браковки партии.

Технологические режимы для конкретных марок регламентируются отраслевыми стандартами. Для конструкционных сталей действует ГОСТ 1050-2013, где указаны допустимые пределы по основным элементам. При прокатке рельсовой стали Р65 содержание углерода должно находиться в пределах 0,71-0,82%, а марганца – 0,75-1,05%.

Микроструктура после обработки должна соответствовать заданным параметрам. Ферритно-перлитная структура с размером зерна 7-8 баллов обеспечивает оптимальное сочетание прочности и пластичности. При наличии бейнита или мартенсита требуется нормализация для исправления структуры.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев