Технология производства листовой холоднокатаной стали

Введение

Листовой прокат как один из видов черного металлопроката широко используется в различных отраслях промышленности. Популярность листового проката во всех отраслях промышленности обуславливает постоянный рост цен на данный вид продукции и динамичное наращивание темпов производства листового металлопроката.

По технологии производства различают горячекатаный и холоднокатаный лист. Например, при изготовлении горячекатаного листа используется метод горячей прокатки, для производства холоднокатаного листового проката применяется технология холодного проката.

Горячекатаный лист нашел широкое применение в таких отраслях промышленности как строительство, энергетический и машиностроительный комплексы. Изготавливается листовой горячекатаный прокат из стали различного химического состава, в том числе из качественной углеродистой стали и углеродистой стали обычного качества методом горячей прокатки.

Листовая горячекатаная сталь, имеющая толщину от 500 мм и выше, поставляется в листах толщиной от 0,5 до 160 мм или в рулонах толщиной от 1,2 до 12 мм. По точности прокатки листовая горячекатаная сталь подразделяется на сталь повышенной и нормальной точности. По плоскостности листовая горячекатаная сталь может быть особо высокой плоскостности, высокой плоскостности и нормальной плоскостности

Холоднокатаный лист изготавливается из качественной углеродистой стали и углеродистой стали обычного качества методом холодной прокатки. Применяется листовой холоднокатаный прокат в таких отраслях промышленности как строительство, машиностроение и электроэнергетика.

Листовую холоднокатаную сталь шириной от 500 мм и более изготавливают в рулонах толщиной от 0,5 до 3,0 мм или в листах толщиной от 0,5 до 5,0 мм. По точности проката листовая холоднокатаная сталь представлена изделиями повышенной и нормальной точности. По плоскостности листовой горячекатаный прокат представлен следующими категориями: особо высокой плоскостности, высокой плоскостности и нормальной плоскостности. По характеру кромки выделяют листовой прокат с обрезной кромкой и не обрезной кромкой.

Глава 1. Технология производства листовой холоднокатаной стали

1.1 Характеристика холоднокатаной стали

Характерной особенностью развития листопрокатного производства является непрерывное увеличение доли холоднокатаной листовой стали в общем выпуске тонколистовой стали.

Это объясняется не только тем, что лист толщиной менее 1-1,2 мм экономически выгоднее изготовлять с помощью холодной прокатки, но и тем, что свойства и качество холоднокатаного листа значительно выше, чем горячекатаного.

На станах холодной прокатки прокатывают конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества, конструкционную углеродистую качественную сталь, легированную конструкционную сталь, высоколегированные стали и коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные сплавы.

Химический состав стали определяет ее химические свойства и в определенной мере назначение. Так, для холодной штамповки сложных изделий используют низкоуглеродистую сталь, содержащую до 0,08 % С. Низкое содержание углерода способствует глубокой вытяжке стали.

Наряду с требованиями по механическим свойствам к холоднокатаной стали предъявляют ряд требований, обусловливающих ее технологическую пригодность.

Микроструктура листового металла при прочих равных условиях определяет пластичность и способность к глубокой, весьма декапированную тонколистовую сталь производят толщиной 0,25—2,0 мм и поставляют в листах размером 510х710, 600х2000, 710х1420, 710х2000, 750х1500, 1000х2000 и 1250х2500 мм, как правило, в отожженном состоянии. Тонколистовую сталь толщиной 0,25—2,0 мм поставляют также оцинкованной.

Трансформаторную холоднокатаную листовую сталь изготовляют толщиной 0,28—0,5 мм и шириной 750—1000 мм. Важным требованием к трансформаторной стали является величина ваттных потерь, величина магнитной индукции.

Для динамной стали наряду с другими требованиями к электротехническим свойствам важным является анизотропность металла и способность выдерживать определенное число изгибов.

С помощью холодной прокатки производят также лист из легированных, конструкционных сталей, конструкционных легированных высококачественнх сталей специального назначения, коррозионностойких и жаростойких, низкоуглеродистых электротехнических, кремнистых электротехнических сталей, жести, а также холоднокатаную ленту (например, текстурованную), электротехническую для магнитопроводов, инструментальную, пружинную и др.

1.2 Технологические схемы производства холоднокатаной стали

Известны два способа производства холоднокатаных листов: полистный и рулонный. Особенностью полистного способа прокатки является то, что первоначально сталь производят в рулонах, которые после холодной прокатки разрезают на листы и дальнейшую обработку (отжиг, дрессировку, правку и т. п.) ведут полистно.

В современных цехах холодной прокатки принят рулонный способ производства. В этом случае все операции по производству холоднокатаной стали ведут в рулонах. Перед сортировкой (ручной или автоматической) рулон разрезается на листы.

Производство холоднокатаных листов рулонным способом обеспечивает увеличение выпуска продукции на тех же производственных площадях, дает возможность механизировать и автоматизировать большинство технологических операций, повышает производительность труда, увеличивает выход годного металла, улучшает геометрическую форму н свойства металла вследствие устойчивости технологического процесса.

В ряде случаев холоднокатаную полосовую сталь поставляют машиностроительным предприятиям в рулонах, что дает возможность уменьшить отходы.

Обязательными операциями производства холоднокатаной стали являются очистка поверхности горячекатаных полос (подката) от окалины, прокатка на непрерывных или реверсивных станах, термическая обработка, дрессировка и отделка (резка правка и т. д.).

Схема технологического процесса получения холоднокатаных полос и листов из углеродистых и легированных сталей следующая. Исходной заготовкой является горячекатаный металл в рулонах, полученный на непрерывных или полунепрерывных станах. Для некоторых низколегированных сталей первой операцией является смягчающий отжиг подката. Для углеродистых сталей такой отжиг обычно не проводят. Следующей операцией при производстве холоднокатаных листов является очистка поверхности подката от окалины с помощью травления, дробеструйной обработки или комбинированного метода (дробеструйная обработка и последующее травление). В линии травления проводится стыковая сварка горячекатаных рулонов для их укрупнения, обрезка продольных кромок и промасливание.

Холодная прокатка горячекатаных полос производится на непрерывных или реверсивных станах. При рулонном способе производства листов следующими операциями являются: отжиг в рулонах, дрессировка, резка рулонов на листы на агрегатах поперечной резки с одновременной правкой и промасливанием, сортировка, упаковка и отгрузка листов.

Общей тенденцией производства холоднокатаной стали является стремление получить тончайшую полосу на непрерывных станах холодной прокатки.

В некоторых случаях технологическая схема получения тончайшей полосы может быть следующей: очистка поверхности горячекатаной полосы от окалины, прокатка на непрерывном четырех- или пятиклетевом стане, отжиг, прокатка на одно- или двуклетевом стане, отжиг, отделка (дрессировка, правка, резка, промасливание), сортировка, упаковка и отгрузка листов.

При производстве холоднокатаных легированных сталей технологический процесс включает в себя ряд операций термической обработки. Так, при производстве холоднокатаных полос и листов из высоколегированной стали типа Х18Н10Т технологическая схема может быть следующая. Первой операцией является закалка горячекатаных полос или листов. Закалка в данном случае позволяет увеличить пластичность стали. После закалки следует травление горячекатаных полос или листов, зачистка поверхностных дефектов и холодная прокатка. После холодной прокатки производится закалка холоднокатаных листов или полос, затем травление, дрессировка, сортировка, зачистка поверхностных дефектов, упаковка и отгрузка.

Обычно в цехах холодной прокатки устанавливают агрегаты для цинкования и лужения листа, а также нанесения других покрытий. В этих случаях прокатанные рулоны передаются к этим агрегатам.

1.3 Подготовка поверхности подката

Подготовка поверхности подката к холодной прокатке заключается в очистке ее от окалины, образовавшейся при горячей прокатке. С поверхности горячекатаных рулонов окалину удаляют для того, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке и получалась чистая поверхность листов, которая в дальнейшем может подвергаться лужению, цинкованию и т. д.

Травление углеродистой стали осуществляется преимущественно в растворе серной кислоты. Скорость травления в растворе серной кислоты с повышением ее концентрации увеличивается (максимальная концентрация раствора 25% Н2SO4). На практике применяют растворы с концентрацией 20—24% Н2SO4, подогретые до 80—90° С, что также увеличивает скорость травления. Скорость травления зависит также от предварительной деформации металла, при которой происходит взрыхление окалины, и от концентрации в травильном растворе железного купороса FеSO4.

Для уменьшения расхода кислоты и предотвращения растворения кислотой металла применяют присадки (ингибиторы) или регуляторы травления. В современных цехах холодной прокатки травление осуществляется в непрерывных агрегатах, установленных в травильных отделениях. Обычно в состав травильных агрегатов входят четыре ванны длиной 20—25 м с кислотным раствором.

На устойчивость процесса прокатки и возможность ведения процесса с высокими скоростями сильно влияет качество полосы, полученной из травильного отделения.

На полосе не должно быть пятен недотрава и перетрава; полоса должна быть хорошо промыта и не иметь следов железного купороса. Горячекатаная травленая полоса должна быть равномерно промаслена. Несоблюдение этих требований приводит к тому, что при попадании в очаг деформации участков полосы с указанными выше дефектами травления резко изменяется коэффициент трения.

Изменение коэффициента трения приводит к нарушению установленных параметров процесса непрерывной прокатки, нарушению условий постоянства секундных объемов и, как следствие этого, обрывам полосы, порче прокатных валков и к остановке стана.

Не допускаются также заусенцы на кромках полосы, возникающие от неудовлетворительной настройки дисковых ножниц.

Для улучшения качества смотки в новейших травильных агрегатах вместо свертывающих машин применяют моталки со следящими системами.

Значительно снижает качество холоднокатаного листа и производительность стана неудовлетворительная прокатываемость сварных швов.

Применение в травильных агрегатах петлевых ям с нерегулируемой петлей приводит к травмированию поверхности горячекатаной полосы. Это в свою очередь приводит к дефектам холоднокатаной полосы.

В последние годы для очистки горячекатаных полос из углеродистой стали в травильных агрегатах вместо серной кислоты стали применять соляную, причем агрегаты строят как горизонтального, так и вертикального (башенного) типов .

Для очистки поверхности горячекатаных полос используют механическое удаление окалины при помощи дробеметных и дробеструйных установок. Процесс механического удаления окалины заключается в том, что на поверхность металла выбрасывается дробь, под ударами которой окалина разрыхляется и отваливается.

Первыми операциями технологического процесса производства холоднокатаной нержавеющей стали являются смягчающая термическая обработка и травление горячекатаных рулонов. Горячекатаные рулоны нержавеющей стали мартенситного, ферритного и мартенсито-ферритного классов подвергают отжигу обычно в колпаковых печах, а рулонов нержавеющей аустенитного и аустенито-мартенситного классов — закалке. В современных цехах холодной прокатки закалка этих сталей осуществляется в одном непрерывном закалочно-травильном агрегате. Нагрев перед закалкой до 1050—1150° С осуществляется в проходной нагревательной печи, установленной в линии непрерывного закалочно-травильного агрегата. При выходе из печи полоса закаливается водой, что позволяет получить равномерную аустенитную структуру.

После закалки полоса подвергается травлению на установках, расположенных за проходной печью.

Удаление окалины с поверхности нержавеющей листовой стали осуществляют кислотным, щелочно-кислотным и электролитическим травлением.

Для удаления окалины в непрерывных травильных агрегатах используют раствор серной кислоты с добавкой поваренной соли и натриевой селитры. В отбеливающей ванне раствор состоит из азотной и серной кислот.

Кислотное травление является малопроизводительным и не обеспечивает равномерного удаления окалины и получения чистой поверхности металла.

При щелочно-кислотном травлении полоса сначала проходит щелочное травление в расплаве 75—80% NаОН и 20—25% NаОН3 при температуре 450—550° С. После обработки в расплаве щелочи полоса поступает в ванну для промывки водой.

После промывки полосы в ванне с горячей водой на полосе остается черный или коричневый цвет, представляющий в основном оксиды железа и никеля, которые не растворяются в щелочном расплаве. Поэтому после промывки полоса поступает в ванну для травления в растворе серной кислоты с добавкой поваренной соли. Кислотный раствор подогревают до 80—90° С.

Из кислотной ванны полоса поступает в ванну для промывки водой, в которой установлены щетки для чистки и мойки, а затем в ванну, где происходит отбеливание и пассивирование (создание защитной пленки на поверхности) в 6—8%-ном растворе NaН, подогретом до 45—50° С. После этого полоса проходит моечно-сушильное устройство.

При гидридном методе травления удаление окалины осуществляется при помощи восстановления ее гидридом натрия NаН, который образуется в результате реакции между металлическим натрием и водородом.