Метрологічне забезпечення контролю якості при виробництві прокату сталевого гарячекатаного круглого за ГОСТ 2590. 6.051002.100589.ПЗ

При ритмічній роботі стану нагріті заготовки по черзі задаються в лівий і правий калібри першої кліті (ліву і праву нитки стану) в стик один до одного. У чорновій групі з 7-ми горизонтальних клітей прокатка ведеться з натягом.

Прокатка всіх профілів здійснюється за затвердженими схемами калібрування і заданому швидкісного режиму прокатки. Схема калібрування повинна передбачати можливість отримання на стані різних профілів при мінімальних витратах на перевалку і перенастроювання стану шляхом використання одних і тих же чорнових валків для отримання різних профілів.  Стан 250-5 має невеликий сортамент (лише арматуру) що полегшує роботу з його налаштування.

На кожній нитці між чорнової і чистової групами клітей встановлені летючі кривошипні старт-стопні ножиці, які виконують дві функції: обрізання передньої дефектної ділянки довжиною близько 100 мм на кожному прокаті після чорнової групи і аварійну порізку розкату при відмовах роботи наступного обладнання.

У чистових групах клітей прокатка ведеться з малим натягом, рівень якого опосередковано контролюється з поведінки провисаючої смуги між суміжними клітями.  Схема прокатування у чистовій групі показана на рис 1.2.

Після прокатки в чистових групах клітей здійснюється ряд послідовних операцій обробки металу: різання розкату після видачі з кліті стану до смуги (розкрій розкату), термічне зміцнення металу в потоці стану, транспортування смуг до холодильника, почергове гальмування, передача та розподіл смуг на його настилі, збірка смуг в пакети і, нарешті, переміщення їх до ділянки остаточної обробки, де стаціонарними ножицями холодного різання сформований пакет розрізається на пачки прутків. 

 

Рисунок 1.3 – Схема прокатування круглої сталі у чистовій групі клітей (на стані 250-5 реалізовано варіант №4)

 

Кількість смуг та їх довжина на конкретному прокаті залежать від довжини самого розкату.

Для розрізання розкату на смуги використовуються двухбарабанні леткі ножиці з пневматичним приводом важільного механізму пропуску різу. Кожен з барабанів обертається безперервно зі швидкістю, що перевищує швидкість прокатки, що характеризується величиною їх коефіцієнта обгону.

Переміщення відрізаних від прокату смуг здійснюється термоустановкою, що володіє ефектом гідротранспортування, і секційним рольгангом з індивідуальними частотно-регульованими приводами змінного струму роликів секцій.

 

1.4 Дефекти прокату сталевого гарячекатаного круглого

 

Види дефектів прокатної продукції пов'язані з неправильною формою, неточністю розмірів профілю, зовнішніми і внутрішніми порушеннями цілісності та ушкодженнями поверхні, характерні і для виробництва сортової сталі на сортових станах.

Частими дефектами сортової сталі є риски, подряпини, рябизна (поглиблення від втиснення окалини), відбитки, вм'ятини. Причинами їх виникнення є низька якість валкової арматури, її надмірний знос, відсутність засобів очищення поверхні металу від пічної окалини, різні пошкодження поверхні валків, налипання металу на валки і проводкову арматуру, пошкодження металу при його транспортуванні. Основним засобом ремонту сортової сталі є абразивна зачистка.

Інша група дефектів сортової сталі пов'язана з невідповідністю структури, міцності і пластичних властивостей прокату вимог ГОСТ і ТУ. Якість прокату оцінюється на основі цілого ряду випробувань в умовах, що наближаються до умов служби даного профілю. Обсяг і характер випробувань визначаються чинними стандартами та технічними умовами на поставку даного виду прокату.

Властивості металу залежать, перш за все, від його хімічного складу, який контролюється шляхом хімічного аналізу. Дані структурного аналізу дозволяють робити оцінку відповідності структури з точки зору її складових і величини зерна призначенням металу. Випробування на розтяг, ударну в'язкість, згин, скручування, твердість, втома, старіння та інші дозволяють оцінити метал з точки зору його придатності до служби в певних умовах. При прокатці на середньо - і дрібносортних станах для виявлення поверхневих дефектів і загального контролю якості конструкційної сталі широко використовується метод осаджування зразків у холодному і гарячому станах.

Форми і методи кінцевого контролю якості готового прокату вельми різноманітні. Так, конструкційна вуглецева і легована сталь здається за результатами визначення механічних властивостей, холодної та гарячої осаджування, макроструктури, зламу, твердості і величини зерна. Ресорно-пружинні сталі, крім дослідження мікроструктури, зламу, випробувань на твердість і механічні властивості, піддаються також випробуванням на графітизацію і зневуглецювання. В інструментальних сталях визначаються характер зламу, зневуглецювання і твердість.

Суворе дотримання встановлених технологічних режимів обробки на всіх стадіях технологічного процесу, поопераційний контроль параметрів процесу дозволяють запобігати появі дефектів готового прокату або своєчасно виявити і усунути причину їх появи. 

Проаналізуємо деякі дефекти прокату

Вус - дефект поверхні, що представляє собою поздовжній виступ з одного або двох діаметрально протилежних сторін прутка, що утворився внаслідок неправильної подачі металу в калібр, переповнення калібрів або неправильної налаштування валків і привалкової арматури.

Розкатане забруднення - дефект поверхні, що представляє собою витягнуте в напрямку деформації розкатане (розкуте) поверхневе забруднення заготівлі шлаком, вогнетривом, теплоізоляційної сумішшю. Виникає у наслідку забруднення заготівлі шлаком, вогнетривом, теплоізоляційної сумішшю. Метод контролю – візуально. Спосіб усунення – зачищення абразивом. Спосіб запобігання  - уважно оглядати заготовку усувати забруднення.

Зморшки - дефекти поверхні у вигляді групи  поздовжніх поглиблень і виступів, що чергуються розташованих, в основному, по всій довжині розкату, переважно в зоні, відповіднії роз'єму валків, і утворилися при підвищених обтиснення бічних граней. Дефект може мати вигляд закочуваних складок. На мікрошліфі дефект має вигляд порожнини із закругленими кінцями, частково заповнених окалиною. У зоні дефекту іноді спостерігається місцеве збільшення зневуглецьованого шару.

Волосовина - дефект поверхні у вигляді ниткоподібних несплошностей в металі, що утворилися при деформації наявних у ньому неметалевих включень. Причиною виникнення э наявність у заготовці неметалічних включень.

Розкатаний міхур - дефект поверхні у вигляді прямолінійної поздовжньої різної протяжності і глибини тонкої тріщини, що утворилася при раскатці зовнішнього або підповерхневого газового міхура заготовки.

Деформаційна рваніна - дефект поверхні у вигляді розкритого розриву, розташованого впоперек або під кутом до напрямку найбільшою витяжки металу при прокатці, що утворився внаслідок зниженої пластичності металу. Причина знижена пластичність обумовлена ​​технологією виплавки металу або порушенням режимів нагріву або деформації. На мікрошліф в зоні дефекту спостерігаються розгалужені розриви металу. Причиною виникнення є порушення технології виплавки металу або порушення режимів нагріву або деформації.

Тріщина напруги - дефект поверхні, що представляє собою розрив металу, що йде вглиб під прямим кутом до поверхні, що утворився внаслідок напруг, пов'язаних зі структурними перетвореннями або нерівномірним нагрівом і охолоджуванням

Підріз - дефект поверхні у вигляді поздовжнього поглиблення, розташованого по всій довжині або на окремих ділянках поверхні прокату і що утворився внаслідок неправильної налаштування привалкової арматури або одностороннього перекриття калібру.

Закат - дефект поверхні, що представляє собою закочуваний поздовжній виступ, що утворився в результаті закочування вуса, підрізу, грубих слідів зачистки і глибоких рисок. Дефект часто розташований з двох діаметрально протилежних сторін і може мати зазубрений край. На поперечному мікрошліфі дефект розташовується під гострим кутом до поверхні без розгалуження, заповнений окалиною і супроводжується спотворенням структури. Метал навколо дефекту зневуглецьований. Причиною виникнення є неправильна настройка валків.

 

1.5 Задачі роботи

 

Аналіз технології виробництва прокату сталевого гарячекатаного круглого за ГОСТ 2590 показав що розробка технологічної схеми технічного контролю є актуальною.

2 ОСНОВНА ЧАСТИНА

 

2.1 Аналіз технології і визначення точок контролю

 

Технологічний процес виробництва продукції можна формалізувати у наступному алгоритмі:

1. підготовки заготовки до прокатки
2. правка заготовки
3. видалення дефектів з заготовки
4. нагрів заготовок
5. прокатка у чорновій групі
6. прокатка у чистовій групі
7. різання прокату
8. термічна обробка
9. охолодження прокату
10. збірка смуг в пакети
11. маркування

 

Аналіз технології виробництва показав що доцільно зробити наступні операції контролю якості і встановити наступний порядок технологічного процесу і контролю якості круглого прокату:

1. підготовки заготовки до прокатки
2. контроль розмірів заготовки і її кривизни
3. правка заготовки
4. контроль поверхневих дефектів заготовки дефектоскопом і магнітопорошковим дефектоскопом
5. видалення дефектів з заготовки
6. нагрів заготовок
7. контроль температури нагріву заготовки
8. прокатка у чорновій групі
9. прокатка у чистовій групі
10. різання прокату
11. контроль довжини різання прокату
12. термічна обробка
13. охолодження прокату
14. збірка смуг в пакети
15. контроль якості прокату
16. маркування

 

2.2 Аналіз контролю якості і метрологічного забезпечення

 

Відповідно до технологічного процесу проведемо аналіз метрологічного забезпечення і видів контролю відповідно до параметрів контролю і контрольованого об’єкту.  Результат аналізу представлений у таблиці 2.1.

 

Таблиця 2.1 – Аналіз контролю якості круглого прокату

Операція технологічного процесу	Об’єкт контролю	Контрольований параметр	Вид контролю	Засіб контролю
Контроль розмірів заготовки і її кривизни	Заготовка	Поперечний переріз заготовки	Вимірювання геометричних розмірів	Вимірювальна скоба, штангенциркуль
Контроль розмірів заготовки і її кривизни	Заготовка	Кривизна заготовки по довжині	Вимірювання геометричних розмірів	Шаблон
Контроль поверхневих дефектів заготовки	Заготовка	Поверхня заготовки	Візуальний контроль та контроль дефектоскопом	Ультразвуковий дефектоскоп, магніопорошковий дефектоскоп
Контроль температури нагріву заготовки	Заготовка	Температура заготовки	Вимірювання температури безконтактним термометром	Термометр
Контроль довжини різання прокату	Смуга прокату	Довжина смуги прокату	Вимірювання довжини смуги прокату	Лазерний дальномір
Контроль якості прокату	Прокат	Поперечний переріз	Вимірювання поперечного перерізу	Мікрометр
Контроль якості прокату	Прокат	Кривизна прутків	Вимірювання кривизни прутків	Лінійка повірочна для визначення прямізни
Контроль якості прокату	Прокат	Механічні властивості прокату	Розривні випробування для визначення механічних властивостей	Розривна машина
Контроль якості прокату	Прокат	Поверхня заготовки	Візуальний, дефектоскопія за необхідності	Ультразвуковий дефектоскоп

 

Далі треба більш детально розглянути деякі методи випробувань.

 

2.3 Опис засобів вимірювань

 

2.3.1 Дефектоскоп ультразвуковий УД-1

 

 

Рисунок 2.1 - Дефектоскоп ультразвуковий УД-1

 

 

   

Ультразвуковий дефектоскоп УД-1 призначений для виявлення дефектів типу порушення суцільності й однорідності матеріалів в напівфабрикатах, готових виробах і зварних з'єднаннях, для вимірювання глибини та координат їх залягання, вимірювання товщини, вимірювання швидкості поширення і затухання ультразвукових коливань (УЗК) в матеріалі. Дефектоскоп легкий, зручний в роботі і функціональний.

Ультразвуковий дефектоскоп УД-1 з кольоровим дисплеєм і мінімальними розмірами - це кращий вибір для експертного ультразвукового контролю. Потужний, легкий і портативний дефектоскоп, в ергономічному ударостійкому металевому корпусі. Дефектоскоп УД-1 дозволяє вимірювати товщину виробів з великою точністю, виводити сигнал у вигляді А-і B-сканів і володіє всіма функціями по повному документуванню контролю. Дефектоскоп має час автономної роботи - 24 години.

Переваги ультразвукового дефектоскопа УД-1: 
- частотний діапазон з плавним регулюванням від 0,2 до 10МГц; 
- два незалежно керованих строба (A і B); 
- автоматична або ручне побудова кривої ВРЧ (до 16 точок); 
- наявність в дефектоскопі режиму контролю з використанням АРД-діаграм; 
- два види подання сигналів: детектування і радіо; 
- побудова та обробка в дефектоскопі A, B розгорток; 
- режими: обвідної, заморозки та відображення ходу променя для зручності проведення дефектоскопії; 
- в дефектоскопі реалізована унікальна система виведення інформації, що підвищує зручність роботи з дефектоскопом і продуктивність контролю; 
- дефектоскоп має кольоровий, контрастний TFT-дисплей; 
- можливість замовити чохол з кріплення "hands free" для дефектоскопа. 

Принцип роботи

Звукові хвилі не змінюють траєкторії руху в однорідному матеріалі. Відображення акустичних хвиль походить від розділу середовищ з різними питомими акустичними опорами. Чим більше розрізняються акустичні опору, тим більша частина звукових хвиль відіб'ється і повернеться до приймача при проходженні фронту хвилі через межу розділу. Так як включення в металі часто містять повітря, що має на кілька порядків більше питомий акустичний опір, ніж сам метал, то за включення хвилі практично не проходять. Розширенння акустичного дослідження визначається довжиною використовуваної звукової хвилі. Це обмеження накладається тим фактом, що при розмірі перешкоди менше чверті довжини хвилі, хвиля від нього практично не позначається. Це визначає використання високочастотних коливань — ультразвуку. Випромінювання ультразвуку проводиться за допомогою резонатора, який перетворює електричні коливання в акустичні за допомогою зворотного п'єзоелектричного ефекту і вводить їх в досліджуваний матеріал. Відображені сигнали потрапивши на п'єзопластин через прямий п'єзоелектричний ефект перетворюються в електричні, які й реєструються вимірювальними ланцюгами.