СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ПРОКАТНОГО ПЕРЕДЕЛА Российский патент 1995 года по МПК C23C10/28 B23K5/18 

Изобретение относится к черной металлургии и касается поверхностной обработки полуфабриката для прокатного передела для получения защитного слоя, способного сохранять его функциональные свойства в процессе прокатного передела и в готовом прокате.

Из уровня техники известен способ поверхностной обработки полуфабриката для прокатного передела, включающий расплавление поверхностного слоя поступательно перемещаемого в горизонтальной плоскости полуфабриката путем подачи на его поверхность под заданным углом кислородной струи и введение в ванну расплавленного металла порошкового легирующего материала посредством газовой струи. Газовую струю с легирующим материалом направляют в заднюю по ходу движения полуфабриката область ванны. Обработку ведут при начальной температуре полуфабриката менее 900^оС, а угол наклона кислородной струи к поверхности полуфабриката составляет 30-60^о.

Этот способ позволяет уменьшить неравномерность толщины легированного слоя, но результирующая его толщина остается недостаточной с точки зрения надежного сохранения в готовом прокате функциональных свойств защитного слоя. Причина этого, как установлено исследованиями, заключается в том, что при указанной начальной температуре полуфабриката недостаточна интенсивность диффузионного процесса в пограничном слое между твердой основой и расплавом. Помимо этого, при указанном угле наклона кислородной струи значительная часть вводимого легирующего материала уносится результирующим газовым потоком, не участвуя в процессе легирования, что также ограничивает достигаемую толщину легированного слоя. Попытки увеличения количества вводимого легирующего материала приводят не только к неоправданному его расходу, но и к возможному избыточному его содержанию в поверхностном сплаве. Это может приводить при последующем прокатном переделе к образованию поверхностных дефектов, ухудшающих функциональные свойства защитного слоя, вследствие снижения способности воспринимать термодеформационные нагрузки при горячей прокатке. Кроме того, при указанном угле наклона кислородной струи велики потери основного металла, составляющие 4-6 мм по толщине полуфабриката.

Цель изобретения увеличить толщину легированного слоя и тем самым повысить надежность сохранения его функциональных свойств в готовом прокате, а также уменьшить потери основного металла в процессе поверхностной обработки.

Эта цель достигается тем, что в способе поверхностной обработки полуфабриката для прокатного передела, включающем расплавление поверхностного слоя поступательно перемещаемого в горизонтальной плоскости полуфабриката путем подачи на его поверхность под заданным углом кислородной струи и введение в ванну расплавленного металла порошкового легирующего материала посредством газовой струи, газовую струю с легирующим материалом направляют в переднюю по ходу движения полуфабриката область ванны, а обработку ведут при начальной температуре полуфабриката 900-1350^оС. Благодаря этому значительно повышается интенсивность диффузионного процесса в пограничном слое между твердой основой и расплавом, содержащим легирующий компонент, что приводит к увеличению результирующей толщины легированного слоя. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения угол наклона кислородной струи к поверхности полуфабриката составляет 75-90^о. Благодаря этому существенно сокращается унос легирующего материала результирующим газовым потоком и соответственно большая его часть участвует в процессе легирования, способствуя увеличению достигаемой толщины легированного слоя. При этом уменьшаются потери основного металла по толщине полуфабриката.

Изобретение поясняется чертежом.

Способ поверхностной обработки полуфабриката 1 для прокатного передела включает расплавление поверхностного слоя поступательно перемещаемого в горизонтальной плоскости полуфабриката 1 по всей его ширине путем подачи на его поверхность 2 под углом кислородной струи 3 из сопла 4 и введение в ванну 5 расплавленного металла порошкового легирующего материала посредством газовой струи 6 из сопла 7, которую направляют в переднюю по ходу движения полуфабриката 1, указанному стрелкой А, область 8 ванны 5.

Поверхностную обработку ведут при начальной характеристической температуре полуфабриката 1 в пределах 900-1350^оС. Угол α может иметь в данном варианте величину, например 60^о. Толщина получаемого легированного слоя 9 увеличивается и составляет 1,20-2,00 мм. Поверхностная обработка при начальной температуре полуфабриката 1 менее 900^оС нецелесо- образна, т.к. достигаемый эффект повышения толщины легированного слоя сравнительно невелик и не оправдывает соответствующих энергозатрат. Начальная температура полуфабриката 1 более 1350^оС также нецелесообразна, т.к. при этом резко уменьшается максимальная достигаемая толщина легированного слоя вследствие выгорания значительной части подаваемого легирующего материала (см. таблицу).

В качестве полуфабриката 1 могут быть взяты блюм или сляб, или промежуточный полупродукт для дальнейшего прокатного передела преимущественно в листовой или полосовой прокат. Поверхностной обработке согласно изобретению могут подвергаться преимущественно стали и сплавы на железной основе. В качестве порошкового легирующего материала могут использоваться образующие с железом твердые растворы замещения традиционные металлические и неметаллические материалы и их композиции, обычно используемые для получения известными методами защитных покрытий на стальных заготовках изделиях, в частности, материалы, содержащие алюминий, кремний, хром и др. В качестве транспортирующего газа для подачи порошкового легирующего материала используют преимущественно воздух, а также применяемые в черной металлургии нейтральные газы. Поверхностная обработка может производиться как с одной, так и последовательно с обеих сторон полуфабриката 1 с его переворачиванием и, при необходимости, с промежуточным подогревом до заданной характеристической температуры. Угол α наклона кислородной струи 3 к поверхности 2 полуфабриката 1, а именно к направлению его перемещения по стрелке А, составляет 75-90^о, что существенно больше по сравнению с соответствующим углом, известным из уровня техники. Угол β между осями кислородной 3 и газовой 6 струй может составлять, в соответствии с уровнем техники, 10-15^о. Толщина получаемого легированного слоя 9 составляет 1,40-2,85 мм (см. таблицу). Дальнейшее увеличение угла α сверх 90^о нецелесообразно, т.к. это привело бы к неоправданно большой потере легирующего материала. При указанном диапазоне величин угла α потери основного металла по толщине полуфабриката 1 существенно уменьшаются по сравнению с уровнем техники и составляют 2-3 мм.

П р и м е р. Способ осуществляли на экспериментальной установке. Односторонней поверхностной обработке подвергали полуфабрикат из стали 20 с размерами 25 х 100 х 400 мм. Легирующий материал алюминий в порошке гранулометрического состава 200-400 мкм.

Режим обработки: скорость движения полуфабриката 0,07-0,15 м/с; расход легирую- щего материала 300-500 гс/м²; расход кислорода 150-200 м³/ч; расход воздуха 15-20 м³/ч; длина струи кис- лорода 100 мм; потери основного металла по толщи- не полуфабриката 2-3 мм; содержание алюми- ния в легированном слое 5-25%
Другие параметры и сравнительные результаты поверхностной обработки приведены в таблице.

Использование: для поверхностной обработки полуфабриката для прокатного передела с целью получения защитного слоя, способного сохранять функциональные свойства в готовом прокате. Сущность: способ заключается в расплавлении поверхностного слоя движущегося полуфабриката с помощью кислородной струи и введении в ванну расплавленного металла порошкового легирующего материала посредством газовой струи. Газовую струю с легирующим материалом направляют в переднюю по ходу движения полуфабриката область ванны. Обработку ведут при начальной температуре полуфабриката 900 1350°С. Предпочтительный угол наклона кислородной струи к поверхности полуфабриката составляет 75 90°. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ПРОКАТНОГО ПЕРЕДЕЛА, включающий расплавление поверхностного слоя поступательно перемещаемого в горизонтальной плоскости полуфабриката путем подачи на его поверхность под заданным углом кислородной струи и введение в ванну расплавленного металла порошкового легирующего материала посредством газовой струи, отличающийся тем, что газовую струю с легирующим материалом направляют в переднюю по ходу движения полуфабриката область ванны, а обработку ведут при начальной температуре полуфабриката 900 1350^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол наклона кислородной струи к поверхности полуфабриката составляет 75 90^o.