СПОСОБ НАПЫЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ЗАГОТОВКИ ДЛЯ НАГРЕВА ИХ ПОД ПРОКАТКУ И ЕГО ВАРИАНТЫ Российский патент 1997 года по МПК C23C4/00 

Изобретение относятся к металлургии и может быть использовано при нагреве феррито-перлитных сталей под последующую прокатку.

Известен способ напыления алюминиевого газотермического покрытия (ГТП) (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. Борисенок Г.В. и др. М. Металлургия, 1981, с.152-153). Однако в работе отсутствует связь между толщиной напыленного покрытия и толщиной стальной заготовим, что не обеспечивает полной защиты заготовок от окислительного воздействия высоких температур при нагреве в печи под прокатку.

Наиболее близким к предложенному способу является способ напыления алюминиевого газотермического покрытия на прямоугольные стальные заготовки [1] Однако в работе не достигается полной защиты заготовок от окислительного воздействия высоких температур при их нагреве в печи под прокатку из-за отсутствуя зависимостей толщины покрытия от толщины заготовок, расстояния между заготовками в печи и режимов последующей прокатки.

Напыление алюминиевого ГТП по известным режимам приводит к тому, что в результате нагрева под прокатку образуется обезуглероженный слой или остается слой интерметаллидов типа Fe_nAL_m после последующей прокатки.

Задачей изобретения является полная защита заготовок от окислительного воздействия высоких температур при их нагреве в печи под прокатку. При этом техническом результатом является полное устранение обезуглеророживангия поверхностного слоя стальной заготовки при ее нагреве под прокатку.

Поставленная задача достигается двумя путями. При расстоянии между узкими гранями соседних заготовок при последующем их нагреве в печи S > H₃ покрытие напыляют на продольные грани заготовки толщиной, определяемой из соотношения

По второму варианту при расстоянии межу узкими гранями соседних заготовок при последующем нагреве в печи 1/3 H₃≅S≅H₃ покрытие напыляют на широкие продольные грани заготовки толщиной, определяемой из соотношения

а на узкие продольные грани заготовки покрытие напыляют толщиной, определяемой из зависимостей

где H_n толщина покрытия, мм;
H₃ толщина заготовки, мм;
λ вытяжка заготовки при последующей прокатке;
S расстояние между узкими гранями соседних заготовок при нагреве в печи, мм;
H_пу -толщина покрытия на узких продольных гранях, мм.

Температуру нагрева заготовок с покрытием для определения толщины напыляемого покрытия выбирают в интервале 1000-124^oC, а коэффициент вытяжки в интервале 3-0-17,0.

Напыление алюминиевого газотермического покрытия заготовки позволяет сформировать слой, который, превращаясь в окислы алюминия и интерметаллиды при нагреве в интервале температур 1000-1240^oC, способен защитить поверхностный слой стали от окислительного воздействия высоких температур, что обеспечивает полное устранение его обезуглероживания.

Поскольку горелки в нагревательных печах расположены сверху и снизу, а заготовки поступают в печь параллельно друг другу на широких продольных гранях, то преимущественно эти грани подвержены воздействую излучения. Влияние излучения на узкие продольные грани заготовок (боковые грани) определяются расстоянием между ними (S). Если S больше толщины заготовки (Н₃), то все продольные грани в одинаковой степени подвержены воздействию излучения. В этом случае на продольные грани заготовки напыляют покрытие толщиной, определяемой по неравенству (1). На поперечные грани заготовки (торцевые грани) не напыляют покрытые, т.к. их обрезают после прокатки.

Напыление алюминиевого ГТП на продольные грани заготовки толщиной, меньшей определяемой по неравенству (1), приводит к недостаточности защитных свойств образовавшихся окисного интерметаллидного слоев и образованию обезуглероженного поверхностного слоя заготовки.

Напыление алюминиевого ГТП на продольные грани заготовки толщиной, большей определяемой по неравенству (1), приводит к тому, что в результате нагрева на напыленных гранях заготовки образуется интерметаллидный слой больше требуемой толщины, который частично останется и после прокатки, что приведет к отклонению свойств поверхностного слоя раската от ГОСТов.

Исследованиями установлено, что отсутствие обезуглероженного слоя в результате нагрева в печи под прокатку обеспечивает его отсутствие и в результате прокатки. В процессе прокатки происходит разрушение окисного слоя алюминия и уменьшение интерметаллидного я, в результате чего он полностью или частично исчезает.

Если 1/3 H₃≅S≅H₃, то узкие продольные грани подвержены воздействию излучения пропорционально расстоянию между заготовками. Расстояние S<1/3•H₃ не практикуется из-за конструктивных особенностей задающих устройств печей. В этом случае покрытие напыляют на широкие продольные грани толщиной, определяемой по неравенству (1), а на узкие продольные грани по неравенствам (2).

Напыление алюминиевого покрытия на узкие продольные грани заготовки толщиной, меньшей определяемой по неравенствам (2), также приведет к образованию обезуглероженного поверхностного слоя заготовки.

Напыление алюминиевого ГТП на узкие продольные грани заготовки толщиной, большей определяемой по первому неравенству (2), также приведет к образованию интерметаллидного слоя больше требуемой толщины, который частично останется и после прокатки.

Толщину заготовок принимали равной 100 -400 мм, что соответствует реальным величинам, принимаемым в мировой практике.

Неравенства для толщины покрытия (1), (2) были получены на основании экспериментальных результатов.

На стальные заготовки напыляли алюминиевое ГТП. Чем толще заготовки, тем требуется больше время для их нагрева под прокатку, чем толще напыляли покрытие для их защиты. Покрытие напыляли толщиной не менее 0,05 мм, т.к. в противном случае имела место несплошность покрытия, что привело к образованию обезуглероженного слоя. Далее заготовки нагревали в печи с температурами 1000.1240^oC и проводили последующую прокатку с вытяжками 3 17. Поскольку толщина интерметаллидного слоя зависит от вытяжки при прокатке, в правые части неравенств (1), (2) введена l. Параметры эксперимента представлены в таблице. Для каждого случая заготовок после прокатки были изготовлены шлифы, по которым исследовали структуру поверхностного слоя стали. В результате математической обработки приведенных экспериментальных данных получили неравенство (1), (2). При получении первого неравенства (2) исходили из экспериментальных результатов, таких как следует напылять покрытие на узкие грани толщиной, равной толщине покрытия на широких гранях при S=Н₃, и толщиной, равной половине толщины покрытия на широких гранях при S=1/3•H₃.

Пример 1. На часть плавки в количестве 10 шт непрерывнолитых заготовок из стали ШХ15 сечением 300х360 мм алюминиевое ГТП металлизатором ЭМ-14, причем напыляли модельные грани. Постольку расстояние между заготовками в печи нагрева составило 100 мм, а вытяжка при прокатке на трубную заготовку ⊘ 122 мм составила

где F_о, F площади поперечного сечения до и после прокатки соответственно, мм², то на широкие продольные грани заготовки согласно неравенству (1) следует напылять покрытие толщиной

0,18 ≅ H_п ≅ 0,263, мм,
а на узкие грани согласно первому неравенству (2)

0,09 ≅ H_пу ≅ 0,132, мм
Покрытие напыляли на широкие продольные грани толщиной 0,2 мм, а на узкие 0,1 мм.

Нагрев производили в печи при температурах, изменяющихся по зонам, в интервале 1000 1240^oС в течение 5,5 ч. Далее заготовки прокатывали на дуо-реверсивном стане 1000 и на крупносортнозаготовочном стане 700 на трубные заготовки диаметром 122 мм.

Из заготовок вырезали образцы, из которых изготовили шлифы, на которых исследовали структуру поверхностного слоя раската. Установили полное отсутствие обезуглероженного и интерметаллидного слоев.

Напыление алюминиевого ГТП толщиной, определяемой по неравенствам (1), (2), позволяет в результате нагрева под прокатку полностью устранить обезуглероженный и интерметаллидный слой.

Пример 2. На часть плавки из непрерывнолитых заготовок из стали ШХ-15 сечением 300х360 мм напыляли алюминиевое ГТП аналогично примеру 1. Отличие заключалось в том, что покрытые напыляли на широкие продольные грани толщиной 0,14 мм, а на узкие 0,06 мм. Далее заготовки подвергали нагреву и прокатке аналогично примеру 1. В результате исследования поверхностного слоя раската установили обезуглероженный слой толщиной 0,12 мм.

Напыление алюминиевого ГТП толщиной, меньшей чем по неравенствам (1), (2), приводит в результате нагрева под прокатку к образованию обезуглероженного слоя.

Пример 3. На часть планки из непрерывнолитых заготовок из стали ШХ 15 сечением 300х360 мм напыляли алюминиевое ГТП аналогично примеру 1. Отличие заключалось в том, что покрытие напыляли па широкое продольные грани толщиной 0,28 мм, а на узкие 0,15 мм. Далее заготовки подвергали нагреву и прокатке аналогично примеру 1. В результате исследований поверхностного слоя раската установили интерметаллидный слой толщиной 0,07 мм.

Напыление алюминиевого ГТП толщиной, большей чем по неравенствам (1), (2), проводит в результате нагрева под прокатку к образованию интерметаллидного слоя, который частично остается после прокатки.

Изобретение относится к способам напыления алюминиевого газотермического покрытия на прямоугольные заготовки для нагрева их под прокатку и служит для защиты заготовок от окисления при нагреве их в печи. В зависимости от расстояния между узкими гранями соседних заготовок в печи толщину напыляемого покрытия определяют по одной из предложенных зависимостей. 2 с и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ напыления алюминиевого газотермического покрытия на прямоугольные заготовки для нагрева их под прокатку, отличающийся тем, что при расстоянии между узкими гранями соседних заготовок при последующем нагреве в печи S > H_З покрытие напыляют на продольные грани заготовки толщиной, определяемой из следующего соотношения:

где Н_п толщина покрытия, мм;
Н_з толщина заготовки, мм;
λ вытяжка заготовки при последующей прокатке;
S расстояние между узкими гранями соседних заготовок при нагреве в печи, мм;
2. Способ напыления алюминиевого газотермического покрытия на прямоугольные заготовки для нагрева их под прокатку, отличающийся тем, что при расстоянии между узкими гранями соседних заготовок при последующем нагреве в печи 1/3Н_з ≅ S ≅ Н_з покрытие напыляют на широкие продольные грани заготовки толщиной, определяемой из соотношения

а на узкие продольные грани заготовки покрытие напыляют толщиной, определяемой из следующих зависимостей:

Н_п.у ≥ 0,05 мм,
где Н_п.у толщина покрытия на узких продольных гранях, мм;
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температуру нагрева заготовок с покрытием для определения толщины напыляемого покрытия выбирают в интервале 1000 1240^oС. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что коэффициент вытяжки для определения толщины напыляемого покрытия выбирают в интервале 3 17.