ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Разработана и освоена новая технология сварки и термической обработки сварных соединений концов полос для укрупнения рулонов из углеродистых и легированных марок сталей на существующем оборудовании.

Для изготовления холоднокатаной ленты используют агрегат укрупнения и продольного роспуска рулонов (АУР), непрерывный травильный агрегат (НТА) и непрерывный пятиклетевой прокатный стан холодной прокатки 630. Весь горячекатаный подкат подвергается контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением на сварном комплексе Л-1700М в линии АУР и на стыкосварочном комплексе КСО-3201, установленном в головной части НТА.

Традиционная технология сварки полос из малоуглеродистых сталей включает: подготовку концов стыкуемых полос и их размещение в электродах сварочной машины; оплавление металла и осадку под током с образованием грата; зачистку шва резцом гратоснимателя; при необходимости термическую обработку шва. Такая технология для углеродистых и легированных сталей с повышенным содержанием углерода не позволяет получать качественные сварные швы и приводит к их многочисленным порывам на стадии транспортировки полос через травильную линию или при прокатке на стане. Были изучены условия получения качественного сварного соединения на характерных для цеха ленты легированных сталях 65Г, З0ХГСА и 7ХНМ.

Чтобы металл не рвался по сварному шву при транспортировке его через НТА и при прокатке на стане, свойства сварного соединения и основного металла должны отличаться незначительно. При этом швы должны иметь равную с металлом прочность и одинаковые пластические и усталостные свойства, а также стойкость против хрупкого разрушения.

Трудности сварки полос из углеродистых и легированных марок сталей связаны со структурными превращениями металла в зоне стыка. Температура минимальной устойчивости аустенита углеродистых сталей близка к 550-600°С. Бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит происходит быстро. При этом мартенсит представляет структуру пересыщенного твердого раствора внедрения углерода вa-железо. Температура этого превращения практически мало зависит от скорости охлаждения и для стали с 0,4 % С составляет 320°С. Пластическая деформация металла, нагретого выше точки мартенситного превращения, оказывает значительное влияние на последующее превращение и может повышать температуру начала образования мартенсита. Известно, что у перлитной стали кристаллизация слоя расплава толщиной 0,1-0,2 мм происходит за 0,02-0,04 с. Следовательно, время появления окисных пленок на расплаве соизмеримо с периодом тока промышленной частоты. Установлено, что при содержании углерода в стали более 0,6 % уже при средней скорости оплавления (около 1 мм/с) в стыке отсутствуют дефекты типа окисных участков.

Сталь 65Г относится к хорошо свариваемым и закаливаемым. Режимы сварки полос из нее аналогичны режимам для малоуглеродистых сталей при условии предупреждения появления окисных пленок. К таким условиям относятся устойчивое непрерывное оплавление достаточной интенсивности стыков полос и последующая их быстрая осадка, чтобы к моменту полного закрытия зазора между свариваемыми торцами их температура была выше, чем плавление оксидов. Полученные швы имеют закаленную структуру (троостомартенситную или мартенситную). Полосы с такими швами непригодны даже для транспортировки, поэтому для стали 65Г необходима термическая обработка сварных соединений.

Исследования показали, что закалка стыка полос из стали 65Г и его последующий отпуск неприемлемы. Это объясняется тем, что после охлаждения шва ниже точки мартенситного превращения весьма трудно обеспечить достаточную равномерность его нагрева по длине, а для распада образовавшегося мартенсита требуются длительные выдержки при нагреве, что резко снижает производительность непрерывного травильного агрегата. Для проведения термической обработки применили перлитное превращение в зоне сварного шва, которое завершается полным распадом аустенита на феррит и цементит. Пластическая деформация ускоряет скорость распада аустенита в перлитной области, что благоприятно для деформации сварных соединений при холодной прокатке.

Испытания на прочность сварных соединений полос из стали 65Г позволили определить оптимальный режим их термической обработки: температура нагрева - 600…700°С; время изотермической выдержки - 5…30 с; скорость охлаждения - 4…6°C/c.При сварке углеродистых сталей и стали 65Г их выдерживают под током осадки в течение 0,3 - 0,6 с. Разработанный режим термической обработки сварного соединения позволил получить в стыке сербитообразный перлит с максимальной твердостью 220-350HV,что незначительно превышает твердость полосы.

Для получения качественного шва при сварке стали З0ХГСА продолжительность выдержки под током осадки увеличивается до 1-10 с. Такая длительная выдержка требует варьирования величины тока, чтобы избежать перегрева и расплавления зоны шва. Для этого переоборудовали блок термической обработки, что позволило сделать процесс управляемым. После перехвата электродов (перед зачисткой грата) режим термообработки аналогичен режиму для стали 65Г.

Для стали 7ХНМ предложено проводить управляемую специальную термическую обработку - термоциклирование, которое обеспечивает равномерный по ширине прогрев шва и исключает перегрев в зоне стыка. В процессе оплавления выдержка под током продолжается до 10 с. Затем, до перехвата электродов, проводят термоциклирование, при котором варьируют время импульса тока от 0,2-0,4 (высокая плотность тока) до 0,6-0,9 с (низкая). Величину тока выбирают таким образом, чтобы обеспечить устойчивую равномерную температуру шва по длине для завершения перлитного превращения в зоне стыка. Согласно разработанной технологии сразу после сварки проводят специальную термическую обработку продолжительностью до 300 с и после перехвата электродов - дополнительную - до 200 с. В процессе термической обработки шва удается выдерживать требуемый уровень температуры по его длине.