Обеспечение удаления окалины с поверхности катанки перед волочением (статья)

 Существует  дифференциация температур виткообразования на линии Stelmor для химического и механического удаления окалины с поверхности катанки перед ее волочением. В основном для механического удаления окалины предлагается более высокая температура (-900 °С), а для химического способа -более низкая температура (-850 °С). Однако следует иметь в виду погрешность пирометров, которая предопределяет некоторые колебания этих температур как в большую, так и в меньшую стороны. Так, например, в условиях СЗАО «ММЗ» [4, 5] оптимальной температурой виткообразования для катанки как из низко-, так и из высокоуглеродистых марок стали, предназначенной для механического удаления окалины, является температура -950 °С. При этой температуре формируется однородная окалина, практически на 100% состоящая из вюстита (FeO), который имеет минимальную адгезию к поверхности металлоосновы и наилучшим образом (полностью) удаляется механическим способом.

Для сохранения в процессе охлаждения металла после виткообразования на линии Stelmor вюститной составляющей и предотвращения ее распада на магнетит (Fe3O4), обладающий высокой адгезией к металлооснове и соответственно плохой способностью к удалению с поверхности катанки, внедрена технология ускоренного охлаждения металла вентиляторным воздухом в диапазоне температур 570...400 °С. И даже для катанки сварочного назначения из низкоуглеродистой легированной кремнемарганце-вой стали типа Св-08Г2С [5], для которой не применяется ускоренное вентиляторное охлаждение в температурном диапазоне распада вюстита (570...400 °С), при хорошей системе механического окалиноудаления обеспечивается удовлетворительное удаление окалины с формированием светлой металлической поверхности катанки перед волочением, что обеспечивает получения блестящей поверхности омедненной проволоки из такой катанки.
Вышеуказанный технологический режим двустадииного охлаждения углеродистой катанки на линии Stelmor (температура виткообразования - tв/у -950 °С, блоки струйного охлаждения - БСО: - 4...6 шт. · 600...800 мин1 и до 6 ·1480 мин1 для различных диаметров катанки [6]) обеспечивал также и удовлетворительную стравливаемость окалины с поверхности катанки. Однако, по заявлениям некоторых потребителей, травление такой катанки периодически проходит неудовлетворительно. Так, наблюдается бурление травильной ванны, что можно связать с выделением водорода при перетраве. Возможно и неполное удаление окалины, что предположительно обусловлено разным составом окалины (FeO + Fe3O4, хотя это исключается технологией на линии Stelmor). Происходит также частичное осыпание окалины по периметру катанки при погрузочно-разгрузочных и транспортных работах за счет относительно большей толщины вюститной окалины, сформированной при 950 °С. Это обусловливает разную травимость окалины с элементами пере-/недотрава и появлением так называемых бластеров - пузыристой окалины.
С другой стороны, неудовлетворительное удаление окалины может быть обусловлено и неэффективной технологией на метизном предприятии: применение для садочного травления катанки отработанных травильных растворов, например, с термотравильных агрегатов непрерывного действия при наличии в них индустриального масла.
Поэтому способность к стравливанию у магнетита значительно хуже, чем у вюстита. Это подтверждается иллюстрациями (рис. 2-4), на которых видно, что участки металла имеют разное время травления окалины и поэтому наблюдается неполное ее удаление.
Такое загрязнение травильного раствора обусловливает несмачивание поверхности катанки кислотой со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.
Несмотря на то что в целом у большинства потребителей катанки химическое удаление окалины идет удовлетворительно, возникла необходимость исследовать технологические особенности двустадийного охлаждения для обеспечения наилучшего стравливания окалины.
В основном это связано с оптимизацией температуры виткооб-разования, так как просматривается четкая зависимость, что с уменьшением этой температуры снижается толщина окалины и увеличивается ее плотность и адгезия к металлооснове. Также оптимизация температуры позволяет формировать плотный слой окалины без участков с осыпанием и бластеров и обеспечить быстрое прохождение при охлаждении неблагоприятного температурного диапазона (570...400 °С). Тем самым формируется оптимальный химический состав окалины, состоящий из вюстита (FeO) без наличия на границе раздела окалина-металлооснова магнетита (Fe3О4) и гематита (Fe2О3). Последние два окисла железа могут располагаться с внешней стороны от металлоос-новы и вюстита.
Недостатком более низкой температуры виткообразования является ухудшение товарного вида катанки, так как во внешних поверхностных слоях образуется пылевидный налет ржаво-коричневого цвета, состоящий из гематита (Fe2O3). Это явление в ряде случаев настораживает потребителей, вводя их в заблуждение, что металл якобы прокорродиро-ван.
Ниже приводятся результаты исследования химического удаления окалины при различных температурах виткообразования как для низко-, так и для высокоуглеродистой катанки. В ряде случаев на поверхности катанки наблюдаются темные или cветлые «пятна» (рис.1), которые выглядят как нарушение сплошности слоя окалины по периметру катанки и могут обусловить ошибки при выборе технологии удаления окалины.
На метизных предприятиях «пятнистость» окалины воспринимают как  наличие окалины разной травимости, различной степени адгезии к поверхности катанки и поэтому начинают бороться с ней, пытаясь вытравить эти «пятна», вследствие чего перерасходуют кислоту, ингибиторы, увеличивают время травления. По этой же причине происходит перетрав [7] металлической части поверхности катанки, при котором выделяется водород, вызывающий бурление кислотной ванны. Также увеличивается количество шлама - продуктов травления окалины и охрупчивается металл (водородная хрупкость). Пятнообразова-ние на поверхности катанки может быть обусловлено следующими причинами.
1. Разложение вюстита (FеО) при медленном охлаждении в диапазоне температур 570...400 °С на магнетит (Fе3O4) и железо (Fе): 4FеО = Fе3O4 + Fе. В этом случае Fе3O4 выделяется попеременно с FeO на границе раздела металло-основа-окалина и имеет большую адгезию к поверхности катанки, чем вюстит. «Выпотевание» меди и нике
ля [8], когда создается микро рельеф на поверхности катанки, что, однако, не влияет на процессы удаления окалины, а обусловливает разный уровень отражения света от поверхности и проявление «пятнистости» поверхности (рис. 5). Это явление повышает шероховатость поверхности катанки и способствует улучшению
окалиноудаления.
Атмосферная или иная неравномерно распределенная по периметру поперечного сечения катанки коррозия, в том числе питтинговая.
4.         Наличие в поверхностных внешних слоях окалины гематита в виде тончайшей мелко дисперсной пудры рыже-ржавого цвета,    которая    неравномерно распределяется на поверхности катанки, но легко удаляется.
Зачастую наблюдаются «пятна» и до, и после травления окалины, особенно при высоких значениях температуры виткообразования (te/y). До удаления окалины «пятна» образуют участки осыпавшейся окалины. «Пятна» иногда образуют пленку, в ряде случаев из «выпотевших» Си, Ni, Cr (иногда Si), которая механически хорошо разрушается, но плохо удаляется при травлении. Так как в металлографических исследованиях применяется достаточно сильное травление, то зачастую «выпотевание» примесей цветных металлов не обнаруживают.
Однако на внутренней поверхности окалины эти элементы присутствуют, что вполне объяснимо: «выпотевание» наблюдается на границе раздела окалина-метал-лооснова.
В ряде случаев локальное повышение этих элементов на катанке достигает -10% для Cu, ~5%для Ni, -2 % для Cr.
В процессе исследований варьировалась температура виткообразования в диапазоне 700... 1050 °С через 50 °С, а также интенсивность воздушного охлаждения БСО (от их полного отключения до 6 БСОх 1000 мин1) и время термостатирования под теплоизолирующими крышками при скорости роликового транспортера в диапазоне от 0,2-0,3 до 0,3-0,4 м/с с последующей оценкой окалиноудаления с поверхности катанки в лабораторных условиях.
Кроме оценки удаляемости окалины химическим методом проведена также подобная оценка и механического способа удаления, в том числе и по методике фирмы Bekaert.
Дополнительно исследовались зависимости изменения механических свойств, структурных параметров, внешнего вида поверхности катанки от температуры раскладки витков на роликовый транспортер линии Stelmor.
Ниже приводятся результаты исследований.
На рис. 6 (а, б, в) и на рис. 7 представлена окалина на поверхности низкоуглеродистой катанки с «пятнами» оголившегося металла с ферритной структурой.
Технологический процесс дву-стадийного охлаждения этого металла на линии Stelmor - стандартный (tв/у 950 °С; БСО 4 х 600 мин1; Vтр = 0,2...0,3 м/с; теплоизолирующие крышки над БСО открыты).
В рамках изменения параметров технологии, которые в конечном итоге свелись к варьированию температуры виткообразования при стабилизации условий работы БСО (4...6 х 600...800 мин1 для низкоуглеродистой катанки), скорости транспортирования (Vтр = 0,2. ..0,3 м/с для низко- и 0,5 м/с для высокоуглеродистой катанки), положения теплоизолирующих крышек (открыты над БСО), отмечено следующее поведение прочности катанки . Для высокоуглеродистой катанки имеет место экстремальная зависимость: в диапазоне 850...900 °С - наблюдается минимум, а менее 800 °С и более 900 0С - повышающий тренд.
Причем в области более высоких температур этот тренд выражен более существенно. Это объясняется преимущественным формированием тонкодисперсного перлита при этих температурных диапазонах [9]. Однако в низкотемпературной области (750 и 700 °С) в поверхностных слоях наблюдается сорбит отпуска. Чем ниже температура виткообразования, тем больше по периметру и глубже распространяется эта неудовлетворительная для последующего волочения структурная составляющая (сорбит отпуска).
Сорбит отпуска (до 80…85% от периметра глубиной залегания до 0,13 мм) наблюдается при температурах 750 0С, а при 700 °С появляется бейнит. Для высокоуглеродистой катанки диаметром 5,5 мм из стали марки 65 с повышением tв/у от 700 до 1000 °С происходит существенное   увеличение   размера.