Плющение стальной ленты
Песин А.М., Салганик В.М., Куранов К.Ю.
Магнитогорск, 2004 г.
3.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЮЩЕНОЙ ЛЕНТЫ ОБШЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.2.1. Изготовление термообработанной ленты [1, 6]
Требуемые механические свойства термообработанной ленты достигаются ее закалкой и отпуском на готовом размере. Материалом для такой ленты служат стали 50, 60Г, УГА-У12А, 60С2А, 70С2ХА. Толщина ленты составляет 0,15-1,5 мм, ширина - 2,5-5,5 мм; максимальное поперечное сечение не превышает 8 мм2. Закалка ленты большого сечения нежелательна из-за низкой производительности закалочных аппаратов, неприспособленности намоточных устройств закалочных агрегатов и полировальных станков к намотке ленты крупных сечений. Закалка и отпуск ленты осуществляется на закалочно-отпускных агрегатах, состоящих из нагревательной печи, закалочной ванны, отпускной печи и размоточно -намоточных устройств.
Ленту перед закалкой нагревают электротоком с помощью спиралей, расположенных под муфелями из жаростойкой стали. Обычно муфели трубчатые, через каждый из которых проходит лента по одной нитке. Применяют и коробчатые муфели, через которые проходят все нитки ленты. Для предохранения поверхности ленты от окисления используют защитный газ - диссоциированный аммиак, подаваемый в муфели. При отсутствии защитной атмосферы ленту перед нагревом смачивают керосином, который, сгорая, способствует уменьшению слоя окалины. При эксплуатации печей наблюдается постепенное их закоксовывание продуктами сгорания масла, имеющегося на ленте после прокатки, или керосина. Для восстановления теплообмена в печи муфели периодически продувают сжатым воздухом.
Использую два способа закалки ленты: прямую (в масле) и ступенчатую. Прямая закалка осуществляется в масляной ванне с принудительной циркуляцией и охлаждением масла (вазелинового или цилиндрового). После закалочной ванны лента проходит через ванны с щелочными растворами и холодной водой.
При ступенчатой закалке нагретая лента поступает в ванну переохлаждения с расплавом, содержащим 83-92 % Рb и 8-17 % Sb. Температура расплава 270-320°С. Длительность пребывания ленты в этом расплаве не превышает периода устойчивого состояния аустенита. При этом происходит переохлаждение аустенита; который после выхода ленты из ванны распадается частично на воздухе, а частично в ванне с проточной водой. Такая закалка обеспечивает более оптимальное сочетание прочностных, вязких и упругих свойств ленты, чем прямая закалка.
Отпуск ленты производится в трубчатых муфелях - в защитной атмосфере или в расплаве свинца. Отпуск в расплаве свинца предпочтительнее, так как при этом легче обеспечить равномерность свойств ленты как по длине рулона, так и между отдельными нитками по ширине печи.
Ленту протягивают через агрегат вытяжными устройствами с обрезиненными барабанами, скорость вращения которых синхронизированы со скоростью вращения катушек при намотке. При большой длине закалочной печи (около 6м), высокой температуре нагрева и малом сечении ленты может происходить пластическое растяжение ее отдельных участков. Во избежание этого приходится с уменьшением сечения ленты снижать вес катушек на размотке.
Правку ленту растяжением в нагревательной печи используют иногда для уменьшения ребровой кривизны ленты, возникающей при прокатке. В этом случае закалку проводят даже тогда, когда она является технологически неизбежной с точки зрения получения определенных механических свойств, например при производстве бердной ленты, ленты для пластинчатых галев ткацких станков.
При наличии шероховатости на кромках ленты после ее закалки с отпуском их шлифуют. Лента при этом проходит между двумя рядами абразивных кругов. Число проходов зависит от глубины дефектов на кромках. При шлифовке обычно снимают слой металла в несколько сотых миллиметра. При использовании эджерных клетей для обработки кромок ленты необходимость в этой операции отпадает. При шлифовке возможно образование мартенситных участков и прижогов на кромках. Это приводит к резкому снижению числа знакопеременных изгибов ленты особенно высокопрочной. Для устранения хрупкости ленты иногда после шлифовки проводят ее повторную закалку с отпуском. Такая термообработка бывает необходима и для исправления некоторых других видов брака (грубозернистость, низкая прочность и пр.).
Для удаления окалины и отделки поверхности ленту полируют. При этом лента с разматывателя проходит через резиновые валики, которыми наносится на нее паста из карбида кремния и масла. Далее она проходит со скоростью 14-20 м/мин в несколько ниток одновременно через кабины с металлическими щетками, вращающимися против ее хода. После полировки (венской известью при помощи фетровых лопастей и матерчатых валиков) поверхность ленты становится блестящей. Венскую известь готовят гашением извести с содержанием окисей кальция и магния не ниже 90%; полученный порошок не должен содержать крупных частиц кремнезема, топливных остатков и других включений; цвет порошка белый или с розоватым оттенком. В линии полировки имеется приспособление для смазывания ленты.
Полированную ленту подвергают колоризации - низкотемпературному нагреву с целью получения на ее поверхности окисной пленки ровного, однотонного цвета, что улучшает товарный вид продукции. Толщина и цвет пленки зависят от температуры и длительности выдержки при колоризации. Так, при нагреве ленты (в шахтной печи) до 220 С в течение 1-2 ч цвет поверхности получается от желто-соломенного до коричневого, при повышении температуры цвет становится более темным - до синего.
В одном из строящихся цехов для производства поршневой ленты предусмотрена колоризация в протяжных печах. Наличие ровной пленки окислов повышает коррозионную стойкость ленты. При колоризации несколько возрастает временное сопротивление (на 1-5 кг/мм2) и угол пружинности ленты.
Особый вид термообработанной продукции представляет собой повторнокатаная лента.
ПОВТОРНОКАТАНАЯ ПРУЖИННАЯ ПЛЮЩЕНАЯ ЛЕНТА
На метизных заводах распространены два способа изготовления пружинной плющеной ленты: наклеп - отпуск и закалка - отпуск. По первому способу предусматривается плющение ленты из патентирован-ной проволоки с последующим низкотемпературным деформационным старением в интервале 200-250°С. Лента, изготовленная этим способом, при высоких значениях прочности имеет пониженный угол пружинности, что оказывает влияние и на низкое значение крутящего момента пружины. Способ закалка - отпуск дает более высокие значения угла пружинности и крутящего момента, но, как подтверждает практика, обеспечить сочетание высоких значений и упругих, и пластических свойств способом закалка - отпуск затруднительно [45], Изготовление повторнокатаных лент по указанной схеме позволяет достигнуть только лишь норм по временному сопротивлению разрыву; упругие же свойства металла при этом очень низки [46].
Исследования, проведенные НИИметизом совместно с Ленинградским сталепрокатным заводом, показали, что сочетание высоких прочностных, упругих и пластических свойств может быть достигнуто методом холодной прокатки предварительно закаленной ленты по схеме: "закалка с отпуском холоднокатаной заготовки — холодная прокатка — низкотемпературный отпуск". Совместно с Ленинградским сталепрокатным заводом была разработана технология изготовления таких лент и были построены номограммы для определения степени обжатия и временного сопротивления разрыву закаленной ленты, обеспечивающих получение заданных механических свойств повторнокатаной ленты. При изготовлении повторнокатаной пружинной ленты размером 0,36x5,0x300 мм из стали 70С2ХА для получения оптимальных механических свойств рекомендуется температура нагрева под закалку 880-900°С и температура отпуска после прокатки 230-250°С [45].
В работах [46, 47] были исследованы механические свойства закаленной ленты после последующей ее прокатки и отпуска из сталей, наиболее широко применяемых для изготовления пружинных изделий (У8А, У10А, 65Г и 70). Установлено, что значение σΒ в состоянии после прокатки увеличивается с ростом обжатия, а после низкотемпературного отпуска возрастает еще на 5-10%. Предел упругости ленты после прокатки с ростом обжатия уменьшается, достигая минимума при £ =15-20%, а затем снова начинает возрастать; после низкотемпературного отпуска значение σ0.02 резко увеличивается, причем его увеличение отмечается во всем исследованном диапазоне обжатий. При прокатке с обжатием 70% и последующем низкотемпературном отпуске у лент, имеющих в исходном состоянии временное сопротивление разрыву около 200 кгс/мм , достигается его повышение до 300 кгс/мм2. Аналогичный характер зависимостей сохраняется и для стали У8А и У10А при всех значениях исходного временного сопротивления разрыву после закалки ленты. По твердости получены следующие данные. С ростом обжатия твердость закаленной ленты имеет тенденцию к увеличению, но весьма слабо выраженную. При суммарном обжатии £·=70% твердость увеличивается всего на 2-4 единицы HRC. Низкотемпературный отпуск приводит к дополнительному увеличению твердости еще на 1-3 единицы HRC во всем исследованном диапазоне обжатий.
В работе [47] при обработке экспериментальных данных получены номограммы, по которым можно рассчитать конечные значения σΒ и σ002 по их исходной величине и суммарному обжатию при прокатке
для сталей У10А и 65Г. Чтобы оценить возможности использования полученных результатов в условиях, отличающихся от экспериментальных, изучили влияние на механические свойства ленты ее начальной толщины и числа проходов при прокатке. Проверка показала, что оба эти фактора практически не сказываются; механические свойства повторнокатаной ленты определяются только ее исходными свойствами после закалки и величиной суммарного обжатия при прокатке. Оценили изменение меха-'нических свойств ленты во время ее транспортировки и хранения на складах. После заключительного низкотемпературного отпуска естественное старение не оказывает влияния на механические свойства ленты.
НИИметизом совместно с Ленинградским сталепрокатным заводом разработана и внедрена технологическая схема изготовления ленты размером 0,25x3,0 мм из стали марки 70С2ХА способом прокатки предварительно закаленной ленты — подката (способ повторной прокатки) взамен способа "наклеп - отпуск", не обеспечивающего стабильность качества проволоки (заготовки и плющеной ленты) вследствие высокой суммарной степени деформации при волочении (90%) и последующем плющении (70%) и приводящего к образованию трещин на кромках ленты [48].