Производство полосовой и листовой стали
Василев Я.Д., Сафьян М.М.
Киев: Вища школа, 1976 г.
ПРОИЗВОДСТВО БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И ЛИСТОВОЙ СТАЛИ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
§ 1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
И ЛИСТОВОЙ СТАЛИ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Потери черных металлов от коррозии приносят большие убытки. Например, в результате коррозии ежегодно теряется примерно 5% металла, находящегося в эксплуатации. Вследствие неудовлетворительной коррозионной стойкости металла сокращаются сроки службы конструкций и машин, увеличиваются расхода на их обслуживание. Вместе с тем интенсивное развитие современной техники требует создания и широкого применения новых конструкционных материалов, обладающих специфическими свойствами и, в частности, повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью, определенными физическими и электрическими свойствами и т. д.
Одним из эффективных путей улучшения эксплуатационных свойств листового проката и экономии металла в народнохозяйственном аспекте является повышение его коррозионной стойкости за счет применения защитных покрытий. В настоящее время применяют покрытия стальных листов оловом, цинком, алюминием, хромом, свинцом, медью, никелем, титаном и другими металлами, а также лаками и пленками из полимерных материалов. Толщина металлических покрытий листового проката, которые являются обычно двухсторонними, находится в пределах 0,1—50 мкм, полимерных — 10—350 мкм.
К числу материалов, обладающих специфическими свойствами, следует отнести также биметаллический листовой прокат — слойный материал, состоящий из двух или более металлов или сплавов. Толщина плакирующего слоя в биметаллических листах и полосах значительно больше толщины защитных покрытий и обычно составляет 5—20%, а в некоторых случаях достигает 40—50% общей толщины проката.
Биметаллический листовой прокат и листовой прокат с защитными покрытиями как прогрессивные виды конструкционных материалов, обладающие специфическими свойствами, нашли широкое применение в химическом, нефтехимическом, автотранспортном, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, в судостроении и приборостроении, в строительстве, радиоэлектронике и инструментальной промышленности, при производстве предметов домашнего обихода, при изготовлении консервной тары, при производстве машин, аппаратов и емкостей для пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, для коммунального хозяйства и для других отраслей народного хозяйства.
Технико-экономическая целесообразность применения биметаллического листового проката и листовой стали с защитными покрытиями заключается в том, что за счет определенного сочетания различных металлов и сплавов в указанных видах проката удается объединить нужные эксплуатационные свойства его компонентов, а в ряде случаев получить специфические свойства, которыми не обладают отдельно взятые металлы или сплавы. Кроме того, применение биметаллической листовой стали и листового проката с защитными покрытиями дает значительную экономию дорогостоящих и дефицитных металлов и сплавов при одновременном увеличении прочности или снижении массы конструкций.
Если при производстве 1 т однослойного (обычного) толстолистового проката из нержавеющей стали расходуется 1,4— 1,6 т металла в слитках, то при прокатке 1 т биметаллического коррозионно-стойкого листа тех же размеров расходуется не более 0,5 т нержавеющей стали в слитках. Экономия коррозионно-стойкой стали в слитках на I т готового листа в этом случае составляет около 70%. Вследствие экономии нержавеющей стали стоимость 1 т коррозионностойких биметаллических листов, несмотря на некоторое усложнение технологии, ниже стоимости соответствующих однослойных листов на 30—60%.
Замена медных листов стальными, плакированными медью, позволяет экономить 50—70% меди.
Применение двухслойной инструментальной стали вместо однослойной наряду с повышением эксплуатационных свойств режущих инструментов снижает трудоемкость изготовления их на 20— 30% и позволяет экономить значительное количество инструментальной стали. Например, двухслойная инструментальная сталь с плакирующим слоем из сталей марок Р9 и Ρ18 дешевле однослойной в 5—6 раз.
Стоимость листовой стали с защитными покрытиями во всех случаях выше стоимости листового проката из углеродистых марок сталей без защитных покрытий, что объясняется установкой дополнительного специализированного оборудования для нанесения защитных покрытий, дополнительными расходами по переделу и применением в качестве защитных покрытий более дорогих и дефицитных Металлов. Однако, несмотря на более высокую стоимость, применение листовой стали с защитными покрытиями технически целесообразно и экономически выгодно, так как сроки службы конструкции и машин, изготовленных из такой стали, во много раз выше сроков службы конструкций и машин, изготовленных из незащищенного углеродистого листового проката.
Накопленный опыт показывает, что экономический эффект вследствие применения биметаллической листовой стали и листового проката с защитными покрытиями весьма значителен, поэтому капитальные затраты па организацию их производства окупаются обычно в первые же годы.
2. ПРОИЗВОДСТВО БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ И ПОЛОС
Биметаллом называют двухслойный материал, который состоит из двух различных металлов или сплавов, прочно соединенных между собой по всей плоскости соприкосновения, и представляет собой единое монолитное целое. Многослойные материалы, состоящие из трех или более слоев различных металлов и сплавов, принципиально не отличаются от двухслойного биметалла и для упрощения терминологии их условно также называют биметаллами.
Биметаллы по своему применению могут быть условно разделены на коррозионностойкие, антифрикционные, износостойкие, инструментальные, самозатачивающиеся, контактные, термобиметаллы и др.
Коррозионностойкий . биметаллический листовой прокат в большинстве случаев в качестве основы имеет углеродистую или низколегированную сталь, а в качестве плакирующего слоя — коррозионностойкие стали, медные и никелевые сплавы, медь, никель, титан, алюминий и некоторые другие металлы и сплавы. Основной характеристикой коррозионностойкого биметалла является его устойчивость в различных агрессивных средах. Толщина листов 4— 160 мм, ширина до 2400 мм, толщина плакирующего слоя 5—25%.
Антифрикционные биметаллы толщиной 2,2—6,2 мм применяются при изготовлении вкладышей подшипников и представляют собой узкие стальные ленты, покрытые антифрикционными сплавами на основе алюминия. Толщина плакирующего слоя составляет 25 — 45%.
Инструментальные и износостойкие биметаллы применяются для изготовления режущего инструмента деревообрабатывающих, кожевенных, бумагорежущих машин и для других инструментов. В этом случае основа биметалла представляет углеродистую сталь, обладающую высокой вязкостью, а плакирующий слой (режущая часть) — из высоколегированной закаливаемой инструментальной стали или твердых сплавов. Толщина листов 2,5—20,0 мм, ширина 200— 600 мм, толщина плакирующего слоя около 30%.
Примером износостойкого биметалла является трехслойный лист, из которого изготовляют отвалы плугов (ГОСТ 6765—53). Средний слой представляет собой основу из мягкой углеродистой стали, наружные (плакирующие) слои — из износостойкой стали. Симметричное расположение слоев необходимо для устранения коробления отвала плуга при термической обработке. Толщина выпускаемых трехслойных листов 5, 6 и 7 мм, ширина 380—400 и 1100 мм, толщина основного слоя не менее 30% от общей толщины листа.
Различная износостойкость биметалла, применяемого для изготовления лемехов в почвообрабатывающих сельскохозяйственных машинах, помимо увеличения срока службы обеспечивает также получение нового свойства — самозатачивание лемеха в процессе работы.
Для электровакуумной промышленности прокатывают стальную ленту шириной 80—100 мм с двухсторонним покрытием чистым никелем или алюминием. Толщина лент - 0,10—0,50 мм, толщина каждого плакирующего слоя — 6—12% от общей толщины.
В последние годы освоено производство тонколистовой стали, плакированной алюминием, для глубокой вытяжки.
Такой биметалл применяется в автомобильном, авиационном, химическом и нефтяном машиностроении.