ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат НИР.

В процессе холодной прокатки на непрерывных станах укрупненных рулонов со сварны­ми швами наблюдаются различного рода возмущения, которые приводят к дестабилизации процесса, ухудшению качества проката и являются причиной порывов полос. Накоплен большой опыт по прокатке полос со сварными швами из низ­коуглеродистых и углеродистых (до 0,5 % С) марок сталей. Однако, при прокатке полос из углеродистых и легированных марок сталей с повышен­ным содержанием углерода (З0Г2, 60Г,65Г, 70Г, 70, 25ХГСА, З0ХГСА, 50 ХГФА, 7ХНМ) часто возникает обрывность. Изучение условий, определяющих процесс деформирования полос со сварными соединениями, имеет большое значение для анализа причин возникновения поры­вов. Установлено, что из-за различия свойств основного металла и шва происходит мгновен­ное скачкообразное изменение натяжения. Разнотолщинность в зоне сварного шва также влияет на межклетевое натяжение. Порывы полосы во многом определяются также конструкцией свар­ного соединения.

Для исследований углеродистых и легированных ма­рок сталей с повышенным содержанием углерода была выбрана сталь 65Г, которая преобладает в сортаменте и относится к хорошо свариваемым, и проанализированы условия формирования структуры сварного шва этой стали с целью создания его оптимальной конструкции, позволяю­щей осуществлять безобрывную транспортировку бесконечной полосы через непрерывный тра­вильный агрегат и последующую прокатку на пятиклетевом непрерывном стане 630.

После сварки по традиционной технологии концов полос из стали 65Г в области шва формируется структура мартенсита или троостомартеисита, которая характеризуется высокой хрупкостью. Причем прочность наружных слоев шва выше, а внутренних - ниже, чем у основного металла. Такая конструкция сварного соединения приводит к многочисленным порывам полос в зоне шва уже на стадии транспортировки полосы через непрерывный травильный агрегат.

Для обеспечения прокатки полосы без обрывов разработана конструкция многослойного сварного шва для прочных марок сталей. Конструкция шва позволяет наружным пластичным слоям деформироваться без образования микротрещин при знакопеременных изгибах полосы вокруг многочисленных роликов в линии непрерывного травильного агрегата. Внутренние слои сварного шва обладают большей прочностью и твердостью, чем прочность и твердость основно­го металла, обеспечивая прочность всего сварного соединения при прокатке на стане. При этом интегральная прочность шва как наружных, так и внутренних слоев соизмерима с прочностью и твердостью основного металла полосы, незначительно превышая ее.

Для выполнения предложенной конструкции сварного соединения разработаны и освое­ны новые технологические режимы сварки. Предложена такая технология сварки, при которой к началу термообработки сварного шва не успевает образоваться закаленная структура мартен­сита (троостомартенсита), а начинается формирование перлитной структуры. Увели­чение динамики стыкосварочной машины исключает остывание стыка до температуры мартенситного превращения. Подогрев сварного шва начинается при температуре перлитного превращения (для стали 65Г время перлитного превращения - 5…29 с). Сразу после формирования сварного соединения с обеих поверхностей сварного шва получаются наплывы и образуется грат, который впоследствии замедляет охлаждение поверхности шва.

После окончания сварки во внутренних слоях сварного шва формируется перлитная структура с зерном 1-2 балла, имеющая высокую прочность. На поверхности из-за наличия грата остывание идет медленнее, а после подачи напряжения для проведения термообработки сварно­го шва поверхностные слои шва разогреваются быстрее. В результате на поверхности сварного шва образуется перлитная структура с зерном 5-6 баллов, имеющая меньшую твердость, чем его внутренние слои. Для повышения пластичности полос после травления их подвергают отжигу в колпаковых печах, в результате которого пластинчатый перлит в сварном шве, не изменяя бал­лов зерна, превращается в зернистый. Это повышает твердость сварного соединения.

После сварки осуществляют зачистку грата при температуре около 600°С. Причем одновременно происходит отпуск поверхности шва. Такие условия не вызывают наклепа в поверхностных слоях сварного соединения. Шов образуется с равной прочностью (твердостью) по длине и с разной твердостью (прочностью) по высоте.

В швах полос из стали 65Г, сваренных по традиционной технологии, распределение твердости носит экстремальный характер с максимумом в центре шва. При этом отклонение твердости по длине шва составляет до 35%. В случае получения многослойно­го термообработанного шва распределение твердости имеет более сглаженный вид.

Таким образом, при прокатке укрупненных полос с конструкцией многослойного шва, во время попадания в валки сварного соединения переменной толщины его поверхностные участки, имеющие повышенную прочность, начинают интенсивно деформироваться. При этом исключа­ется скачкообразное изменение натяжения. Интенсивность упрочнения центральных и поверх­ностных слоев шва различна: по мере прохождения очага деформации их характер уп­рочнения выравнивается. При прокатке в последующих клетях стана геометрические и прочно­стные свойства основного металла и металла шва сближаются.

Предложенная концепция формирования структуры сварного соединения из углероди­стых и легированных сталей при стыковой сварке непрерывным оплавлением позволила обеспе­чить безобрывную проходимость полос со сварными соединениями через непрерывный тра­вильный агрегат. Кроме того, даже при наличии значительной разнотолщинности в зоне сварно­го шва, удалось освоить практически безобрывную прокатку полос из указанных марок сталей на непрерывном пятиклетевом стане 630.