пластическую обработку рассматривали в ос¬новном как операцию формирования, хотя известно, что 10...20% энергии, затрачиваемой на деформацию, идет на увеличение внутрен¬ней энергии дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от этой накопленной энергии освобождались и только после этого выполняли термические операции, приводившие металл к метастабильному состоянию с высокой прочностью и вяз¬костью. Между тем совмещение пластической деформации и фазовых (структурных) превращений или их сочетание в определенной после¬довательности вызывает повышение плотности дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано для создания оптимальной структуры металла и формирования важ¬нейших свойств — прочности и вязкости. Это совмещение пластиче¬ской деформации и термического воздействия, целью которого являет¬ся формирование требуемой структуры обрабатываемого тела, называ¬ют термомеханической обработкой (ТМО).
При ТМО оба процесса — пластическая деформация и термиче¬ская обработка — могут совмещаться в одной технологической опера¬ции, но могут проводиться с разрывом по времени. Однако фазовые превращения при этом должны выполняться в условиях повышенной плотности дефектов решетки, возникающих благодаря пластической деформации металла. В условиях ТМО сочетание пластической и термической обработок для разных материалов определяется исход¬ным структурным состоянием, чувствительностью к этим воздействиям и последствиям воздействия.
ТМО стали выполняется главным образом по трем схемам: высоко¬температурная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предваритель¬ная термомеханическая обработка (ПТМО).
ВТМО — термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. Контролируемая прокатка, являясь разновидностью ВТМО, представляет собой эффективный спо¬соб повышения прочности, пластичности и вязкости низколегирован¬ных сталей. Основная идея этого вида обработки заключается в под¬боре режимов прокатки и охлаждения после прокатки, что обеспечивает получение мелкого и од¬нородного зерна в готовом прокате. Наиболее успешно это дости¬гается понижением температуры прокатки в последних трех — пяти проходах до 780...850°С при увеличении степени деформации до 15...20% и выше за проход.
НТМО заключается в нагреве стали до 1000...1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400...600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. После этого выполняется закалка на мартенсит и отпуск при 100…400°С. Этот способ применим к легированным ста¬лям.
ПТМО характерна простотой выполнения технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск, При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под за¬калку не регламентируется, что значительно упрощает технологиче¬ский процесс ПТМО.
Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеха¬ническую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде слу¬чаев важное значение как с точки зрения улучшения структуры ме¬талла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.
Прокатка металлов
Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками про¬катного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и при¬дания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки:
• про¬дольная,
• поперечная,
• поперечно-винтовая (или косая).
При продольной прокатке деформирование заготовки осу¬ществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокат¬ных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пере¬секаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном на¬правлении, а заготовка круглого се¬чения — в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие за¬готовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспе¬чиваются соответствующей профилировкой валков и изменением рас¬стояния между ними. Данным способом производят изделия, пред¬ставляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).
Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращаю¬щихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки ис¬пользуют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой за¬готовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.
Металлургическая промышленность России выпускает разнообраз¬ные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.
Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же пред¬ставляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнооб¬разной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назна¬чения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трам¬вайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.). В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и при¬мерно 1350 размеров профилей специального назначения.
Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.
В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных от¬раслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судо¬строения (ГОСТ 5521—76), горячекатаная толстолистовая конструк¬ционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520—69), рулонная холоднокатаная сталь тол¬щиной 0,02—4 мм и др.
В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных ста¬нах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с пере¬менными размерами сечения по длине. Объем производства труб уве¬личивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.
Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышлен¬ности повышают требования к качеству металла, вызывают необходи¬мость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные уг¬ловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20...30%), повышает производительность штамповки.
Длительнее время получение готового проката выполнялось по тех¬нологической схеме «слиток — готовый прокат». В этих условиях по¬лучали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы—6...10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых со¬стояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство приве¬ло к новой технологической схеме: слиток — полупродукт (заготов¬ка) — готовый прокат.
Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечиваю¬щих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других загото¬вок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сор¬товой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем соста¬ве: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющие¬ся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листо¬прокатные станы; трубные станы и др.
Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка — готовый прокат». Этому способствует