Технология нагрева стали. Температура нагрева. Равномерность нагрева.

Металл нагревают, чтобы придать ему пластические свойства, необходимые для обработки давлением (ковка, прокатка), или чтобы провести необходимые изменения в его кристаллической структуре (термообработка). От условий нагрева зависит качество, количество и себестоимость готовой продукции, поэтому нагрев является одним из важных элементов процесса производства стали.

Температура нагрева.

Под температурой нагрева металла обычно понимают конечную температуру его поверхности (t ^п_к), так как ее проще определить с помощью оптических пирометров или других методик (например, замерить температуру термопарой).

		где t пк – конечная температура на поверхности t цк – конечная температура в центре

Рис. 1

		t цк

Перегрев металла.

Пластическую обработку стали осуществляют при заданной температуре для конкретной марки стали (задает технолог). При температуре выше заданной неизбежен рост зерен аустенита. При последующем медленном охлаждении металла крупнозернистая структура сохраняется, что приводит к ухудшению свойств стали.

В процессе прокатки или ковки происходит измельчение зерен, но если процесс обработки заканчивается при температуре значительно выше заданной, то металл получается крупнозернистым. Такой металл называют перегретым. Для исправления структуры перегретых поковок или проката необходим последующий отжиг или нормализация.

Росту зерна способствуют такие элементы как С, Mn, B, P.

Пережог металла.

С момента интенсивного окисления металла на границах зерен можно наблюдать такое явление как «пережог» металла. В процессе нагрева металла температура пережога всегда больше температуры нагрева.

Равномерность нагрева.

Показателем равномерности нагрева является разность температуры (Δ t _кон. = t _пов - t _ц ) при выдаче. Слишком большая разность Δ t _кон. может привести к неравномерной деформации при обработке давлением.

При термообработке нагрев должен быть особенно равномерным. Следует помнить, что необходимые изменения в структуре металла часто протекают в узком температурном интервале. Поэтому Δ t _кон. не должна выходить за пределы этого интервала.

Выравнивание температуры по сечению металла требует длительной выдержки или медленного нагрева, что снижает производительность печи и повышает угар металла.

На рис. 2 (а и б) показано как изменяется угар металла от температуры нагрева и времени нагрева.

Из рисунка 2 следует, что с увеличением температуры печи (t _печи ) угар металла при времени τ увеличивается. Температура внутри металла измеряют лишь в порядке эксперимента. Часто в процессе нагрева, например, слитков, слябов задают разность между температурой поверхности (t _пов ) и температурой в центре (t _ц).

Режимы нагрева.

Режимом нагрева называют характер изменения температуры металла во времени.

1. Ступенчатый режим нагрева.

При нагреве под термообработку режим обычно задается из технологических соображений. Например, на рис. 3 предоставлен термический режим нагрева стали 45, который носит ступенчатый характер.

		Термический режим ступенчатого нагрева

Рис. 3

		I IV II V III VI

На участке I скорость нагрева v₁;

На участке II скорость нагрева v₂;

На участке III скорость нагрева (охлаждения) v₃;

Выдержка (t = const) – участки IV, V, VI.

τ_нагр = (τ_I + τ_II + τ_III + τ_IV + τ_V + τ_VI )

t ₄ – участок IV – температура const

t ₅ – участок V – температура const

t ₆ – участок VI – температура const

2. Камерный режим нагрева.

		Зависимость изменения температуры на поверхности и в центре от времени нагрева   t = f (τ)

Δ t₁ = t _{пов 1}- t _{ц 1} → τ₁

Δ t₂ = t _{пов 2}- t _{ц 2} → τ₂ = τ_нагр

Отсюда следует, что Δ t₁ >> Δ t₂ .

Это значит, что с увеличением времени нагрева металла разность между температурой поверхности и температурой в центре сокращается.

3. Методический режим нагрева металла.

При нагреве под прокатку технологические условия определяют только конечные температуры. Сам процесс нагрева следует осуществлять с максимальной скоростью, так как с уменьшением времени нагрева повышается производительность печи, снижается угар и обезуглероживание металла и, как правило, удельный расход топлива. Однако, иногда скорость нагрева приходится ограничивать в связи с опасностью перегрева поверхности и разрушения металла под действием температурных напряжений.