ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛА ОТ УГАРА ПЕРЕД НАГРЕВОМ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ

Лавриенко Кирилл Владиславович

студент кафедры ММ, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС,

РФ, г. Старый Оскол

E-mail:

Ряполов Вадим Владимирович

студент кафедры ММ, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС,

РФ, г. Старый Оскол

E-mail:

Жиденко Алексей Иванович

E-mail: lexsey1236@yandex.ru

студент кафедры ММ, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС,

РФ, г. Старый Оскол

Тимофеева Анна Стефановна

научный руководитель, к. т. н., доцент кафедры ММ СТИ НИТУ МИСиС,

РФ, г. Старый Оскол

Под воздействием больших температур многие из металлов и их сплавов окисляется поверхностный слой.

Окалинообразование осуществляется за счёт проникания атомов кислорода на поверхность металла, где образовывает оксидную плёнку. Сначала образуется тонкий, первичный, слой оксидной плёнки, а после происходит её рост. Процесс роста оксидной плёнки начинается с адсорбции окислителя на активных центрах и образования зародышей оксида на поверхности металла. Далее возникает молекулярный слой оксида на поверхности металла. Далее молекулы кислорода адсорбируются на поверхности оксида и диссоциируют на атомы. Атомы кислорода ионизируются и диффундируют через слой оксидной плёнки, по направлению к металлу. Одновременно с этим, с поверхности металла к оксидной плёнке переходят катионы металла. На поверхности оксида происходит взаимодействие ионов кислорода и металла и возникает кристаллическая решётка оксида[1].

При некоторых операциях ОМД необходим нагрев заготовок до высоких температур. В результатe взаимодействия металлa с кислородом при высоких температурах металл окисляется. Чем дольше происходит нагрев и выше температура, тем больше угар металлa. При прокатке заготовок окалина может закатываться в поверхность листов, что приводит к образованию дефектов нa поверхности металла. Так как, окалина, не удалённая с поверхности, обладает высокой твёрдостью, то это приводит к ускорению износa валков. Потери металла с угаром в металлургическом производстве в среднем составляет 4% [1,2].

Поэтому необходимо средство защиты металла от взаимодействия его с кислородом. Существует несколько методов защиты, одним из которых является приготовление специальных защитных покрытий. Этот метод является одним из немногих эффективных способов, обеспечивающих получение качественной поверхности заготoвок и деталей при минимальных расходах металлa. Применение защитных покрытий позволяет замедлить диффузию молекул кислорода к поверхности металла, что позволяет уменьшить окалинообразование[1].

Мы уже 2 года занимаемся исследованиями окалинообразования в металле при использовании различных защитных покрытий. В данной статье представлены результаты наших исследований.

Для экспериментов брали образцы из рессорной стали в виде цилиндров с радиусом 8 мм и высотой 40 мм. Образцы взвешивались перед началом эксперимента на весах с тoчностью до 0,01 г, определялись точные размеры с помощью штангенциркуля, а затем помещались в муфельную печь SNOL 7,2/1300.

Всего мы исследовали 5 различных покрытий:

1) на основе периклаза с добавлением 5% углерода;

2) на основе периклаза и кварцевого песка (50/50%);

3) на основе периклаза и обожжённого песка (50/50%);

4) на основе периклаза с добавлением 2,5 % углерода;

5) на основе Al₂O₃ с добавлением MgO.

В печь помещались цилиндры с покрытием и без и нагревались до температур: 950 °С, 1100 °С, 1200 °С и выдерживались при данных температурах 1 час.

Что бы результаты эксперимента были более точными, в печь производили посадку после нагрева печи по 3 образца одной марки стали.

Рисунок 1. Эксперименты по определению окалинообразования металла при нагреве

После печи каждый образец взвешивался на весах.

Рисунок 2. Взвешивание образца на весах

Результаты для каждого варианта расчета окалины усреднялись. После взвешивания образцы охлаждались на воздухе естественным путем.

После полного охлаждения образцов, с них снималась окалина, и образец вновь взвешивался. Окалину расчитывали по разности массы образца после нагрева сразу из печи и после очистки от окалины. Результаты экспериментов представлены на рисунках.

Рис. 3 Зависимость угара у образцов без покрытия (ряд 1) и с покрытием (ряд 2)

Рис. 4 Зависимость угара у образцов без покрытия (ряд 1) и с покрытием (ряд 2)

Рис. 5 Зависимость угара у образцов без покрытия (ряд 1) и с покрытием (ряд 2)

Рис. 6 Зависимость угара у образцов без покрытия (ряд 1) и с покрытием (ряд 2)

Рис. 7 Зависимость угара у образцов без покрытия (ряд 1) и с покрытием (ряд 2)

Проводя анализ полученных результатов, приходим к выводу, что наилучшие защитные свойства показали покрытия под номером 3 (на основе периклаза и обожжённого песка (50/50%)) и покрытие под номером 5 (на основе Al₂O₃ с добавлением MgO). Окалинообразование с применением 3-го покрытия меньше в 1,3 раза, а с применением 2-го – 1,2 раза. В среднем с одной тонны стали теряется около 30 килограмм стали, а с применением защитного покрытия потери уменьшаются до 21-24 килограмм с тонны стали. Таким образом, применение данного защитного покрытия целесообразно.

Список литературы:

1. Солнцев С. С. Защитные покрытия металлов при нагреве: Справочное пособие. Изд. 2-е, доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. – 248 с.
2. Темлянцев М. В., Михайленко Ю. Е. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением. - М.: Теплотехник, 2006. - 200 с.