Источник: Шагов Н. И. Теплотехника и автоматизация металлургических печей [Текст] / Н. И. Шагов. — Магнитогорск: Металлургиздат., 1969. — 527 с.
Нагрев (повышение внутреннего теплосодержания) стальных изделий, являющийся одной из важнейших операций производственного процесса, осуществляет или перед прокаткой, или при термической обработке с целью придания материалу соответствующих технологических свойств. Качественным нагревом стали считается такой нагрев, при котором обеспечиваются заданные конечные температурные параметры и отсутствует брак металла. Под названными параметрами следует понимать достижение материалом в момент его выдачи из печи требуемых значений t на поверхности тела и по его сечению.
Выбор этих параметров зависит от химического состава стали и конкретных технологических задач. При нагреве металла одно из необходимых требований заключается в получении минимального конечного перепада температур по сечению заготовки, иначе возникает брак, вызванный незавершенностью структурных превращений по всей толщине металла, следовательно, немаловажное значение имеет точность нагрева.
Для каждой марки стали и для каждого вида обработки давлением существует определенный диапазон температур, за пределами которого нагрев становится недопустимым. Для малоуглеродистых сталей этот диапазон шире, чем для высокоуглеродистых и высоколегированных. Потому выбор температурного уровня нагрева металла – одна из важнейших задач рассматриваемого технологического процесса.
Не менее важно обеспечить заданную равномерность нагрева стали перед обработкой давлением. Неодинаковое теплосодержание по объему металла в ходе прокатки приводит к следующему: по длине заготовки – к ее разнотолщинности (участки с большими значениями температуры вытягиваются сильнее), по ширине – к серповидности или скручиванию раската, а по сечению – к тому, что более нагретая сторона удлиняется быстрее и металл изгибается.
Практически сталь перед прокаткой выдают с такой степенью неравномерности нагрева, при которой обеспечивается необходимое качество готовой продукции.
Основными видами брака при тепловой обработке является недогрев, перегрев и пережог.
Недогрев – это результат низкой температуры на поверхности тела или недостаточного выравнивания температур по сечению заготовки. Как следствие, внутренние слои будут менее пластичны, чем наружные, а это способствует возникновению напряжений, приводящих к браку.
Перегрев – результат длительной тепловой обработки изделий при температурах значительно превышающих критическую точку. При этом интенсивно образуется крупнозернистая структура стали, вызывающая ослабление связей между зернами. Металл становится хрупким; при его прокатке возможны трещины и рванины. Но даже если и не возникают подобные эффекты, сталь по своим свойствам может быть неудовлетворительной.
Перегрев, являясь браком исправимым, тем не менее требует новых затрат в виде термической обработки (отжига или нормализации) или дополнительной деформации.
При дальнейшем возрастании температуры начинается частичное оплавление границ зерен, в результате чего сталь настолько ухудшается, что металл в процессе обработки давлением разрушается. Такое явление называется пережогом. Пережог в окислительной атмосфере может наблюдаться и при более низких температурах, когда кислород из нее диффундирует в пространство между зернами, окисляет железо и углерод, образуя в этом пространстве легкоплавкие соединения. Скорость диффузии окислителя в сталь зависит от его парциального давления в газовой фазе и продолжительности воздействия.
Поэтому чем выше окислительная атмосфера печи, тем легче наступает пережог, сигналом которого является оплавление окалины.