V 2/3 Криогенная очистка поверхности металла от окалины в процессах ОМД

Очистка горячекатаных полос от окалины

В прокатном производстве для очистки горячекатаных полос от окалины перед холодной прокаткой на сегодняшний день практически безальтернативно применяется процесс травления в серной или соляной кислоте, нагретой до +80°С, что имеет неблагоприятные экологические последствия для окружающей среды и работающего персонала. Для очистки поверхности металла наряду с другими методами (абразивом, плазмой и др.) наиболее широко используется гидравлический сбив окалины водой, подаваемой на поверхность полосы при горячей прокатке. Очистка происходит за счет высокого давления воды (10-20 МПа и выше) и теплового удара при большом перепаде температур (более 1000°С). Фирма SMS Demag предлагает установки с применением ультразвука для кавитации жидкости и увеличения степени очистки. В любом случае подача больших объемов воды вызывает сильное охлаждение поверхности металла, что особенно нежелательно в установках непрерывного литья заготовок с низкой скоростью движения слябов. В непрерывных широкополосных станах дополнительное охлаждение водой передних кромок полосы вызывает повышение статических и динамических нагрузок в линиях привода клетей при захвате металла валками, что было экспериментально доказано в работе.

Предложен способ очистки от окалины криогенными жидкостями. В отличие от воды, положительный эффект наблюдается за счет более сильного расширения газа при испарении, большей хрупкости охлажденной окалины, быстрого испарения газа и меньшей потери температуры металла, замедления образования новой окалины в среде инертного газа вокруг металла. В свою очередь это позволяет экономить энергию на нагрев металла и подачу воды, появляется возможность сократить длину ванн кислотного травления, полностью их устранить, повысить производительность этих агрегатов или сократить расходы кислоты. Применение негорючего, нетоксичного, жидкого азота, переходящего затем в безвредный легче воздуха газ (содержание в атмосфере 78%) является существенным фактором улучшения экологической чистоты прокатного производства и безопасных условий труда персонала. Исследуется возможность очистки холоднокатаных полос на основе жидкого азота с температурой -196°С, создающего тепловой удар на поверхности в 350-400°С по отношению к металлу, нагревающемуся в процессе холодной прокатки до 150-200°С. Известны варианты способов очистки водных смесей, в т.ч. кислотных травильных растворов при их охлаждении.

V 2/4 Термомеханическая обработка, совмещающая интенсивную пластическую деформацию и криогенное охлаждение

Криогенное охлаждение применяют также при получении наноструктурных металлов с помощью различных видов интенсивной пластической деформации - ИПД (SPD - Severe Plastic Deformation), включая криогенную прокатку. Глубокую деформацию металлов (до 80-90%) сочетают с термической обработкой при температуре жидкого азота. В Донецком физико-техническом институте им. А.А. Галкина НАН Украины развиваются такие методы ИПД, как винтовое прессование и пакетная гидроэкструзия. Низкотемпературные процессы деформации исследуются в Национальном научном центре «Харьковский физикотехнический институт» (ННЦ ХФТИ) и Институте низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины (г. Харьков). Рассматриваются различные виды низкотемпературной обработки сплавов редких и цветных металлов, используемых в аэрокосмической технике, электронике и сверхпроводниках. Исследованы такие сложные виды обработки, как вакуумная и криогенная прокатка, волочение проволоки в криогенной жидкости с наложением ультразвука. В Физико-механическом институте (ФМИ) им. Г.В. Карпенко НАН Украины (г. Львов) предложен способ прокатки в среде водорода при криогенной температуре для повышения стойкости металла к появлению трещин. В России наиболее известны исследования, проводимые в Уфимском государственном авиационном техническом университете, Институте перспективных материалов, Институте проблем сверхпластичности металлов РАН (г. Уфа). За рубежом промышленные технологии получения наноразмерных структур для широко распространенных марок сталей с применением обработки криогенными жидкостями пока находятся в стадии разработки.