⚙️ ГК/ХК — дефекты материала

Спасибо Рамазану Ли за помощь!

Чем отличаются ХК и ГК листы и какой прокат лучше выбрать

Между изделиями, получаемыми методом прокатки (обработки под давлением), есть немало отличий. Разница свойств горячекатаного и холоднокатаного проката обусловлена разной температурой производственного процесса.

Основные различия:

• Исходный материал для горячей прокатки — слябы; для холодной прокатки — горячекатаный лист.
• В отличие от горячекатаной металлопродукции, для холоднокатаной производители используют исключительно высококачественные марки стали.
• Холоднокатаная листовая сталь распределяется более равномерно — такой лист не «ведёт» при сварке, поэтому он востребован в приборостроении, автомобилестроении и самолётостроении.
• Толщина холоднокатаного листа не превышает 5 мм; у горячекатаного — до 200 мм.
• Точность размеров (углы, длина, ширина) выше у холоднокатаного проката.
• При сгибании холоднокатаный лист не образует трещин.
• По прочности, долговечности и надёжности горячекатаная и холоднокатаная сталь различий не имеют.

Горячекатаный лист

Горячекатаный стальной лист — изделие плоской формы, толщина которого многократно меньше длины и ширины. Изготавливается методом горячей прокатки, который и дал название этому виду продукции.

Дефекты ГК

1. Несоблюдение точности размеров и формы проката. Отклонения по толщине, длине, ширине, продольная и поперечная разнотолщинность, волнистость.

• Причины: неправильная настройка стана, несоблюдение режима прокатки (деформации).
• Повышенная продольная разнотолщинность — вызвана плохой профилировкой валков и их большой выработкой.
• Волнистость — образуется вблизи боковых кромок полосы из-за повышенного обжатия на этих участках. Устраняется либо увеличением выпуклости валков, либо снижением обжатия.

2. Нарушение сплошности металла. Сквозные разрывы, трещины, рваная кромка, расслоения и др.

• Причины: в основном металлургического происхождения — нарушение технологии выплавки, раскисления и разливки металла.
• Прокатное происхождение:
  1. Сквозные разрывы — образуются в местах, где металл имеет резко пониженную пластичность.
  2. Такими местами являются сплошные неметаллические включения и окислившиеся внутри пузыри, из-за чего появляются трещины и рваная кромка; также возникают при перегреве и пережоге металла перед прокаткой.
• Плены — отслоения языкообразной формы. Причины: слитковое происхождение (зарождаются при разливке металла), неметаллические включения в поверхностном слое, вскрытие газовых пузырей, наличие глубоких канавок на поверхности слитков и слябов.
• Расслоение — большая загрязнённость внутренних слоёв металла неметаллическими включениями.

3. Дефекты поверхности проката. Вкатанная окалина, царапины, отпечатки от поверхности валков.

4. Неудовлетворительная структура и физико-механические свойства металла. Если химический состав металла выдержан, причинами отклонений по структуре и свойствам являются нарушения режимов деформации, особенно на последних пропусках, а также несоблюдение заданных температур конца прокатки и смотки полос.

Холоднокатаный лист

Холоднокатаный лист — одна из разновидностей листового проката. Листовую сталь, изготовленную методом холодной прокатки, называют холоднокатаным листом (сокращённо х/к или хк).

Появление дефектов провоцирует малая толщина холоднокатаных изделий, значительно меньшая в сравнении с продукцией горячей прокатки.

Вследствие нарушения однородности образуются трещины, дыры, разорванные кромки, расслоения. Всё это — признак низкого качества исходного сырья либо технологических нарушений со стороны изготовителя.

К поверхностным дефектам относятся тёмные полосы, бугорки, надавы, а также недотравы и перетравы. Такие внешние дефекты — результат нарушения производственного процесса, в частности травления. Также они могут быть следствием неправильного метода окисления, наличия на поверхности роликов вмятин и выступов.

Вкатанная поверхностная крошка — ещё один недостаток металлопроката, возникающий из-за того, что поверхности полосы и валков не были хорошо очищены перед обработкой.

Холоднокатаный лист изготавливается из горячекатаного проката, с которого удаляется окалина при помощи кислотного травления. После этого травленый горячекатаный лист пропускают через прокатный стан без предварительного нагрева — так достигается необходимая толщина. Последний этап — отжиг, при помощи которого достигаются нужные свойства. Холоднокатаный лист поставляют в рулонах или листах.

Дефекты ХК

1. Нарушение целостности металла — износ валков.

Поскольку холоднокатаные листы в основном значительно тоньше горячекатаных, на первый план выходят такие дефекты, как поперечная и продольная разнотолщинность, волнистость, коробоватость. Предупреждение их достигается оптимальной профилировкой валков, применением противоизгиба и автоматическим управлением процессом прокатки.

Основная причина появления дефектов (дыры, трещины, рваная кромка, плены, расслоения и др.) — плохое качество металла исходной горячекатаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты могут возникать в результате неправильного осуществления самого процесса прокатки. При задаче в валки коробоватых полос, когда есть тенденция к образованию продольной складки, в зоне деформации одна часть полосы смещается относительно другой. На поверхности проступают светлые линии, расположенные под углом к направлению прокатки. Такой дефект называется порезом (или «ёлкой», если линии располагаются симметрично в продольном направлении). Причина — неудачно подобранная профилировка валков и неравномерное распределение обжатия по ширине полосы.

2. Нарушения при травлении.

При травлении горячекатаных полос возможны недотрав и перетрав. В первом случае на поверхности остаются тёмные полосы или пятна нестравленной окалины; во втором — поверхность металла получается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появление этих дефектов требует изменения режима травления.

В процессе прокатки на поверхности полос иногда образуются углубления (надавы) или выступы (бугорки). Отпечатки в виде надавов разных форм и размеров обычно появляются вследствие наваривания частиц металла на поверхность валков — в этом случае требуется зачистка валков, например наждачной шкуркой или абразивным бруском. Бугорки образуются при наличии на поверхности валков вмятин или раковин (от выкрашивания); валки с грубыми дефектами поверхности должны быть заменены.

Распространённый вид повреждения холоднокатаных листов и полос — вкатанная металлическая крошка. Дефект возникает в результате попадания кусочков металла на поверхность прокатываемой полосы; часто кусочки отрываются с кромок полосы, когда на них имеются трещины или заусенцы.

При соприкосновении металла с острыми краями проводковой арматуры, при транспортировке и других операциях на поверхности полос образуются риски и царапины. Эти дефекты также могут возникать в результате относительного смещения витков полосы в рулоне при намотке, размотке и перемещении.

3. Нарушения при отжиге.

Некоторые виды поверхностных дефектов образуются при отжиге холоднокатаного металла. При наличии на поверхности значительных остатков технологической смазки (эмульсии) возможно появление при отжиге тёмных пятен и разводов, располагающихся в основном вблизи кромок полос или листов. Этот дефект часто называют пригаром эмульсии. Для его предотвращения следует избегать применения слишком концентрированных эмульсий и в максимальной степени удалять остатки смазки с поверхности полос после прокатки — например, путём сдувания.

Подытожим

Отклонения по структуре и физико-механическим свойствам металла зависят главным образом от соблюдения предписанных режимов термической обработки. Вместе с тем большое влияние оказывают режимы деформации, которые должны выбираться с учётом конечных свойств металла. Отдельная проблема — внутренние напряжения в листе из-за малого времени термического цикла, малой глубины зоны термического влияния и т. п.

Проблемы при резке, с которыми сталкиваются операторы

Внутренние напряжения

Обычно внутренние напряжения полностью уравновешиваются, и их действие на лист внешне ничем не проявляется до тех пор, пока по тем или иным причинам это равновесие не будет нарушено. С нарушением равновесия (приложение внешней нагрузки, удаление слоя материала в виде припуска, разрезка) лист начинает деформироваться, пока перераспределение напряжений не приведёт к новому равновесию. Такие деформации называют остаточными деформациями.

Непосредственная причина образования внутренних напряжений — неоднородность линейных или объёмных изменений в макро- и микрообъёмах металла.

При высоких температурах лазерной резки происходят фазовые превращения: металл меняет структуру, изменяется кристаллическая решётка и объём кристаллической ячейки, возникают внутренние напряжения.

Система становится неоднородной. В объекте лазерного воздействия (обрабатываемой детали) формируются участки с характеристиками, отличающимися от основного объёма материала. Если их концентрация становится значительной и эти напряжения преодолевают определённый порог, система (лист, деталь, образец) теряет устойчивость и деформируется.

Тезис о «бездеформационной» лазерной обработке правильно понимать так: деформации могут быть гораздо меньше, чем при традиционных методах термической обработки (возможно, на порядки), но они есть. Задача технологов — понять их причины и свести к минимуму, благо лазерный луч даёт такие возможности.

При лазерной резке наибольшие тепловые вложения — на поверхности металла, меньшие — на нижележащих участках. Металл при нагреве расширяется, но т. к. температура на поверхности выше, верхние волокна удлиняются на большую величину; из-за меньшего удлинения нижних волокон в металле возникают внутренние напряжения. Когда внутреннее напряжение достигает критической величины (удлинение верхних волокон в разы превышает удлинение нижних), происходит выгибание заготовки, а в связи с необратимыми структурными изменениями эти деформации являются пластическими (необратимыми).

Методы борьбы с термодеформациями при лазерной резке

1. Состояние напряжённости листового металла перед резкой. Если лист не подвергался предварительной термической обработке, для устранения внутренних напряжений следует применять отжиг или отпуск.
2. Габаритные размеры деталей (линейные размеры и толщина). Чем больше толщина детали и чем меньше отношение её линейных размеров к толщине, тем меньшим деформациям подвержена деталь — за счёт более равномерного нагрева.
3. Фиксация листа. Лист крепят прижимными струбцинами или другими фиксирующими приспособлениями. Рекомендуется применять непрерывную резку с разрезкой оставленных перемычек после полного охлаждения листа.
4. Отход после резки. Наименьшая деформация достигается, когда площадь вырезаемой детали сравнима с площадью заготовки, — тогда максимально деформируется отход, а не деталь. При точной вырезке желательно, чтобы обрезь обладала большей подвижностью, чем деталь.
5. Скорость резки. С её увеличением уменьшается количество теплоты, поглощаемой единицей длины реза, что снижает деформацию детали.
6. Положение листа в процессе резки. Лист не должен провисать под действием местного нагрева. Желательны столы с большим числом ламелей.
7. Равномерный нагрев. При прямолинейном резе следует применять направление от середины к краям листа. Можно правильно отсортировать детали на раскрое: детали сложной конфигурации вырезать по отдельным участкам, желательно расположенным напротив друг друга; применять обратноступенчатый метод и т. д.
8. Дополнительное охлаждение металла за счёт обдува.
9. Импульсный режим резки.
10. Пробитие выполнять с включённой функцией предварительного пробития отверстий.
11. При заметной коробоватости листа («пузо» листа) кладите его дефектом вверх; нужны правильные расстояния между деталями — от 10 мм; используйте перемычки; можно перевернуть лист, если режете общим резом с правильно расставленными перемычками.

Не забываем: перед резкой лист должен быть очищен от ржавчины и обезжирен. Если лист прибыл в масле — необходимо его протереть.

---