Розробка універсального способу визначення питомої маси або товщини шару окалини на поверхні бунтового прокату після безперервного охолодження

Abstract

UK: Постановка проблеми.Виробництво різноманітних металовиробів з використанням гарячої пластичної деформації або термічної обробки неминуче пов'язане з процесами окиснення сталі внаслідок її взаємодії з повітрям або атмосферою печі. При цьому відбуваються зміни хімічного складу поверхневого шару металу, утворення оксидів (окалини), трансформація їх фазового складу в процесі обробки, що, у свою чергу, залежить від температури, швидкості та способу охолодження металу. Найбільш поширений вид металовиробів, для яких окалина не тільки нормується вимогами відповідних стандартів, а й істотно впливає на процес подальшої переробки, ‑ бунтовий прокат. Окалина вуглецевої сталі, що утворюється за високих температур, складається з трьох оксидів (FeO, Fe3O4 і Fe2O3), фактичний вміст яких впливає на формування різної щільності, а, отже, і різної питомої маси окалини за однакової товщини її шару на поверхні прокату. Через те, що відомі способи визначення питомої маси окалини є досить трудомісткими і вимагають відповідної кваліфікації технічного персоналу, існує необхідність у розробленні універсального способу якісної і кількісної оцінки оксидів, які утворюються на поверхні прокату з вуглецевої сталі залежно від зміни технологічних параметрів виробництва. Мета роботи ‑розроблення способу визначення питомої маси або товщини шару окалини, яка утворюється на поверхні бунтового прокату різного діаметра з урахуванням її фактичного хімічного складу. Результати. На основі відомих хімічних і фізичних закономірностей процесів, що відбуваються за високотемпературної взаємодії поверхні вуглецевих сталей з атмосферним повітрям, розроблено універсальну математичну модель, яка дозволяє визначити один із показників якості і може бути рекомендована як альтернативний спосіб визначення питомої маси або товщини шару окалини на поверхні бунтового прокату в умовах дослідних лабораторій або металургійних підприємств.

RU: Постановка проблемы. Производство различных металлоизделий с использованием горячей пластической деформации или термической обработки неизбежно связано с процессами окисления стали в результате ее взаимодействия с воздухом или атмосферой печи. При этом происходят изменения химического состава поверхностного слоя металла, образование оксидов (окалины), трансформация их фазового состава в процессе обработки, что, в свою очередь, зависит от температуры, скорости и способа охлаждения металла. Наиболее массовым видом металлоизделий, для которых окалина не только нормируется требованиями соответствующих стандартов, но и оказывает существенное влияние на процесс последующей переработки, является бунтовой прокат. Окалина углеродистой стали, образующаяся при высоких температурах, состоит из трех оксидов (FeO, Fe3O4 и Fe2O3), фактическое содержание которых влияет на формирование различной плотности, а, следовательно, и различной удельной массы окалины при одинаковой толщине её слоя на поверхности проката. Ввиду того, что известные способы определения удельной массы окалины достаточно трудоёмки и требуют соответствующей квалификации технического персонала, существует необходимость в разработке универсального способа качественной и количественной оценки оксидов, образующихся на поверхности проката из углеродистой стали в зависимости от изменения технологических параметров производства. Цель ‑ разработка способа определения удельной массы или толщины слоя окалины, образующейся на поверхности бунтового проката различного диаметра с учетом её фактического химического состава. Результаты. На основе известных химических и физических закономерностей процессов, происходящих при высокотемпературном взаимодействии поверхности углеродистых сталей с атмосферным воздухом, разработана универсальная математическая модель, которая позволяет определить один из нормируемых показателей качества и может быть рекомендована в качестве альтернативного способа определения удельной массы или толщины слоя окалины на поверхности бунтового проката в условиях исследовательских лабораторий или металлургических предприятий.

EN: Problem statement. The production of various metal products using hot plastic deformation or heat treatment is inevitably linked to the processes of oxidation of steel because of its interaction with the air or atmosphere of the furnace. At the same time, changes occur in the chemical composition of the surface metal layer, the formation of oxides (scale), the transformation of their phase composition during the processing, which, in turn, depends on the temperature, speed and method of cooling the metal.The most widespread type of metal products, for which the scale is standardized not only by the requirements of the relevant standards, but also has a significant impact on the process of subsequent processing, is wire rod. The carbon steel scale, formed at high temperatures, consists of three oxides (FeO, Fe3O4 and Fe2O3), the actual content of which affects the formation of various density, and, consequently, different specific mass of scale with the same thickness of its layer on the rolled surface. In view of the fact that the known methods for determining the specific mass of the scale are rather laborious and require appropriate qualifications of technical personnel, there is a need to develop a universal method for qualitative and quantitative assessment of oxides formed on the surface of carbon steel, depending on changes in the technological parameters of production. Purpose. Development of a method for determining the specific mass or thickness of the scale layer formed on the surface of a wire rod of various diameters, with its actual chemical composition. Results. Based on the known chemical and physical patterns of processes occurring during high-temperature interaction of the surface of carbon steels and atmospheric air, a universal mathematical model has been developed that allows to elaborate one of the standardized quality indicators and it can be recommended as an alternative method for determining the specific mass or thickness of the scale on the surface wire rod in the research laboratories of metallurgical enterprises.