1.3. Температура нагрева стали

При прокатке металла, имеющего температуру выше температуры рекристаллизации, ослабляются причины, вызывающие упрочнение — искажение кристаллической решетки, остаточные напряжения. Сопротивление металла деформации в процессе прокатки остается на исходном уровне, не снижается пластичность. Чем выше температура нагрева металла под прокатку, тем меньше деформирующее усилие и выше пластичность. Однако чрезмерно повышать температуру нагрева не рекомендуется.

Температура нагрева заготовок из стали различного химического состава разная. Для углеродистых сталей максимальная температура нагрева должна быть на 100—150 °С ниже линии солидуса диаграммы Fe — С. Чем выше содержание углерода, тем ниже температура нагрева стали. Температура нагрева стали с содержанием углерода <0,45% равна 1200°С; инструментальная сталь с содержанием углерода до 1,0 % нагревается под прокатку до 1130 °С. Наибольшая температура нагрева под прокатку 1350 0C допускается для низкоуглеродистой стали (<0,1 %С). Температура нагрева в производственных условиях уточняется в зависимости от типа прокатного стана, мощности главного привода, расстояния от печи до первой клети. Например, температуру нагрева заготовки из рядовой стали (0,45 %С) перед прокаткой на сортовых станах принимают равной 1200 °С, а перед прокаткой на листовых станах — 830— 12500 C. В зависимости от степени легирования, содержания углерода и сечения заготовки температура нагрева металла перед прокаткой находится в пределах 1060—1350 °C [4].

Таблица 1

Температура нагрева заготовок под прокатку

Сталь	Марка	Температура, °С
Углеродистая, низколегированная	40, 15Г – 40Г, 30Г2, 15Х– 40Х, 15ХФ, 15ХМ –35ХМ, 20ХГСА	1200 – 1220
Углеродистая, низко – и среднелегированная	60, 50Г, 50Х, 50ХГ,55СГ, 40ХС, ШХ10,60СА, 30ХНЗ, 35ХГСА	1180 – 1200
Углеродистая, среднелегированная	У7, 58, У8ГА	1140 – 1160
Углеродистая, легированная, инструментальная, шарикоподшипниковая	У12, У13, Х12, ХБ5,30ХГСА, 40ХГ, 14ХГС,70Г, 65СГ	1100 – 1120
Нихром, нержавеющая	Х15Н60, 10Х18Н9Т,20Х18Н9Т	1200 – 1220
Быстрорежущая	Р9, Р18	1180 – 1200

1.4. Температурные условия

Температурные условия прокатки тесно связаны с деформационными и скоростными параметрами, что, в свою очередь, определяет выбор технологических схем производства проката на стане и калибровки валков его рабочих клетей. Кроме того, характер изменения температуры металла по длине непрерывного стана во многом определяет уровень энергозатрат на прокатку.

В начале деформационной обработки в черновой группе рабочих клетей стана происходит значительное снижение температуры прокатываемого металла. Это приводит к росту энергосиловых параметров процесса. Затем, впроцессе формирования профиля и структуры готового проката (чистовая группа рабочих клетей стана), температура прокатываемого металла повышается за счет деформационного разогрева.

Следует отметить, что при производстве готовой продукции на сортовых и проволочных станах преобладают затраты, связанные с нагревом заготовок. В связи с этим снижение энергозатрат на производство проката достигается путем понижения температуры нагрева исходных заготовок и уменьшения тепловых потерь раската в процессе его транспортировки в потоке стана.

В настоящее время известны два направления решения температурной задачи прокатки. Одно из них базируется на теоретических зависимостях процесса теплопередачи, а другое - на статистическом анализе результатов экспериментальных исследований температуры прокатываемого металла [5].

Теоретический анализ предусматривает составление уравнений суммарного теплового баланса. Оно включает потери тепла раскатом вследствие его соприкосновения с рабочими валками, потери тепла излучением и конвективные потери, потери тепла из-за попадания на раскат воды, необходимой для охлаждения рабочих элементов клети, и приток тепла вследствие превращения работы деформации металла в тепловую энергию, а также от преодоления сил контактного трения. Расчет суммарного теплового баланса затруднен, так как отсутствуют строгие математические зависимости, описывающие стадии процесса теплопередачи и их взаимную обусловленность, а также достаточно точные данные о теплофизических контактах, характеризующих исследуемый процесс.

Второе направление предполагает описание процессов теплопередачи статистическими зависимостями. Статистическую модель температурных условий прокатки строят на основе данных экспериментального изучения изменения температуры раската на различных участках стана. При этом общая структура модели должна отображать физическую природу явления и содержать, в качестве аргумента, основные параметры технологического процесса, легко поддающиеся контролю и регулированию.

Температура деформируемого материала зависит от температуры нагрева, охлаждения на воздухе, контакта с валками или охлаждающими средствами, излучения и от тепла, выделяющегося в процессе деформации [6].

Количество тепла, передаваемого во время горячей обработки давлением, зависит от теплопередачи между инструментом и раскатом, а также от разделяющего их слоя окалины. В особых случаях решающее влияние на теплопередачу могут также оказать слои смазки или охлаждающей жидкости.