ходит в твердом состоянии. Технология может быть реализована с использованием непрерывного волоконного иттербиевого лазера. Эффективное термомеханическое разрушение окалины происходит при температурах ниже ее точки плавления. При этом нагрев поверхностного слоя металла под окалиной не превышает 300 оC, что гарантирует сохранение исходных свойств материала катанки. Интенсивное охлаждение нагретой окалины после прекращения лазерного воздействия вызывает растягивающие напряжения. Эти напряжения формируют трещины, проходящие поперек плоскости окалины. При достаточной степени разупрочнения окалины они приводят к отслоению ее верхних слоев. Помимо термомеханического разрушения, лазерный нагрев в заданных режимах инициирует структурно-фазовые преобразования в окалине. В прокатной окалине, состоящей из слоев вюстита, магнетита, смеси магнетита и металлического железа, происходит трансформация магнетита и его смеси с железом в фазу вюстита. Эта фаза обладает более низкой температурой плавления и меньшим объемом (реакция: Fe3O4 + Fe → 4FeO). Структурно-фазовые преобразования окалины снижают адгезию модифицированной окалины к поверхности металлической заготовки. В сочетании с термомехническими напряжениями сдвига, направленными вдоль границы раздела металл — вюстит, это способствуют отслаиванию прокатной окалины. На поверхности заготовки, на границе сталь — окалина, может оставаться тонкий, рыхлый слой окалины, состоящий преимущественно из вюстита. Этот остаточный слой вюстита эффективно удаляется импульсным наносекундным волоконным лазером в испарительном режиме. Помимо чисто лазерного воздействия, финишная обработка катанки от остатков окалины может осуществляться с помощью металлических щеток или путем травления в слабых кислотах, таких как лимонная или щавелевая. Комбинирование лазерной обработки с последующим травлением в слабых кислотах после лазерного терморазупрочнения позволяет значительно снизить стоимость процесса и минимизировать его негативное воздействие на окружающую среду. Такой подход открывает возможности для сокращения затрат на расходные материалы, повышения производительности и улучшения качества обработки. При использовании исключительно лазерной технологии исключается любое химическое или механическое воздействие на поверхность. Лазерная очистка является наиболее экологически чистым решением для удаления окалины, что способствует снижению вредного воздействия металлургических предприятий на окружающую среду. Кроме того, эта технология оказывается наиболее рентабельной. Себестоимость комплексной лазерной обработки поверхности катанки для удаления окалины при поточном производстве круглого проката с заданными свойствами (в зависимости от количества используемых лазерных головок) в 4-5 раз ниже по сравнению с методом кислотного травления и в 20—35 раз дешевле, чем при механическом удалении окалины (например, бескислотной абразивоструйной обработке). Это достигается за счет низкого энергопотребления, минимальных трудовых и временных затрат, низких затрат на утилизацию продуктов очистки (порошок удаленной окалины), а также снижения затрат на профилактические работы и замену частей оборудования. Например, гарантийный срок эксплуатации используемого в настоящее время оборудования для абразивоструйной обработки составляет всего полтора года, тогда как время безотказной работы лазерных излучателей превышает десять лет. Лазерная технология не требует расходных материалов, а для работы установки необходимы лишь подвод электроэнергии и система пылеудаление окалины. При использовании комбинированного пылеулавливающего оборудования, прокатная окалина становится ценным побочным продуктом сквозной технологии лазерной очистки катанки. Эта технология применяется для удаления окалины при поточном производстве калиброванного проката с заданными свойствами. Полученная окалина может использоваться как сырьевой материал для производства железного порошка в аддитивной технологии 3D-печати, для изготовления спеченных изделий различного функционального назначения, а также для получения пористых металлокерамических материалов из шихты методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Дополнительным преимуществом лазерной очистки является получение высококачественной поверхности металлических заготовок. Технология была успешно отработана в лабораторных условиях на образцах круглого проката различных диаметров, изготовленных из разных видов сталей. Металлографические исследования образцов катанки показали, что лазерная обработка поверхности не оказывает негативного влияния на ее микро- и макроструктуру. В ходе исследований был обнаружен исключительно перлит, следов мартенсита. Это свидетельствует о том, что лазерная обработка удалила только окалину, не оказывая термического воздействия на материал катанки. Требования к состоянию поверхности металлических заготовок напрямую зависят от размерами минимально обнаруживаемых производственных дефектов при неразрушающем контроле качества проката. Чем меньше дефект, который необходимо выявить согласно нормативным требованиям, тем строже требования к состоянию контролируемой поверхности. Поэтому перед проведением неразрушающего контроля поверхность изделия должна быть очищена от окалины, загрязнений и других посторонних веществ. Следовательно, лазерная обработка поверхности катанки значительно повысит эффективность неразрушающего контроля качества в поточных линиях производства круглого проката с заданными свойствами. Проект планируется реализовать на базе одного из российских металлургических предприятий. Ожидается, что это позволит не только существенно улучшить качественные характеристики заготовок при многократном снижении затрат на данном этапе производства, а также кардинально сократить загрязнение окружающей среды отходами второго и третьего классов опасности. АВТОР БЛАГОДАРИТ ЗА УЧАСТИЕ В ПОДГОТОВКЕ СТАТЬИ В. СЕМЕНОВА, В. ГЛУХИХ, С. МАНЕГИНА, А. СОРОКИНА, В. ЖУРБУ, А. ПУЙШУ, М. ВОЛКОВА, Д. ЖУРБУ WWW.METALINFO.RU 83
RkJQdWJsaXNoZXIy MjgzNzY=