Prof. dr. ing. EUGEN CAZIMIROVICI Dr. ing. MARCEL VALERIU SUCIU

LAMINAREA MATERIALELOR METALICE SPECIALE

Partea a II-a:

BAZELE LAMINRII UNOR OELURI ALIATE CU DESTINAII SPECIALE

Capitolul 4 Laminarea oelurilor pentru rulmeni.............................. 77 4.1 Caracteristici mecanice i structurale.................................... 78 4.2 nclzirea semifabricatelor n vederea laminrii................... 80 4.3 Parametrii tehnologici de laminare....................................... 84

Capitolul 5 Laminarea oelurilor rapide.............................................. 87 5.1 Caracteristici mecanice i structurale................................... 89 5.2 Parametrii tehnologici de laminare....................................... 92

Capitolul 6 Laminarea oelurilor inoxidabile...................................... 95 6.1 Caracteristici mecanice i structurale................................... 96 6.2 Comportarea la deformare plastic....................................... 101 6.3 Parametrii tehnologici de laminare....................................... 103

Capitolul 7 Laminarea oelurilor pentru electrotehnic..................... 108

Capitolul 8 Laminarea unor aliaje cu proprieti magnetice i electrorezistive..............................................

112 8.1 Caracteristici structurale........................................................ 112 8.2 Parametrii tehnologici de laminare........................................ 112

http://marcel.suciu.eu/

Partea a II-a: BAZELE LAMINRII UNOR OELURI ALIATE CU DESTINAII SPECIALE

Capitolul 4

LAMINAREA OELURILOR PENTRU RULMENI

Oelurile pentru rulmeni se deosebesc de oelurile aliate obinuite de construcii printr-un coninut mai ridicat de carbon, acest coninut oscilnd n jurul valorii de 1 % fa de maximum 0,6...0,7 % n cazul oelurilor aliate de construcii. Aceste oeluri sunt hipereutectoide coninnd pe lng procentul de carbon de 0,95...1,05 % i un procent de crom de ordinul 1,3...1,65 %.

Pentru fabricarea rulmenilor, cu excepia celor cu destinaii speciale cum sunt cei pentru sapele de foraj sau cei care lucreaz n medii corosive, se utilizeaz oeluri pentru rulmeni conform STAS 1456/189 i oeluri pentru rulmeni tratate n vid conform STAS 1125089 (tabel 4.1).

Tabelul 4.1 Mrci de oeluri pentru rulmeni standardizate

STAS 1456/1-89 11250*-89

Werkstoff No

DIN 17230

NF 35551 35565

AISI BS 970 GOST

801

RUL 1 1.3505 100Cr6 100C6 52.100 535A99 SH15 RUL 2 1.3520 100CrMn6 100CM6 - - SH15G RUL 3V 1.3536 100CrMo6 100CD7 - - -

*La oelurile tratate n vid, pe lng simbolul dat n standardul romnesc se adaug i litera V.

Compoziia chimic i abaterile admisibile, pe produsul laminat fa de compoziia pe oel lichid, pentru mrcile de oeluri pentru rulmeni sunt prezentate n tabelul 4.2.

Tabelul 4.2 Compoziia chimic a oelurilor pentru rulmeni

Oel

Compoziia chimic [ % ] C Mn Si Cr Mo S P Ni Cu

RUL 1V

0,95.. ...1,1

0,02

0,2...0,45

+ 0,05 0,17...0,37

+ 0,03; - 0,02 1,3...

...1,65

+ 0,05

max 0,08 + 0,01

max 0,02

+0,002

max 0,027

+0,002

max 0,30

max 0,25 RUL

2V 0,9...1,2

0,05 0,4...0,65

+ 0,03; - 0,02

max 0,08 0,03

RUL 3V

1,05...1,35

0,05 0,17...0.37

+ 0,03; - 0,02

0,45.......0,6 0,03

Cu+Ni max 0,4

77

Dezoxidarea oelurilor de rulmeni nu se efectueaz cu ferotitan pentru a nu se introduce titan n compoziia acestor oeluri. De asemenea, nichelul nu este recomandat n aceste oeluri, deoarece favorizeaz formarea austenitei reziduale, cu efecte nefavorabile pentru duritatea oelului dup clire, iar pentru asigurarea clibilitii corespunztoare coninutul n mangan i siliciu va fi n limite obinuite.

4.1. CARACTERISTICI MECANICE I STRUCTURALE

Rulmenilor (bilelor, rolelor i inelelor) li se cer proprieti ridicate de rezisten mecanic i rezisten mare la uzur i la oboseal, pentru a suporta sarcini variabile mari i foarte mari. Caracteristica de baz a oelurilor de rulmeni este duritatea obinut dup tratamentul termic de clire-revenire, aceast duritate avnd valori impuse de minimum 61 HRC (circa 740 HB), mrimea duritii fiind influenat att de temperatura de austenitizare ct i de temperatura de recoacere. n stare recoapt, duritatea acestor oeluri este de 170...217 HB. n general, din oel Rul 1 se execut bile pentru rulmeni, iar din oel Rul 2 se execut inele i role, deci oelurile de rulmeni se deformeaz prin laminare sub form de bare i evi cu seciunea rotund.

n funcie de prelucrrile ulterioare, oelurile de rulmeni se livreaz n opt stri de livrare care se prezint n continuare. Astfel, oelul pentru prelucrare n continuare prin deformare la cald (A) se livreaz brut laminat (A1) sau laminat, recopt i cojit (A2); oelul pentru prelucrare prin achiere (B) se livreaz laminat i recopt pentru globulizare (B1), laminat, recopt pentru globulizare i cojit (B2) sau laminat, recopt pentru globulizare i tras (B3), iar oelul pentru deformare n continuare la rece (C) se livreaz laminat, recopt pentru globulizare, cojit i netezit (C1), laminat, recopt pentru globulizare, tras i cojit (C2) sau laminat, recopt pentru globulizare i lefuit (C3). n funcie de aceste stri de livrare, duritatea maxim Brinell a oelurilor de rulmeni se prezint n tabelul 4.3.

Tabelul 4.3 Duritatea Brinell a oelurilor de rulmeni

Starea de livrare Duritatea Brinell, HB RUL 1V RUL 2V RUL 3V A1; A2 cu recoacere de nmuiere 250 250 250 B1; B2; B3; C1; C2; C3 207 217 229

Ca produse metalurgice obinute din oeluri de rulmeni se disting profilurile rotunde laminate la cald cu diametre de 12...80 mm, barele trase la rece cu diametre de 6,5...50 mm, evile laminate la cald cu diametre de 56...120 mm sau la rece cu diametre de 18...90 mm, precum i srma trefilat cu diametre de 4,2...26 mm. n starea de clire i revenire joas, oelurile de rulmeni sunt caracterizate prin proprieti ridicate de rezisten (duritate, limit de elasticitate, rezisten la rupere la traciune, compresiune, ncovoiere i oboseal) i tenacitate satisfctoare. Dup clire i revenire joas, la duriti de 60...65 HRC

78

oelul tip Rul 1, de exemplu, are rezistena la rupere Rm=2300...2600 MPa, limita tehnic de fluaj R0,005 = 1100...1150 MPa i modulul de elasticitate E = (2,1..2,15) 105 MPa.

Structura oelurilor de rulmeni depinde de starea de livrare a laminatelor. Oelurile Rul 1...Rul 3 laminate la cald, deci n stare recoapt, au structura constituit din perlit globular. n cazul aplicrii tratamentului termic de normalizare structura obinut este de perlit lamelar, iar dup clirea i revenirea produselor finite obinute din aceste oeluri structura este constituit din martensit mai mult sau mai puin stabil, n funcie de condiiile de revenire obinndu-se uneori i puin austenit rezidual.

Avndu-se n vedere elementele principale de aliere, oelul clasic de rulmeni (Rul) poate fi considerat ca un aliaj ternar Fe-C-Cr, n care faza n exces o reprezint carburile fierului i ale cromului, precum i carburile complexe de tipul Fe3C(Cr). Carburile complexe apar n oeluri cu concentraii mari de crom sau n zonele segregate ale oelurilor cu coninut mai mic de crom.

La nclzirea peste 900 C oelurile de tip Rul au structura austenitic i, cu ct temperatura este mai ridicat, cu att carburile se dizolv mai intens n masa de austenit. n timpul laminrii la cald, ca urmare a rcirii laminatului, o cantitate tot mai mare de carburi precipit din soluia solid, alungindu-se pe direcia de laminare i formnd structuri n benzi, care sunt nedorite ntruct acestea reduc rezistena mecanic i rezistena la uzur a acestor oeluri. Precipitarea cea mai intens se produce la temperaturi de 800...900 C, acest interval corespunznd temperaturilor de sfrit de laminare.

Alte aspecte structurale privind oelurile de rulmeni precizeaz c microporozitatea maxim admis la laminate cu diametre sub 80 mm trebuie s corespund punctajului zero, iar incluziunile nemetalice admise trebuie s aib punctajul mediu cuprins ntre 1,5...2,5 pentru sulfuri, oxizi i silicai fragili n iruri i ntre 1,5...2,0 pentru silicai plastici i oxizi sau silicai nedeformabili. De asemenea, la oelurile de rulmeni adncimea maxim a stratului decarburat variaz n funcie de diametrul produsului laminat, de la adncimea de 0,25 mm pentru laminate cu diametre sub 15 mm, la adncimea de 1,5 mm pentru laminate cu diametre de 151...200 mm.

Rezistena la deformare a oelurilor de rulmeni scade foarte repede n intervalul de temperaturi 20...500 C. Astfel, dac la temperatura ambiant oelul Rul are rezistena la rupere de peste 2,5 ori mai mare dect a oelurilor nealiate de construcii, la temperatura de 500 C aceasta scade de circa 5 ori i este de acelai ordin de mrime cu rezistena oelurilor nealiate. n diagramele din figura 4.1 se reprezint comparativ variaia rezistenei la deformare a unui oel de rulmeni, cu a unui oel nealiat, n funcie de temperatur, iar n cele din figura 4.2 se reprezint rezistena la deformare a unui oel de rulmeni comparativ cu cea a unui oel nealiat, n funcie de reducerea relativ aplicat.

Plasticitatea oelurilor de rulmeni este mare la cald, n intervalul de temperaturi de 900...1200 C, permind reduceri prin laminare de pn la 75 %. Deci, n condiii industriale, oelurile pentru rulmeni nclzite normal se lamineaz fr dificulti, putndu-se aplica reduceri mari.

79

Fig.4.1. Diagramele de variaie ale rezistenei la deformare ale unui oel de rulmeni i unui

oel nealiat n funcie de temperatur.

Fig. 4.2. Variaia rezistenei la deformare a unui oel de rulmeni

comparativ cu a unui oel nealiat n funcie de reducerea relativ:

H=37 mm = ct.; t=900 C

O alt caracteristic esenial impus oelurilor de rulmeni este aceea de a-i pstra n exploatare dimensiunile constante, respectiv de a prezenta stabilitatea dimensional

ridicat. Stabilitatea dimensional este alterat de variaiile de contracie i de dilatare care apar n cazul n care martensita, nerevenit suficient, dar i austenita rezidual, evolueaz lent la temperatura ambiant spre starea mai stabil.

4.2. NCLZIREA SEMIFABRICATELOR N VEDEREA LAMINRII

Oelurile de rulmeni destinate procesrii n bare, evi sau srme, din care se vor realiza inelele i elementele de rulare ale rulmenilor, sunt oeluri aliate cu crom i sunt elaborate i turnate cu grij deosebit, pentru realizarea unui grad nalt de puritate. Lingourile folosite pentru laminare sunt invers conice, avnd maselota cu greutate relativ mic (180...2500 kg).

nainte de laminare, lingourile din oeluri de rulmeni se supun onor operaii pregtitoare i anume unor operaii de curire prin frezare sau prin alte procedee. Cojirea lingourilor se face prin frezare chiar i la cald procedeu conceput iniial de firma Innocenti n care caz nu mai este necesar recoacerea de nmuiere pentru mbuntirea prelucrrii prin achiere a oelului. De asemenea, prin cojire la cald productivitatea operaiei este mai ridicat, consumul de energie este mai redus cu 7...10 % i pierderile de oel sunt mici.

80

Cojirea poate fi substituit prin operaia de flamare care, pe maini moderne de flamare, poate realiza curirea total, prin arderea unui strat de 3...10 mm la lingouri de min.2,5 t n numai 5...6 minute. Pentru evitarea unor fenomene, cum sunt clirea superficial i apariia de fisuri ca urmare a unor modificri structurale, flamarea total a lingourilor se va efectua nainte ca prin rcire temperatura s coboare sub 300...400 C. Temperatura la care se execut operaia depinde de valoarea coeficientului Cx numit echivalentul de carbon al compoziiei oelului.

Pentru oeluri de tip Rul (STAS 1456/1-89) coeficientul Cx se determin cu relaia:

Cx = (%C) + 0,4 (%Cr) + 0,3 (%Si + %Mo) + 0,16 (%Mn) (4.1)

i are valoarea Cx = 1,748 pentru oelul Rul 1, Cx = 1,939 pentru oelul Rul 2 i valoarea Cx = 1,819 pentru oelul Rul 3. n funcie de aceste valori, temperatura la care se va executa flamarea complet a lingourilor din oeluri de rulmeni va avea valori cuprinse n limitele 400...500 C.

Dac nu se efectueaz cojirea sau flamarea complet a lingourilor, acestea se vor controla cu mult atenie pe toate feele pentru a se descoperi i nltura i cele mai mici defecte cum sunt fisurile i crpturile longitudinale sau transversale, stropi reci, sufluri, incluziuni nemetalice, etc.

Defectele de turnare se cur cu dli pneumatice, dac nu au adncimea mai mare de 5 mm de la suprafa. n cazul unor defecte mai adnci, lingourile respective se vor folosi pentru laminarea barelor de rulmeni. Operaia de dltuire se va efectua astfel nct prin rizurile pe care le realizeaz s nu se produc mascarea defectului. Pentru ca anurile obinute prin dltuire s nu devin n continuare amorse de fisurare sau s nu produc suprapuneri de laminare, se recomand ca raportul dintre adncimea i limea acestora s fie de minimum 1 : 6 i aceste anuri s prezinte pante foarte line. n cazul curirii defectelor de pe semifabricate de dimensiuni mici, care pot fi blumuri sau agle, se utilizeaz i operaia de polizare, mai ales dac defectele sunt pe suprafee mai mari. Direcia de polizare va fi perpendicular pe direcia defectului cu scopul de a se evita ascunderea defectului printre rizurile de polizare.

Operaia de cojire se recomand a fi aplicat atunci cnd defectele sunt mai adnci i sunt rspndite practic pe toat suprafaa semifabricatului. Prin cojire se nltur un strat cu grosimea de 5...15 mm, ceea ce conduce la pierderi de oel de pn la 18...20 %.

nclzirea semifabricatelor din oeluri de rulmeni pentru laminare este o operaie foarte important a procesului tehnologic, deoarece nclzirea incorect va nruti mult calitatea structural a laminatelor. Unul dintre cei mai importani parametrii ai procesului de nclzire a semifabricatelor din aceste oeluri l reprezint temperatura de nclzire care, mpreun cu timpul de nclzire, influeneaz considerabil nivelul licuaiei carburilor. Astfel, cu ct durata de nclzire este mai mare, la temperaturi de peste 1000 C, cu att punctajul care caracterizeaz existena n oel a carburilor libere va fi mai sczut.

81

De asemenea, temperaturile mari de nclzire a oelurilor de rulmeni pot influena calitatea laminatelor att pozitiv, prin reducerea neomogenitii carburilor, ct i negativ, prin creterea granulaiei oelului. Odat cu creterea temperaturii de nclzire, carburile se dizolv favoriznd creterea granulaiei laminatului. Creterea deosebit de energic a grunilor ncepe la temperaturi de peste 1000 C, iar la temperaturi de 1150...1180 C se constat supranclzirea oelului de rulmeni, conducnd la creterea grunilor, la scderea rezistenei limitelor grunilor i la apariia discontinuitilor (rupturilor) pe aceste limite. Oelul supranclzit este inutilizabil pentru executarea rulmenilor.

Temperatura ridicat de nclzire, dar i durata mare de nclzire, accentueaz i procesul de decarburare a oelului. Pentru combaterea decarburrii oelurilor de rulmeni, temperatura de nclzire a semifabricatelor, n special a celor care urmeaz n final s fie supuse trefilrii, nu trebuie s depeasc 1100 C, iar durata de nclzire va fi cea minimum necesar.

Micorarea temperaturii de nclzire a semifabricatelor influeneaz favorabil i structura oelului obinut dup laminare, ca urmare a temperaturii mai sczute la care se sfrete laminarea.

Avnd n vedere experiena ndelungat n practica laminrii oelurilor de rulmeni se recomand ca, la scoaterea din cuptor pentru laminare, lingourile s aib temperatura 1140...1160 C, iar blumurile sau aglele de 1060...1100C.

nclzirea semifabricatelor se face dup diagrame i cu viteze de nclzire diferite, dup cum acestea sunt reci sau calde, n special n cazul lingourilor. Dac lingourile sunt reci nclzirea se face n dou etape, cu viteze de nclzire diferite. Avnd n vedere plasticitatea redus i tensiunile structurale ale oelurilor de rulmeni la temperaturi sub 600 C, precum i fenomenul de fragilitate la albastru din intervalul 250..500 C sau variaiile de volum din domeniul temperaturilor la care se produc transformrile structurale, care se suprapun tensiunilor termice generate de conductivitatea termic redus, pot apare frecvent fisuri i crpturi de nclzire, dac viteza de nclzire n intervalul de pn la 700...800 C nu este corespunztoare. Pe msur ce crete temperatura, apropiindu-se de 700...800C, valoarea coeficientului de conductivitate termic se apropie de cea a oelurilor nealiate i, ncepnd din acest moment, gradientul de temperatur pe seciune este mai redus, iar plasticitatea oelului, fiind suficient de mare, nclzirea se poate continua cu vitez mult mai mare etapa a doua de nclzire pn la limita maxim asigurat de cuptor.

n domeniul temperaturilor nalte este necesar nclzirea rapid nu numai n scopul mririi productivitii cuptorului, ci i pentru reducerea la minimum a pierderilor de oel prin oxidare i a adncimii stratului decarburat. Avnd n vedere aceste considerente, pentru nclzirea oelurilor de rulmeni se recomand urmtoarele msuri:

- dac temperatura mediului ambiant este sub +10 C, lingourile se vor depozita n hala cuptoarelor cu cel puin dou zile nainte de a fi ncrcate n cuptoarele adnci de nclzire;

82

- lingourile din oeluri de rulmeni se vor introduce n cuptor, pe ct este posibil, numai n stare cald, la temperaturi de 750...800 C, iar temperatura maxim a cuptorului adnc nu trebuie s depeasc 900...1000 C;

- atunci cnd nu se poate asigura ncrcarea lingourilor n cuptor n stare cald, acestea se vor supune necondiionat unui tratament termic de recoacere de detensionare, n special cnd lingourile au mase mari, de circa 2,5 t sau chiar mai mari;

- viteza medie de nclzire pentru oelurile de rulmeni este de 50 C / h n etapa de prenclzire i de 150 C / h n etapa de nclzire (peste 800...850 C);

- timpul de meninere pentru egalizarea temperaturii pe seciunea lingoului va fi de 1...3 h, n funcie de seciunea lingoului.

n funcie de temperatura suprafeei lingoului, n cazul lingourilor cu mase mari i anume de circa 2,5...4,5 t, durata de nclzire din momentul introducerii n cuptorul adnc a acestora este prezentat n tabelul 4.4.

Tabelul 4.4 Durata nclzirii lingourilor n funcie de temperatura

de ncrcare n cuptoarele adnci

Temperatura lingoului, C

800

700

600

500

20

Durata nclzirii, minute

250

290

350

400

1260

n cazul nclzirii blumurilor i aglelor, deci a semifabricatelor din oeluri de rulmeni cu structur de deformare la cald, prescripiile sunt mai severe, ca urmare a neomogenitii structurale mai reduse i a unor dimensiuni ale seciunii mai reduse. Astfel de oeluri cu conductiviti termice relativ mici i coeficieni de dilatare mari, dar cu plasticitate bun la temperaturi relativ joase, cum este cazul oelurilor de rulmeni, pot fi nclzite cu viteze mari fr a se observa modificri negative ale calitii produselor laminate. Astfel, semifabricatele din oeluri de rulmeni cu latura de 100...120 mm, introduse n cuptor direct la temperatura de 1200 C se nclzesc pn n centrul seciunii, fr apariia unor defecte caracteristice nclzirii. Aceste semifabricate fiind nclzite, n general, n cuptoare cu propulsie, apare totui o perioad de prenclzire n prima parte a cuptorului, unde temperatura incintei este oricum mai joas, ca urmare a introducerii semifabricatelor relativ reci n cuptor i a faptului c ua de ncrcare este deschis permanent.

n ceea ce privete temperatura de nclzire a blumurilor i a aglelor, aceasta este cu circa 60...80 C mai redus ca cea recomandat pentru lingouri, ca urmare a plasticitii mai mari a semifabricatelor cu structur de deformare dect a lingourilor, acestea din urm avnd structur neomogen de turnare. Rezult deci c la scoaterea din cuptor blumurile i aglele trebuie s aib temperatura cuprins ntre 1060 i 1100 C, pentru ca procesul de decarburare s fie ct mai redus. n cazul n care procesul de decarburare este frnat prin

83

diferite mijloace, cum sunt asigurarea unei atmosfere cu activitate redus asupra carbonului din stratul superficial al semifabricatului sau aplicarea pe semifabricate a unor acoperiri speciale, se poate mri temperatura de nclzire pn la 1170...1220 C.

n ceea ce privete durata de nclzire a semifabricatelor din oeluri de rulmeni, aceasta depinde n special de mrimea laturii blumului sau aglei i variaz de la 1,5 h la aglele cu latura de 70...100 mm, la circa 5...6 h pentru blumuri cu latura de 300 mm. Din acest timp total de nclzire, circa 30...80 min vor fi afectate perioadei de egalizare la temperatura final.

4.3. PARAMETRI TEHNOLOGICI DE LAMINARE

Conform celor prezentate, rezistena la deformare a oelurilor de rulmeni depete considerabil rezistena la deformare a oelurilor nealiate, la temperatura ambiant. Odat cu creterea temperaturii, se micoreaz diferena dintre cele dou rezistene, iar la 1000 C i mai sus, rezistena la deformare a oelurilor de rulmeni este cu foarte puin mai mare dect cea a oelurilor nealiate. n intervalul 1160...1180 C, n cazul unor reduceri considerabile, de circa 135 mm pe trecere, rezistena la deformare a oelurilor de rulmeni nu depete 95 MPa.

Lirea la laminarea oelurilor de rulmeni este mai mare dect cea de la laminarea oelurilor nealiate i cu procent sczut de carbon. n figura 4.3 se

Fig.4.3. Indicii de lire a unui oel pentru rulmeni i a unui oel nealiat n funcie de

reducerea relativ aplicat la laminare: H=36mm=ct; H/D=0,1; t=885 C.

Fig.4.4. Lirea la laminarea oelurilor pentru rulmeni n funcie de temperatura

la care se realizeaz deformarea: t = 900...1200 C

84

remarc faptul c oelurile de rulmeni se lesc de 1,2 ori mai mult dect oelurile nealiate i cu procent sczut de carbon, iar n figura 4.4 se observ c nu exist o diferen substanial n ce privete lirea oelului pentru rulmeni n funcie de temperatura de laminare, n limitele de 900...1200 C.

Avansul la laminarea oelurilor de rulmeni este, de asemenea, mai mare dect cel de la laminarea oelurilor nealiate i cu procent mic de carbon (fig.4.5).

Fig.4.5. Avansul la laminarea unui oel de rulmeni i

a unui oel nealiat n condiii comparabile (viteza de

laminare este de 1,1 m/s.

Laminarea blumurilor, a semifabricatelor i a produselor finite din oeluri de rulmeni se desfoar fr dificulti, practic indiferent de masa lingourilor i de viteza de laminare, iar reducerile admisibile pe treceri pe treceri pot fi foarte ridicate, fr pericolul de a se introduce defecte de laminare. La laminarea blumurilor se pot aplica reduceri pe treceri de pn la 120 mm, n funcie de posibilitile prinderii, respectiv n funcie de diametrul calibrelor.

Laminarea profilurilor se desfoar, de asemenea, fr dificulti, att pe laminoare liniare ct i pe laminoare continue, folosindu-se calibrri clasice romb - ptrat, pentru primele treceri degrosisoare, urmate de oval - ptrat pn la ultima trecere, n cazul profilului rotund, ct i oval vertical - oval orizontal n trecerile intermediare.

Rcirea laminatelor finite. Oelurile de rulmeni au tendina de a forma fulgi i, din aceast cauz, dup laminare trebuie rcite lent sau trebuie supuse unor tratamente termice, dup regimuri speciale.

In general, se recomand regimuri speciale de rcire. Astfel, ntr-o prim variant, blumurile, imediat dup laminare, avnd temperatura minim de 700oC, se ncarc n cuptoarele adnci nenclzite i se menin circa 72 h, pn la temperatura de 100...200oC. Dup rcire, blumurile sunt supuse revenirii nalte n cuptoare cu vatra mobil, cu viteza de nclzire de maximum 100 oC/h, pn la temperatura de 720oC, urmat de meninere timp de 15...35 h, n funcie de masa ncrcturii aceasta putnd fi de 20...70 t.

85

Se practic, de asemenea, i varianta rcirii rapide pn la temperatura inferioar celei de transformare perlitic, sub 700oC, dup care rcirea continu foarte lent n cuptoare nclzite pn la 700oC, temperatur la care oelul se afl n starea pentru care hidrogenul se degaj cel mai intens. Durata de rcire a blumurilor este egal cu aproximativ jumtate din durata primei variante.

Profilurile destinate prelucrrii ulterioare la cald pot fi rcite n aer, n pachete, iar profilurile uoare pot fi, de asemenea, rcite n aer fr existena pericolului producerii fulgilor. La rcirea nceat a profilurilor, dup laminare, pn la 650 oC, apare pericolul de formare a reelei de cementit. Sub 650 oC reeaua de cementit nu se mai formeaz, chiar dac rcirea este lent. De aceea, pentru evitarea formrii reelei de cementit, rcirea profilurilor imediat dup laminare, pn la circa 650 oC trebuie s se fac ct mai rapid posibil, prin rcirea separat a barelor. Aceast rcire se poate face n bazine cu ap sau prin injectarea (pulverizarea) de ap sub presiune asupra barelor, n timp ce se deplaseaz pe un transportor.

Pentru evitarea formrii reelei de carburi, viteza de rcire depinde i de temperatura de sfrit de laminare. Dac temperatura de sfrit de laminare este de 900...950 oC, viteza de rcire trebuie s fie de minimum 45...50 oC/min.

Aspectul produselor laminate din oeluri de rulmeni trebuie s corespund urmtoarelor cerine:

- nu se admit fisuri, sufluri, suprapuneri sau incluziuni nemetalice vizibile cu ochiul liber; de asemenea, nu se admit n strile de livrare A1 i B1 imprimri de oxizi cu adncimea mai mare de jumtate din abaterea limit la dimensiunea produsului laminat respectiv; pn la aceast adncime se admit i currile locale ale defectelor prin dltuire sau polizare;

- pe suprafaa produselor cojite se admit urme ale prelucrrii cu nlimea sau adncimea egal cu maxim jumtate din tolerana la dimensiunea produsului n timp ce la produsele lefuite nu se admit nici un fel de defecte sau urme de prelucrare;

- abaterea de la rectilinitate a produselor laminate nu trebuie s depeasc 1,5 mm / m n starea de livrare C3 i, respectiv, 3 mm / m n cazul celorlalte stri de livrare;

- ovalizarea produselor circulare nu trebuie s depeasc jumtate din tolerana la dimensiunea produsului respectiv laminat.

n afara standardelor menionate care prezint mrcile clasice de oeluri de rulmeni, mai sunt dou standarde care se refer la astfel de oeluri. Astfel, unul din standarde, STAS 11507-80, se refer la oelul pentru rulmeni destinai sapelor de foraj, simbolizat 55SiMoX, oel slab aliat cu siliciu i molibden, iar cellalt standard, STAS 11525-80, se refer la oelurile pentru rulmeni Rollway obinute prin asimilare, cooperare internaional i import, sub form de produse deformate plastic la cald sau la rece.

Compoziia chimic a acestor oeluri se stabilete n funcie de tipul rulmentului i va corespunde condiiilor de licen, iar caracteristicile mecanice, tehnologice i de structur vor corespunde standardului STAS 11250-80 i specificaiilor din licen.

86

Capitolul 5

LAMINAREA OELURILOR RAPIDE

Oelurile rapide fac parte din clasa ledeburitic, fiind aliate cu un procent de 3,8...4,5 % Cr, cu max 9% Mo, max 19,5 % W, max 2,5 %V, max 5,5 % Co i cu 0,7...1,0 %C. Aceste oeluri posed rezisten mecanic mare i stabilitate la rou, respectiv prezint duritate mare la nclzirea lor la temperaturi de pn la 550...600 oC. Stabilitatea la rou a oelurilor rapide este asigurat de influena comun a elementelor generatoare activ de carburi cum sunt V, W, Mo i Cr. Aceste elemente formeaz carburi foarte dure n metalul de baz stabil la revenire. Stabilitatea la rou a oelurilor rapide asigur posibilitatea de a se putea prelucra metalele prin achiere cu vitez mare i sub sarcini dificile.

Oelurile rapide se folosesc pentru executarea diferitelor tipuri de scule achietoare cum sunt burghiele, cuitele achietoare, frezele etc. Sculele achietoare se execut din oeluri rapide laminate sau forjate. Prin laminare se obin profiluri rotunde cu diametre de 5...45 mm, profiluri ptrate pn la 45x45 mm i table avnd grosimea de 1,5...6,0 mm cu limea pn la 1 m, iar prin forjare se obin profilurile mari, cu diametre de pn la 100 mm.

Utilizate iniial doar la fabricarea sculelor de achiere, oelurile rapide s-au impus de-a lungul timpului i la execuia unor scule pentru prelucrri fr degajri de achii sau de pilitur ca, de exemplu, deformarea la rece prin extruziune a materialelor metalice, turnarea sub presiune a metalelor, piese de uzur i frecare la cald ndeosebi n hidraulic etc.

De la apariia lor (sfritul secolului trecut) i pn n prezent, oelurile rapide au cunoscut o serie de etape de dezvoltare care au dus la crearea unor familii distincte de oeluri rapide i anume, oeluri cu wolfram, oeluri cu molibden, respectiv oeluri cu wolfram i molibden. Dac se mai ia n considerare i adaosul de cobalt i, respectiv, carbon (oeluri cu coninuturi normale, ridicate i supracarburate) rezult c principalele trei grupe de oeluri menionate se pot subdivide n foarte multe subgrupe, fiecare coninnd oeluri cu unele caracteristici distincte. n tabelul 5.1 se prezint principalele mrci de oeluri rapide tipizate n industria noastr precum i principalele domenii de utilizare ale acestora. De multe ori, n locul mrcilor de oel, aa cum sunt nominalizate n tabelul menionat, oelurile rapide sunt simbolizate printr-o serie de cifre, care reprezint media coninuturilor de wolfram, molibden i vanadiu. De exemplu, 18-0-1 reprezint marca Rp3 cu 18 %W, 0 %Mo i 1%V, iar 6-5-2 reprezint marca Rp5 cu 6%W, 5 %Mo i 2 %V.

87

88

5.1. CARACTERISTICI MECANICE I STRUCTURALE

Structura oelurilor rapide, n stare turnat, este caracterizat prin marea ei neomogenitate i prin prezena unei reele de ledeburit. Prelucrarea prin laminare distruge reeaua de ledeburit, structura obinut constnd dintr-o mas de perlit sorbitic i benzi (iruri) de carburi. n funcie de dimensiunea semifabricatului laminat i de marca oelului, sunt admise diferite punctaje, conform STAS 7382-88.

n stare clit, valoarea duritii oelurilor rapide depinde foarte mult de temperatura de clire i de durata de meninere la clire. Influeneaz, de asemenea, gradul segregaiei dendritice, precum i durata, respectiv temperatura de recoacere. Influena temperaturii de clire asupra valorii duritii se explic prin modificrile care au loc n constituia fazic a oelului rapid i prin cantitatea de austenit rezidual. Scderea valorii duritii, cu creterea temperaturii de recoacere este rezultatul transformrii unei pri din carbura Fe3W3C n carburi de tipul WC i W2C, care, practic, la nclzirea pentru clire nu se dizolv n austenit.

Stabilitatea la cald a oelurilor rapide depinde de gradul de aliere a soluiei solide i de modificrile pe care oelurile le sufer n urma diverselor operaii de nclzire. La aceeai compoziie chimic, stabilitatea la cald este influenat de gradul de dezvoltare a segregaiei de carburi. Conform STAS 7382-88, se consider c stabilitatea la cald a oelurilor rapide este corespunztoare dac duritatea epruvetelor nu scade sub 58 HRC, dup 4 h de revenire la temperatura de 620 oC pentru mrcile Rp3, Rp5, Rp9 i Rp10, la temperatura de 630 oC pentru marca Rp1 i la temperatura de 640 oC pentru marca Rp2.

Coninuturi mari de carbon conduc la creterea stabilitii austenitei subrcite, ceea ce va impune practicarea unui tratament adecvat pentru obinerea duritii de minimum 68...70 HRC.

Ledeburita (carbura primar) care apare la turnarea i la rcirea oelurilor rapide, se amplaseaz pe limitele grunilor sub forma unui nveli, este foarte stabil i nu trece n soluia solid prin nclzire pn la temperaturi foarte ridicate. Aceste carburi primare pot fi sfrmate numai prin prelucrare la cald i anume prin laminare sau forjare.

Concomitent cu carburile primare se formeaz i carburi secundare, mai mrunte, care trec n soluia solid prin nclzire. Rezult de aici c structura oelurilor rapide, n stare turnat, este foarte neomogen.

Proprietile de rezisten ale oelurilor rapide sunt determinate de dimensiunile carburilor n exces i de uniformitatea repartiiei acestora n materialul de baz. Oelurile rapide sunt cu att mai calitative cu ct carburile sunt mai mrunte i mai uniform repartizate n masa oelului.

Plasticitatea oelurilor rapide crete pe msur ce temperatura de deformare este mai ridicat, atingnd un maximum de circa 78 %, plasticitatea fiind determinat prin laminarea de probe n form de pan, la temperatura de 1200 oC, temperatura de topire fiind 1320 oC. Limita minim de plasticitate a oelurilor rapide, de circa 55 %, apare la temperatura de 890 oC.

89

Rezistena la deformare a oelurilor rapide este de circa 2 ori - la temperatura de 1100 oC - pn la de 3,3 ori la temperatura de 900 oC - mai mare dect cea a oelurilor nealiate, ajungnd la circa 130...150 MPa la laminarea la cald a lingourilor, la temperatura de 1200oC i, respectiv, la 500...700 MPa la laminarea la cald a profilurilor uoare, n ultimele treceri.

Conductibilitatea termic a oelurilor rapide este de aproape trei ori mai mic dect a oelurilor nealiate, ceea ce contribuie la realizarea unui gradient mare de temperatur i, respectiv, la crearea tensiunilor termice.

Lirea oelurilor rapide este de 1,1 ori mai mare dect cea a oelurilor nealiate, n timp ce avansul la laminarea oelurilor rapide prezint o variaie deosebit n comparaie cu cea a oelurilor nealiate, pentru condiii comparabile (fig.5.1), n sensul c la reduceri relativ mici, avansul la laminarea oelurilor rapide este mai mare dect la laminarea oelurilor nealiate, n timp ce la laminarea cu grade de reducere mari, n cazul oelurilor nealiate avansul este mai mare dect n cazul oelurilor rapide.

Fig.5.1. Variaia avansului n funcie de gradul de reducere la laminarea unui oel rapid i a unui oel nealiat.

Comportarea la nclzire. Oelurile rapide, cu coninut ridicat de carbon i elemente de aliere, trebuie s fie supuse nclzirii cu o grij deosebit, deoarece conductibilitatea sczut a acestor oeluri genereaz tensiuni termice care pot produce fisuri i, de asemenea, n masa semifabricatului turnat, deci a lingoului, se formeaz poriuni de segregaie cu eutectice care au temperaturi de topire sczute i care, la nclzirea lingourilor la temperaturi mari n vederea

90

laminrii, conduc la distrugerea structural n timpul prelucrrii prin presiune. Ca urmare, oelurile rapide cu structur de turnare vor fi supuse nclzirii n vederea laminrii la temperaturi ceva mai sczute dect aceleai oeluri care au deja structur de deformare.

Oxidarea oelurilor rapide, la temperaturi de nclzire relativ joase, de circa 900...1100 oC, este mai redus dect oxidarea oelurilor nealiate, n timp ce la temperaturi de peste 1100 oC oxidarea oelurilor rapide depete net pe aceea a oelurilor nealiate (fig.5.2).

Fig.5.2. Diagrama de variaie a oxidrii unui oel rapid comparativ cu a unui oel nealiat, n condiii similare de nclzire.

Decarburarea oelurilor rapide. Oelurile rapide posed o puternic tendin de decarburare, care se mrete dac n oel exist i molibden, ceea ce conduce la scderea duritii sculelor dup nclzire. Pentru evitarea decarburrii n timpul nclzirii pentru laminare trebuiesc luate msuri de protecie, ca de exemplu, prin realizarea unei atmosfere de protecie corespunztoare a cuptorului sau prin protejarea suprafeelor semifabricatelor prin vopsire cu var.

Susceptibilitatea la tensiuni termice este foarte mare n cazul oelurilor rapide, datorit conductibilitii termice sczute. Astfel, n cazul unei nclziri rapide a semifabricatelor, n special a lingourilor sau a rcirii n aer a acestora, se formeaz frecvent crpturi sau chiar sprturi transversale ale semifabricatelor. Din aceast cauz lingourile, dup turnare, se vor rci foarte lent sau se vor supune unei recoaceri la temperaturi nalte.

Formarea crpturilor termice n oelurile rapide se produce de obicei dup un timp oarecare de depozitare a lingourilor sau semifabricatelor laminate.

91

De aceea se recomand ca oelurile rapide s fie supuse tratamentelor termice cel mai trziu la aproximativ 24 ore dup rcire.

In ceea ce privete apariia tensiunilor mecanice remanente, n urma deformrii, se recomand ca laminarea s asigure astfel de condiii nct s nu apar n zona axial a semifabricatelor tensiuni de ntindere generatoare de fisuri sau crpturi. Respectiv, trebuie asigurat ptrunderea deformaiei spre centrul semifabricatului prin grade de reducere ct mai mari.

Gradele mari de reducere asigur sfrmarea avansat a ledeburitei i carburilor precum i distribuirea lor ct mai uniform. Prin aceasta se asigur proprieti superioare ale produselor obinute din oelul deformat. In general, pentru distrugerea complet a reelei ledeburitice, existent n oelul rapid cu structur de turnare, se recomand un grad mare de reducere a seciunii transversale.

5.2. PARAMETRII TEHNOLOGICI DE LAMINARE

Masa lingourilor utilizate pentru laminarea oelurilor rapide variaz, n general, ntre 200...1000 kg, cu un raport L/H variind ntre 2,9...4,7 aceste valori scznd pe msur ce masa lingoului este mai mare.

nclzirea lingourilor se face cu vitez mic, timpul de nclzire fiind de circa o or pentru fiecare 2 cm din diametrul lingoului. Se recomand tratamentul termic de recoacere, dup stripare. De asemenea, se recomand ca la introducerea lingourilor n cuptor, acestea s aib temperatura de 500...600 oC.

Semifabricatele forjate sau laminate (agle) au conductibilitatea termic mai mare dect lingourile, ca urmare a mririi prin deformare a omogenitii materialului (distrugerea structurii primare de turnare). De asemenea, seciunea fiind mai mic, se vor reduce i tensiunile termice, ca urmare a micorrii gradientului de temperatur pe seciune. Acestea fac ca viteza de nclzire s poat fi crescut foarte mult, mai ales c oelurile rapide au i o puternic tendin spre oxidare i decarburare, deci nu trebuie meninute timp ndelungat la temperaturi nalte.

Temperatura de nclzire nu trebuie s depeasc 1250 oC, deoarece temperatura de topire a eutecticului ledeburitic este de aproximativ 1300oC.

Laminarea lingourilor. Lingourile din oeluri rapide se deformeaz, n special, prin forjare. Lingourile mai mici pot fi laminate direct, ns cele mari, naintea laminrii se vor forja pentru distrugerea structurii ledeburitice de turnare i pentru ptrunderea deformaiei spre centrul semifabricatului, ceea ce numai prin laminare nu se poate realiza.

Coninutul n carbon al oelurilor rapide are o mare influen asupra comportrii lor la deformarea prin laminare. Dac la coninuturi de maximum 0,8 %C, oelul rapid se lamineaz aproximativ normal, peste aceast valoare laminarea devine din ce n ce mai dificil, ca urmare a scderii plasticitii i creterii pronunate a rezistenei la deformare, ct i a apariiei frecvente a crpturilor i rupturilor, ceea ce conduce la creterea cantitii de rebut.

Deformabilitatea lingourilor din oeluri rapide scade prin creterea

92

dimensiunilor lor, ca urmare a creterii corespunztoare a dimensiunilor cristalelor primare nconjurate de o cantitate de asemenea mai mare de reea de ledeburit, care se comport ca nite incluziuni, micornd plasticitatea oelului.

Dac prin forjare se asigur distrugerea structurii ledeburitice de turnare, laminarea se poate efectua fr probleme deosebite, dintr-un singur cald, deci fr renclzire, datorit posibilitii aplicrii prin forjare a unor reduceri mari ce ptrund spre zona central a lingoului i a unor timpi de rcire ntre etapele deformrii foarte scuri, frecvena loviturilor la ciocan fiind mare. Pentru laminare, dup primele 3 sau 4 treceri, lingoul trebuie renclzit pn la temperatura de nceput de deformare, pentru anihilarea tensiunilor care au aprut ca urmare a distrugerii reelei de ledeburit. Abia n timpul celei de a doua deformri ncepe distrugerea nveliului ledeburitic al cristalelor situate n zona central a lingoului. i dup aceast deformare este necesar o nou renclzire pentru definitivarea procesului de distrugere, n toat masa lingoului, a structurii ledeburitice i a distribuirii ct mai uniforme a carburilor n masa de austenit a oelurilor rapide. In aceast situaie se poate considera c oelurile rapide au cptat deformabilitatea corespunztoare pentru a fi laminate fr probleme pn la dimensiunile profilului laminat finit.

La forjarea la ciocane apar uneori fisuri marginale care trebuiesc ndeprtate prin dltuire pentru evitarea propagrii lor i degenerrii n crpturi. Aceste defecte apar n cazul deformrii lingourilor prea reci i de calitate necorespunztoare. De aceea, cnd temperatura lingourilor a cobort la 1000 oC (la coluri 950oC) laminarea sau forjarea trebuie oprit i semifabricatul renclzit.

In cazul laminrii lingourilor din oeluri rapide, repartiia reducerilor pe treceri, viteza de deformare, regimul de temperaturi i, n special, caracterul schimbrii formei laminatului prin forma calibrelor folosite (care determin raportul dintre tensiunile aplicate pe cele trei direcii asupra laminatului) au o importan hotrtoare asupra calitii semifabricatelor obinute.

Lingourile din oeluri rapide se lamineaz att pe laminoare specializate, cu diametre ale cilindrilor de 600...800 mm, folosindu-se calibrri specifice, respectiv calibre cutie - pentru prindere uoar i cu raze mari de racordare la coluri - pentru evitarea rcirii accentuate, la primele treceri, n care se aplic reduceri de 20...45 mm ( = 15...20 %). Laminarea se continu n calibrele rotunde sau de form apropiat. Pentru laminarea n bune condiii se recomand ca i cilindri s fie bine nclzii. Deoarece prinderea la laminare a lingourilor din oeluri rapide este dificil, datorit n special rezistenei mari la deformare, turaia maxim a cilindrilor de laminare nu trebuie s conduc la viteze de laminare mai mari de 1 m/s.

Laminarea lingourilor mari din oeluri rapide se poate efectua i la bluming, cu una sau dou renclziri, n funcie de dimensiunea final i de numrul de treceri n care se efectueaz laminarea. De exemplu, un lingou de 1000 kg din oel rapid, avnd seciunea de 360 x 360 mm se lamineaz ntr-un blum de 160 x 160 mm n 35 treceri cu hmed 15mm, n timp ce un alt lingou, de 800 kg, avnd seciunea de 290 x 290 mm, se lamineaz n agl cu seciunea

93

de 110 x 110 mm n 17 treceri, cu o singur renclzire dup primele 7 treceri, realizndu-se o reducere a seciunii de 46 %, prin aplicarea unei reduceri medii hmed 27 mm (hi = 12...40 mm). Valoarea reducerii pe treceri i, respectiv, numrul total de treceri depinde, pe de o parte, de condiiile de prindere i, pe de alt parte de puterea motorului de acionare a cajei. La laminarea la bluming este obligatorie rsturnarea laminatului din dou n dou treceri, realizndu-se un coeficient mediu de alungire = 1,07...1,15 valoarea unghiului maxim de prindere fiind max = 23o.

Rcirea semifabricatelor obinute la bluming se execut lent n cuptoare adnci, nenclzite, cu viteze de 20...25 oC/h, pn la temperatura de 120oC.

Laminarea profilurilor, n special rotunde i a srmei destinat trefilrii, se execut fr dificulti deosebite, folosindu-se de obicei laminoare liniare cu sisteme de calibrare romb-romb pentru trecerile degrosisoare, urmate de sistemul ptrat-oval i, n final, oval-rotund. De exemplu, n cazul laminrii srmei cu diametrul de 6 mm., coeficientul mediu de alungire n calibrele rombice are valori m = 1,18...1,27 i unghiul la vrful calibrelor rombice este = 92...95 o , iar n calibrele rotunde m = 1,23. Se recomand laminarea de semifabricate cu lungimi mici pentru a fi posibil eventuala renclzire a acestora, pentru care bara nu poate fi prea lung. In condiiile unor laminoare puternice, profilurile uoare i srma din oeluri rapide pot fi laminate i pe linii continue cu calibrri obinuite, pentru oeluri nealiate i fr renclzire.

Oelurile rapide se lamineaz i n table din care se execut, de exemplu, frezele disc. Laminarea se poate executa att la cald, pe laminoare liniare, folosindu-se tehnologia laminrii n pachete, ct i la rece.

La laminarea la cald se utilizeaz, ca semifabricate, aglele late forjate, cu grosimi de 15...25 mm, nclzite la 1100...1150 oC i aplicndu-se reduceri descresctoare avnd valori ntre 35...25 %. Dublarea se efectueaz, n general, dup cea de a doua renclzire, cnd se urmrete realizarea de table cu grosimi sub 1,5 mm. Temperatura de sfrit de laminare se admite pn la 600 ... 700oC.

Pentru laminarea la rece a tablelor cu grosimi de 0,8...1,2 mm, semifabricatele de pornire utilizate sunt tablele laminate la cald cu grosimi de 1,25...1,35 mm sau cu alte grosimi, oricum mai mari dect grosimea tablei finite care urmeaz a se lamina, astfel nct s se poat asigura reduceri totale maxime

tot max = 20...30 %. Tablele se supun tratamentului termic de revenire la temperatura de 740...750 oC, urmat de rcire n ap sau n aer, dup care se execut decaparea i splarea n condiii normale, laminarea la rece n 5...8 treceri cu reduceri medii med = 4...5 % i, n final, recoacerea la 720 oC dup care duritatea tablelor va avea valori de 179...238 HB. Pentru uurarea condiiilor de laminare la rece semifabricatele se nclzesc la 100...400 oC naintea deformrii. De asemenea, pentru tablele din oeluri rapide cu grosimi mai mari de 1,2 mm, se practic i laminarea la semicald. Pentru aceasta tablele laminate la cald folosite ca semifabricate, dup recoacere, decapare i splare se nclzesc pn la 550...650 oC, n decurs de cteva minute, pentru evitarea oxidrii i, n final, se lamineaz cu reduceri de pn la 10 % pe trecere.

94

Capitolul 6

LAMINAREA OELURILOR INOXIDABILE

Convenional se numesc oeluri inoxidabile aliajele fierului cu carbonul i cromul (Fe-C-Cr), cu minimum 12 %Cr i maximum 0,1 %C. La aceste oeluri, cromul produce acoperirea acestora cu un strat pasiv n aer, acizi, atmosfer industrial etc., asigurndu-le rezistena la oxidare i coroziune. Stratul pasiv este format, n principal, din oxid de crom care, fiind aderent, dens, impermeabil i puin solubil, l face rezistent la aciunea unui numr mare de medii agresive.

In afar de crom, oelurile inoxidabile mai conin i alte elemente cum sunt Ni, Mo, Cu, Mn, Ti, Nb, Si, B, Al etc. care au scopul de a mri rezistena la coroziune i de a mbunti proprietile mecanice i de comportare la procesare. Influena principalelor elemente de aliere n oelurile inoxidabile este prezentat n continuare.

Nichelul, cu concentraii de 8...25 %, este principalul element de aliere dup crom, ameliornd n special rezistena la coroziune n medii acide, slab oxidante sau neoxidante, mrind n acelai timp tenacitatea oelului i prelucrabilitatea acestuia prin deformare plastic. Adaosuri de cupru mresc influena nichelului ca element austenitizant.

Molibdenul, n concentraii de 1...3 %, mbuntete n special rezistena la coroziune n medii clorice i mrete proprietile mecanice la cald ale oelurilor inoxidabile.

Titanul i niobiul au efect alfagen i datorit afinitii lor faa de carbon mpiedic formarea carburilor de crom, reducnd astfel concentraia acestora n austenit. Au efect stabilizator, respectiv mpiedic precipitarea carburilor de crom n cazul nclzirii de lung durat a oelurilor inoxidabile n intervalul de temperaturi de 400...700 oC.

In afara stabilitii termice mresc i rezistena la coroziune intercristalin a oelurilor. Coninutul n aceste elemente se stabilete n funcie de coninutul de carbon al oelului, astfel: %Ti = 8 x %C i %Nb = 5 x %C.

Siliciul i aluminiul mresc rezistena la temperaturi ridicate a oelului, iar cteva miimi de procente de bor amelioreaz comportarea la fluaj a oelurilor inoxidabile.

Manganul i azotul sunt adugate n oelurile inoxidabile ca nlocuitor al nichelului, avnd efect gamagen, reducndu-se astfel costurile ridicate ale acestor oeluri. In oelurile Cr-Mn, creterea coninutului de mangan, asociat cu coninuturi mici de carbon, provoac diminuarea rezistenei la rupere i a alungirii specifice.

95

Oelurile inoxidabile aliate cu mangan prezint ns o rezisten mai mic la coroziune comparativ cu cele aliate cu nichel. Adaosurile de azot n oelurile Cr-Ni sau Cr-Ni-Mn conduc la durificarea austenitei, iar oelurile prezint proprieti mecanice mai ridicate. Concentraia n azot nu se admite mai mare de 0,4 %, deoarece apare tendina de fragilizare a oelurilor ca urmare a formrii unor nitruri de fier care se pot separa n timpul exploatrii oelurilor inoxidabile.

6.1. CARACTERISTICI MECANICE I STRUCTURALE

Structura oelurilor inoxidabile depinde de raportul dintre elementele alfagene i cele gamagene din compoziia oelului, respectiv de raportul dintre echivalentul n crom - element alfagen i echivalentul n nichel - element gamagen, calculate cu relaiile:

Ecr = %Cr + %Mo + 1,5x %Si + 0,5x %Nb (6.1)

ENi = %Ni + 30x%C + 0,5x%Mn + 30x%N (6.2)

Pe baza acestor valori, din diagrama Schaeffler (v.fig.1.10) se pot obine familiile de oeluri inoxidabile prezentate n continuare.

Oelurile martensitice sunt oelurile inoxidabile aliate cu 12...17 %Cr i 0,4...1,0 %C la care, pentru mrirea rezistenei la oxidarea la cald, se adaug circa 0,4 %Si, iar pentru mrirea tenacitii se adaug 2...4 %Ni.

Oelurile martensitice se submpart n patru grupe, n funcie de coninuturile n crom i n carbon, astfel:

- grupa M1 cu coninuturi de maximum 0,15 %C i de 12...14 %Cr; se utilizeaz pentru piese supuse la solicitri mecanice mari i pentru piese care lucreaz n medii corosive;

- grupa M2 cu coninuturi de 0,2...0,4 %C i 13...15 %Cr; oelurile din aceast grup au duriti mari, asociate i cu tenaciti apreciabile;

- grupa M3 cu coninuturi de 0,6...1,0 %C i 14...16 %Cr; aceste oeluri asigur duriti mari, fr pretenii deosebite de tenacitate sau inoxidabilitate;

- grupa M4 cu maximum 0,2 %C, 16...20 %Cr i 2...4 %Ni; au proprieti mecanice bune i rezistent la coroziune ameliorat prin prezena nichelului.

Oelurile feritice sunt oeluri inoxidabile cu 0,1...0,35 %C i 15...30 %Cr, caracterizate de structuri monofazice i de absena transformrilor structurale la nclzire sau la rcire. Aceste oeluri au rezistena la coroziune superioar celor martensitice i sunt mai ieftine dect oelurile inoxidabile austenitice.

In funcie de concentraia n carbon i crom, oelurile feritice se mpart n dou grupe, astfel:

- grupa F1 cu coninuturi de 0,08...0,12 %C; 15...18 %Cr; 0,5...1,0 %Si; 0...4 %Al i 0 ...1 %Ni;

- grupa F2 cu coninuturi de 0,1 ... 0,35 %C; 25 ... 30 %Cr; 1 ... 4 %Ni; 0 ... 2 %Cu; 0 ... 2 %Mo i 0,12 ... 0,25 %N.

96

Oelurile din grupa F1 au rezistena bun la coroziune n acid azotic, fosforic i acetic precum i n ap de mare, iar oelurile din grupa F2 rezist bine n medii oxidante i sulfuroase. Oelurile feritice sunt insensibile la coroziunea sub tensiune, dar prezint fragilitate dup sudare. Pentru mbuntirea comportrii la sudare se adaug nichel, cupru, aluminiu, molibden, titan sau niobiu i se reduce coninutul de carbon.

Oelurile austenitice conin max.0,1%C, 12...25 %Cr i 8...30 %Ni (tabelul 6.1). Aceste oeluri au caracteristici mecanice deosebite, rezist bine la coroziune, se prelucreaz uor prin deformare plastic i au o comportare metalurgic bun la sudare. Se comport foarte bine n tot intervalul de temperaturi de pn la 1200oC. Au ns rezistena mic la coroziune sub tensiune, n special n medii formate din cloruri cu temperaturi ridicate.

Oelurile austenitice se mpart n mai multe grupe n funcie de principalele elemente de aliere, astfel:

- oeluri Cr-Ni cu coninuturi de 12...25 %Cr, 8...20 %Ni i max.0,1 %C. Se mai adaug att siliciu pentru creterea rezistenei la oxidare la temperaturi ridicate i pentru ameliorarea rezistenei la coroziune sub tensiune, ct i titan i niobiu pentru combaterea coroziunii intercristaline;

- oeluri Cr-Ni-Mo In oelurile Cr-Ni se adaug 2...4 %Mo, pentru mrirea rezistenei la coroziune n soluii de acid sulfuric, cloruri i acizi organici. La aceste oeluri, creterea rezistenei la coroziune se realizeaz i cu adausuri de 1...2 %Cu sau 2...4 %W;

- oeluri Cr-Ni-Mn-N, la care adausul de mangan asigur meninerea la temperatura ambiant a structurii austenitice format la temperaturi ridicate, n oelurile pe baz de crom. De exemplu, oelul cu 12...15 %Cr, 14...15 %Mn i 0,1 %C, la temperatura de 1200...1100oC este austenitic, iar prin rcire rapid, structura austenitic se menine. Acest oel este sensibil la coroziunea intercristalin la temperaturi cuprinse ntre 500...800 oC, iar pentru ameliorarea acestui inconvenient se recurge la adausuri de 2...6 %Ni. Adausul de azot n aceste oeluri are scopul nlocuirii unei pri din coninutul de nichel, n vederea reducerii preului de cost.

Oelurile austenito-feritice se obin prin modificarea concentraiei elementelor alfagene i gamagene, conform diagramei prezentat n figura 6.1. Oelurile prezint dificulti de prelucrare plastic la cald i la rece, dar sunt practic insensibile la coroziunea intercristalin i au proprieti mecanice i fizice mai mari dect cele ale oelurilor austenitice. Compoziia acestor oeluri conine 0,05 %C, 8 %Ni i 20...22 %Cr. Mai pot fi aliate i cu 2...2,5 %Mo, 1,5%Cu i 3 %Mn. Adaosurile de cupru i mangan reduc concentraia nichelului la 2...3 %.

Tendinele n realizarea oelurilor inoxidabile sunt urmtoarele: - reducerea coninutului de nichel, care este deficitar i scump i

nlocuirea acestuia cu mangan, cupru sau azot, pentru meninerea proprietilor mecanice ale oelurilor austenitice;

- creterea coninutului n crom pentru mbuntirea caracteristicilor fizico-mecanice ale oelurilor feritice, care sunt mai ieftine;

97

98

99

- alierea oelurilor inoxidabile Cr - Ni cu molibden, bor, siliciu sau wolfram

Fig.6.1. Influena elementelor alfagene i gamagene asupra structurii oelurilor inoxidabile.

pentru a se obine oeluri cu proprieti mecanice i chimice deosebite, la preuri mai convenabile;

- alierea oelurilor ino-xidabile cu sulf, seleniu sau plumb pentru a le mri prelu-crabilitatea prin achiere;

- mrirea rezistenei la coroziune, n special a celei sub tensiune, prin micro-alierea cu titan i niobiu i prin aplicarea unor trata-mente termice speciale de tipul celor cu durificare struc-tural sau termomecanice.

Prin modificri struc-turale la oelurile inoxidabile, se poate obine un spectru larg de proprieti mecanice (fig.6.2).

Fig. 6.2. Variaia proprietilor mecanice ale oelurilor inoxidabile.

100

6.2. COMPORTAREA LA DEFORMAREA PLASTC

Oelurile ferito-austenitice sunt oeluri bifazice, iar plasticitatea lor crete odat cu scderea cantitii de faz . In cazul oelurilor austenito-feritice, comportarea acestora la deformare este diametral opus, respectiv creterea plasticitii este cu att mai mare cu ct faza este n cantitate mai mic.

Aceste efecte se datoreaz rezistenei diferite la deformare a feritei i aus-tenitei, limita de curgere a feritei fiind considerabil mai mic dect a austenitei. De asemenea, aceti doi constituieni ai oelurilor inoxidabile se lesc, se ecruiseaz i recristalizeaz n mod diferit. Astfel, austenita se ecruiseaz mai rapid i recristalizeaz mai ncet dect ferita. Toate acestea conduc la o neuniformitate a deformrii n masa oelului, la apariia de tensiuni interne i, n final, prin modificri ale compactitii materialului, la scderea plasticitii acestuia. Dac se admite, de exemplu, plasticitatea unui oel inoxidabil monofazic - feritic sau austenitic - ca fiind de 100 unitti, plasticitatea oelurilor bifazice se va modifica n funcie de proporia feritei i austenitei din structur, conform celor prezentate n figura 6.3. n general se consider c plasticitatea este acceptabil din punct de vedere tehnologic, dac n oelurile feritice sau austenitice cealalt faz - , respectiv, - nu depete coninuturi de 20% .

In cazul oelurilor ferito-austenitice, creterea temperaturii de nclzire nainte de laminare, conduce la mrirea cantitii de ferit i micorarea cantitii de austenit. astfel nct plasticitatea acestor oeluri crete, comportarea lor apropiindu-se mai mult de cea a oelurilor monofazice.

Ca i n cazul oelurilor feri-to-austenitice, n cazul oelurilor austenito-feritice creterea tempe-raturii de nclzire conduce la mrirea cantitii de faz feritic,

Fig. 6.3. Variaia plasticitii oelurilor inoxidabile n funcie de proporia

dintre ferit i austenit.

dar n acest caz efectul este contrar, respectiv plasticitatea oelurilor scade, acestea devenind bifazice. Pe acest considerent oelurile austenito-feritice se lamineaz la temperaturi relativ sczute, de circa 1100...1150 oC. La temperaturi sub 950 oC i la durate de meninere mai ndelungate, este posibil apariia unei a treia faze , care reduce substanial plasticitatea. Din aceast cauz temperatura de sfrit de laminare a oelurilor austenito-feritice nu se recomand s fie mai mic de 950...925 oC.

101

Coninutul de faz n oelurile austenito-feritice depinde, n special, de compoziia chimic a acestora. Astfel, pentru unul i acelai coninut de nichel, cantitatea de faz se mrete o dat cu creterea coninutului de crom din oel, iar pentru unul i acelai coninut de crom, cantitatea de faz este cu att mai mic, cu ct cantitatea de nichel este mai mare. In general, se admite c proporia cea mai favorabil de faz n oelurile Cr-Ni apare atunci cnd raportul dintre coninutul de crom i cel de nichel este mai mic de 1,8. Cantitatea de faz depinde, de asemenea i de alte elemente alfagene cum sunt titanul, siliciul sau aluminiul.

Oelurile inoxidabile austenitice, cu faz n exces, pot fi deformate prin laminare cu rezultate foarte bune. Eventualele crpturi care apar n timpul laminrii se datoreaz n special calitii nesatisfctoare a lingourilor, nclzirii la temperaturi foarte ridicate sau laminrii cu lire liber; oelul inoxidabil austenitic prezentnd lire mare la laminare, apar tensiuni de ntindere pe muchiile laminatelor care sunt generatoare de fisuri i crpturi.

Plasticitatea acestor oeluri cu coninut mic de faz este foarte bun, atingnd valori de pn la 80% la 1250oC.

Fazele n exces la aceste oeluri inoxidabile austenitice, sub form de carburi sau combinaii intermetalice, sunt situate de obicei pe limitele grunilor, iar plasticitatea acestor oeluri este determinat de cantitatea i de starea fazelor, care prin nclzire se modific att cantitativ ct i calitativ, dizolvndu-se sau precipitnd n i din soluia solid cu modificri corespunztoare ale plasticitii oelului.

In general, scderea concentraiei fazelor n exces conduce la creterea plasticitii oelului, iar cnd fazele intermetalice formeaz prin precipitare reele pe limitele grunilor, plasticitatea oelului se nrutete vizibil.

Oelurile feritice, ca oeluri monofazice, nu prezint transformri n punctele critice, iar prin nclzire nu se produce dect o cretere a granulaiei mult mai accentuat dect la oelurile monofazice austenitice (fig.6.4), ceea ce

Fig. 6.4. Variaia mrimii de grunte n cazul unui oel feritic (1) i a unui oel austenitic (2) n funcie de temperatur.

conduce la proprieti meca-nice sczute, devenind chiar un material fragil n cazul creterii exagerate a granula-iei. Acest fenomen este cu att mai pregnant cu ct produsul laminat are dimensi-uni mai mari i temperatura n timpul deformrii se menine la valori ridicate. Oelurile feritice, fiind mono-fazice, corectarea structurii caracterizat de granulaie mare nu este posibil prin tratament termic i, de aceea,

102

trebuiesc asigurate condiii optime de laminare, n vederea obinerii unei granulaii fine, care s asigure proprietile mecanice cerute.

Oelurile martensitice, ntr-un anumit interval de temperaturi, prezint o structur austenitic i, ca atare, laminarea se poate realiza fr dificulti. La trecerea oelurilor n stare bifazic, plasticitatea acestora scade, deci nclzirea trebuie fcut la temperaturi pentru care oelurile sunt monofazice.

Din aceleai considerente, temperatura de sfrit de laminare trebuie s fie mai mare dect temperaturile de transformare. Astfel, temperatura de sfrit de laminare va fi mai sczut la oelurile cu coninut mai mic de carbon i anume va fi de circa 850 oC i mai ridicat la oelurile cu coninut mai mare de carbon, n acest caz fiind de circa 925oC.

Oelurile ferito-martensitice apar dup rcirea n aer, iar la temperaturi ridicate ele sunt bifazice, ceea ce determin reducerea plasticitii. Ca atare, laminarea acestor oeluri se va realiza ntr-un interval foarte ngust de temperaturi de deformare i anume 1250 ...1100oC.

Formarea martensitei prin rcire n aer, dup laminarea la cald, mrete duritatea oelului, ngreuneaz procesul de decapare i accentueaz tendina acestor oeluri de a forma crpturi i fisuri la rece.

6.3. PARAMATRII TEHNOLOGICI DE LAMINARE

Comparativ cu oelurile nealiate sau slab aliate, oelurile inoxidabile se comport diferit la prelucrarea prin laminare la cald sau la rece, n funcie de regimul de temperaturi i de gradul reducerilor pariale sau totale. Pentru a se asigura o calitate corespunztoare laminatelor finite (table, profiluri, evi etc,),este obligatoriu ca lingourile i sleburile s aib suprafaa perfect curat, lipsit de defecte. n acest scop se utilizeaz diferite metode de curire a lingourilor, pentru ndeprtarea defectelor, cum sunt:

- frezarea la cald cu maini speciale, care prelucreaz toate cele patru fee la cald, cu un ritm de 12...13 lingouri pe or;

- flamarea, pentru ndeprtarea defectelor continue de adncime mic; - curirea cu dli pneumatice, pentru eliminarea defectelor locale; - curirea cu materiale abrazive, pentru ndeprtarea defectelor mici de

suprafa ale lingourilor i semifabricatelor laminate; se utilizeaz pietre din electrocorindon sau carborund cu liant ceramic, curirea fcndu-se pe maini manuale, semiautomate sau automate.

Se mai folosesc procedee de cojire integral, rabotarea i frezarea, pentru care unele lingouri sau semifabricate trebuiesc, n prealabil, recoapte.

nclzirea lingourilor i semifabricatelor din oeluri inoxidabile se efectueaz n cuptoare similare celor folosite la nclzirea oelurilor slab aliate care pot fi electrice, sau cu pcur sau gaz. nclzirea electric poate fi cu rezisten, prin trecerea curentului direct prin lingou sau cu inducie. La cuptoarele care au nclzirea cu pcur sau cu gaz este necesar s se controleze dirijarea gazelor de combustie i atmosfera de lucru.

Oelurile cu coninut ridicat de nichel sunt foarte sensibile fa de prezena

103

sulfului n gaze, deoarece se pot forma sulfuri de nichel care au punctul de topire sczut, circa 800 oC i se separ, distribuindu-se la marginile grunilor pornind de la suprafa. Prezena sulfurilor de nichel slbete coeziunea i implicit calitile oelului. Atmosfera prea reductoare n cuptor duce la carburarea oelului, iar cea oxidant determin decarburarea oelului cu pierderi de crom.

La alegerea regimului de nclzire a lingourilor din oeluri inoxidabile trebuie s se in seama de o serie de factori, cum sunt: compoziia chimic i structura oelului, rezistena la deformare la cald, tendina de supranclzire, tipul laminorului, greutatea i dimensiunile lingourilor, precum i de schema de laminare, de reducerea total i de dimensiunile finale ale semifabricatului. nclzirea se face la temperaturi de 1150...1250 oC cnd, rezistena la deformare fiind mic, se pot aplica reduceri mari, cu un ciclu redus de laminare. Lingourile mari cu structur feritic sau cu raportul Cr / Ni 1,8 se nclzesc pn la temperatura de 1200 oC. Cu toate acestea, blumurile i bramele laminate pot prezenta defecte de fisuri sau ruperi. Pentru a diminua acest pericol, nclzirea se face n dou trepte, cu regim de palier, mai nti la 1160...1180 oC i, al doilea palier, la 1210...1240 oC.

Oelurile pe baz de crom au tendina de cretere rapid a gruntelui la temperaturi ridicate i rezistena mic la deformare la cald, astfel c trebuie nclzite lent pn la temperatura de 800...900 oC, dup care se nclzesc rapid pn la temperatura de meninere pentru omogenizare. Pentru cteva dintre oelurile inoxidabile standardizate n ara noastr, domeniile de temperaturi de laminare sunt: 1200...900 oC pentru oelul 40Cr130, 1250...900 oC pentru 2NiCr185 i 1250...950 oC pentru oelurile 20MoNiCr175 i 10TiNiCr180, n care prima temperatur, din fiecare domeniu, este temperatura de nceput de laminare, iar cea de a doua este temperatura de sfrit de laminare.

La nclzirea sleburilor din oeluri inoxidabile n vederea laminrii trebuie s se asigure: nclzirea omogen i la temperatura prescris; uniformizarea regimului de lucru n cazul alimentrii laminorului de la mai multe cuptoare, astfel nct diferenele de temperatur dintre dou brame de la cuptoare diferite s nu fie mai mare de 10...15 oC; urmrirea temperaturii n cuptor i dup prima trecere la laminor, dup ndeprtarea oxizilor; la oprirea accidental a laminorului trebuie redus temperatura pentru a nu se deteriora semifabricatul.

Laminarea lingourilor din oeluri inoxidabile n blumuri sau n sleburi se execut respectnd urmtoarele condiii:

- la stabilirea schemelor de laminare se aleg reduceri mai mici pe treceri i, implicit, se mrete numrul de treceri comparativ cu oelurile nealiate sau slab aliate, deoarece oelurile inoxidabile au rezistena la deformare mai mare;

- laminarea trebuie s se desfoare n ritm alert, pentru reducerea pierderilor de cldur i asigurarea temperaturii ridicate de sfrit de laminare;

- manipularea lingourilor n i din cuptor se va realiza n ritm intens pentru evitarea pierderii temperaturii prescrise.

n general, forele de laminare pentru deformarea la cald a oelurilor aliate sunt, la aceleai reduceri de seciune, mai mari cu 25...250 % dect cele pentru

104

laminarea la cald a oelurilor nealiate. Schemele de laminare se ntocmesc pentru degroarea lingourilor n mod similar cu cele pentru oelurile nealiate, pe baza calculului forelor i momentelor admisibile pentru utilajul respectiv de laminare, unghiului de prindere i proprietilor de plasticitate ale oelului respectiv, corelate cu temperaturile de maxim deformabilitate. Determinarea plasticitii se va face pe arj sau, cel puin, pe marc n mod statistic, pentru a avea parametrii ct mai bine controlai.

Tierea capetelor i debitarea la dimensiuni a semifabricatelor laminate se face nc n stare cald, la 850...800 oC, imediat dup laminare. Laminoarele moderne de semifabricate sunt dotate cu foarfece puternice acionate hidraulic sau electromecanic, amplasate n fluxul de laminare. Semifabricatele din oeluri inoxidabile austenitice i feritice se rcesc n stive, n aer, iar cele din oeluri inoxidabile martensitice se rcesc ncet n cuptoare speciale sau n gropi amenajate pentru rcire lent, de obicei pn la temperatura de 300 oC.

Laminarea aglelor i profilurilor. Blumurile din oeluri inoxidabile se lamineaz n agle i n profiluri grele. Din aglele pentru relaminare se obin, n continuare prin laminare, profiluri mijlocii i profiluri mici.

Pregtirea blumurilor i aglelor pentru laminare este necesar pentru toate tipurile de oeluri inoxidabile. La laminare este necesar s se in seama c lirea oelurilor inoxidabile este mult mai mare dect lirea oelurilor nealiate i, cnd aceasta nu este stpnit, apar suprapuneri pe laminat. Pentru aceasta se poate asigura cte un calibraj pentru fiecare marc de oel inoxidabil, lundu-se i msuri deosebite pentru meninerea temperaturilor n limite stricte, n paralel cu limitarea elementelor alfagene n domeniile admise pentru marca respectiv.

Dup laminare, aglele i profilurile din oeluri austenitice i feritice se rcesc repede n aer, iar cele din mrci de oeluri martensitice se rcesc lent n gropi acoperite, cu posibiliti de control a temperaturii. Laminatele se trateaz termic pentru mbuntirea proprietilor mecanice i se decapeaz, iar la unele se mbuntete aspectul prin rectificare.

Laminarea la cald tablelor i benzilor. Sleburile din oeluri inoxidabile ajustate, curate i fr defecte se nclzesc pentru laminare n table groase, la temperaturi din intervale foarte nguste i, n general, se lamineaz pe agregatele folosite la laminarea oelurilor nealiate ns, avnd n vedere rezistenele la deformare mai mari, sunt necesare i fore i momente mai mari. Sunt necesare deci, alte regimuri de nclzire, supravegherea cu atenie i, bineneles, alte scheme de laminare.

Dup laminare, tablele groase sunt ndreptate, rcite i ajustate sau trecute direct, fr ajustare, la tratamentul termic, de obicei de recoacere. Decaparea chimic se realizeaz n bazine cu soluii acide, dispunndu-se de instalaii speciale pentru manipulare sau se face tratament n bi de sruri topite bioxid i hidroxid de sodiu).

Laminarea la cald a benzilor din oeluri inoxidabile cu grosimi finite de 3...6 mm se execut din sleburi, utilizndu-se laminoare continue, semicontinue sau de tip Steckel cu caje cuarto reversibile i cu nfurare n cuptoare.

Laminoarele continue pentru benzi late laminate la cald, utilizare i pentru

105

oeluri inoxidabile sunt, n majoritate, pentru limi de 1600...1700 mm dar, pentru table i benzi mai late se utilizeaz i laminoare cu lungimea tbliei de 2500 mm. Laminarea oelurilor inoxidabile pe laminoare de benzi late la cald continue i discontinue se execut pe loturi condiionate de durabilitatea cilindrilor. Capacitatea mare de producie a acestor laminoare, complexitatea i volumul mare de investiii au impus mbinarea programelor de fabricaie ale oelurilor inoxidabile cu cele slab aliate sau nealiate pe aceleai laminoare continue sau semicontinue. Deosebirile ntre cele dou tehnologii de fabricaie sunt, aa cum s-a vzut, n privina dotrii, numai n sectorul de pregtire a sleburilor, n sectorul de nclzire a sleburilor i n sectorul de ajustaj i de tratament termic.

Laminarea la rece a tablelor i benzilor din oeluri inoxidabile, la grosimi de max.3 mm, se efectueaz pe utilaje i instalaii speciale, similare n principiu cu cele pentru oeluri obinuite, dar care prezint urmtoarele particulariti:

- dimensionarea corespunztoare eforturilor de laminare, impus de rezistena la deformare a acestor oeluri;

- sisteme de reglare cu viteze mari, adecvate schemelor de laminare specifice;

- amplasarea n planul de ansamblu, corespunztoare fluxului tehnologic, cu depozitri interfazice i cu posibilitatea repetrii laminrii, tratamentului termic i decaprii, pentru ct mai multe scheme tehnologice specifice.

Tehnologia de laminare la rece a tablelor i benzilor din oeluri inoxidabile este diferit pentru oelurile austenitice fa de cele feritice sau martensitice. Pentru laminarea la rece a benzilor din oeluri inoxidabile austenitice se parcurg urmtoarele etape:

- alimentarea cu benzi n rulouri laminate la cald, cu grosimi ale benzii de 3,0...4,5 mm sau, n mod excepional, cu grosimi de 6,0 mm;

- pregtirea rulourilor prin sudare cap la cap a dou sau mai multe rulouri i sudarea la capetele rulourilor obinute a 8...30 m band din oel nealiat care se va ndeprta dup ultima reducere;

- tratamentul termic de clire ntr-un cuptor continuu orizontal cu rcire cu abur, aer i ap, urmat de decaparea mecanic i chimic;

- prima laminare la rece pe un laminor continuu sau pe o caj cuarto reversibila sau policilindric; reducerea total este de maximum 75 % (pentru oeluri feritice maximum 80 %), cu reduceri pe treceri de circa 20 %;

- tratamentul termic de clire i decaparea dup prima laminare la rece, pe aceeai linie continu de mai sus sau pe o linie similar;

- a doua laminare la rece, similar celei menionate, obinndu-se grosimea minim de 0,4...0,5 mm; obinerea grosimilor mai mici de 0,4 mm, se realizeaz prin a treia sau a patra laminare la rece dup alte etape de tratamente termice de clire urmate de decapri;

- tratamentul termic final - recoacerea lucioas ntr-o linie continu, combinat, prevzut cu degresare n tricloretilen, cuptor vertical cu gaz de protecie i zon de rcire dirijat, decaparea n amestec de acizi, splare, uscare, debitare i nfurare cu hrtie de protecie ntre spire; tratamentul termic poate

106

fi realizat i ntr-o linie de clire de la temperatura de 1100...1150 oC (nclzire fr atmosfer de protecie) urmat de decapare;

- dresarea cu reducerea de 1...2 % pe un laminor de dresare cu caj cuarto, pentru asigurarea planeitii benzii i mbuntirea rezistenei mecanice;

- tierea n table sau fierea n benzi, sortarea, lustruirea, polizarea, ambalarea i expedierea.

La laminarea benzilor din oeluri feritice i martensitice, alimentarea cu benzi laminate la cald i pregtirea rulourilor este similar cu cea pentru oeluri austenitice. Tratamentul termic n cuptoare clopot monostiv const n recoacere sub atmosfer de protecie la temperatura de 760...780 oC cu rcire lent pentru oelurile martensitice i cu rcire rapid n domeniul 400...500 oC, pentru oelurile feritice.

Decaparea mecanic i chimic se poate face n instalaiiseparate sau n aceeai linie continu, combinat, de tratament termic i decapare pentru oelurile austenitice cu trecerea prin cuptor la o temperatur mai joas.

Laminarea la rece se execut cu tratamente termice i decapri intermediare. Tratamentul termic final, dresarea, tierea, sortarea, lustruirea, ambalarea i expedierea sunt similare oelurilor austenitice.

Laminarea la rece a benzilor subiri i foarte subiri, de 0,05...0,5 mm, din oeluri inoxidabile este posibil datorit apariiei laminoarelor policilindrice cu 6, 12 i 20 de cilindrii, de tip Sendzimir. Fa de celelalte laminoare pentru laminarea la rece, laminoarele policilindrice prezint urmtoarele avantaje:

- prinderea la laminare este asigurat la unghiuri mari i reduceri mari pe treceri, comparativ cu reducerile care se realizeaz la o caj cuarto;

- este posibil laminarea oelurilor cu rezisten mare la deformare pn la grosimi foarte mici, datorit diametrului mic al cilindrilor de lucru cu deformri elastice aproape inexistente;

- rigiditatea laminorului este mare, cu cadru complet nchis, cu evitarea bombamentului profilului transversal al benzii;

- se asigur o calitate superioar, dimensional i ca aspect, al suprafeei benzilor laminate pe aceste laminoare.

Laminoarele policilindrice permit realizarea de reduceri pe treceri mult mai mari dect cajele cuarto, ntocmirea de scheme de laminare cu mai puine treceri i simplificarea operaiilor intermediare cu o productivitate mai mare la aceeai vitez de laminare.

Cilindrii de lucru ai laminoarelor policilindrice sunt de diametre foarte mici, 28...60 mm i se realizeaz din oeluri aliate cu crom, avnd duriti de circa 60...62 HRC. Ungerea n timpul laminrii se face cu ulei mineral, recirculat pentru rcire i purificare. Cele mai rspndite laminoare policilindrice sunt cele cu o caj reversibil cu 12 i cu 20 cilindrii.

Laminoarele policilindrice pot fi amplasate singulare sau n trenuri continue de pn la patru caje, n linie sau suprapuse pe dou nivele cu cte dou caje, condiionate fiind de procesul de fabricaie, de reducerea total i de capacitatea de producie a sectorului respectiv de laminare.

107

Capitolul 7

LAMINAREA OELURILOR PENTRU ELECTROTEHNIC

n funcie de coninutul n siliciu, de proprietile magnetice i de proprietile electrice, oelurile pentru electrotehnic se produc cu gruni orientai sau cu gruni neorientai. Conform STAS 11508-89 oelurile cu gruni neorientai se realizeaz n trei mrci de oeluri pentru electrotehnic i anume M43, M45 i M47B, cu grosimi de 0,5...0,65 mm i, conform STAS 11526-80, oelurile cu gruni orientai se produc n alte trei mrci de oel i anume FeM 89, FeM 97 i FeM 111, cu grosimi de 0,27, 0,30 i 0,35 mm.

Coninutul n siliciu al oelurilor electrotehnice variaz ntre 0,8...4,8%. In general, oelurile care conin sub 3 %Si se folosesc pentru maini electrice de puteri mici i medii, iar oelurile cu peste 3 %Si se folosesc la maini electrice de puteri mari i transformatoare electrice.

Siliciul n oel mrete rezistena i scade pierderile magnetice, asigurnd n acelai timp, formarea unor gruni mari, care mbuntesc proprietile magnetice ale benzilor laminate.

Plasticitatea la cald a oelurilor silicioase se consider bun dac raportul %Mn / %S = 23...30, respectiv 0,14...0,15 %Mn pentru 0,005...0,006 %S. La valori mai mici ale acestui raport, oelul s-a dovedit insuficient de plastic i, ca atare, n timpul laminrii au aprut crpturi pe marginea semifabricatului.

O plasticitate nesatisfctoare la aceste oeluri se datoreaz i unei dezoxidri insuficiente n timpul elaborrii. Se consider de asemenea c o plasticitate sczut la aceste oeluri este cauzat i de o structur nefavorabil la temperatura de deformare. Astfel, existena celei de-a doua faze ( ) n structura austenitic a oelului duce la scderea plasticiti, cu att mai mult cu ct i coninutul fazei n exces este mai mare. Oelurile silicioase cu 0,05...0,08% C i cu un procent mai mic de 1,8 %Si sunt alctuite, n intervalul de temperaturi de 950...1250oC, numai din austenit, iar oelurile cu peste 1,8%Si au o structur austenitic, cu un coninut de faz direct proporional cu concentraia de siliciu.

Aceast compoziie structural este influenat la temperatura de laminare i de concentraia carbonului, manganului, aluminiului, etc. Oelurile silicioase pentru transformatori au procentul de siliciu spre valoarea maxim a intervalului recomandat, au structura feritic cu o plasticitate bun, care ns scade odat cu creterea concentraiei austenitei ca faz n exces.

Indiferent de tipul oelului silicios, cantitatea de austenit din structur crete pe msur ce procentul de carbon este mai ridicat (acelai efect se

108

ntlnete i pentru mangan, nichel sau aluminiu) i temperatura de laminare este mai mare.

Deci motivul principal al scderii plasticitii oelurilor electrotehnice este creterea concentraiei austenitei n baza feritic a oelurilor de transformator i a feritei n baza austenitic a oelului de dinam.

Plasticitatea la rece a acestor oeluri este important deoarece produsul finit este reprezentat de benzi subiri care se obin, n final, numai prin laminare la rece.

In general oelurile silicioase au plasticitatea sczut la rece (fiind chiar fragile), scderea fiind accentuat de creterea coninutului de siliciu, n special la concentraii de peste 3,5 %, care de obicei sunt dorite ca urmare a proprietilor magnetice importante asigurate de creterea procentului de siliciu.

Plasticitatea oelurilor silicioase, cu cu procent de siliciu mare scade i ca urmare a saturrii structurii cu hidrogen n timpul procesului de decapare. Acest fenomen poate fi ns contracarat prin nclzirea dup decapare a oelului la 100...200 oC, prin care este favorizat degajarea hidrogenului i restabilirea proprietilor plastice ale oelului.

O alt cauz a fragilitii oelurilor silicioase este separarea cementitei structural libere pe limitele grunilor, ct i arderea carbonului n cursul nclzirii, laminrii la cald sau a recoacerilor dup deformarea la rece a oelului. Acest fenomen se poate evita prin recoaceri repetate n vid la 800...900oC, care au ca efect arderea n continuare a carbonului i dispariia cementitei structural liber sau trecerea carbonului din cementit n grafit. Prin acest tratament plasticitatea oelului silicios devine satisfctoare.

In ceea ce privete rezistena la deformare a oelurilor silicioase, valoarea acesteia crete odat cu mrirea coninutului de siliciu, ajungnd pentru oelurile cu peste 3 %Si la de 1,4...1,45 ori mai mare dect a oelurilor nealiate de tip OLC 08.

Fluxul tehnologic de procesare a benzilor subiri din oel silicios cuprinde urmtoarele faze (oel cu 2,9...3,8 % Si pentru transformatori):

- nclzirea n vederea laminrii la slebing cu o vitez de 40 oC / h pn la 1000oC i de 60 oC / h n continuare pn la 1250 oC;

- meninerea n cuptorul adnc timp de 1,5...2,5 ore n funcie de temperatura lingourilor la introducerea n celulele cuptoarelor adnci, pentru a se asigura i o decarburare a oelului; carbonul, pe lng scderea plasticitii reduce i permeabilitatea magnetic a oelului, mrindu-i n acelai timp fora coercitiv;

- laminarea la slebing, fr rcirea cilindrilor cu ap, pn la o temperatur de sfrit de laminare de minimum 900 oC, aplicndu-se reduceri moderate de 40...65 mm pe treceri ( med = 1,15), pn la grosimea final de 150 mm;

- rcirea lent, n termostate, a sleburilor; - ndeprtarea defectelor de suprafa; - nclzirea sleburilor la 1250oC, n vederea laminrii lor n benzi; - laminarea pe laminorul de benzi la cald sau pe caja Stekel (cu rulourile

109

amplasate n cuptoare), pn la grosimi de circa 2...2,8 mm i o temperatur de sfrit de laminare de 780...800 oC;

- recoacerea neagr efectuat la 760...850 oC (fr atmosfer de protecie pentru a se continua decarburare oelului);

- decaparea n condiii obinuite, folosind soluie de acid sulfuric; - laminarea la rece cu tot = 60...70 %, pe un laminor continuu sau folosind

doar o singur caj cuarto, cu aplicarea de reduceri descresctoare pe treceri n intervalul 50...10 %;

- recoacerea intermediar alb, la 750...850 oC, executat n cuptoare cu insuflare de gaz de protecie (H2), urmat de rcire tot cu gaz de protecie. In aceste condiii procentul de carbon scade la 0,004...0,008 %C;

- laminarea la rece pn la dimensiunea final a benzii, cu un coeficient total de alungire tot ~ 50% la o caj policilindric cu 20 cilindrii;

- recoacerea final n vid la 1140...1180 oC i rcirea tot n vid pn la 600oC, pentru creterea granulaiei benzii. In prealabil suprafaa benzii se acoper cu talc sau oxid de magneziu, pentru a se evita lipirea spirelor, ca urmare a temperaturii ridicate la care se efectueaz tratamentul termic;

Prin laminarea la rece se realizeaz texturarea benzii, astfel inct se produce o valoare mai mic a pierderilor prin histerezis i, respectiv, valori mai mari ale induciei magnetice pe direcia de laminare dect cele ale benzii semifabricat laminate la cald. De asemenea, creterea valorilor proprietilor magnetice ale benzilor laminate la rece se datoreaz i dimensiunilor mari ale grunilor de ferit, care se obin n urma tratamentului termic de recoacere la temperatur nalt.

Din punctul de vedere al texturii realizate, oelurile electrotehnice sunt de dou tipuri, prezentate schematic n figura 7.1. n cazul oelurilor electrotehnice cu textur Goss, caracterizat de planul cristalografic (110) n planul benzii i cu muchia cubului [100] pe direcia de laminare, proprietile magnetice depind i de direcia de msurare, valoarea maxim a induciei magnetice i minim a pierderilor fiind deci pe direcia de laminare, iar n cazul oelurilor cu textur cubic, la care planul bazal al cubului (100) este dispus n planul benzii i muchia cubului [100] pe direcia de laminare, proprietile magnetice nu depind de direcia de msurare (izotropie a proprietilor).

In cazul oelurilor electrotehnice pentru maini electrice (oeluri de dinam), care au sub 1,8 %Si, se aplic o singur etap de laminare la rece (fr recoacere intermediar), cu reduceri totale de pn la 80 %, de preferat pe un laminor continuu.

De asemenea, recoacerea neagr aplicat benzii semifabricat laminat la cald nu se mai efectueaz, iar recoacerea dup laminarea la rece are loc la 850oC sub atmosfer de protecie (N2 + H2 pn la 40%), iar n final se mai execut o trecere de laminare la rece pe o caj cuarto cu reducerea de 4...5 %.

Banda finit se acoper cu soluie de oxid de magneziu (ca i n cazul oelului de transformator) i se efectueaz tratamentul de recoacere la temperaturi nalte de 800...900 oC, folosindu-se i n acest caz gaz de protecie.

Att la banda de oel pentru transformatoare, ct i la cea pentru motoare,

110

Fig. 7.1. Textura Goss ( 1 ) i textura cubic ( 2 ) la oelurile electrotehnice.

dup recoacerea nalt se cur suprafaa de oxidul de magneziu aplicat pentru protecie mpotriva lipirii spirelor i se aplic o pelicul de izolaie electric, folosindu-se un agregat continuu, care depune o soluie de acid fosforic i silicat de magneziu, soluie care se usuc ulterior ntr-un cuptor continuu orizontal.

n standardul romnesc de oeluri electrotehnice cu gruni orientai nu se prezint compoziia chimic a acestor oeluri. Formele i dimensiunile produselor din oeluri electrotehnice cu gruni orientai sunt conform cerinelor impuse de construcia aparatelor i mainilor electrice. Oelurile electrotehnice cu gruni orientai se livreaz sub form de table sau benzi, cu o acoperire izolant pe ambele fee, n general constituit dintr-o pelicul de silicaide magneziu.

111

Capitolul 8

LAMINAREA UNOR ALIAJE CU PROPRIETI MAGNETICE I ELECTROREZISTIVE

Aliajele cu proprieti magnetice i electrorezistive ridicate fac parte din categoria aliajelor speciale. Dup denumirile comerciale, dintre aceste aliaje se menioneaz:

- aliajele de tip permalloy, care sunt caracterizate prin permeabilitate magnetic ridicat, pn la 105 Gs/Oe i for coercitiv mic; sunt compuse din 70...80 %Ni i 20...30 % Fe, avnd i adaosuri de molibden, siliciu i mangan;

- aliajele de tip kanthal, care sunt caracterizate de rezistivitate electric mare, 1,35...1,45 mm2/m i sunt compuse din 20...24 %Cr, max. 2 %Co, 4,5...6,0 %Al i restul Fe, deci este un oel Cr-Al;

- aliajele de tip nikrothal, care sunt caracterizate de rezisten electric ridicat, circa 1,1 mm2/m; sunt compuse din 20...80 %Ni, restul fiind crom i fier.

8.1. CARACTERISTICI STRUCTURALE

Aliajele de tip permalloy, n tot intervalul de temperaturi de nclzire pentru laminare, au structura format numai din austenit (cu fier i nichel) care, la temperatura ambiant, este feromagnetic. Aliajele i oelurile cu rezistivitate electric mare sunt monofazice, cu singura diferen c aliajele Cr-Ni fac parte din clasa austenitic, iar cele Cr-Al fac parte din clasa feritic.

Aceste aliaje, n stare de turnare, sunt caracterizate de o transcristalizare puternic dezvoltat, cristalele primare ale structurii de turnare avnd o mrime considerabil i o coeziune slab. Aceast structur de turnare posed o anumit stabilitate, care se pstreaz chiar i dup o deformare puternic, urmat de tratamentul termic de recoacere.

Aliajele de tip kanthal sunt caracterizate de creterea foarte intens a grunilor la nclzirea dup deformare, ca urmare a temperaturii sczute de nceput de recristalizare ( 700 oC pentru = 5...15 % ). Datorit granulaiei mari a aliajelor Cr-Al i coeziunii intergranulare mici, aceste aliaje au tendina de fragilizare, n special la temperaturi sczute, respectiv la laminarea la rece.

8.2. PARAMETRII TEHNOLOGICI DE LAMINARE

Studiindu-se plasticitatea aliajelor permalloy la cald prin metoda laminrii probelor n form de pan, s-a constatat c aceste tipuri de aliaje au plasticitatea medie, gradul maxim de reducere, la temperaturi n jurul a 1250oC

112

fiind doar de 60...65 % (fig.8.1). Plasticitatea acestor aliaje depinde, n mare msur, de coninutul n impuriti. Astfel, sulful i oxigenul au influene deosebit de duntoare asupra plasticitii la cald a aliajelor permalloy.

Fig.8.1. Diagrama de plasticitate a aliajului permalloy n stare turnat.

Aliajele de tip kanthal nu prezint plasticitate ridicat, cu toate c la reduceri mari, aplicate la laminarea unei probe n form de pan, aceasta nu prezint fisuri. Se constat ns apariia fisurilor la reduceri mici. Aceast comportare la deformare nu depinde de intensitatea deformaiei, ci este condiionat de existena defectelor n semifabricatul turnat (nainte de deformare).

In ceea ce privete aliajul nikrothal, plasticitatea acestuia se poate considera medie, pierderea integritii structurale, respectiv apariia fisurilor la laminarea unei probe n form de pan, are loc doar la grade de reducere de circa 60 % i la temperaturi de maximum 950 oC. La temperaturi mai mari, aliajul nikrothal se lamineaz fr apariia discontinuitilor n structur, cu grade de reducere mari, care pot s ajung pn la 70...75 %.

Rezistena la deformare. Aliajele Ni-Fe tip permalloy, fiind cu structur austenitic, au rezistena la deformare puin mai mare dect a oelurilor nealiate cu coninut mediu de carbon, laminate la cald. La laminarea la rece, aceste aliaje prezint rezisten la deformare mult mai ridicat dect oelurile nealiate.

La laminarea la cald a oelurilor Cr-Al de tip kanthal, rezistena la deformare depinde i de gradul de reducere aplicat, fiind de 1,2...1,3 ori mai mare dect cea a oelului nealiat tip OLC 10 (fig.8.2). Aliajele Cr-Ni (nikrothal)

113

posed de asemenea rezisten la deformare mult mai mare dect a oelurilor nealiate, laminate n condiii comparabile.

Fig. 8.2. Rezistena la deformare a unui aliaj permalloy (Cr-Al) comparativ cu cea a oelului nealiat OLC10, la 900 oC.

Laminarea aliajelor de tip permalloy. Tem