Термическое отделение для непрерывного отжига металла (стр. 10 из 18)

Цинковые покрытия имеют высокую коррозийную стойкость в воздухе, в воде и в некоторых органических средах (бензине, масле), но не стойки в кислотах и щелочах. Горячему цинкованию, помимо листов, труб, проволоки, различной посуды, повергаются детали аппаратуры для получения питьевой воды, спиртов, деталей опреснительных установок, холодильников, газовых компрессоров и т.д.

4.5 Покрытие стали 08Ю методом горячего цинкования

Микроструктура образца стали 08Ю до цинкования представлена на рис. 2, после цинкования на рис. 3.

Как видно из рис. 2 структура образца из стали 08Ю после рекристаллизационного отжига (перед цинкованием) состоит из феррита и небольшого количества цементита третичного. Сталь после цинкования имеет такую же структуру, как и перед нанесением горячего покрытия. Характерная структура высококачественного цинкового покрытия стали 08Ю полученного методом горячего цинкования состоит из четырех зон представлена на рис. 3

Во время погружения в цинковую ванну, имеющую температуру от 430 до 470° С, образуются слои сплава цинка с железом в соответствии с диаграммой состояния Fe − Zn. Этот сплав обычно содержит три фазы: z-фаза, d₁-фаза и Г-фаза. Максимальное количество железа содержится в слое покрытия, примыкающем к основному материалу стали, минимальное − в наружном слое цинкового покрытия. В цинковом покрытии, нанесенном горячим методом, может возникнуть большое количество дефектов, влияющих на эксплуатационные качества покрытия. Погружение в горячую ванну при повышенной температуре приводит к уменьшению толщины верхнего слоя цинкового покрытия, а при температуре выше 480° С происходит резкое увеличение скорости образования интерметаллида. Образование чрезмерно толстых слоев интерметаллида уменьшает пластичность покрытия в целом из-за большей хрупкости сплава цинка с железом. Покрытие может отслаиваться от основного слоя, если в дальнейшем полученное изделие подвергнуть изгибу. Кроме того, более тонкий слой чистого цинка обладает пониженной способностью обеспечивать анодную защиту от коррозии основного слоя при эксплуатации.

4.6 Обработка хромированием погружных роликов

Хорошие результаты показало применение в ваннах АНГЦ полосы роликов с покрытием, полученным обработкой методом импульсного электроискрового легирования электролитических осадков хрома с последующей обкаткой. При легировании использовались графитовый анод и анод из твердого сплава ВК8. Этот способ упрочнения был выбран из-за того, что карбиды (в данном случае Cr и W) обладают не только высокой износостойкостью, но и мало смачиваются расплавленным Zn, а потому слабо с ним реагируют.

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов – хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло. Главная особенность хрома – его устойчивость к действию кислот и кислорода. Ничтожные примеси кислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойства хрома, в частности он становится хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют. Небольшие добавки его придают стали твердость износостойкость. Получить хром без примесей очень трудно. Он устойчив к коррозии на воздухе и в воде

Стойкость роликов, расположенных в ваннах агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) полосы, имеет большое значение для экономичности агрегата в целом. Оцинкованный стальной лист имеет широкую область применения, что объясняется его очень хорошей коррозионной стойкостью и невысокой ценой. В последние годы расширилось его применение в виде оцинкованного автолиста, что требует очень высокого качества поверхности, поскольку даже самые незначительные дефекты приводят к браку. Одним из источников появления этих дефектов является момент прохождения полосы через погружной ролик в ванне и через примыкающие к нему стабилизирующие ролики. На рис. 4 схематично показано расположение роликов в ванне, которые постоянно подвергаются воздействию коррозии. В результате на поверхности роликов образуется прочно держащиеся отложения, которые приводят к появлению дефектов в виде ряби на оцинкованном листе. Такие листы не удовлетворяют требованиям автомобильной промышленности.

Процесс коррозии роликов протекает очень быстро и стойкость их, как правило, не превышает 15 дней. Причиной этому является реакция жидкого цинка с материалом роликов. Температура эксплуатации роликов составляет 450˚ С. В связи с этим необходимо получить такую поверхность роликов, которая имела бы возможно меньшую смачиваемость жидким цинком и обладала достаточной износостойкостью.

Для решения поставленных задач хорошо подходят ролики с алитированным покрытием, которое сформировано газотермическим методом с последующей обработкой низкотемпературной плазмой (стабилизирующие ролики); и ролики с покрытием, полученным обработкой методом электроискрового легирования электролитических осадков хрома (донные ролики). Стоимость таких роликов сравнительно невысока, зато срок службы их составляет около 30 дней при постоянном высоком качестве оцинкованной полосы.

Рис. 4. Участок цинкования агрегата непрерывного горячего цинкования полосы (АНГЦ):

1 – направляющий ролик; 2 – ванна; 3 – погружной ролик;

4 – стабилизирующие ролики; 5 – разравниватель покрытия; 6 – направляющие ролики; 7 – печь; 8 – верхний ролик

4.7 Факторы, влияющие на внешний вид покрытия

Из раствора, содержащего лишь чистую окись хрома и воду, нельзя успешно осаждать хром. Качественный осадок получается только тогда, когда в ванне содержатся еще и свободные кислотные радикалы, которые, действуя как не расходуемые катализаторы, способствуя осаждению хрома на катоде.

Ученые всесторонне изучили вопрос изменения внешнего вида хромовых осадков, образующихся в стандартной ванне (250 г/л CrО₃ и 2,5 г/л SO₄), в зависимости от плотности тока и температуры ванны. Их результаты обобщены на рис. 5.

Всю диаграмму можно поделить на четыре области. Область I охватывает низкие температуры и любую плотность тока. В этом случае осадки получаются темноватыми и тусклыми, при более низких температурах они имеют темно- коричневый или шоколадный оттенок. При высоких плотностях тока покрытия становятся чешуйчатыми.

С точки зрения получения блестящих покрытий наибольший интерес представляет область II. При перемещении слева направо, т. е. с повышением температуры, осадки становятся более блестящими. Максимальный блеск достигается на границе между областями II и III.

Рис. 5. Диаграмма, характеризующая внешний вид хромовых осадков, образующихся в стандартной ванне (250 г/л CrО₃ и 2,5 г/л SO₄), в зависимости от плотности тока и температуры ванны

В области III, т. е. при температурах выше 60° С и плотностях тока больше 45–55 А/дм², осадки тускнеют и постепенно делаются матовыми. В области IV хром совершенно не осаждается.

Комбинированные покрытия получали обработкой плазменной струей предварительно нанесенных газотермических покрытий и электролитических осадков.

Для проведения исследований по защите и повышению износостойкости поверхности погружных роликов использовались, в основном, ролики из стали 4Х5МФС и стали 35 длиной около 1,5–2 см, внешним диаметром – 1,5 см и внутренним – 0,7 см. На внешнюю поверхность был нанесен хром (молочный или твердый) методом электролитического осаждения с использованием универсального электролита (таблица 3), легированный затем электроискровым способом с использованием различных анодов (графитового, из твердого сплава ВК8, анода из сплава FeSiCr, из стали 12Х25Н20С2 с хромовым покрытием толщиной около 0,25 мм и др.). Путем подбора оптимального режима электроискрового легирования и использование различных анодов удалось получить хромовые покрытия, удовлетворяющие требованиям коррозионной стойкости и износостойкости.

4.8 Обработка хромированием погружных роликов

Путем подбора оптимального режима электроискрового легирования и использование различных анодов удалось получить хромовые покрытия, удовлетворяющие требованиям коррозионной стойкости и износостойкости.

Результаты исследований покрытий на стали 4Х5МФС, полученных в результате ЭИЛ электролитических осадков хрома с применением графитового анода и анода из твердого сплава ВК8 с энергией обработки 4 Дж представлены на рис. 6.

Рис. 6. Изменение микротвердости покрытий на стали 4Х5МФС, полученных методом ЭИЛ электролитических осадков хрома с применением различных анодов, А_U = 4 Дж; (исходный образец – молочный хром на стали 4Х5МФС)

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что для упрочнения погружных роликов хорошо подходит обработка методом электроискрового легирования электролитических осадков хрома с применением графитового анода, но для того, чтобы дать конкретные рекомендации к применению, необходимо в дальнейшем изучить процессы, которые произойдут в покрытии после длительной выдержки в цинковом расплаве.

В целом, рассматриваемые способы поверхностной обработки роликов ванн АНГЦ полосы хорошо подходят для решения задачи по увеличению их срока службы, что экономически очень выгодно.