Процесс производства металлопроката отличается сложностью. Продукция, получаемая при прокатке, может иметь недостатки, являющиеся не критичными в конечном итоге. Для их корректировки созданы методы, позволяющие улучшить качество продукции. Одним из таких процессов является нормализация. В статье мы разберем, что такое нормализация, как она проводится, какие режимы существуют, и какие методы термической обработки можно встретить сегодня.

 

Что такое нормализация стали

Нормализация стали — это процесс, который применяется для устранения крупнозернистых элементов и дефектов на поверхности стали. Недостатки могут возникать в процессе изготовления, поэтому для их компенсирования прибегают к нагреванию, выдержке и постепенному охлаждению. Отметим, что помимо устранения дефектов, нормализация повышает прочность, снижает порог хладноломкости, и в итоге происходит рекристаллизация вещества, при которой могут образовываться:

  • аустенит. Представляет собой твердый раствор углерода в гамма-железе;
  • мартенсит. Микроструктура, напоминающая игольчатый и реечный вид. Образуется за счет пересыщенного раствора углерода в альфа-железе;
  • цементит. Сплав с примесями карбида железа;
  • феррито-перлит;
  • сорбит.

Особенность кристаллической решетки позволяет изменять свойства стали, а также корректировать возникшие в процессе производства дефекты.

Как выполняют нормализацию

Технология нормализации выполняется на специализированных участках металлургических предприятий. Это необходимо, так как для выполнения процесса требуются нагревательные печи. Выполняя разогрев сырья до определенной температуры, руководствуются таблицей расплавления аустенита. Аустенитом принято называть вещество, которое находится в состоянии несформированной кристаллической решетки, что позволяет создать необходимое стальное изделие при правильном охлаждении.

На металлургическом предприятии выполняют охлаждение на воздухе с постепенным остыванием, либо с применением усиленного обдува.

Отметим, что в процессе нормализации низкоуглеродистые стали становятся феррито-перлитом, а высоко и средне углеродные стали — сорбитом. Выполнение нормализации не рекомендуется для сплавов с содержанием углерода более 0,4 %. Это обосновано тем, что при таких показателях повышена твердость продукта, делая металл непригодным.

 

Режимы нормализации стали

Под режимом нормализации подразумевают параметры, которые изменяются для достижения необходимого результата:

  • температура нагрева. Выбирается в зависимости от используемой марки стали. Учитывается содержание углерода и легирующих добавок;
  • время выдержки изделия. На параметр выдерживания влияют размеры изделия, температура печи, а также химический состав. Под временем выдержки подразумевают время нахождения изделия в печи, за которое достигается равномерное нагревание и протекание физических процессов во всех участках стали;
  • параметры охлаждения. К таким относят вид, скорость и среда. Важно правильно соблюдать стадии охлаждения. Например, одинаковые марки стали, нагретые до одной температуры, но охлажденные по-разному приводят к получению различного результата.

Температуру нагрева выбирают в соответствии критическими точками плавления, указанные в соответствии изометрическим диаграммам распада аустенита. Добавим, что время в процессе нормализации является важнейшим компонентом. Выделяют два временных отрезка:

  • время нагрева и расплавления. На этом этапе происходит разрушение кристаллической решетки в аустенит;
  • время фазовых превращений. Зависит от степени легирования стали. Например, низколегированные стали проходят процесс превращения за полторы минуты, если говорить про высоколегированные, то этот процесс занимает 5 минут.

 

Назначение термической обработки

Термическая обработка формирует физические и механические свойства. К таким относят: износостойкость, твердость, прочность, теплоемкость.

В зависимости от марки стали назначение обработки может отличаться. В компании “Металл Холдинг” выделяют такие методы:

  • для легированных сталей принято использовать комбинацию нормализации с отпуском. Последний проводят при температуре 600-700 градусов по Цельсию. Выполнение отпуска с нормализацией позволяет выпустить продукт с необходимыми свойствами. Так, если не выполнить отпуск, то металлопрокат получается слишком твердым, затрудняя механическую обработку;
  • низкоуглеродные стали не способны переносить закалку. Поэтому для этого применяют нормализацию, которая также заменяет отпуск. Металлопрокат получается умеренной твердости, облегчая процесс резки;
  • высоко- и среднеуглеродистые стали лучше подвергать нормализации. Это позволяет получить продукт лучшей твердости и пластичности в отличие от отпуска;
  • для легированных сталей вместо закалки применяют нормализацию. Получают твердость без излишней хрупкости и пластичности;
  • нормализацию применяют для сталей с горячей прокаткой. Вследствие этого повышается сопротивляемость хрупкому разрушению;
  • является заменой закалке с высоким отпуском. Применяется для среднеуглеродистых сталей, снижая вероятность возникновения деформации, а также трещин на поверхности изделия.

Другие методы термической обработки

Нормализацию принято считать универсальным методом термической обработки, но также существуют другие способы. В литературе можно встретить такие:

  • отжиг. Процесс, при котором происходит снятие напряжения и снижение твердости после горячей обработки с помощью давления. К последним относят прокатку, ковку, штамповку. Отжиг выполняется с соблюдением температурного режима. Заготовки разогревают до температуры 800-850 градусов и выдерживают на определенное время. После чего проводят постепенное охлаждение. Существуют заготовленные режимы отжига. Они представлены в виде таблиц с заранее известным результатом;
  • закалка. Проводится для придания сплаву твердости. В процессе закалки перлитная быстрорежущая структура превращается в мартенсит. Закалка схожа с нормализацией. Так, изделие доводят до состояния аустенита и охлаждают. Основное отличие — скорость процесса охлаждения. При закалке не допускают образования промежуточных фаз, а охлаждают быстро до состояния мартенсита;
  • отпуск. Проводят для некоторых марок сталей после выполнения отжига и закалки. Необходим для снятия внутреннего напряжения сплава и корректировки структуры. Процесс происходит при нагревании до температур фазовых превращений, после чего прибегают к постепенному или мгновенному охлаждению. При этом повышается ударная вязкость изделия и его пластичность;
  • нагрев. Некоторые виды сталей отличаются низкой теплопроводностью, поэтому прибегают к нагреву — постепенному повышению температуры изделия. Это необходимо, чтобы избежать возникновения закалочных трещин. Появляются трещины вследствие разницы температур наружного и внутреннего слоя стального проката. Для начала заготовку нагревают до температур 700-900 градусов по Цельсию, после чего нагревают до окончательной температуры в 1200 градусов или до критических точек нагрева. На выбор температуры влияют факторы: требуемые физико-химические качества, состав стали, показатели теплопроводности и теплоемкости, а также конфигурация и размеры металла. Режим термической обработки подбирают экспериментально для каждой единицы из партии.
  • охлаждение. Под охлаждением принято подразумевать постепенное или мгновенное снижение температуры сплава для получения необходимой кристаллической решетки. Так, для получения мартенсита применяют комбинацию постепенного и мгновенного охлаждения. Также охлаждение применяют для инструментов сложной формы. При этом выбирают сочетание быстрого и медленного охлаждения, чтобы добиться нужной кристаллической решетки, а также исключить возникновение дефектов. Иногда прибегают к применению охлаждающих сред. К таким относят NaOH и KOH. С помощью этих сред можно добиться равномерного охлаждения и как следствие лучшего результата.

Чтобы заказать услуги по обработке стали, обращайтесь к специалистам компании “Металл Холдинг”.