درجات حرارة درفلة التبريد والتشطيب لمختلف درجات الصلب

في عملية الشغل على الساخن، تؤثر درجة حرارة التشطيب بشكل كبير على البنية المجهرية للصلب. تزيد درجات حرارة التشطيب المرتفعة من الميل إلى التحام الحبيبات ونموها، مما يؤدي إلى ظهور حبيبات أوستنيتيّة أكثر خشونة.

ولذلك، من الضروري تقليل درجة حرارة التشطيب أثناء الإنتاج، بحيث لا تنخفض عادةً إلى أقل من نقطة Ar3. ويمكن تحقيق ذلك من خلال طرق الدرفلة والتبريد الخاضعة للتحكم من أجل صقل حجم الحبيبات وتحسين جودة المنتج.

بالنسبة للفولاذ منخفض الكربون، يجب الحفاظ على درجة حرارة التشطيب قريبة من 800 درجة مئوية، ويجب ألا تنخفض عن 750 درجة مئوية.

في حالة الفولاذ عالي الكربون، ولمنع تكوين شبكة من الأسمنت، يجب التحكم في درجة حرارة التشطيب أثناء الإنتاج عند حوالي 850 درجة مئوية.

يمكن أن يؤدي الجمع بين هذا الأمر والتبريد السريع بعد الدرفلة إلى كبح ترسيب الأسمنتيت البروتكتوي بشكل فعال، مما يؤدي إلى تجنب تكوين شبكة من الأسمنتيت، أو على الأقل ضمان أن يكون رقيقًا ويمكن التخلص منه بسهولة دون خطوات معالجة إضافية.

في الفولاذ الكربوني فائق الأوكتويد و سبائك الفولاذيشكل الأسمنتيت الزائد شبكة على طول حدود الحبيبات بعد الدرفلة. يُظهِر الفولاذ الذي يحتوي على شبكة من الأسمنتيت انخفاضًا في التشكيل على البارد القدرة وزيادة الميل إلى التشقق أثناء التبريد.

وللقضاء على هذه الشبكة، يلزم إجراء معالجات حرارية معقدة، والتي قد لا تكون فعالة دائمًا.

وبالتالي، يجب تهيئة الظروف لمنع تكوين شبكة أسمنتية بعد الدرفلة. ويمكن أن يحقق التشطيب في درجات حرارة منخفضة والتبريد السريع بعد الدرفلة هذا الهدف.

على سبيل المثال، يتم تبريد الفولاذ GCr15 بالماء قبل مطحنة التشطيب لخفض درجة الحرارة قبل الدرفلة النهائية. يتم تحقيق التبريد السريع بعد الدرفلة عن طريق تفجير الهواء المضغوط، يليه تبريد بطيء في حفرة.

وينتج عن التبريد البطيء بعد الدرفلة حبيبات حديدية خشنة، و نقطة عائد أقلوزيادة درجة حرارة الانتقال الهش. ويعتمد معدل التبريد على حجم المقطع العرضي للصلب؛ حيث يصعب تبريد المقاطع الأكبر حجمًا بسرعة، ومن ثم، تكون خواصها الميكانيكية أقل عمومًا.

في البلدان الأجنبية، عادةً ما يتم تبريد الفولاذ المستدير بالهواء بعد الدرفلة، ويرتبط ذلك بانخفاض محتوى الغاز في الفولاذ. يمكن أن يكون استخدام التبريد بالماء على الخط أكثر فعالية، ولكنه يقتصر على الفولاذ المستدير بأقطار أقل من 75 مم. في حين أن التبريد السريع يساعد على تقليل النطاقات، إلا أنه في الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من المنجنيز والحبيبات الأوستنيتية الخشنة، يمكن أن يؤدي إلى تكوين فريت Widmanstätten الفريت.

لذلك، يجب أن يقترن التبريد السريع بعد الدرفلة بدرجة حرارة تشطيب منخفضة. عندما يكون حجم الحبيبات الأوستنيتي صغيرًا، فحتى التبريد السريع لن يؤدي إلى تكوين فريت Widmanstätten.

بالنسبة للفولاذ الهيكلي السبائكي المدلفن في المطاحن متوسطة الحجم، يتم تبريد الفولاذ الذي يقل قطره عن 60 مم في أكوام في الهواء، بينما يتم تبريد الفولاذ الذي يزيد قطره عن 60 مم في حفر غير مسخنة. يجب أن يبرد الفولاذ في الحفرة إلى 100-150 درجة مئوية لمدة 30 ساعة على الأقل.

محمل الصلب عرضة للبقع البيضاء، وبالتالي يجب تبريده ببطء بعد الدرفلة أو معالجته حراريًا كما هو محدد. أثناء التحميل، يجب ألا تقل درجة الحرارة عن 700 درجة مئوية. توضع القضبان في الحفرة حتى تصل درجة الحرارة إلى ما لا يزيد عن 100-200 درجة مئوية، بمتوسط 72 ساعة.

حتى في درجات حرارة التشطيب المنخفضة، يمكن أن يؤدي التبريد البطيء إلى تكوين شبكة أسمنتية في الفولاذ.

لتجنب ذلك، يجب تبريد كل عمود على حدة بأسرع ما يمكن إلى أقل من 650 درجة مئوية.

يعتمد معدل التبريد للصلب الحامل بدون شبكة أسمنتية على درجة حرارة الدرفلة النهائية؛ عند 900-950 درجة مئوية، يجب أن يكون المعدل 45-50 درجة مئوية/الدقيقة على الأقل، ويمكن تخفيضه مع انخفاض درجة حرارة التشطيب.

يمكن أن يؤدي التحكم في درجة حرارة التشطيب النهائية المناسبة (بالقرب من نقطة Ac3) ودمجها مع معدل اختزال مناسب (حوالي 40%) إلى تحقيق هياكل معدنية مثالية وخصائص ميكانيكية مثالية في الفولاذ منخفض ومتوسط الكربون، وكذلك في سبائك الفولاذ، والفولاذ الزنبركي، والفولاذ الحامل.

ولتحقيق هذه الغاية، يتم تركيب صناديق تبريد بالماء قبل الحاملتين الأخيرتين من مطحنة تشطيب القضبان. ولضمان توحيد درجات الحرارة الداخلية والخارجية في القطع المدرفلة المبردة بسرعة، يتم إنشاء قسم معادلة درجة الحرارة قبل مجموعة طاحونة التشطيب.

تتضمن طرق تبريد الصلب بعد الدرفلة ما يلي

• في الهواء
• في المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة.
• في الصناديق العازلة.
• في الحفر العازلة غير المسخنة.
• في الحفر والأفران العازلة المسخنة مسبقًا.
• في الحفر والأفران العازلة الساخنة.
• في الماء.

تشمل أنواع الفولاذ التمثيلية وطرق الدرفلة والتبريد الخاضعة للتحكم ما يلي:

1. فولاذ المحامل والزنبرك

ويتطلب ذلك التشطيب في درجات حرارة منخفضة، متبوعًا بالتبريد البطيء المعزول. ولمنع ترسيب الكربيدات الشبكية، يتم تبريد الفولاذ الحامل بسرعة بعد الدرفلة، ثم تبريده ببطء.

يتم التحكم بدقة في درجة حرارة التشطيب للفولاذ الحامل بين 800-850 درجة مئوية للمساعدة في تكسير كربيدات الشبكة.

عندما تتجاوز درجة حرارة التشطيب 900 درجة مئوية، يمكن رش الفولاذ بالماء لتبريده بسرعة إلى 600-650 درجة مئوية (لمنع المزيد من ترسيب الكربيدات الشبكية) ثم تبريده ببطء. يتم تركيب صناديق مياه التبريد قبل طاحونة التشطيب للتحكم في درجة حرارة قطع العمل التي تدخل الطاحونة.

2. مروي ومخفف الفولاذ

يتميز هذا الفولاذ بهيكل سوربيت مقسّى ويستخدم في الأجزاء عالية القوة أو الصدمات أو الأجزاء الحاملة بالتناوب مثل قضبان التوصيل والأعمدة. وهي توفر أداءً ميكانيكياً شاملاً وعالياً نظراً لقوتها العالية وحدود الخضوع والليونة والصلابة الكافية.

ويشمل مخطط الإنتاج 225,000 طن من الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة و225,000 طن من سبائك الفولاذ الهيكلي المصنوع من الفولاذ، وهو ما يمثل 90% من إجمالي الإنتاج. يمنح التحكم في درجة حرارة هذا الحجم الكبير من الفولاذ ميزة تنافسية.

3. الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة وسبائك الفولاذ الهيكلي

وكلاهما من الفولاذ ناقص التكثيف مع درجة حرارة تبريد تبلغ حوالي 30-50 درجة مئوية فوق AC3. بالنسبة للفولاذ الدائري الذي يقل قطره عن 40 مم، يتم تركيب صناديق مياه التبريد قبل طاحونة التشطيب لتنقية حجم الحبيبات وتحقيق التركيب المارتنسيتي ما بعد التسقية.

وبعد ذلك، يتم تقسية الفولاذ في درجات حرارة عالية أقل من A1 للانتقال إلى هيكل مقسّى مستقر. بالنسبة للفولاذ المستدير ذي القطر الأكبر، يتم التحكم في درجة الحرارة عبر الإنترنت من قبل الشركات المصنعة مثل مصنع ABS LUNA في أوديني بإيطاليا، والذي ينتج فولاذ دائري يتراوح قطره من 20 إلى 100 مم، بما في ذلك الفولاذ الكربوني والفولاذ المقوى السطحي, الفولاذ المروي والمخففوالفولاذ ذو السبائك الدقيقة والفولاذ المحمل والفولاذ الزنبركي والفولاذ المقاوم للصدأ. يتحكمون في درجة حرارة الفولاذ من 20 إلى 90 مم في القطر عبر الإنترنت.

وبالنظر إلى وضع منتجات شركة شيغانغ (شي ستيل) واحتياجات مستخدمي الصلب المتطورة، أصبح توفير فولاذ السيارات والتوجه نحو الأسواق الراقية أمرًا ضروريًا.

يوفر تقديم هياكل معدنية مثالية وخصائص ميكانيكية مثالية ميزة تنافسية. عند النظر في أنظمة التبريد، يجب تركيب صناديق التبريد بالماء قبل وبعد مطحنة التشطيب، وتستهدف بشكل أساسي الفولاذ المستدير الأصغر من 40 مم، للتحكم في درجة الحرارة عبر الإنترنت.

إعداد صناديق التبريد بالماء بعد طاحونة التشطيب محل نقاش دولي. بالنسبة للفولاذ المستدير ذي القطر الكبير، يُعتبر أنه يزيل القشور ويحسن جودة السطح فقط، وليس له تأثير يذكر على صقل الحبيبات ويحتمل أن يتسبب في تفاوت حجم الحبيبات الداخلية.

مما لا شك فيه أن التحكم في درجة الحرارة عبر الإنترنت سيطيل خط الدرفلة ويزيد من الاستثمار. لا يُنصح على نطاق واسع بطول صندوق التبريد المائي الذي سيتم تركيبه بعد مطحنة التشطيب، حيث يعتبر مصنع ABS LUNA في إيطاليا مرجعًا، حيث يبلغ طول الصندوق 55 مترًا.

بالنظر إلى متطلبات التطوير والجودة على المدى الطويل، ينبغي النظر في التحكم في درجة الحرارة عبر الإنترنت. يمكن لتركيب صناديق التبريد بالماء في البداية بعد مطحنة التشطيب على الأقل إزالة القشور وتحسين جودة السطح. ترد أنظمة التسخين والدرفلة النهائية والتبريد لمختلف أنواع الفولاذ مفصلة في الجدول 1.

الجدول 1: درجات حرارة التسخين والدرفلة النهائية والتبريد لمختلف أنواع الفولاذ.

التدحرج المتحكم به

نظرية التدحرج المضبوط

في عملية الدرفلة على الساخن، يتيح التحكم المعقول في أنظمة تسخين المعدن والتشوه ودرجة الحرارة في عملية الدرفلة على الساخن الجمع بين التحول الطوري في الحالة الصلبة والتشوه اللدن بالحرارة لتحقيق هياكل دقيقة الحبيبات، وبالتالي تعزيز الخواص الميكانيكية للصلب.

بالنسبة لأنواع الفولاذ منخفض الكربون والسبائك المنخفضة الكربون، يعمل الدرفلة المضبوطة بشكل أساسي على صقل حبيبات الأوستنيتي المشوهة، مما يؤدي إلى حبيبات حديدية دقيقة ومستعمرات أصغر من البرليت بعد تحول الأوستنيت إلى فريت والبرليت. وهذا يعزز من قوة الفولاذ وصلابته و قابلية اللحام.

بالنسبة للفولاذ عالي الكربون والفولاذ فائق التكثيف الفائق، فإن الدرفلة على درجة حرارة مضبوطة تعمل على صقل حبيبات الأوستنيتي المشوهة وتنتهي الدرفلة بالقرب من الأوستينيت نقطة التحول.

1. الدرفلة الحرارية الميكانيكية

في الوقت الحالي، تقتصر الدرفلة الحرارية الميكانيكية الحرارية للفولاذ المستدير على أقطار أقل من 40 مم، في المقام الأول في الفولاذ منخفض الكربون وسبائك الفولاذ المنخفضة، بهدف صقل حبيبات الفريت. تتراوح درجة حرارة الدرفلة النهائية بين 750 درجة مئوية و790 درجة مئوية.

قبل وبعد الانتهاء من الدرفلة النهائية، يلزم التبريد بالماء. بالنسبة للصلب المستدير ذي القطر الأكبر، يمكن أن يتسبب تفاوت درجات الحرارة بين السطح واللب بعد التبريد بالماء في حدوث تشققات دقيقة في السطح وتفاوت في أحجام الحبيبات بين القلب والسطح أثناء إعادة التبلور، مما يؤدي إلى تفاوت السلامة الهيكلية عبر المقطع العرضي.

2. التدحرج المعياري

بالنسبة للفولاذ المستدير الذي يتراوح قطره بين 40 مم و80 مم، يتم استخدام الدرفلة العادية، مع آخر أربع تمريرات بإجمالي تشوه 50-60%. تتم معايرة الفولاذ قبل دخوله إلى مطحنة التشطيب، مع درجة حرارة تشطيب تتراوح بين 800 درجة مئوية و850 درجة مئوية، يليها تبريد سريع.

3. التدحرج بدرجة حرارة مضبوطة

تتراوح درجة حرارة التشطيب من 850 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية، يليها تبريد متحكم به لتحسين جودة السطح.

بالنسبة إلى الفولاذ عالي الكربون، تنتج هذه العملية مستعمرات أدق من البرليت؛ وبالنسبة إلى الفولاذ شديد التكافؤ، فإنها تقلل من ترسيب الكربيدات الشبكية.

عمليات الدرفلة الخاصة بشي ستيل

بالنسبة لدرجات الفولاذ مثل 20#، 45#، 20CrMo، 20CrMo، 20CrMnTi، 40Cr، 40MnB، إنتاج فولاذ دائري بقطر 50 مم إلى 80 مم، يتم استخدام الدرفلة العادية.

ومع ذلك، هناك حاجة إلى المعايرة قبل طاحونة التشطيب، مما يزيد من مسافة المعالجة ويقلل من الإنتاج. يتم زيادة التشوه في التمريرات الأربعة الأخيرة لضمان دقة أعلى للمنتج وتشوه موحد عبر المقطع العرضي، مما يشير إلى إضافة مطحنة تحجيم، مما يزيد من الاستثمار. بالنسبة للأقطار التي تزيد عن 80 مم، فإن الدرفلة في درجة حرارة مضبوطة ضرورية.

لإنتاج الصلب المسطح الزنبركي المسطح، يتم استخدام الدرفلة الحرارية الميكانيكية. يؤدي التشطيب في منطقة الفريت والأوستنيت ثنائي الطور إلى صقل حبيبات الأوستنيتي المشوهة، مما يؤدي إلى حبيبات حديدية دقيقة ومستعمرات بيرلايت أصغر، وبالتالي تعزيز قوة الفولاذ وصلابته.

ومع ذلك، يتطلب ذلك تبريدًا بالماء قبل وبعد الانتهاء من الدرفلة، مما يزيد من الاستثمار ويوسع منطقة الدرفلة.

بالنسبة للصلب الحامل، فإن الدرفلة على درجة حرارة مضبوطة ضرورية لمنع ترسب الكربيدات الشبكية وتحسين جودة السطح.

وبالنظر إلى الاستثمار وموقع العملية، تستخدم شركة شي ستيل الدرفلة التي يتم التحكم في درجة حرارتها وخفض درجة حرارة بدء الدرفلة، والتحكم في درجة حرارة التشطيب، وتنفيذ التبريد المتحكم فيه بعد الدرفلة لتحقيق جودة سطح جيدة وهيكل داخلي جيد.

الجدول 2: عملية الدرفلة لأنواع ومواصفات الصلب المختلفة