CC BY
18
УДК 621.791
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-337-338
АНАЛИЗ С ОЦЕНКОЙ СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ С КОМПОЗИЦИОННЫМ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
О.М. Губанов, В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, А.В. Филонович, А.А. Калинин
В статье рассмотрены вопросы состояния и развития прокатного производства для непрерывного горячего цинкования тонколистовой рулонной стали. Представлены основные операции процесса цинкования: подготовка поверхности полосы, ее термохимическая обработка, цинкование в расплаве, формирование покрытия воздушными ножами, охлаждение полосы после цинкования, правка и отделка горячего-цинкованной полосы. Показано, что на вновь вводимых агрегатах устанавливаются печи как вертикального, так и горизонтального типа. Описаны преимущества и недостатки печей вертикального типа по сравнению с горизонтальными. Показано, что отличительной особенностью и преимуществом современных агрегатов горячего непрерывного цинкования является модульная компоновка, позволяющая на одном агрегате выпускать полосу с разными видами покрытий. Использование разных типов цинковых покрытий позволяет повысить технологические и эксплуатационные свойства оцинкованного листа. Рассмотрены химические составы и области применения четырех наиболее распространенных покрытий на основе цинка, а именно цинкового, железоцинкового, цинк-алюминиевого и алюмо-цинкового. Указано, что на современных линиях горячего цинкования покрытие на полосу наносят с двух сторон. Представлены общие сведения по применению технологии одностороннего нанесения цинкового покрытия на стальную полосу, применение которых позволит снизить расход дорогостоящего цинка и, следовательно, себестоимость готовой продукции. Приведены и описаны некоторые перспективные способы и устройства для одностороннего цинкования. Рассмотрена логистика технологии формирования горячекатаного, окрашенного проката повышенной прочности из низколегированной стали с кор-розионностойким цинк-алюминий-магниевым прокатом.
Ключевые слова: агрегат непрерывного горячего цинкования, оцинкованный прокат, железо-цинковое покрытие, полоса стальная; коррозионностойкое цинк-алюминий-магниевое покрытие, грунт, эмаль.
Прокатное производство в металлургической промышленности, а именно в области непрерывного производства стальной полосы с покрытием, обладающей повышенной коррозионной стойкостью, путем сочетания методов горячего погружения в ванну с расплавом из металлической композиции и последующего нанесения полимерного покрытия валковым способом находит широкое применение в таких направлениях народного хозяйства России, как автомобилестроение, изготовление корпусного оборудования, производстве внешних панелей зданий и др.[1-34].
Наибольшее распространение в последнее время для защиты стальных изделий от коррозии получили металлогальванические осажденные цинковые покрытия, а также многослойные покрытия, где на стальную основу поочередно наносятся цинк, грунт и эмаль. Главной причиной активного применения цинка в качестве основы защитного покрытия является его низкий электродный потенциал, обеспечивающий антикоррозионную защиту стального листа от его непокрытых участков за счет расходования цинка в процессе электроосаждения, в сочетании с высокой технологичностью цинка [1, 2].
Цинкование является одним из самых распространенных способов защиты металлических конструкций от коррозии. В настоящее время нашли применение следующие способы нанесения металлических цинковых покрытий: гальваническое осаждение при электролизе, газотермическое напыление или металлизация, термодиффузионное насыщение в порошке, погружение в расплавленный металл (горячее цинкование), плакирование [1-4]. Среди вышеперечисленных способов нанесения цинковых покрытий горячее цинкование стальной полосы, занимает одно из ведущих мест и является наиболее востребованным.
Горячеоцинкованная стальная полоса нашла свое применение в строительстве, автомобилестроении, производстве бытовой техники и многих других отраслях промышленности и хозяйства. Основным свойством оцинкованной стали, определяющим его широкое промышленное использование, является высокая коррозионная стойкость при сохранении всех качеств обычного стального листа.
На сегодняшний день в мире действует около 550 агрегатов цинкования стального листа, а доля оцинкованного проката в структуре мирового потребления составляет порядка (8...9) % [5]. Российский рынок оцинкованного проката между собой делят три крупнейшие металлургические компании -это ОАО «НЛМК» («Новолипецкий металлургический комбинат», г. Липецк), где действует ГОСТ 34180-2017 «Прокат стальной тонколистовой холоднокатанный и холоднокатанный горячеоцинковнный с поли-мерным покрытием с непрерывных линий»; ОАО «Северсталь» («Череповецкий металлургический комбинат», г. Череповец) и ОАО «ММК» («Магнитогорский металлургический комбинат», г. Магнитогорск) [4-6]. ОАО «ЧМК» и ОАО «ММК» имеют по два агрегата непрерывного горячего цинкования (АГНЦ), а ОАО «НЛМК» ввел в эксплуатацию уже четвертый агрегат. В 2012 году в Магнито-
горске был введен в эксплуатацию комплекс холодной прокатки (ЛПЦ-11), в состав которого входят агрегат непрерывного горячего цинкования производительностью 450 тыс. тонн в год и комбинированный агрегат непрерывного отжига/горячего цинкования производительностью 650 тыс. тонн в год.
Рассмотрим технологические особенности агрегатов непрерывного горячего цинкования стальной полосы, используемых на отечественных предприятиях, их достоинства и недостатки, химические составы сплавов, используемые для горячего цинкования стального листа, а также перспективные направления в области совершенствования существующих АНГЦ.
Современные агрегаты непрерывного горячего цинкования предназначены для непрерывной термохимической обработки стальной полосы и двухстороннего нанесения на поверхность стальной полосы цинкового и железоцинкового покрытий, а также покрытий на основе цинкового и алюминиевого расплавов.
Основные технологические узлы линии непрерывного горячего цинкования представлены на рис. 1. К ним относятся: механизмы подготовки горячекатаных рулонов (размотка, правка, обрезка концов, сварка в непрерывную полосу); узел предварительной очистки и подготовки поверхности полосы к нанесению покрытий и узел основной очистки (химическая + электролитическая + мойка + сушка); башенная вертикальная или горизонтальная печь термохимической подготовки поверхности, применяющаяся также для рекристаллизационного отжига полосы; сменные ванны горячего цинкования с расплавами различных составов; воздушные ножи и выходные устройства (промасливатель, ножницы, моталки, весы, упаковка).
Пpunii.iMibie машины
Се мши мршпднтелмюго воздушного
охлаждения
Дресснрсмишчнан Печи сушки
I 1I.IMJI Ш1ИЫ1' ПОЖМИ IIIJ
Разматывать и Гшьотикиые Сварочная
1ШЖННШ.1 машина С екция очистки
неглевое
VClpUHL'IBi
IIIIITh'OliUllllH
Устройство для шмереммя кышним ЦИНКОВОМ» IIUh'pM I им
Рис. 1. Схема агрегата непрерывного горячего оцинкования с печью горизонтального типа [6]
Основными технологическими операциями процесса цинкования являются: подготовка поверхности полосы, ее термохимическая обработка, цинкование в расплаве, формирование покрытия воздушными ножами, охлаждение полосы после цинкования, правка и отделка горячеоцинкованной полосы.
Сваренная полоса передается на участок химической очистки поверхности, где проходит ванну щелочной и участок электролитической очистки. В ванне обезжиривания установлены мягкие вращающие щетки. Дополнительно полоса очищается роликовыми щетками, содержащими абразивные зерна. После промывки и сушки полоса поступает в печь. Там она проходит камеру предварительного нагрева (250...300) °С, затем поступает в секцию выдержки при температуре отжига (450...500) °С для формирования необходимых механических свойств, а затем в секцию охлаждения. Термохимическая обработка полосы осуществляется в азотно-водородной атмосфере, что повышает качество подготовки поверхности полосы.
На вновь вводимых агрегатах устанавливаются печи как вертикального, так и горизонтального типа. Печи вертикального типа по сравнению с горизонтальными имеют ряд преимуществ: сокращается длина линии агрегатов; значительно увеличивается срок службы печных роликов; на полосе не остаются следы печных роликов; концентрация водорода в печи снижается до 10 %; стабилизируется качество покрытия (лучшая адгезия покрытия, меньше дефектов на полосе). Основным же преимуществом горизонтальных печей является меньшее время заправки полосы - 4 часа вместо 10 часов при заправке вертикальной печи.
Агрегаты с печью вертикального типа обусловили особенность нового процесса горячего цинкования (CVGL - continuous vertical galvanizing), который заключается в том, что во время отжига, полоса принимает вертикальное направление внутри печи и затем проходит снизу вверх через ванну с цинком.
Претерпели существенные изменения и сами ванны цинкования. Замена железной ванны, которая применялась ранее, на керамическую уменьшает образование дросса (шлака), связанное с растворением железа ванны, что уменьшает количество дефектов на полосе. Керамическая ванна имеет индук-
ционный обогрев токами низкой частоты. Они, естественно, дороже, но длительность их службы в несколько раз больше металлических. Такая ванна дает возможность расширить температурный диапазон расплава, что позволяет использовать ее для нанесения специальных видов покрытия, например, из алюминиевого, алюмокремниевого и алюмоцинкового расплавов, а также улучшить адгезию цинка к стальной полосе. Наличие принудительной циркуляции расплава в ванне с керамической футеровкой позволяет повысить скорость движения полосы (благодаря циркуляции раствора происходит выравнивание концентрации алюминия в ванне, препятствующее росту хрупких железоцинковых фаз в покрытии) [5, 9].
Формирование покрытия после прохождения полосы через ванну цинкования осуществляется с помощью воздушных ножей, которые служат для удаления излишек расплава с поверхности полосы.
Агрегаты оборудованы станом мокрой дрессировки и машиной для правки полос растяжением. Необходимо отметить, что современные агрегаты позволяют осуществлять перевалку валков клети и замену роликов в машине правки без его остановки. Особенностью дрессировочного стана является возможность его работы с валками различного диаметра без замены подушек. Это позволяет обрабатывать металл с различными прочностными характеристиками от Ш-стали до высокопрочных марок. Дрессировка проводится с целью воздействия на дислокационную структуру стальной основы для повышения и сохранения её способности к вытяжке; улучшения качества поверхности; устранения характерного рельефа цинкового покрытия, образующегося при его кристаллизации, что крайне необходимо для ГЦ-проката, предназначенного для последующего полимерного покрытия, а также повышения плоскостности ГЦ-проката. Для повышения плоскостности также применяется правка полос растяжением, которая осуществляется на изгибо-растяжной машине.
Для предохранения цинкового покрытия от коррозии при транспортировке и хранении полоса подвергается пассивации (промасливанию) специальным раствором. Управление всеми механизмами агрегата и функции автоматизации и регулирования осуществляются с помощью микропроцессорных программируемых устройств.
Технологическая логистика возведения АНГЦ в последние 20-лет строится на принципе сопряжения модулей, что ускорило процесс ввода их в эксплуатацию, а также создало возможность своевременной замены отдельных участков непрерывной линии, требующих обновления. Кроме того, при модульном построении агрегата стало возможным использование дополнительных операций, например, введение секции нанесения полимерных покрытий (обычно, для этих целей используют отдельные линии). Модульность агрегатов дает возможность ввода в работу или вывода того или иного необходимого оборудования. Так, например, для получения железоцинкового покрытия полоса из ванны цинкования поступает в печь отжига покрытия, которую непосредственно вводят в работу, именно с целью получения железоцинкового сплава (гальванилинг). Этот сплав улучшает окрашиваемость и свариваемость оцинкованных стальных листов, а также повышает коррозионную стойкость покрытия. Если же цинковое покрытие не подвергают термической обработке, то печь отжига покрытия отключают [11, 12].
Универсальность современных АНГЦ позволяет помимо цинкового покрытия получать желе-зоцинковое, цинк-алюминиевое, алюмоцинковое (табл. 1), а также алюмокремниевое и алюминиевое покрытия без значительной перестройки оборудования [12-22].
Рациональность применения того или иного химического состава сплава покрытия обусловлена технологическими особенностями производства и эксплуатации оцинкованного листа. Сплав на основе чистого цинка (2ц) содержит алюминий в диапазоне от 0,16 до 0,30 %, который реагируя с железом листа, образует на стальной поверхности тончайшую пленку железоалюминиевого соединения типа Fe2Al5. Эта пленка предотвращает при формировании цинкового покрытия образование толстых железо-цинковых слоев, чем способствует получению пластичного покрытия, способного к дальнейшей деформационной обработке без отслоения. Кроме того, алюминий, с данным процентным содержанием, препятствует реакции железа с цинком и снижает образование гартцинка (донного шлака), который скапливается на дне ванны и загрязняет ее. Однако образование соединения типа Fe2Al5, называемое плавающим шлаком, также способно загрязнить ванну для горячего цинкования. При этом алюминий, входящий в состав образующегося гартцинка, способствует его всплытию к поверхности и, следовательно, более легкому удалению образовавшегося дросса из ванны. В свою очередь тонкая пленка окиси алюминия АЬОз, образующаяся на поверхности расплава, замедляет его окисление кислородом воздуха. Главным недостатком данного вида покрытия является необходимость постоянной догрузки ванны цинкования блоками цинк-алюминиевых сплавов, так как ванна истощается по алюминию.
Железоцинковый сплав (2пРе) позволяет получить после отжига железоцинковое покрытие с оптимальным содержанием железа по покрытию от 8 до 12 %. Такое покрытие обладает прочным сцеплением с основой, хорошей свариваемостью и адгезией к лакокрасочному покрытию. В ванне с 2пРе расплавом необходимо присутствие около 0,11 % алюминия, чтобы замедлять реакцию между железом и цинком при прохождении листа через ванну, в противном случае эта реакция приводит к чрезмерному росту толщины покрытия в ванне. Покрытие после извлечения из расплава состоит из незакристаллизо-вавшейся п-фазы (табл. 2) и тонкого слоя железоалюминиевого сплава Fe2Al5 на границе сталь-покрытие. В процессе диффузии железа в покрытие и его взаимодействия с цинком образуются интерметаллические соединения - £,-, §1- и Г-фаз, состав и характеристики которых приведены в табл. 2. Присутствие хрупких и Г-фаз в железоцинковом покрытии предопределяет его склонность к расслоению с образо-
ванием порошка при последующей деформационной обработке проката, что приводит к преждевременному выходу из строя штампового оборудования, снижает адгезию лакокрасочного покрытия и коррозионную стойкость на готовом изделии. Качественное железоцинковое покрытие должно состоять преимущественно из двух интерметаллических соединений: §1-фазы и тонкого слоя Г-фазы, расположенного на границе сталь-покрытие. С увеличением содержания железа в расплаве значительно увеличивается толщина покрытия. Не рекомендуется добавлять кремний в гп и гпБе расплавы, так как он приводит к образованию непокрытых пятен на поверхности стальной полосы.
Таблица 1
Химические составы сплавов для горячего оцинкования__
Сплавы для горячего оцинкования Химический состав цинкового расплава (массовые доли компонентов состава), % Толщина покрытия с обеих сторон, мкм Рабочая температура покрытия, °С
гп А1 Бе Si РЬ Sb
гп 99 0,16-0,30 Н.б. 0,04 - Н.б. 0,01 Н.б. 0,01 15,9 315
гпБе 99 0,11-0,15 Н.б. 0,04 до ТО - Н.б. 0,01 Н.б. 0,01 18,0 273
8-12 после ТО
гпА1 94,9 5,0 - 0,1 - - 19,3 230
А1гп 43,4 55 - 1,6 - - 13,1 650
Таблица 2
Характеристика фаз в железоцинковом покрытии _
Фаза Состав % Бе(весовой) Примечание
п(эта) гп < 0,003 Пластичная
^(дзета) Бегп13 6,0-6,2 Хрупкая
§1(дельта) Бегп7 7,0-11,5 Пластичная
Г (гамма) Бе5гп21 Бе3гп!10 20,5-28,0 Хрупкая
Цинково-алюминиевый сплав (гпА1) содержит около 5 % алюминия и небольшое количество (0,005...0,050) % мишметалла (сплав редкоземельных металлов), что позволяет получить более тонкий по сравнению с цинковым диффузионный слой, обладающий лучшей деформируемостью. Поверхностный слой, при достаточно высокой скорости охлаждения изделия после извлечения из расплава, имеет эвтектическую структуру, в связи с этим покрытие характеризуется достаточно высокими коррозионными свойствами. Недостатком данного состава является невысокая коррозионная стойкость, получаемого из него покрытия стальных изделий при воздействии на них «водно-соленого тумана» (ГОСТ 527632007, ASTM-B117), а также невысокая степень однородности покрытия. С увеличением содержания алюминия в цинковом расплаве с (4.7) % коррозионная стойкость получаемых покрытий в атмосферных условиях увеличивается. Добавление небольшого количества кремния для снижения как плавающего, так и донного шлака также способствует устранению непокрытых пятен. Однако технология производства гпА1 сплава не отличается экономичностью, так как для его получения используют дорогостоящие исходные компоненты, такие как, мишметалл.
Алюминиево-цинковый сплав (А1гп) также позволяет получить покрытие, отличающееся достаточно тонким диффузионным слоем и сложной структурой поверхностного слоя. Кремний в расплаве сдерживает экзотермические реакции в системе А1-гп-Бе и тормозит рост толщины диффузионного слоя покрытия. На поверхности покрытия формируется дендритная структура, в которой каркас состоит из богатых алюминием кристаллов, а матрица - из сплава богатого цинком с включениями кремния. При больших скоростях охлаждения изделия после извлечения его из расплава формируется покрытие с высокими эксплуатационными свойствами. Покрытие сочетает высокие защитные свойства алюминия и протекторные свойства цинка. Покрытия на основе А1гп сплава отличаются высокой термостойкостью, выдерживая воздействия температуры более 350 °С без заметного окисления поверхности. Добавление 1,6 % кремния необходимо для придания прочности алюминию.
Для продукции, подвергающейся холодному деформированию и холодной штамповке, применяются покрытия всех четырех типов сплавов. Многофазные стали для холодного деформирования целесообразно покрывать покрытиями на основе гп, гпБе или гпА1. Способность к деформации и свариваемости продукции тем выше, чем больше толщина покрытия. Следовательно, покрытия на основе гпБе и гпА1 сплавов с толщиной 18,0 мкм и 19,3 мкм соответственно, целесообразно использовать для деформируемой и свариваемой продукции.
На современных линиях горячего цинкования покрытие на полосу наносят с двух сторон. Однако в настоящее время разрабатываются и применяются технологии одностороннего нанесения цинкового покрытия на стальную полосу [9, 19].
Одностороннее цинкование имеет ряд преимуществ: экономия дорогого цинка, повышение стойкости электродов, снижение сварочного тока, устранение плохой адгезии лакокрасочного покрытия [9, 20].
На сегодняшний день разработано несколько способов одностороннего цинкования, используемых в промышленных агрегатах.
Один из них - удаление нанесенного цинкового покрытия металлической вращающейся щеткой (не жидкого, но еще окончательно не затвердевшего покрытия) после выхода полосы из ванны оцинкования. Масса цинкового покрытия составляет (70.100) г/м2 с одной стороны и 40 г/м2 с другой. Схема размещения щетки показана на рис. 2. Щетка заключена в колпак, в котором поддерживается вакуум и происходит улавливание частиц цинка. Сошлифованный цинк используется повторно. Для предупреждения рекристаллизации цинка на другой стороне полосы из-за выделения тепла при шлифовке опорный ролик охлаждается. На поверхности полосы остается слой железоцинкового сплава массой (2.10) г/м2 [9].
Другой способ одностороннего цинкования - это способ образования мениска расплава для контакта его с нижней поверхностью движущейся полосы путем искусственного повышения уровня расплава (для обеспечения соприкосновения его с полосой). Полоса после отжига с температурой 450 °С поступает в камеру 1 (рис. 3) оцинкования, заполненную азотом [9].
выходящей из ванны оцинкования: 1 - реверсивная металлическая щетка; 2 - опорный приводной ролик; 3 - колпак; 4 - полоса; 5 - ванна оцинкования; 6 - нож
2 - ролик покрытия; 3 - мениск; 4 - покрываемая полоса; 5 - газовое сопло; 6 - груз
Для повышения уровня расплава в ванну опускают груз 6 (рис. 3), а затем его поднимают так, чтобы уровень расплава находился примерно на 6 мм ниже поверхности полосы, а образующийся благодаря поверхностному натяжению мениск «питал» цинком полосу. Груз 6 (рис. 3) поддерживает постоянный уровень расплава по мере его расходования. Слой окислов, образующихся в процессе охлаждения полосы, удаляют электролитическим травлением.
Ультразвуковой метод одностороннего цинкования применяют при движении полосы вблизи зеркала расплава (~ 5 мм) в камере с защитной атмосферой. Под воздействием ультразвука в расплаве образуется неподвижная волна и возникает его контакт с нижней поверхностью полосы (рис. 4). Ультразвук улучшает смачиваемость поверхности полосы расплавом. Благодаря высокой частоте расплава в неподвижной волне уменьшается загрязнение оцинкованной поверхности окислами [9].
Для защиты непокрываемой стороны полосы направляющие ролики изготавливают из несма-чиваемого жидким цинком материала.
генератора: 1 - стальная полоса; 2 - расплав цинка; 3 - оцинкованная полоса; 4 - поджимные
ролики; 5 - ультразвуковой генератор
Разработаны несколько вариантов роликовой накатки жидкого цинка на нижнюю поверхность полосы. В промышленных условиях опробован один из них (рис. 5). Все ролики в ванне с защитной атмосферой (N2) вращаются со скоростью (0,5.1,5) м/с. Масса покрытия повышается при увеличении скорости движения полосы и при понижении давления струи азота в газовом ноже. Обратная сторона полосы подвергается травлению после чего имеет хорошую способность к фосфатированию [9].
В 2021 г. на производственной площадке Группы компаний (НЛМК) в г. Липецк проводился выпуск опытно-промышленной партии горячекатаного проката повышен-ной прочности из низколегированной стали [31], предназначенного для изготовления де-талей автомобиля с цинк-алюминий-магниевым покрытием, полученном на агрегатах непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) , с последующим нанесением антикоррозионных полимерных покрытий(А1 III) [24, 25].
Нанесение АПП осуществлялось на основании способа производства коррозионностойкого окрашенного стального проката с цинк-алюминий-магниевым покрытием описанном в патенте [25],включающий подготовку стальной полосы перед нанесением 2п-А1-М^ покрытия, нанесение 2п-А1-Mg покрытия методом горячего погружения, обезжиривание и конверсию поверхности 2п-А1-М^ покрытия, нанесение грунта на одну или две стороны стальной полосы, отличающийся тем, что концентрация химических эле-ментов в ванне горячего нанесения покрытия составляют масс. %: А1 1,0.1,4, Mg 1.0.1,4^п остальное, для обезжиривания и удаления пленки оксидов с поверхности Zn-Al-Mg покрытия используют водную суспензию щелочей соли с рН = (10.12), при нанесении конверсионного слоя используют бесхроматный состав на основе дигидрогена гексафтортитаната или комбинации дигидрогена гексафтортитаната с гексафторциркониевой кислотой и оценивают качество конверсионного слоя по количеству осажденного титана, которое должно составлять (3.12) мг/м2, при этом разница температур отверждения грунта и отделочной эмали составляет (0.5) °С, а разница времени отверждения грунта и отделочной эмали составляет (0.10) с.
2 - уплотняющий затвор; 3 - наносящий ролик; 4 - стальная полоса; 5 - расплав цинка;
6 - газовый отжим
Заключение. В работе рассмотрены технические особенности современных агрегатов непрерывного горячего цинкования, отличительной особенностью которых является модульная компоновка, которая обеспечивает не только своевременную замену отдельных выходящих из строя участков непре-
342
рывной линии, но и позволяет по мере необходимости вводить/выводить оборудование в технологический процесс, что позволяет на одном агрегате выпускать полосу с разными видами покрытий. Анализ основных типов сплавов, применяемых для горячего цинкования показал, что для продукции, подвергающейся холодному деформированию и холодной штамповке, применяются покрытия всех четырех типов сплавов. Многофазные стали для холодного деформирования целесообразно покрывать покрытиями на основе Zn, ZnFe или ZnAl. Способность к деформации и свариваемости продукции тем выше, чем больше толщина покрытия. Следовательно, покрытия на основе ZnFe и ZnAl сплавов с толщиной 18,0 мкм 19,3 мкм целесообразно использовать для деформируемой и свариваемой продукции. Для снижения себестоимости оцинкованного металла за счет уменьшения расхода дорогостоящего цинка перспективным является одностороннее цинкованием стального листа.
Показана технологическая логистика формирования горячекатаного окрашенного проката повышенной прочности из низколегированной стали [31] c коррозионностойким цинк-алюминий-магниевым покрытием.
Для оценки напряжённого состояния и прогнозировании коррозионной стойкости деталей и оборудования, изготовленных из стального листа, рекомендуются использовались усовершенствованные нами следующие методы: поляризационно-оптический [28] и прогнозирование повреждаемости на основе мониторинга кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей оборудования в условиях интенсивной коррозии с применением разных рабочих сред [33] соответственно.
Результаты, представленные в работе, относятся к металлургической промышленности, а именно к технологии непрерывного производства стальной полосы из низколегированной стали, и может быть использовано на металлургических предприятиях при изготовлении стальной полосы с покрытием, обладающей повышенной коррозионной стойкостью, используя сочетания методов горячего погружения в ванну с расплавом из металлических композиций и последующего нанесения АПП валковым способом.
Полученные результаты не противоречат научным изысканиям других авторов, работающих в данном направлении [1-22, 24, 25], а также нашим работам [6-34].
Вышеприведенные исследования могут быть использованы при создании и усовершенствовании новых материалов и ресурсосберегающих технологий и процессов прокатного производства и оборудования.
Работа выполнялась в рамках реализации целевой Федеральной программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2016-2021 годы».
Список литературы
1. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. 216 с.
2. Проскуркин Е.В., Сухомлин Д.А. Влияние способа цинкования на физико-механические, электрохимические и защитные свойства цинковых покрытий // Коррозия: материалы, защита. 2006. № 5. С. 34-42.
3. Окулов В.В. Цинкование. Техника и технология. Приложение к журналу: «Гальванотехника и обработка поверхности»; под ред. проф. В.Н. Кудрявцева. М.: Глобус, 2008. 252 с.
4. Проскуркин Е.В. Защитные цинковые покрытия для жестких коррозионно-эрозионных условий эксплуатации // Территория нефтегаз. 2007. № 9. С. 42-51.
5. Юдин А.Ю. Совершенствование систем управления взаимосвязанными электроприводами входного участка агрегата непрерывного горячего цинкования: дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. 194 с.
6. Новолипецкий металлургический комбинат [Электронный ресурс]. URL: http://nlmk.com. (дата обращения: 03.04.2023).
7. Магнитогорский металлургический комбинат [Электронный ресурс]. URL: http://mmk.ru. (дата обращения: 03.04.2023).
8. Череповецкий металлургический комбинат [Электронный ресурс]. URL: http://severstal.ru. (дата обращения: 03.04.2023).
9. Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн. 2. Справочник / М.А. Беняковский, К.Н. Богоявленский, А.И. Виткин и др. М.: Металлургия, 1991. 423 с.
10. Беняковский М.А., Масленников В.А. Автомобильная сталь и тонкий лист. Череповец: Из-дат. дом «Череповец», 2007. 636 с.
11. Технологическая инструкция ТИ 101-П-ЦП-504-2008 Производство стального оцинкованного тонколистового проката на агрегате непрерывного горячего цинкования № 1 // ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Магнитогорск: ОАО «ММК», 2008. 114 с.
12. Технологическая инструкция ТИ 101-П-ЦП-536-2010 Производство стального оцинкованного тонколистового проката на агрегате непрерывного горячего цинкования № 2 // ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Магнитогорск: ОАО «ММК», 2010. 132 с.
13. Парамонов В.А., Левенков В.В. Производство автомобильного листа с покрытиями // Металлург. 2004. № 9. С. 51-54.
14. Mushenbom W., Steinhorts M. Coated steel sheet - facing automotive challenges // Современные достижения в металлургии и технологии производства сталей для автомобильной промышленности: тр. междунар. семинара. М., 2004. С. 206-225.
15. Радионова Л.В., Субботина Ю.М. Сравнительный анализ химических составов ванн горячего цинкования стальной // Стратегия качества в промышленности и образовании: сб. материалов IX междунар. конф. (Болгария, Варна, 2013 г.). Варна, 2013. Том 3. С. 169-172.
16. Радионова Л.В., Субботина Ю.М. Преимущества и недостатки способа горячего оцинкова-ния стальной полосы. Проблемы цинкования // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. №. 2. С. 3-9.
17. Патент на изобретение № 2188244 Российская Федерация, МПК C 22 B 7/00, 19/30. Способ получения цинка из цинкового дросса / П.П. Чернов, А.Н. Корышев, Ю.И. Ларин, А.Н. Астахов, В.Н. Евсюков, С.Ю. Бубнов. № 109810/02; заявитель и патентообладатель ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат»; заявл. 11.04.2001; опубл. 27.08.2002. 5 с.
18. Патент на изобретение № 2363747 Российская Федерация, МПК C22B 19/30, C22B 7/00, F27B 14/00. Способ извлечения цинка из гартцинка и печь для его осуществления / Р.А. Юдин, А.В. Виноградов, С.В. Ковряков, Э.А. Судаков, А.Н. Яничев. Заявка № 2007149480/02; заявитель и патентообладатель ОАО «Северсталь-метиз»; заявл. 27.12.2007; опубл. 10.08.2009. Бюл. № 22. 7 с.
19. Трубопрокат [Электронный ресурс]. URL: http://truboprokat.com.
20. Петров В.Д. Оптимизация расхода цинка при горячем цинковании // Сталь. 2004. № 2.
С. 33-34.
21. Бельский С.М., Мухин Ю.А. Основы теории тонколистового проката: учебное пособие. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. 82 с.
22. Основные виды и области применения наноструктурированного высокопрочного листового проката / М.В. Чукин, В.М. Салганик, П.П. Полецков, С.В. Денисов, А.С. Кузнецова, Г.А. Бережная, М.С. Гущина // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 4 (48). С. 41-44.
23. Структурообразование и физико-механические свойства электрохимических диффузионных покрытий на основе хрома, используемых для восстановления валков из серого чугуна плазменной обработкой / В.Н. Гадалов, И.С. Щеренкова, И.В. Ворначева, Г.М. Журавлев, А.В. Абакумов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. № 2. С. 5362.
24. Патент на изобретение № 2649486 Российская Федерация, МПК C21D 8/04, C23C 28/00. Способ производства холоднокатаного горячеоцинкованного проката с полиуретановым покрытием / А.А. Филатова, С.Н. Райский, А.Н. Максимов, Д.И. Никитин. Заявка № 2017119055; заявитель и патентообладатель ПАО «Северсталь»; заявл. 31.05.2017; опубл. 03.04.2018. Бюл. № 10. 8 с.
25. Патент на изобретение № 2727391 Российская Федерация, МПК C23C 2/06; C23C 2/26; C23C 22/34; C23C 22/78; C23C 22/84. Способ производства коррозионностойкого окрашенного стального проката с цинк-алюминий-магниевым покрытием / М.П. Завьялов, Г. Лэн, Д.Ле. Хип, Л.С. Де, А.Ю. Раш-ковский. Заявка № 2020104734; заявитель и патентообладатель ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»; заявл. 03.02.2020; опубл. 21.07.2020. Бюл. № 21. 10 с.
26. Материаловедение и металловедение сварки / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, С.В. Сафонов, Е.А. Филатов, А.В. Филонович. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 308 с.
27. Металловедение сварки с практикумом по технологии конструкционных материалов (ТКМ), специальными методами сварки и пайки, контролю качества сварных соединений: учебное пособие для вузов / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, С.В. Сафонов, О.М. Губанов, Ю.В. Скрипкина. М.: Аргамак-Медиа, 2021. 400 с.
28. Применение поляризационно-оптического метода для оценки напряжений в неоднородных моделях наплавленных комбинированных покрытий / В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, О.М. Губанов, И.А. Макарова // Сварка и диагностика. 2021. № 2. С. 25-29.
29. Разработка технологии производства и термическая обработка порошкового титанового сплава TI6,1AL5,4V1,8SN / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, Д.С. Алымов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 6. С. 276-280.
30. Нано: технологии, материалы, трубки, частицы. Применение в машиностроении, медицине и других отраслях техники / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, О.М. Губанов, С.В. Сафонов. М.: Аргамак-Медиа, 2021. 216 с.
31. Патент на изобретение № 2749009 Российская Федерация, СПК C21D 8/0226. Способ получения горячекатаного проката повышенной прочности / О.М. Губанов. Заявка № 2020129142; заявитель и патентообладатель ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»; заявл. 02.09.2020; опубл. 02.06.2021. Бюл. № 16. 5 с.
32. Обзор композиционных металлополимеров, упрочненных нано- и ультрадисперсными частицами / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, И.В. Ворначева, В.Р. Петренко, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 9 (201). С. 424-432.
344
33. Мониторинг кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей технологического оборудования из конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивной коррозии с применением различных рабочих сред / В.Н. Гадалов, А.Н. Горлов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 3 (207). С. 106-109.
34. Изучение влияния комбинированной обработки на структуру и свойства электроискровых покрытий на низкоуглеродистой стали самофлюсующимся спецэлектродом / О.М. Губанов, В.Н. Гада-лов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева, А.Е. Молдахметова, С.А. Войнаш, В.А. Соколова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 12 (216). С. 566-571.
Губанов Олег Михайлович, канд. техн. наук, доцент, руководитель проектов по разработке новых видов продукции группы компаний НЛМК, subanov_oles81@mail.ru, Россия, Липецк, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»,
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, sadalov-vn@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук., доцент, kutepovsn@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Филонович Александр Владимирович, д-р техн. наук, профессор, filon8@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, заместитель директора по коммерческим вопросам, antony-ak@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS WITH ASSESSMENT OF THE STATE AND DEVELOPMENT OF ROLLING PRODUCTION FOR CONTINUOUS HOT-DIP GALVANIZING OF THIN-SHEET STEEL STRIP WITH COMPOSITE METAL
POLYMER COATING
O.M. Gubanov, V.N. Gadalov, S.N. Kutepov, A.V. Filonovich, A.A. Kalinin
The article deals with the issues of the state and development of rolling production for continuous hot-dip galvanizing of thin-sheet rolled steel. The main operations of the galvanizing process are presented: preparation of the strip surface, its thermochemical treatment, galvanizing in the melt, formation of the coating with air knives, cooling of the strip after galvanizing, straightening and finishing of the hot-galvanized strip. It is shown that furnaces of both vertical and horizontal types are installed on newly introduced units. The advantages and disadvantages of vertical type furnaces in comparison with horizontal ones are described. It is shown that a distinctive feature and advantage of modern hot continuous galvanizing units is the modular layout, which allows to produce a strip with different types of coatings on one unit. The use of different types of zinc coatings makes it possible to improve the technological and operational properties of galvanized sheet. The chemical compositions and applications of the four most common zinc-based coatings, namely zinc, ferro-zinc, zinc-aluminum and aluminum-zinc, are considered. It is indicated that on modern hot-dip galvanizing lines, the coating on the strip is applied from two sides. General information on the application of the technology of onesided zinc coating on a steel strip is presented, the use of which will reduce the consumption of expensive zinc and, consequently, the cost of finished products. Some promising methods and devices for unilateral galvanizing are presented and described. The logistics of the technology of forming hot-rolled, painted high-strength rolled products from low-alloy steel with corrosion-resistant zinc-aluminum-magnesium rolling is considered.
Key words: continuous hot-dip galvanizing unit, galvanized rolled products, iron-zinc coating, steel strip; corrosion-resistant zinc-aluminum-magnesium coating, primer, enamel.
Gubanov Oleg Mikhailovich, candidate of technical science, docent, project manager for the development of new types ofproducts of NLMK Group, gubanov_oleg81@mail. ru, Russia, Lipetsk, Novolipetsk metallurgical plant Public joint stock company,
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepovsn@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, flon8@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs, antony-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
