УДК 666.29.051

к. т. н., доц.Боранбаева Б. М., к.т. наук, доц Сұлтамұрат Г. И..;

ст. преп. Тулегенова Ш.Н..; магистрант Толешулы А.

РГКП «Карагандинский государственный технический университет». Казахстан, г. Караганда. Е- mail:alish-t90@mail.ru

ОЦЕНКА КАЧЕСТВО ЭМАЛИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Ррассмотрены факторы, оказывающие влияние на качество эмалирования, исходя из сквозного опыта казахстанских и российских предприятий, специализирующихся на производстве металла и производстве стальных эмалированных изделий.

Ключевые слова: сталь 08ЮР, дефект, эмалирование, качество.

Если одной из характерных особенностей товарного рынка прошлого столетия был рост производства-насыщение товарного рынка, то для 21 века – это, прежде всего, ориентация на качество продукции. Понятие качества продукции имеет важное значения в практической деятельности, потому регламентировано стандартами. Согласно одним нормативным документам под качеством понимается «совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением» [1]. В других понятие «качество» определено как «совокупность свойств и характеристик изделия или услуги, относящихся к его способности выполнять установленные и предполагаемые потребности» [2]. Таким образом, качество является одной из фундаментальных категорий, определяющих образ жизни, социальную и экономическую основу для успешного развития человека и общества.

В предлагаемой статье рассмотрены факторы, оказывающие влияниена качество эмалирования, исходя из сквозного опыта казахстанских и российских предприятий, специализирующихся на производстве металла и производстве стальных эмалированных изделий.

Эмалирование – процесс нанесения на поверхность металлических изделий, отштампованных емкостей из тонколистовой низкоуглеродистой стали, стеклообразного покрытия. Традиционно технология эмалирования состоит из этапов нанесения дисперсной мелкозернистой эмалевой массы (фритты) на предварительно подготовленную металлическую основу, закрепляемой сушкой и монотонным отжигом в проходных печах.

К наиболее часто встречающимся порокам эмалевого покрытия относят, так называемые дефекты - рыбья чешуя и пузырь [3].

а)	б)
Рис.1. Основные виды дефектов эмалированных изделий из низкоуглеродистой стали 08Ю [3]. а) дефект «рыбья чешуя», б) дефект пузыри.

Дефекты эмалевого покрытия готовой продукции на производстве обычно устраняют следующим образом: дефектный участок механически зачищается от эмалевого слоя до основы и проводится его повторное эмалирование. Данное изделие переводится в пониженную сортность. По имеющимся литературным данным отсортировка в брак может составлять до 30-35% [4].

Дефект рыбья чешуя представляет собой отслоение эмали (сколы), образующие углубления в эмалевом слое в форме полумесяца, которые остаются в местах отскока эмали. Поэтому их иногда называют выколками. Величина этих выколок различна: иногда они невелики и нарушают только поверхность эмалевого слоя, а иногда доходят до металла. Ширина их от 1 мм до 1 см и больше. На основании исследований Клердинга, Хоффа и Клердинга, Цапффе с сотрудниками окончательно установлено, что рыбья чешуя вызывается давлением газообразного водорода, выделяющегося из металла. Было определено, что давление водорода, при котором образуется рыбья чешуя, составляет 110 ат. Такие большие скопления водорода образуются по различным причинам, зависящим как от самого металла, его подготовки, так и от состава эмали, процессов варки, помола и обжига. Водород образуется во время травления изделий.

При обжиге эмали также образуется водород при реакции железа с водой по уравнению

Fe+H₂0→FeO + H₂↑.

Хотя при сушке основная масса воды, содержащаяся в шликере, испаряется, некоторое количество ее остается и удаляется лишь при температуре выше 500°. При этой температуре выделяется остаток адсорбированной воды и главным образом конституционная вода из глины. Для своевременного удаления водорода рекомендуют прибавлять к грунтовой эмали вещества, выделяющие газы во время обжига. Водород увлекается этими газами и удаляется вместе с ними. Целесообразно увеличивать интервал обжига эмали, добавляя при помоле тугоплавкие материалы — кварц или глину. Избыток кварцевой муки вреден. По имеющимся данным, при добавке 20% кварцевой муки рыбья чешуя полностью исчезала, а при больших количествах появлялась вновь в большей степени.

Нанесение эмали толстым слоем уменьшает склонность к образованию “рыбьей чешуи”. При применении глин, образующих в эмали крупные пузыри, рыбья чешуя появляется медленнее, чем при образовании мелких и средних пузырей. Искусственным образованием крупных пузырей не удается, однако, полностью устранить этот дефект.

Что касается качества металла, то во избежание появления рыбьей чешуи рекомендуется применять холоднокатаную листовую сталь, которая при высоких температурах незначительно поглощает водород, или термически улучшенную сталь. Давно известно, что на тех частях изделия, где металл подвергался формованию, появляется гораздо меньше рыбьей чешуи, чем на неформованных частях. Клердинг приводит следующую зависимость между степенью деформации при холодной прокатке и числом выколок на эмалевых покрытиях.

Таблица 1

Зависимость числа выколок от степени деформации

Степень деформации,%	Число выколок	Степень деформации,%	Число выколок
20	90	50	5
30	60	60	2
40	25	65	0

При одностороннем эмалировании выколки на эмали не появляются, потому что водород выделяется через не покрытую эмалью поверхность металла. Наоборот, путем химического или электролитического выделения водорода на не покрытой эмалью поверхности металла можно вызвать искусственное образование “рыбьей чешуи” на эмали. Это явление можно использовать для проведения испытаний металла и эмали на склонность к образованию “рыбьей чешуи”[5].

Таким образом, к причинам образования дефекта «рыбья чешуя» связанных с технологией нанесения эмали относят:

a) содержание влаги в грунтовой эмали, вносимой при выплавке в водяной атмосфере или вносимой с глиной при подготовке шликера;

b) менее кислые грунтовые эмали с коэффициентом кислотности 0,35-0,5 или эмали без бора, отличающиеся большой вязкостью;

c) добавка на сырой помол грунтовой эмали 0,5%-ой калиевой или натриевой селитры;

d) толщина эмалевого покрытия, чем толще, тем меньше вероятность взрыва эмали;

e) подготовка металла к эмалированию (травление);

Дефект «пузырение (вспучивание)» является также наиболее встречающимся пороком эмалирования [3-9]. Он представляет собой вскрывшиеся пузыри на покровной эмали в виде черных точек (кратеров) видимых визуально, которые являются сквозными отверстиями в эмалевом покрытии до металла или частично заплавленные до грунтовочного слоя.

При нанесении эмалевого покрытия на стальную основу на границе раздела эмаль-металл протекают химические реакции, сопровождающиеся выделением водорода, азота, окиси углерода и других газопродуктов загрязнения технологического порядка. На первой стадии обжига эмали всегда выделяется большое количество газов, вследствие обезвоживания и разложения глины. Если газовые пузыри очень малы и равномерно распределены, то в грунтовой и покровной эмали они могут выполнять полезные функции в отношении предотвращения образования дефектов. Сильное или длительное газовыделение при эмалировании приводит к увеличению размеров пузырей и такому пороку как «пузырение». Проводимые работы и описанные авторами [3-9] позволяют судить о многочисленных факторах, влияющих на появление дефекта «пузырь», и требуют специального изучения в каждом конкретном случае несовершенств покрытия.

Основной причиной образования дефекта«пузырение (вспучивание)», к основным причинам их образования связанных с технологией нанесения эмали относят:

a) наличие в шликере грунта или эмали загрязнений, разлагающихся при обжиге с выделением газообразных соединений;

b) Большая вязкость покровной эмали.

c) Наличие в муфельном пространстве водяных паров и топочных газов.

d) Применение слишком тугоплавких эмалей при легкоплавком грунте.

e) Долгое хранение загрунтованных изделий до покрытия их эмалью.

Факторами, влияющими на качество эмалирования (образование дефекта«пузырение (вспучивание)» и связанными с качеством стальной основы являются:

a) применение стали не пригодной для эмалирования с дефектами поверхности;

b) Наличие на поверхности металла загрязнений не полностью удаленных в процессе травления (смолы, масла).

c) Применение жесткой промывочной воды с образованием на поверхности металла нерастворимых металлических мыл (кальциевое мыло).

d) Наличие в структуре металла перлитной составляющей, из которой в результате обжига эмали происходит выделение реакционноспособно-го углерода.

Таким образом, причины образования дефектов эмалевого покрытия зависят не только от правильности проведения всех операций технологического процесса эмалирования, составе и свойствами грунтовой и покровных эмалей [3], качеством подготовки поверхности металла к эмалированию, но и в значительной степени определяются качеством исходного материала, в частности используемой листовой стали [4,10].

Технология производства стали под эмалирование базируется на марке стали 08ЮР микролегированной бором с содержанием 0,001-0,004%.

Техническим результатом изобретения явилось получение структуры холоднокатаной стали, обеспечивающей необходимый комплекс механических свойств, которые не склонны к возникновению дефекта "рыбья чешуя". Сущность изобретения состоит в настройке технологии за счет выбора оптимальных параметров горячей прокатки, холодной деформации и рекристаллизационного отжига.

Тем не менее, до настоящего времени пока не все взаимосвязи между поставщиками металла и их потребителями достаточно выяснены с этой точки зрения, чтобы можно было четко избежать или снизить вышеописанные пороки эмалевого покрытия. Это связано с тем, что каждое металлургическое производство имеет свои маршрутную технологию выплавки стали, сырьевую базу, технологию производства проката.

Ориентация на качество продукции и современные технологии в значительной степени позволяют в каждом конкретном случае производить сталь пригодную для эмалирования. Это должно быть воплощено на этапе определения сквозных технологических параметров производства проката, обеспечивающих отсутствие склонности стали к образованию дефектов эмалирования и штампуемые свойства металла, отражено в технической характеристике изделия, в конструкторской документации, технических условиях, как со стороны поставщиков, так и потребителей металла под эмалирования.

Литература:

1. ГОСТ 15467-79 «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения» с последними изменениями от 19.04.2010

2. МС ИСО 8402-94

3 Петцольд А. Пешманн Г. Эмаль и эмалирование.// М.: Металлургия. 1990. С.573

4 Отчет о научно-исследовательской работе. Исследование и разработка технологии производства стали для эмалирования с целью снижения склонности к образованию дефекта «рыбья чешуя». ОАО «ИСПАТ КАРМЕТ». Темиртау. 1996.

5 Литвинова Е.И. Металл для эмалирования [Текст] / Е.И. Литвинова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1975. - 207 с. : ил. ;

6 Ясногородская С.В., Жирнова Е.Ф., Бутовский М.З. О генезисе дефекта типа «пузырь» при эмалировании стальной посуды. Известия ВУЗов ЧМ. №2. 1998. С.49-51.

7 Захарова В.П., Нимвицкая Т.А. Совершенствование технологии подготовки поверхности посуды с целью устранения дефекта эмалевого покрытия «Точечные выгорания». Тематический отраслевой сборник Уральского НИИЧМ. Свердловск. 1985. С.10-15.

9 Калегов В.В., Шулика Н.А., Евдокимов Г.Г. Тонколистовая холоднокатаная сталь для эмалирования.// Производство проката. №10. 2001. С.25-26

10 Буданов А.П., Корнилов В.Л., Злов В.Е., Черкасский Р.И. и др. Оптимизация технологии производства холоднокатаного листа из стали 08ЮР для эмалирования // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 2002. № 6. С. 20 – 24.

11 Цырлин М.Б., Лобанов М.Л., Шабанов В.А., Шевелев В.В. и др. Способ производства низкоуглеродистой холоднокатаной стали для штамповки и последующего эмалирования. // Патент на изобретение. RU.2159820.C1.,Бюл. №33. 2000. 16 стр.