Окалина простыми словами
Когда раскалённый металл оказывается на воздухе, кислород соединяется с его поверхностью, и образуется слой оксидов. Это и есть окалина. Она тёмная — серо-чёрная, иногда с синеватым оттенком, — твёрдая и хрупкая. Окалина появляется не только на стали: у меди, титана, нержавеющих и жаропрочных сплавов она тоже есть, но состав у неё свой. В этой статье речь об окалине на стали, как о самом частом случае.
Окалина — это и потеря металла: часть его превращается в оксид и уходит с поверхностью. А самое главное для производства: твёрдая хрупкая корка на прутке или проволоке мешает следующим операциям. Она крошится при волочении, изнашивает инструмент, мешает покрытиям и сварке и прячет дефекты от контроля.
Состав и слои окалины
Окалина на стали состоит из трёх оксидов железа, которые лежат слоями: у самого металла — один, снаружи — другой.
| Слой | Оксид | Что известно |
|---|---|---|
| Внутренний, у металла | вюстит FeO | самый толстый слой; образуется при нагреве выше примерно 570 °C |
| Средний | магнетит Fe3O4 | плотный слой, заметно тоньше вюстита |
| Наружный | гематит Fe2O3 | самый тонкий слой, богатый кислородом |
На легированных и нержавеющих сталях в окалину входят ещё оксиды хрома, никеля и других легирующих. Такая окалина плотнее и прочнее держится на металле. Подробнее — на страницах нержавеющая сталь и никелевые и жаропрочные сплавы.
При какой температуре образуется окалина
Железо начинает окисляться на воздухе уже при нескольких сотнях градусов. Сначала появляются тонкие цветные плёнки — цвета побежалости: от соломенного до синего. Настоящая окалина растёт, когда сталь нагрета выше примерно 570 °C, и чем жарче и дольше выдержка, тем она толще. При температурах горячей прокатки и ковки, порядка 1000–1250 °C, слой растёт быстро. Толщина зависит от температуры, времени нагрева, состава стали и атмосферы в печи.
Прокатная, вкатанная, после термообработки, сварочная
- Прокатная окалина — образуется при нагреве заготовки и в ходе горячей деформации: прокатки, ковки, выдавливания. На прокатных станах крупные куски окалины сбивают водой под давлением, но тонкий слой остаётся на прутке и катанке.
- Вкатанная окалина — частицы, которые не успели сбить и которые прокатка вдавила в металл. Они остаются тёмными пятнами и полосами; снять их труднее всего.
- Окалина после термообработки — отжиг, нормализация и закалка в печи с воздухом оставляют по всей поверхности ровный оксидный слой. Обычно он тоньше прокатного, но покрывает металл целиком.
- Сварочная окалина — оксидный налёт на шве и рядом с ним, на нержавеющей стали он приобретает цвета побежалости.
Окалина и ржавчина — в чём разница
| Признак | Окалина | Ржавчина |
|---|---|---|
| Как образуется | при нагреве на воздухе | при хранении во влажной среде |
| Состав | оксиды железа FeO, Fe3O4, Fe2O3 | гидратированные оксиды железа |
| Цвет | серо-чёрный, синеватый | рыже-бурый |
| Структура | плотная, твёрдая, хрупкая | рыхлая, пористая, осыпается |
| Что дальше | пока слой цел, прикрывает металл; в трещинах под ним начинается коррозия | ржавчина продолжает разъедать металл |
На складе окалина и ржавчина часто встречаются вместе: ржавчина появляется на металле в трещинах окалины. Ржавчину снимают отдельно — об этом на странице удаление ржавчины.
Как удаляют окалину
Окалину снимают химически — травлением в кислотах, механически — окалиноломателем, щётками, обдиркой, струйно — дробью или водно-абразивной суспензией, лучом лазера. Какой способ выбрать, зависит от металла, объёма и требований к поверхности. Способы по критериям — в таблице на странице сравнение способов очистки.
Установка КС/УГОП снимает окалину водно-абразивной суспензией. Пруток Ø 4–60 мм или проволока Ø 1–17 мм проходит камеру с отсеками очистки, мойки и обдувки со скоростью 5–25 м/мин. На выходе поверхность очищена до Sa3, с шероховатостью Ra ≤ 1,0 мкм; металл не повреждается и не коробится. Кислот в процессе нет, суспензия работает по замкнутому циклу. Подробнее — на странице удаление окалины; прокатная окалина после горячей деформации разобрана на странице очистка горячекатаного проката.
Окалина на каждом прокате немного своя: зависит от марки, нагрева и атмосферы в печи. Чтобы убедиться, что очистка решает вашу задачу, пришлите образцы в пробную очистку: подберём режим и подтвердим качество по результатам опытной обработки.