Аспекты качества и технологии производства упаковочной ленты

div>

Наибольшим спектром характеристик, которые отвечают требованиям потребителей, обладает стальная упаковочная лента, полученная операцией патентирования. На мировом рынке подобную продукцию представляют Signode, Titan, Maillis и другие производители. В России до 2016 года такую ленту не изготавливали, а импортировали из Европы.

В 2014 году на ООО «Уральская Металлообрабатывающая Компания» (ООО «УМК») ввели в эксплуатацию агрегат по производству высокопрочной упаковочной ленты.

В 2016 году его модернизировали, а результате появилась возможность производить операцию патентирования ленты, в результате чего удалось добиться следующих характеристик продукции:

Производительность оборудования — 40 000 тонн в год высокопрочной упаковочной ленты следующих классов прочности: 750, 800, 925, 970 и 1200. При этом для классов 800 и 970 в линейке производимой продукции присутствует дополнительная номенклатура с повышенными пластическими свойствами (НЕ).

Лента из нелегированной и легированной стали изготовлена из тонколистового холоднокатаного проката путём продольной резки, термообработки, окраски, вощения и смотки в рулоны. Лента соответствует требованиям ТУ 24.32.10–011–94835001–2017, DIN EN 13246-2001, DIN EN 13247-2001 и ASTM D3953-15.

Чтобы получить заявленные классы прочности ленты, в ООО «УМК» провели исследование, в ходе которого установили вид микроструктуры и способы её получения. Экспериментально было установлено, что в нагартованной холоднокатаной заготовке из стали с содержанием до 0,50 мас.% углерода, после завершения фазовых (α→γ) превращений при температуре Ac₃, в образовавшемся мелком зерне аустенита при определённых скоростях нагрева сохраняется фазовый наклёп. Он способствует интенсификации процесса статической рекристаллизации, которая сопровождается повторным измельчением зерна аустенита и полностью завершается к температурам 920-960 °C. При дальнейшей изотермической выдержке в расплаве свинца при температуре до 520 °C формируется структура бейнита/сорбита с величиной структурного элемента в пределах 6-14 мкм. Отклонение от указанных температурно-скоростных параметров нагрева приводило к формированию больших областей феррита, разнозернистости микроструктуры, чрезмерному росту зерна аустенита. В таком случае показатели прочности и пластичности недостижимы.

Выбранные пределы содержания углерода при контролируемых параметрах температурно-скоростной обработки нагартованной холоднокатаной ленты способствуют формированию микроструктуры, состоящей из сорбита в пределах 60-90% и бейнита в пределах 40-10%. При использовании в качестве заготовки холоднокатаной ленты с крайне низким содержанием углерода в готовой ленте формировалась феррито-, сорбито-, бейнитная смесь, не позволяющая обеспечить требуемые классы прочности. При содержании углерода более 0,50 мас.% получали бейнито-мартенситную структуру ленты, что не позволяло достигать требуемой величины относительного удлинения на уровне 7,5%.

На рисунке 2 и рисунке 3 представлены формируемые микроструктуры, характерные для температур нагрева 850 и 950 °C.

Оптимальной температуры нагрева (с точки зрения обеспечения конечных механических характеристик) удалось достичь с помощью выведенной формулы:

Т_н = (990 - 178 • Э_хс ) ± 10,

где Т_н — расчётная температура нагрева ленты под патентирование, °C;

Э_хс — эквивалент химического состава, определяемый как совокупность содержаний C, Mn, Si: углерода, марганца, кремния и других влияющих элементов в определённых пропорциях.

Зависимость, позволяющая рассчитать влияние элементов химического состава на завершение полиморфного α→γ превращения (температура Ac₃), при контролируемых температурно-временных условиях нагрева холоднокатаной ленты, получена при обработке результатов дилатометрических исследований, проведённых для ООО «УМК». Набранный массив данных подвергался статистической обработке с применением корреляционно-регрессионного анализа.

В результате было получено уравнение множественной регрессии, связывающее температуру завершения полиморфного превращения Ac₃ с выбранными параметрами химического состава. Чтобы упростить процесс управления и оперативно принимать решения, на основании этого состава была выведена формула Э_хс, показывающая влияние основных легирующих элементов (в исследованном диапазоне их изменения) на положение критических точек.

Температура Ac₃, определённая с помощью дилатометрических исследований, не учитывает влияния масштабного фактора и процессов статической рекристаллизации аустенита. Следовательно, необходима температурная поправка на указанные параметры, учтённая в формуле Тн. Приведённые в формуле безразмерные коэффициенты имеют эмпирический характер и получены при обработке опытных данных производства ленты в условиях агрегата патентирования ООО «УМК».

Скорость нагрева до температуры Тн и время выдержки при данной температуре были выбраны исходя из обеспечения мелкого рекристаллизованного зерна аустенита. В случаях, когда скорость нагревания мала, требуется длительное время для достижения лентой целевой температуры повторного нагрева, что приводило к снижению производительности, а также к увеличению размеров зерна. Отклонение от верхних значений нормируемых параметров нагрева приводило к формированию разнозернистой структуры готовой ленты и, как следствие, снижению пластичности.

В секциях прямого пламенного нагрева печи аустенизации агрегата патентирования ООО «УМК» происходит очистка поверхности полосы при её нагреве непосредственно в восстановительной атмосфере. Она возникает при горении природного газа и воздуха, смешиваемых при соотношении несколько ниже оптимального коэффициента избытка воздуха при сжигании газа. Восстановительная атмосфера достигается за счёт поддержания в продуктах горения доли CO на уровне 0,5-2,4% и обеспечивает отсутствие на поверхности ленты продуктов окисления. Они снижают теплообмен между расплавом свинца и самой лентой, способствуя, тем самым, повышению равномерности и однородности механических свойств как по длине, так и по ширине. Отсутствие окисной пленки исключает её осыпание при перегибах, повышая, тем самым, технологичность изделия при эксплуатации.

Для обеспечения лучшего скольжения соприкасающихся поверхностей, а также стойкости к атмосферной коррозии, ленту подвергают нанесению однородного воскового покрытия толщиной 0,5-1,0 мкм без непокрытых участков.

Проведённые исследования по формированию микроструктуры упаковочной ленты, произведённой с использованием операции патентирования, позволили достичь требуемых классов прочности при обеспечении достаточного ресурса пластичности. Выявленные механизмы управления микроструктурой и механическими свойствами позволили создать достаточно широкую линейку выпускаемой продукции, а также определить перспективы её увеличения. Натурные испытания, а также положительные отзывы от клиентов подтвердили правильность технологических решений.

Для повышения стойкости к атмосферной коррозии, проходимости через упаковочные агрегаты и машины, а также для придания оптимального внешнего вида, ряд производителей обеспечивает нанесение лакокрасочного и воскового покрытий при финишных операциях изготовления упаковочной ленты.