В процессе прокатки металл теряет тепло и температура его снижается. Кроме того, необходимо учитывать также, что на непрерывных прокатных станах металл прокатывается в одном направлении и передний конец полосы деформируется при более высокой температуре, а задний конец — при более низкой температуре. Отмеченное имеет важное значение и должно учитываться при выборе температуры и режима нагрева стали под прокатку.
Температура металла в последнем проходе и после прокатки существенно влияет на механические свойства готового проката. Горячая прокатка сталей заканчивается при температурах выше 900—9500C. При указанной температуре в последнем проходе зерна металла получаются мелкими, что определяет высокую пластичность стали и требуемые прочностные свойства. Температура конца прокатки влияет и на размеры готового проката. Как правило, высота заднего конца прокатываемой полосы, имеющего меньшую температуру, получается больше высоты переднего конца. С понижением температуры металла увеличивается его сопротивление деформации, что определяет повышение усилия прокатки и увеличение расстояния между валками в результате упругой деформации рабочей клети прокатного стана.
Качество готового проката зависит от общей продолжительности нагрева металла в печи и скорости нагрева. Одним из основных требований, предъявляемых к нагреву, является равномерность распределения температуры по сечению заготовки. Равномерность нагрева заготовок можно обеспечить длительной выдержкой металла в печи. Однако длительная выдержка при температуре >8000C связана с образованием окалины, обезуглероживанием. Ускоренный нагрев для ряда сталей также нежелателен. Например, при нагреве высоколегированных сталей в результате недостаточного внутреннего теплообмена образуются трещины по сечению заготовок, которые приводят к браку металла или снижению его механических свойств. Практически установлена длительность нагрева слитков от 2 до 12 ч. При нагреве слитков, имеющих исходную температуру 800— 9000C, требуется ~2 ч для нагрева их до температуры прокатки. При нагреве холодных слитков необходимо принять такую скорость, чтобы термические напряжения не превышали критических значений. Например, если слитки с содержанием 0,3—0,45 % С нагревают до температуры прокатки за 6—7 ч, то слитки стали с большим содержанием углерода следует нагревать с меньшей скоростью и длительность нагрева составит 8—9 ч.
Скорость нагрева зависит также от сечения нагреваемого металла. Минимально допустимая длительность нагрева сортовой заготовки слябов составляет, мин: т= = 0,1 Zh, где Z— удельная продолжительность нагрева, мин/см; h — толщина заготовки, мм.
Например, при нагреве квадратной заготовки со стороной 140 мм из сталей СтО—Стб Z=4, а для той же заготовки из легированной стали типа 10Х18Н9 Z= 12. Следовательно, длительность нагрева легированной стали при прочих равных условиях в три раза больше длительности нагрева углеродистой стали. В заводских инструкциях по нагреву приводятся таблицы групп марок сталей с указанием удельной продолжительности нагрева.
Горячая прокатка металлов и сплавов производится при нагреве выше температуры рекристаллизации; для стали температура нагрева составляет 0,8 Тпя (Tnл — температура плавления по абсолютной шкале). Например, для малоуглеродистой стали температура горячей прокатки должна быть не ниже ^=0,8(273+1530) = = 1442 K= 1169 0C.
При прокатке металла, имеющего температуру выше температуры рекристаллизации, ослабляются причины, вызывающие упрочнение — искажение кристаллической решетки, остаточные напряжения. Сопротивление металла деформации в процессе прокатки остается на исходном уровне, не снижается пластичность. Чем выше температура нагрева металла под прокатку, тем меньше деформирующее усилие и выше пластичность. Однако чрезмерно повышать температуру нагрева не рекомендуется. При температуре нагрева, близкой к температуре плавления стали, наблюдается быстрый рост зерен, что приводит к снижению пластичности и разрушению металла при небольших деформациях. При повышенной температуре нагрева стали в окислительной атмосфере наблюдается явление пережога — окисление границ зерен, что также приводит к разрушению металла. Пережог происходит тем легче, чем выше температура металла и чем больше окислительный потенциал атмосферы в печи. Особенно подвержены пережогу хромони — келевые стали, что в определенной степени объясняется низкой температурой плавления межзеренного вещества этого класса сталей. При пережоге происходит перераспределение серы, фосфора, кремния ме^ду аустенитом и жидкой фазой, образующейся на границах зерен под — плавлении межзеренного вещества. Межзеренное вещество обогащается указанными элементами, пластичность его снижается.
Температура нагрева заготовок из стали различного химического состава разная. Для углеродистых сталей максимальная температура нагрева должна быть на 100—150°С ниже линии солидуса диаграммы Fe — С. Чем выше содержание углерода, тем ниже температура нагрева стали. Температура нагрева стали с содержанием углерода