/ 53   3 (76), 2014
УДК 669.74 Поступила 30.06.2014
и. А. КоВАлеВА, А. А. КучКоВ, А. В. ВенГуРА, н. А. ХодоСоВСКАя, и. А. ГуЗоВА,  
и. А. оВчинниКоВА, оАо «БМЗ − управляющая компания холдинга «БМК» 
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЯ  
НА СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК  
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА  
ГОРЯЧЕКАТАНЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБ
Показано, что актуальным является исследование окалинообразования на непрерывнолитых и горячекатаных за-
готовках, позволяющее улучшить качество продукции, и, тем самым, повысить ее конкурентоспособность.
It is shown that research of scaling on the uninterruptedly-casted and the hot-rolled blanks, enabling to improve quality of 
production and due to that to increase its competitiveness, is actual.
Основным приоритетом на ОАО «Белорусский 
металлургический завод» – управляющая компа­
ния холдинга «Белорусская металлургическая ком­
пания» является качество как фактор конкуренто­
способности продукции.
Многообразие дефектов, не всегда резко разли­
чающихся по внешнему виду, создает значитель­
ные трудности при их идентификации в практиче­
ской работе трубопрокатного цеха (ТПЦ) завода. 
Особенно сложно определять происхождение де­
фектов поверхности, на которые при нагревах воз­
действует воздух или атмосфера печи, что приво­
дит к изменению химического состава поверхност­
ного слоя, окислению, обезуглероживанию и т. д.
В связи с этим важно установить характерные 
признаки дефектов при использовании соответ­
ствующих методов исследования металла. 
Так, при исследовании и изучении дефектов 
особое внимание было уделено дефектам «отпе­
чатки», обнаруженным на наружной поверхно­
сти готовых труб. В классификаторе дефектов 
бесшовных горячекатаных труб производства 
ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга 
«БМК» приведены причины образования отпечат­
ков – это налипание металла на валки прошивного 
стана; превышение зажимных усилий упоров при 
порезке на пилах пакетной резки труб; механиче­
ские повреждения на валках транспортной систе­
мы; сколы на дисках Дишера; изъяны на поверх­
ности валков проводковой системы в виде раковин 
(из­за выкрашивания металла) или сетки разгара. 
Однако была выявлена еще одна причина возник­
новения дефекта «отпечатки» – из­за налипания 
вкатанной окалины (рис. 1). 
Неизбежной составляющей процесса горячей 
прокатки бесшовных труб является тепловая обра­
ботка металла, которая оказывает существенное 
влияние на качество прокатываемого изделия и со­
ставляет одну из основных причин возникновения 
дефектов на наружной поверхности труб из­за об­
разования оксидного слоя при нагреве заготовки. 
Сцепление окалины с окисляемой металличе­
ской поверхностью играет важную роль. С одной 
стороны, прочное сцепление окалины уменьшает 
окисление стали во время нагрева заготовок в пе­
чах и при их последующей обработке, а с другой − 
затрудняет удаление окалины в процессе деформа­
ции, что приводит к ухудшению качества поверх­
ности.
При нагреве металла необходимо стремиться 
к тому, чтобы окалина как можно меньше прили­
пала к основному металлу для обеспечения наибо­
Рис. 1. Внешний вид отпечатков от вкатанной окалины на 
наружной поверхности горячекатаной трубы
54 /  3 (76), 2014  
лее легкого ее удаления с металла, что достигается 
соответствующими режимами нагрева.
На рис. 2 изображено строение слоев окалины. 
Как видно из рисунка, наиболее прочно связан 
с металлической поверхностью слой из так назы­
ваемой «липкой окалины».
Специалистами была поставлена задача – ис­
следование причин образования отпечатков из­за 
налипания окалины путем анализа: визуальный 
осмотр непрерывнолитых и горячекатаных загото­
вок перед посадом и после в кольцевую нагрева­
тельную печь; визуальный осмотр гильз; располо­
жение и глубина залегания дефектов на поверхно­
сти металла; металлографическое исследование.
В условиях ОАО «Белорусский металлургиче­
ский завод» – управляющая компания холдинга 
«Белорусская металлургическая компания» специ­
алистами Исследовательской лаборатории Иссле­
довательского центра совместно с технологами 
ТПЦ был произведен визуальный осмотр гильзы, 
на которой были обнаружены дефекты, представ­
ляющие собой углубления неправильной формы 
(рис. 3).
С целью определения характера дефектов была 
вырезана проба для металлографического исследо­
вания. Проведенный металлографический анализ 
показал, что выявленные дефекты классифициру­
ются как отпечатки глубиной залегания до 0,18 мм 
(рис. 4). 
При исследовании микроструктуры было обра­
щено внимание на слой окалины максимальной 
глубиной залегания 1,3 мм, расположенной в райо­
не дефекта (рис. 5). Исследуя слой окалины при 
Рис. 2. Строение слоев окалины
Рис. 3. Внешний вид дефектов
Рис. 4. Дефект «отпечатки» в поперечном сечении микро­
шлифа 
Рис. 5. Окалина в поперечном сечении микрошлифа
/ 55   3 (76), 2014
увеличении 500, необходимо отметить, что окисле­
ние происходило по границам зерен и линия раз­
дела окалина­металл полностью отсутствует. 
При производстве труб из горячекатаных загото­
вок диаметром 140 мм было принято решение про­
вести визуальный осмотр поверхности после нагрева 
в кольцевой нагревательной печи. При исследовании 
было отмечено, что покрытие поверхности окалиной 
неравномерное. Особое внимание было обращено на 
участок с отслоившейся окалиной, в районе которой 
на поверхности заготовки наблюдался ярко выражен­
ный металлический блеск (рис. 6).
Для металлографического исследования в рай­
оне обнаружения металлического блеска была вы­
резана проба, из которой были приготовлены ми­
крошлифы поперечного сечения.
При исследовании поперечных микрошлифов, 
вырезанных из горячекатаной заготовки диаме­
тром 140 мм, обнаружен толстый слой окалины 
максимальной глубиной залегания 1,6 мм. Иссле­
дуя окалину при увеличении 500, выявлено, что 
окисление происходило по границам зерен, линия 
раздела окалина­металл отсутствует (рис. 7). 
Было высказано предположение о влиянии хи­
мического состава стали, в частности Mn, на ха­
рактер образующейся окалины и силу «прилипа­
ния» ее к металлу. Поэтому для исследования были 
выбраны наиболее применяемые в ТПЦ марки ста­
ли 32Г2 (содержание Mn около 1,40%) и сталь мар­
ки 20 (содержание Mn около 0,60%). 
В кольцевую нагревательную печь ТПЦ были 
загружены непрерывнолитые заготовки. После на­
грева заготовки были выданы на возврат. При ви­
зуальном осмотре поверхности значительной раз­
ницы по распределению окалины выявлено не 
было (рис. 8). 
При исследовании поперечных микрошлифов 
с содержанием марганца 1,40% (сталь 32Г2) и со­
держанием марганца около 0,60% (сталь 20) в ми­
кроструктуре окалины различий не обнаружено 
(рис. 9).
Дальнейшие исследования по образованию 
плотноприлегающей окалины были направлены на 
изучение диффузии железа и кислорода. 
Печная атмосфера, определяемая в пламенных 
печах химическим составом топлива, коэффициен­
том расхода воздуха и совершенством конструк­ 
ции топливосжигающих устройств, является важ­
ным фактором, влияющим на окалинообразование. 
Рис. 6. Внешний вид поверхности заготовки с металличе­
ским блеском под отслоившейся окалиной
Рис. 7. Окалина в поперечном сечении микрошлифа горячекатаной заготовки диаметром 140 мм
Рис. 8. Внешний вид непрерывнолитых заготовок диаметром 200 мм, выданных на возврат после нагрева в кольцевой печи: 
а – сталь марки 32Г2; б – сталь марки 20
56 /  3 (76), 2014  
В зависимости от действия на металл газы делят 
на окислительные, нейтральные и восстановитель­
ные. К окислительным газам относят кислород (O2), 
углекислый газ (СО2), водяной пар (Н2О), серни­
стый ангидрид (SO2), к восстановительным газам − 
водород (Н2) и оксид углерода (СО2), а к нейтраль­
ным – азот (N2).
Прочность сцепления окалины с металлом за­
висит от скорости диффузии кислорода от поверх­
ности к внутренним слоям металла и встречной 
диффузии металла через слой окалины на ее на­
ружную поверхность, концентрации кислорода на 
поверхности, от состава окалины, вида топлива 
и других причин. 
При большой концентрации кислорода на по­
верхности соприкосновения металла с окалиной 
происходит равномерное образование окалины, ко­
торая в меньшей степени сцепляется с металлом.
Малая концентрация кислорода на поверхно­
сти замедляет процессы окисления, они начинают 
протекать по границам зерен и образующаяся ока­
лина плотнее прилипает к металлу.
Образование окалины находится в прямой (про­
порциональной) зависимости от установленного 
в горелке соотношения фактического количества 
воздуха к заданному количеству воздуха (коэффи­
циент λ). Поэтому одним из основных требований 
к системе управления горелками является возмож­
ность точной установки коэффициента λ во всем 
диапазоне регулирования мощности и при различ­
ных температурах подогрева воздуха. 
Специалистами исследовательского центра 
бы ло высказано предположение о влиянии коэф­
фициента расхода воздуха на образование плот­
ного налипания окалины. Принято решение из­
менить коэффициент избытка воздуха λ в коль­
цевой печи и провести эксперименты с непре­
рывнолитыми и горячекатаными заготовками 
(см. таблицу).
Рис. 9. Окалина в поперечном сечении микрошлифов непрерывнолитой заготовки диаметром 200:  
а − сталь марки 20; б − сталь марки 32Г2
Рис. 10. Окалина в поперечном сечении микрошлифа непрерывнолитой заготовки диаметром 200 мм
Рис. 11. Отслоившаяся окалина на поверхности горячеката­
ных заготовок диаметром 140 мм
/ 57   3 (76), 2014
Коэффициент избытка воздуха λ по зонам
Лямбда Режим
Номер зоны в кольцевой нагревательной печи
1 2 3 4 5
λ
Штатный 1,05 1,08 1,05 1,05 1,05
Опытный 1,15 1,18 1,15 1,15 1,15
Выданные на возврат непрерывнолитые заго­
товки диаметром 200 мм из печи с измененным ко­
эффициентом избытка воздуха λ были осмотрены. 
Отмечено, что со всех заготовок ровным неболь­
шим слоем была отслоена окалина. Плотных на­
липаний окалины на металл не обнаружено. С за­
готовок были отобраны пробы для металлографи­
ческого исследования.
Анализ поверхности при увеличении микроско­
па показал, что на образцах имеет место ровное 
окисление поверхности металла, ясно видна линия 
контакта металла и окалины (линия отрыва). Отделе­
ние окалины происходит по поверхности раздела 
(рис. 10). Максимальная толщина окалины 0,7 мм.
После проведения исследований по нагреву 
непрерывнолитых заготовок был проведен следу­
ющий заключительный этап работы. Горячеката­
ные заготовки диаметром 140 мм после посада 
и нагрева в печи с экспериментальным коэффици­
ентом избытка воздуха λ были выданы на возврат.
При визуальном осмотре выявлено равномер­
ное распределение окалины на поверхности заго­
товок (рис. 11). Замечено, что окалина имеет ма­
лую степень сцепления и при перевороте загото­
вок легко осыпается. 
Следует отметить, что при подготовке попереч­
ных микрошлифов слой окалины на поверхности от­
слоился и только его небольшая часть зафиксирована 
и исследована. Металлографический анализ показал, 
что между металлом и окалиной имеется резкая гра­
ница, по которой окалина легко удаляется, образуя 
сравнительно гладкую поверхность отрыва. Глубина 
залегания окалины составляет 0,45 мм (рис. 12).В со­
ответствии с теорией окисления стали, прочности 
адгезии окалины к поверхности металла (трудноуда­
ляемая окалина), а также на основании проведенных 
экспериментов изучена причина образования дефек­
та «отпечатки». 
Установлено, что образование дефекта «отпе­
чатки» на готовых трубах происходит по причине 
образования обедненной смеси газ/воздух при на­
греве заготовок в кольцевой нагревательной печи, 
вследствие чего создается прочное сцепление ока­
лины (замедляется процесс окисления и начинает 
протекать по границам зерен). 
Таким образом, является актуальным исследо­
вание окалинообразования на непрерывнолитых 
и горячекатаных заготовках, позволяющее улуч­
шить качество продукции и, тем самым, повысить 
ее конкурентоспособность.
Рис. 12. Окалина в поперечном сечении микрошлифа горячекатаной заготовки