Способ термоциклической обработки полосового проката из углеродистых сталей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ф(Я) С 2 0 1 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4р т дреМя, С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21) 2833678/22-02 (22) 26 ° 10.79 (46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) Л.В.Коваленко, B.È.Kðàñíîïoëüñ : кий, Н.Ф.Легейда и Т.A.Ïoäïîâåòíàÿ (71) Украинский ордена Трудового . Красного Знамени научно-.исследова- . тельский институт металлов (53) 621.785.79 (088.8) (56) 1 ° Патент CftlA, 9 3762964,,кл. 148-12,1972.

2. Авторское свидетельство СССР . Щ.440424, кл. С 21 D 1/26, 1971.

3. Сборник"Термическая обработка металлов". Р 5, "Металлургия", 1977, с.44-47.

4. Федюкин В.К. и др. Новые спо. собы термоциклической обработки,конструкционных сталей Л.ДНТП.Ленинград, 1973, с.5-10.

„„SU„„65 6 А (54 ) (57) СПОСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ OSРАБОТКИ ПОЛОСОВОГО ПРОКАТА ИЗ УГЛЕ- РОДИСТЫХ СТАЛЕИ, преимущественно толщиной до 11 мм, включающий многократные нагревы со скоростью 50150оС/мин, охлаждение на воздухе до

590-610 С и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью снижения прочности и твердости, охлаждение после каждого нагрева производят с момента окончания изотермы фазовых превращений, окон:чательное охлаждение проводят на воз1духе и после завершения последнего цикла производят отжиг при подкрити-. ческих температурах.

1006506

Изобретение относится к термичес-: кой обработке проката и предназначено для использования при умягчающей обработке проката, в частности для сфероидизирующей обработки полосовогп проката иэ углеродистых доэвтекто- 5 идных сталей для чистовой вырубки } поставляемого по Ту 14-1-1535-76, . который должен иметь низкие прочность и твердость и практически полностью сфероидизированную структуру (не 10 более 103 пластинчатого перлита).

Известен способ получения холодно4

° деформируемой доэвтектоидной стали, в соответствии с которым сталь деформируют при температуре A (А1-85 C) 5 охлаждают до комнатной температуры, нагревают до температуры, близкой к

A, âûäåðæèâàþò в течение 3 — 6 ч. и охлаждают на воздухе $1) .

Недостатком этого способа является необходимость применения больших обжатий(>60%) при низких температу-. рах, что требует клетей повышенной жесткости.

Известен способ термоциклической обработки углеродистых сталей, в соответствии с которым многократный нагрев производят до 750-780аС со скоростью 70-150 С/мин, а охлаждение ведут до 670-690 С со скоростью

150-200 С/мин, а затем в воде f2) .

Подобная обработка позволяет получить структуру с высокой степенью дисперсности, однако при этом за счет высокой скорости охлаждения повышают-!

) ся прочностные свойства. 35

Известен также способ термической обработки проката иэ углеродистых сталей, включающий прерванную закалку с температуры конца прокатки и по- 40 следующий отжиг при температуре не выше температуры А, íà 13 С (3) .

Однако этот способ не обеспечивает получение равномерной по сечению сфероидизированной структуры, а сле- 45 довательно, и равномерной твердбсти, что недопустимо для стали, подвергаемой чистовой вырубке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо- 50 соб термоциклической обработки углеродистой стали, включающий многократные нагревы со скоростью 50-150 С/мин до . Ас + (30-50 с ), охлаждение на воздухе до 590-610 С и охлаждение о после последнего цикла в воде или масле (4) .

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет снизить прочность и твердость углеродистой стали, поскольку в ре- 60 зультате такой обработки нельзя получить сфероидиэированную структуру..

Цель изобретения- — снижение прочности и твЕрдосчи полосового проката. 65

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термоциклической обработки углеродистых сталей, преимущественно толщиной до 11 мм, включающему многократные нагревы со скоростью 50-150 С/мин и охлаждение на воздухе до 590-610 С и окончательное охлаждение, охлаждение после каждого нагрева производят с момента окончания изотермы фазовых превращений, окончательное охлаждение проводят на воздухе,а после завершения последнего цикла производят отжиг при подкритических температурах.

На чертеже показана температурновременная схема обработки.

Осуществление промежуточного охлаждения с момента окончания изотермы фазовых превращений, определяемого по началу роста температуры проката, позволяет ограничить температуру аустениэации температурой точки А „для данной стали при данной скорости нагрева. После нагрева до температуры А (точка и) в

1 стали начинается превращение -с6(или фиксируется начало его), протекающее в течение некоторого времени при постоянной температуре (отрезок аЬ) . В точке Ь основная масса

:,перлита уже претерпела превращение и при дальнейшем подводе тепла к прокату произошло бы повышение температуры (отрезок ЪС ), что нежелательно из-.за повышения устойчивости аустенита. В случае начала охлаждения проката в точке C превращению на участке Сб подвергнется аустенит с минимальной устойчивостью (температура аустенизации минимальна, а время выдержки при скорости нагрева 50-150 C/ìèí незначительно ), что и определяет низкую твердость и прочность проката. Уменьшение устойчивости аустенита также приводит к протеканию - ж превращения при более-высоких температурах, что способствует повышению степени сфероидиэации цементита в каждом цикле, и: соответственно, уменьшению числа циклов обработки., требующихся для полной сфероидизации.

Окончательное охлаждение на воздухе после нагрева в последнем цикле позволяет снизить твердость стали, снизить уровень напряжений и гарантировать завершение превращения g - об при температурах, близких к A,и отсутствие остаточного аустенита.

Отжиг металла при подкритических температурах после термоциклирования позволяет снизить твердость, повысить степень сфероидизации и увеличить размер глобулей цементита за счет выдержки при температурах, близких к A „.

1006506

Для осуществления охлаждения после каждого нагрева с момента окончания изотермы фазовых превращений, определяемого по началу роста температуры проката, необходимо непрерывное или достаточно частое измерение температуры нагреваемого проката (например фотоэлектрическими пирометрами) при

° температурах, близких к Ас (от 700 С

1 и выше) . Точность измерительного прибора в данном случае существенной роли не играет, требуется лишь достаточная чувствительность его для уменьшения ошибки при определении момента окончания изотермы (чтобы ошибка в определении точки b не привела к заметному росту температуры проката). Для полос из углеродистых сталей толщиной 5-11 мм, при скорости нагрева 150-50 C/ìèí в зависимос0 ти от толщины полосы и содержания углерода в стали, длительность изотер- мы фазовых превращений составляет от нескольких десятков до нескольких сотен секунд (при этом ошибка в определении точки b на 1-2 с приведет к повышению температуры не более чем на 2-5 С ). В случае применения печного нагрева в момент начала повышения температуры изделие выдают из печи, а в случае применения контактного или индукционного нагрева отключают нагрев.

Окончательное охлаждение осуществляют также на воздухе путем выдачи из печи либо путем отключения нагрева.

Отжиг при подкритических температурах (при температурах, близких к Аб,, например при 700 C) можно проводить как в камерной, так и в проходной печи. Конкретная температура отжига. определяется точностью измерительного прибора и перепадами температур по печи — она должна быть как можно выше, но не должна превысить,температуру АО„.

Охлаждение с момента окончания изотермы фазовых превращений осуществляется потому, что задержка в начале охлаждения приведет к повышению температуры проката и соответственно к повышению устойчивости и однородности аустенита. Кроме то- . го если начать охлаждение до окончания изотермы фазовых превращений, в структуре может остаться значительное количество не превратившегося перлита.

По предлагаемому способу в про цессе термоциклической обработки про; ката из углеродистых сталей целесооб разно нагреть прокат со скоростью

50-150 C/ìèí вплоть до момента окон чания изотермы фазовых превращений, определяемого по началу роста тем-пературы проката, охладить на возду1 о хе до 590-610 С, многократно повторить эти операции, окончательно ох ладить на воздухе и провести отжиг.

Способ (термоциклирование) может быть осуществлен, например с помощью любых двух, рядом расположенных

5 проходных печей путем нагрева проката в первой печи, выдачи проката на воздух, охлаждения передачи его во вторую печь, нагрева, проката, выдачи его на воздух, охлаждения

30 и передачи в первую печь и многократ. ного повторения таких опер ций. Реализация способа возможна также в случае применения камерных печей, при этом прокат загружается в один слой в печь, нагревается, выдается из печи на воздух, охлаждается и вновь загружается в печь и т.д.

Для отжига проката могут быть приМенены как проходные, так и камерные или колпаковые печи.

Пример. Термоциклическую обработку полос из стали 45, У12, У 8 и 20 толщиной 10 мм осуществляли в электрической камерной печи Н-30. Температура печи составила

25 800-900 С, скорость нагрева полос в интервале 700-730 С соответственно около 50 и 80 С/мин, полная длительность изотермической выдержки соответственно около 100 и 45 с ° По30 лосы загружали в печь в один слой, нагревали до температуры, соответ ствующей- началу - ж превращения (735 C), выдерживали при этой температуре до окончания изотермы

35 превращения, выдавали на воздух, охлаждали до 6000С и вновь загружали в . печь, многократно повторяя райее приведенные операции. Количество циклов обработки изменяли от 1 до 8. Окон4 чательное охлаждение осуществляли на воздухе, после чего проводили отжиг при 700 С, в течение 10 ч. Дополнительно проведены эксперименты, в ходе которых: а) длительность изо4 термической выдержки составила примерно половину полной ее длительнос" ти, т.е. превращение перлита происходило не полностью, б) нагрев полбс продолжали после окончания изотермической выдержки до температуры, на

25 С превышающей температуру изотермической выдержки, т.е. до 760 С

Результаты термической обработки . стали 45 представлены в табл.1, а сталей V 12, Ч 8 и 20 в табл.2.

Как следует из табл.1 и 2, прекращение аустенизации до начала роста температуры проката приводит после термоциклической обработки к сохранению в структуре пластинчатого перлита и повышенной твердости стали 45 (на 10-203 и SHB — опыты 11 и 15), а нагрев до температуры, на

25 С превышающей температуру изотермической выдержки, приводит. ц увеличению содержания пластинчатс>го

1006506

Свойства после циклической обработки

Содержание пластинчатого перлита

Температура аустенизации, OC

Предел прочности

Количество циклов обработки

Темпе ратура печи, ОС

Длительность изотермической выдерж- ки, с вердость

Опыт после отпуска после отжига . после отпуска после отпуска пос- 1 ле отжига пос ле отжига содержа ние пла стинчатого перлита ф твердость

НВ

1 800

2 800

3 800

4 - 800

735 1 195 95 у 159

35-50

20-.35

15-20

56 735 2 190 65-95 158

735 4 171 35-50 156

56 735 8 168 10 15 158

5-1 0

35.5 800 102 735 1 183 95 149 б 800 100 735 2 181 65 148

15-20 5-10

15-20

735 4 166 35 148

735 8 163 10 146

735 1 183 50-65 161

7 800

8 800

9 900

22

10 900 22 735 2 176 20-35 159

11 900 22 735 4 172 20-35 157

12 900

13 900

159. 0-5

760 .2 177 " 50-65

151

54-5 — 35,5

10-15

14 900 42 760 4 174 15

15 900 40 760 8 172 10-15

149

147

10

62

535»

186

177

16 900

17 900

18 900

15-20

42 760 4 177

15-20

10-15

177

760 8 177 10-12

38 перлита и повышению твердости.

Измерение температуры. производили как путем зачеканки термопар в цен г-. ре (по толщине } и подповерхностный слой полосы, так и путем применения фотоэлектрического пирометра, При исследованных скоростях нагрева перепад температур между центром и поверхностью образца, измеренный термопарами, находился в пределах погрешности измерения (ХА-термопар и милливольтметра класса 0,5. При . контроле микроструктуры различий 1 в структуре центра и поверхности полосы не обнаружено. Различие между показаниями фотоэлектрического пирометра и термопары, эачеканенной в центр полосы, также находилось в пределах погрешности прибора, однако, несмотря на различие в абсолютных значениях температур, участок изотермической выдержки по показа22 735 8 169 5

45 760 2 183 50 ниям обоих приборов начинался и заканчивался одновременно. Это показывает, что при определении момента начала промежуточного охлаждения по предлагаемому способу существен5 ным является не точность измерительного прибора, а его чувствительность, позволяющая заметить момент начала роста температуры.

Как видно иэ табл.1, по предлагае3Q мому способу после четырех циклов обработки и отжига получены полосы с твердостью 149НВ пределом прочнос ти 50 кгс/мм и содержанием пластин2 чатого перлита не более 5%, что полностью удовлетворяет требованиям

ТУ 14-1-1535-76 для стали 45(6@6

52 кгс/мм, твердость 150 НВ) .

Как видно из табл.2, требуемая прочность и твердость может быть получена и в полосовой стали марок

20, У8. и У12.

Т а б л и ц а 1

1006506

Таблица 2

Свойства п. сле оконча-, тельного отжига

Мар(ка стали

АТ=

Ac, AI, ос

Свойства после циклической обработки

Котвердость

НВ балл глобулей твердость, НВ алл лоУ ей

У12 800 1/2 50 1 Ас 257 50

2-3

50 2 Ас

У12 800 1/2

274 20 3-4

У12 800 1/2 55 4 Ас 238 25

4-5

У12 800 1/2

55 8 Ас

226 30

236 20

60 1 Ас

У12 800 1

У12 800 1

У12 800 1

У12 800 1

У12 900 1/2

У12 900 1/2

192 10 5

2-3

55 2 Ас 217 10 3

197 5

193 0

194 0

5.-б

70 4 Ас

85 8 Ас

207 0

204 0

4-5

5-6

5-6

6-7

50 1 Ac . 286 65

2-3

Ac 242 50

50 2

У12 900 1/2 50 4 Ас 233 30

1/2 50 8 Ас

210 30 4-5

У12 900

197 5

196 0

190 0

186 0

241 1 0 2.-3

223 5 3

55 1 Ас

У12 900

5-7

60 2 Ас

5-7

У12 900 1

У12 900 1

У12 900 1

4-5

50 4 Ас

207 0

5-6

197 0 5

255 90 2

55 8 Ас

У8 800 1/2 75 1

Ас

55 2 Ас 232 . 35

У8 800 1/2

УЗ 800 1/2

2-3

60 4 Ас

205 30 3

196 15

50 8 Ас

У8 800 1/2

3-4

Ас

220 15

2-3

10 3-4 .

0 3- 5-.

0 4

0 5

75 1

У8 800 1

У8 800 1

У8 800 1

УЗ 800 1

80 2 Ас 206 10 3

70 4 Ас

198 . 5

3-4

60 8 Ас. 183 5

4-5 У8 900 1/2

223 35

60 1

Ас

Температура печи, 0С

Длительность изотерми ческой выдержки, ч личество циклов обработки

Температура изотермической выдержки, ОС содер жанне пластинчатого перли та,% вре-, I меи- ное со- .про,тив ле-, ние, кг/

Мм содержание пластинчатого перлита,% временное сопротив-, ление кг/

ММ

1006506

Продолжение табл.2

Свойства после циклической обработки

Свойства после окончательного отжига

ТемИар ка стали ат=

Añ оС пература печи, С у ---врементвердость

НВ балл глобулей балл глоб у-: лей твероств

ИВ ное сопротивление кг/мм

Ю

У8 900 1/2 60 2

Ас 210

У8 900 1/2 60 4 Ас 207 35.

3-4

Ас 223 10

10 4-5

У8 900 1

У8 900 1

У8 900 .1

75 1

2-3

80, 2

Ас 202 5

85 4 Ас 191 0

65 1 Ас+20 228 35

65 2 Ac+20 210 10

3-4

4-5

10 5

5 5

0 б

У8 900

2-3

У8 900

2-3

У8 900

65 4 Ac+20 199 5

3-4

20 900 1

20 900 1

20 900 1

1. Ас 134 (5

2 Ас 128 35

4 Ас 130 10

20 900

20 900

20 900

1 Ac+30 139 100

2 Ас+30 131 65

4 Ac+30 50

Составитель A.Ñåêåé

Техред Т.Фанта Корректор О. Билак

Редактор Г. Безвершенко

Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2054/42 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Длительность изотермической выдержки, ч

Коли:че ство циклов обработки

Температура изот ермической выдерж ки;

С содержание пластинчато- го перлита,Ъ временное со= про,тивление, кг/ г.

1 49

1 48

1 48

1 51

1 49

1 48 содержание ! плас- ; тинчатого перлита,Ъ