Способ изготовления проката

 

1.СПОСОБ ИЗГОТОЙЛЕНИЯ nPOKA-j ТА, преимущественно сортового, включающий нагрев .заготовки, прокатку с (Окончанием при Ач +

..SU., A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

ЗСЮС 21 О 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делаю изов етений и отнРытий (21) 3322519/22-02 (22) 20.07.81 (46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) A.A. Баранов, A.A. Иинаев, В.П. Горбатенко, A.Л.Геллер, A.Ä.Зоб= нин, В.Д. Захарова, А.A. Тольский, Г.Г. Антипенко, A.Ë.×åðåäíè÷åíêî, Л.П.Ильин, М.Ю. Башнин, А.А.Гречук, И.Н.Ладьянов и Ю.Е.Бердичевский (71) Донецкий ордена. Трудового Красного Знамени политехнический инсти" тут и Енакиевский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический завод (53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 635144, кл. С 21 D 1/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 378421 кл. С 21 D 1/02, 1970.

3. Сталь, 1977, 9 6..с.520-522.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 763478, кл. С 21 D 8/00, 1978.

i(54) (57)3.СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОКА-, ТА, преимущественно сортового, вклю чающий нагрев .заготовки, прокатку с ,окончанием при Ач +. (30 - 80 С), охлаждение с критической скоростью „, до температуры распада аустенита и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что, с целью устранения неоднородности свойств по длине и повьааения пластических и вязких свойств, производят ускоренное охлаждение раската до

Ачз + (30 — 80 С), с изменяющейся по длине скоростью перед последними

1-5 пропусками, а охлаждение с критической скоростью производят до

Ач„ - (Ач - 50ОС)

2. Способ по п. l, о т л и-ч а юшийся тем, что изменякщуюся по длине раската скорость определяют из соотношения где Чо †. скорость охлаждения начала-" раската, .град/с; аТ вЂ” градиент температуры между Я началом раската и любой его точкой, С; дТ, — температурный-интервал под-: стуживания, С.

1006509

Изобретение относится к металлургии и металлообработке, в частности к производству сортового стального проката, преимущественно иэ среднеуглеродистых сталей.

Известен способ изготовления тер-! мически упрочненного стального прока та, заключающийся в том, что прокат . после высокотемпературной деформации охлаждают со скоростью 680-880 град/с до достижения средней температуры 10 по сечению 575-630 С потоком воды, направленным относительно поверхности проката со скоростью 9-14 м/с.

Способ позволяет получить высокую прочность стали, преимущественно пе- f 5 ,риодическ ого профиля (1) .

Однако вследствие неоднородности структуры по сечению и ее нестабильности в поверхностных объемах происходит значительное разупрочнение стали в околошовной зоне при сварке, что ограничивает область применения проката после такой обработ. .и.

Известен также способ изготовления стального проката, заключающийся в том, что после горячей пластической деформации иэделия охлаждают по режиму, включающему подстуживание со скоростью 3-5 град/с до температуры начала рекристаллиэации, после чего охлаждают со скоростью не более

40-50 град/с до 500-700РС, а затем со "коростью не более 8-10 град/с(2) i

Применение этого способа приводит 1 к относительно небольшому повышению З механических характеристик, но не всегда обеспечивает получение проката с необходимым уровнем свойств.

Известен способ изготовления проката регулируемой прокаткой сортового40 металла с подстуживанием раската в течение нескольких минут на воздухе на.рольганге от 1050 до 850 С перед задачей в промежуточную чистовую группу клей (3) . 45

Недостатками такого способа являются неоднородность свойств металла по длине и сечению раската и. длительность процесса подстуживания, что приводит к значительному (на 10-143) снижению производительности стана, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления термомеханической обработки проката из конструкционных сталей, включающий нагрев заготовки, прокатку окончанием при Ач +(30-80 гС)

5 г охлаждение раската с критической скоростью до Температуры распада аустенита (350-450 С) и окончательное охлаждение на воздухе. Далее произво-60 дят промежуточный отпуск, а в ряде случаев отпуск исключается, Использование режима деформации с убывающими частными обжатиями по проходам позволяет получать более точный по геомет- 65 рическим размерам конечный профилеразмер (4) .

Получение конечной бейнитной структуры обеспечивает высокие прочностные свойства стали, однако она имеет относительно низкий уровень пластических и вязких свойств.

Кроме того,.область применения такого проката ограничена, так как прокат не подлежит последующей обработке, связанной с нагревом металла, в частности сварке. Термическое воздействие при последующей обработке, например сварке, приводит к раэупрочнению стали вследствие нестабильности .структуры и протекания процессов распада бейнита, .например, в зоне сварного шва и околошовной зоне. Кроме того, наличие перепада температур по длине раската приводит к неоднородности свойств стали.

Цель изобретения — устранение неоднородности свойств по длине и повышение пластических вязких свойств стали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нагрев заготовки, прокатку с окончанием при Ач +(30-80 C), охлаж3 дение с критической скоростью до температуры расплава аустенита и окончательное охлаждение на воздухе, производят ускоренное охлаждение раската до Ач +(30-80ОС) с изменяюЭ щейся по длине скоростью перед последними 1-5 пропусками, а охлаждение с критической скоростью производят до Ач,г+(Ач„50oC) .

Кроме того, изменяющуюся по длине раската скорость определяют из соотношения где V — скорость охлаждения начала раската, град/с; дТ вЂ” градиент температуры между

Н началом раската и любой ere точкой, о С; дТ вЂ” температурный интервал под стуживания,. С.

Последеформационное охлаждение с критической скоростью производят до температуры Ач, †(Ач„ — 50 C).

Способ осуществляют следующим образом.

Металл нагревают под прокатку до

1100-1250 С, прокатывают по контролируемым режимам с .непрерывным падением температуры по ходу прокатки таким образом, чтобы в пропуске, предшествующем ускоренному охлаждению, обеспечить прокатку при 1000

1050.С, затем подстуживают перед последними 1-5 пропусками. до температуры в интервале Av5 +(30-80 С) и заканчивают прокатку в этом интерва1006509 деления избыточного феррита. Нижний предел температур определен для ста- . лей с небольшим содержанием углерода (0,15-0,25%), имеющих в равновесном состоянии большое количество

5 структурно-свободного феррита. Верх-( ний предел температуры конца ускоренного охлаждения определен для сталей с содержанием углерода более 0,4-0,5%, в которых выделение избыточного фер)О рита не является столь эначительньм.

Ускоренное охлаждение до температуры ниже 550 С приводит к появлению в структуре стали бейнитной составляющей, что обусловливает снижение ее

)5 вязкости и пластичности.

Скорость подстуживания по длине раската изменяется с помощью автома-. тической системы по зависимости ле, а после выхода раската из последней клети его,ускоренно охлаждают с критической скоростью(100-400 град/с) до температуры в интервале Ач +

+(Ач -50 С), но не ниже 550оС и далее охлаждают на воздухе при движении по холодильнику.

Ускоренное охлаждение. раската перед последними пропусками производят с изменяющейся от начала к концу раската скоростью, например, за счет изменения расхода воды в форсунках °

Необходимость изменения скорости охлаждения по длине раската обусловлена наличием градиента температур; от начала к концу раската(температурного клина ), который обуславливает неоднородность свойств проката.

Суммарная степень обжатия в последних пропусках 20-60%.

Как показали проведенные исследования, прокатка при 1000-1050 С обеспечивает протекание рекристалли-. эационных процессов в аустените уже в ходе деформации, но не приводит к укрупнению его зерна, что наблюдает- ся при более высокой температуре прокатки, в результате чего формируется мелкозернистая структура аустенита. Деформация в последних пропусках ,при температуре, близкой в Ачэ,. не приводит к значительному развитию процессов рекристаллиэации стали во время деформации и кратковременных ,междеформационных пауз, а способствует созданию развитой субструктуры в мелкозернистом аустените ° Необходимость получения в последних пропусках суммарной степени деформации не менее 20Ъ связана с условиями формирования дислокационной структуры в стали. Увеличение степени обжатия выше 60% является нетехнологичным с точки зрения энергосиловых парамет. ров работы стана, а .также может привести к интенсивному протеканию процессов диффузионного распада аустенита уже в ходе последеформационного быстрого охлаждения до температуры

Ач . Окончание прокатки при Ачз+(3080 С) обусловлено необходимостью окончания прокатки и начала ускорен- . ного охлаждения в .аустенитной облас- ти и неизбежным падением температуры раската по ходу прокатки (10-20оС за один пропуск) . Последеформационное ускоренное охлаждение с критической скоростью обеспечивает торможение .рекристаллиэационных процессов в стали и задерживает выделение структурно-свободного феррита, которое ин-. тенсифицируется под воздействием деформации., Температура окончания. ускоренного охлаждения Ач †(Ач -50 С) выбрана иэ условия обеспечейия протекания йреимущественно перлитного превращения и максимального торможения вы о 1 дтп где ׄ— скорость охлаждения начала раската, град/с;

ЬТН=Т -Т вЂ” градиент температуры между началом раската Т и любой точкой его длины Т, Осе

t дТ =Тд-То — температурный интерп вал подстуживания, где То—

30. конечная температура подстуживания, оС.

Эта зависимость получается из условия постоянства температуры раската после ускоренного подстуживания

З5 по всей длине, т.е. То — cone%, Обозначив время подстуживания через (= сопэ1), можно записать выражения для определения скорости охлаждения начала раската Ч и любого участ40 ка его длины V в виде

Преобразуя эти выражения можно

45 записать

H о о î. У или в виде:

50 7 -Т н- о

:Учитывая, что Т=Т,,-дТ, и Т, -Т, =дТ„, и произведя соответствующие преобразо. вания, получим предложенную зависимость изменения скорости подстуживания по длине раската.

Периодически скорость охлаждения начала раската V может быть определена, исходя из необходимой глубины

60 !подстуживания дТ„, скорости прокатки

U и длины участка подстуживания К, например из соотношения ап

7о = — U, 65 о

1006509

При осуществлении автоматического контроля и регулирования процесса промежуточного подстуживания контролируемыми величинами являются температура раската перед установкой для подстуживания и температура окончания подстуживания, которая должна быть постоянной по длине раската.

Скорость охлаждения регулируется путем изменения расхода охлаждающего реагента в установке. 10

Пример 1 Способ опробован при прокатке полосы из стали Ст. 5 толщиной 10 мм иэ заготовки квадратного сечения со стороной 45 мм. Заготовки нагревали до 1100 С и прокатывали на опытном стане 300 за 7 пропусков: прокатку в первых 4 пропус- ках проводили с непрерывным падением температуры по .температурным режимам, обеспечивающим деформацию в четвертом пропуске при 1020 С; после выхода иэ валков раскат подстуживали со скоростью 70 град/с до 900ОС, прокатывали в трех пропусках с суммарным обжатием 45 В. Распределение обжатий по пропускам следующее: 21, 19, 24, 23, 25, 20 и 17%. После завершения прокатки образцы охлаждали в воде до 600-620 С, после чего производили охлаждение со скоростью

2 град/с до температуры 450 С. Оконча- тельное охлаждение производили со скоростью около 20 град/с. После такой.обработки сталь имела следующие свойства: з1,= 795 МПа,gT = 605 МПа, 8 = 25, 5Ъ, Q = б 6, 2Ъ, твердость

93 ед. ЙВВ, KCU = 800 КДж/м . Структура стали состояла иэ сорбита и небольшого количества (5Ъ) структурно-свободного феррита.

После прокатки стали по обычному 40 температурному режиму с ее окончанием при 980 С и последеформационным охлаждением на воздухе получен следующий комплекс свойств: 5 = 505 МПа, 6 - = 290 МПа, О = 36Ъ, Q = 52,35, твердость 73 ед. HRB КСД = 950КДж/м

После обработки по сравнительному способу, близкому по своим характеристикам к выбранному известному и

1 .включающему нагрев до 11ОООС прокат. 50 ку по охарактеризованному выше режиму обжатий с температурой окончания

I прокатки 900 С охлаждение в воде до

400 С, последующее охлаждение до комнатной температуры на воздухе и,55 отпуск при 450 С в течение 1 ч полу- чен следующий комплекс свойств стали:

6g = 875 МПа,á = 636 МПа, о = 14%, 43Ъ, твердость 96, 5 ед. HRB, KCV= — 350 КДж/м . Структура стали состоя-6() ла из бейни Фа и весьма слабо выраженной сетки структурно-свободного ферри-. та с его содержанием в структуре 2%.

Таким образом, при обработке по предлагаемому способу получены более65,низкие прочностные свойства, однако существенно более высокие пластичес.кие и вязкие свойства.

Последующий нагрев стали, обработанной по предлагаемому и сравнительному способам, до 700 С и выдержо ка при этой, температуре 0,5 ч с.последующим охлаждением на воздухе привел к заметному разупрочнению стали после обработки по сравнительному режиму (твердость составила 76 ед.

HRB) и практически не повлияла на твердость стали, обработанной по предлагаемому способу (92 ед. HRB) .

В эксперименте использовали Ко роткие исходные заготовки длиной

100 мм, поэтому перепад температур по длине раската отсутствовал и скорость подстуживания была постоянной.

Пример 2. Обработке подвергали заготовки с градиентом температуры по ее длине. Образцы иэ стали

Ст. 5 длиной 400 мм и сечением

25х50 мм нагревали в печи до 1150ОС. (указана максимальная температура по длине заготовки). Путем неравномерного нагрева создавали градиент температуры между началом и концом раската и прокатывали по описанной схеме на полосу толщиной б мм. Измеренная разность температур между . началом и концом раската на выходе из четвертого пропуска составляла 45 С (Т.p. = 1060ОС, Тк.р. = 10i5 C) . Подстуживание осуществляли путем пере5 мещения раската через охлаждающее устройство длиной 800 мм со скоростью О, 4 м/с, т. е. время охлаждения составляло 2 с. Температура конца ускоренного охлаждения принята равной 900 С. Скорость охлаждения начала раската определили, как Чс, = 160/0,8i 0,4 = 80 град/с и заранее регулировали путем подбора расхода воды в устройстве. По мере перемещения раската через охлаждающее устройство скорость охлаждения плавно уменьшали от начала к концу раската в

4 раза (V.=V (1" -- — =V ((14Тн

t о Т о и -45) (1060 - 900) = Vo 0,72

58 град/с) путем уменьшения расхо-

;да воды в устройстве. Измерение температуры раската после выхода из охлаждающего устройства не выявило заметной разницы температур по длине раската, не было обнаружено раз-. личий в температуре и после прокатки на конечный размер. Ускоренное последеформационное охлаждение производили со скоростью 150 град/с до .

6 5 Оо C с последующим охлаждением на воздухе. Получены однородные. по длине раската свойства, характеризующиеся следующими значениями: ь =635 МПа, — 420 МПа, о = 27,3Ъ, (ф = 64,2%.

1006509

Составитель A. окей .

Техред Т. Фанта Коррек тор О. Билак

Редактор Г. Беэвершенко

Тираж 566 Подписное

ВПИИПИ ГосударственногО комитета СССРпо делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4j5

Заказ 2054/4 2

Фlf чиач ппп патент, r, Ужгород, .ул, .Проектная, 4

В результате осуществления предлагаемого способа обеспечивается получение проката с повышенными пластическими и вязкими свойствами при высоком уровне его прочности, мало чувствительного к термическим воздействиям и обладаныего изотропностью свойств по длине раската. Это явля.ется следствием получения s доэвтектоидных, в частности среднеуглеродистых, сталях стабильной сорбито-фер- 10 ритной мелкодисперсной структуры с небольшим количеством структурно-, свободного феррита, а также устранения градиента температуры по длине раската.

Получение, стабильной структуры в результате диффузионного g -- оспревращения позволяет использовать прокат с повышенными свойствами в ответственных свариваемых конструкциях, в том числе работакщих при пониженных температурах. Это связано с тем, что в участках конструкций, прилегающих к области. сварного шва, несмотря на их кратковременный разогрев до высокой температуры, процессы раэупрочнения-стали происходить не будут, так как структура ее близка к. равновесной. Это повышает однородность свойств в различных участках изделия.