Способ сфероидизирующей обработки полосового проката из углеродистых сталей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) з(5п С 21 D 1 78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3287757/22-02 (22) 16.03,81 (46) 07.11.83. Бюл. Ф 41 (72) В.M.Kðàñíîïîëücêèé,Í.Ф.Легейда

A.30.Браташевский и Л.В.Коваленко (71) украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (53) 621 ° 785.79(088i8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 401733, кл С 21 D 1/78, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 379419 кл, С 21 D 1/02 1970, Ъ (54) (57) СПОСОБ СФЕРОИДИЗИРУЮЦЖИ

ОБРАБОТКИ ПОЛОСОВОГО ПРОКАТА ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ CTNIEA преимуцествеи но тол@иной до! 11 Мм, вклйчакций эакалку, нагрев до А, + (5-15еС), выдержку, охлаждение ниже А „. выдержку и,охлаждение на воздухе, о т л и ч а ю щ и и с-я тем, что, с целью снижения прочностных свойств и обеспечения равномерности свойств по сечению, закалку стали производят на мартенсит, а нагрев до Aq+(515 С) осуществляют ступенчато, до

А„-30 С со скоростью 80-600 С/мин, а в интервале (3 -30еС) †. А со скоростью 0,5-1,0 С/мин.

1052551

Изобретение относится к термичес- кой обработке проката и предназначе-I но для использования при умягчающей обработке проката, в частности, для сфероидиэирующей обработки полосового проката (толщиной до 11 мм) из углеродистых доэвтектоидных сталей (0,2-0,8% углерода), предназна ченного для чистовой вырубки и поставляемого по Ту 14-1-1535-76, который должен иметь низкое временное сопротивление разрыву и практически полностью сфероидизированную структуру (не более 10% пластинчатого перлита) с равномерным распределение цементита.

Известен способ отжнга холоднокатаной стали, в соответствии с которым сталь нагревают с промежуточной выдержкой, окончательно выдерживают при 680-710 С в течение не менее

15 — 22 ч, причем скорость нагрева составляет. 0,16-0,25 С/мин, и охлаждают (1).

Применение известного способа позволяет получать низкое временное сопротивление при отсутствии пластинчатого перлита в структуре.

Однако длительность обработки велика и составляет 48-72 ч.

Известен также способ обработки углеродистых и легированных сталей в соответствии с которым сталь подвергают закалке, нагревают до температуры выше Ас1, выдерживают при этой температуре, охлаждают ниже Аг1, выдерживают при этой температуре и окончательно охлаждают 02 ).

Недостатком этого аналога является высокое временное сопротивление н резкое повышение количества пластинчатого перлита при увеличении содержания марганца на 0,2-0,3%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетея способ сфероидизирунщей обработки проката, включающий прерванную закалку, нагрев до A 1 +(5-15ОС), вы, держку, охлаждение ниже А1,выдерж ку и охлаждение на воздухе. Температура окончания прерванной закалки (по центру изделия) составляет 700400ОC общее время отжига 3-4 ч, длительность иэотермической выдержки

1,5 ч. Этот способ обеспечивает по.лучение сфероидизированной структуры(3 ) °

Недостатки известного способа— неоднородность свойств и структуры по сечению,повышенное временное сопротивление и твердость поверхностных слоев проката, что приводит при чистовой вырубке к образованию сколов на поверхности среза. Указанные недостатки обусловлены примене-. нием прерванной закалки, приводящей к неоднородности структуры и свойств„ и недостаточной эффективностью однократного отжига закаленного металла, приводящего к получению повышенного временного сопротивления.

Цель изобретения — снижение прочностных свойств и обеспечение

5 равномерности свойств по сечению.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сфероидизирующей обработки полосового проката из углеродистых сталей, преиму(О щественно толщиной до 11 мм, включающем закалку, нагрев до A +(5о

15 С), выдержку, охлаждение ниже A+ выдержку и охлаждение на воздухе, м закалку стали производят на мартенсит, а нагрев до А„+(5-15ОС) осуществляют ступенчато, до А 1 -30 С со скоростью 80-600 С/мин. а в ино

У тервале (A -30 С) — A со скоростью

1

0,5-1,0 С/мин.

Предварительная закалка на мартенсит позволяет в случае нагрева со скоростью, превышающей 80 С/мин . до A „ -30вС, получать в углеродистой стали аустенит при температуре

A „ -30 С и ниже (до 630 С), причем этот аустенит является неустойчивым и в процессе выдержки при температурах ниже Ас распадается. На1 грев от A 1 - 30 С до A1 со средней. скоростью, не превыаающей 1 С/мин, ЗО позволяет к моменту нагрева до точ- ки А„ гарантировать завершение распада метастабнльного аустенита, образовавшегося в процессе ускоренного нагрева, и, соответственно

35 повторное образование. аустенита при температурах выше A„, т.е. определяет воэможность осуществления двукрат ной фазовой перекристаллизации (от- . жига) и, соответственно, снижения

40 временного сопротивления.Осуществле- ние закалки на мартенсит обеспечи вает в отличие.от прерванной закалки . получение. однородной по сечению структуры, но ограничивает макси4 мальную толщину полосы (в зависимости от содержания углерода).

Для осуществления закалки на

-мартенсит необходимо применение проходной печи и спрейерного охлаждающего устройства. Кроме то50 го, возможно применение закалки с прокатного нагрева.

Для осуществлений нагрева до А1 -30ОС со скоростью, превышающей .

80ОС/мин, необходимы проходные много55 зонные печи или соляные ванны, либо устройства для контактного нагрева или нагрева ТВЧ (для проката большой толщины). ..Для осуществления нагрева от

А 1 -30 С до А1 со скоростью, не о Ревышающей 1 С/мин, необходимы многозонные проходные печи нли устройства садочного типа (камерная цечь) .

Для осуществления как быстрого, д так и медленного нагрева необходимо

1052551 ния уменьшения скорости замедленного нагрева. Нагрев со скоростью менее

0,5 C/ìèí приводит к увеличению дли.тельности нагрева и сокращению произ. водительности оборудования.

Отжиг по способу может быть реализован с помощью проходной многоэонной печи .или с помощью агрегата непрерывно-периодического действия для термообработки, содержащего

О проходную печь с передаточной камерой и расположенные по обе стороны проходной печи вспомогательные камеры с самостоятельным тепловым режимом.

Пример. Обработку полос из стали У8 толщиной 8 мм, стали 45 толщиной 6 мм и стали 20 толщиной

4 мм осуцествляют путем закалки.в воде от температуры соответственно

820ОС, 850 С и 920 С и отжига. Отжиг проводят в двух камерных печах

Н-30. Температуру печи, в которой осуцествляют, ускоренный нагрев, изменяют от 750 до 1100 С, а температуру печи, в которой осуществляют замедленное нагрев и.охлаждение, от 700 до 740 С. Предварительные измерения показывают, что температура начала Ы - .Л преврацения для. стали У8,составляет 685 С, для стали 45 — 4670 С, для стали 20 — 6660 С при скорости нагрева 100 С/мин.

Полосы нагревают в одной печи с разе личной скоростьюдо 700 С,(т.е. при- . мерно на 30 С ниже температуры Л„); и переносят в другую печь с темпера.турой 700-710 С после. чего нагревао о ют с печью до 725 С с различными скоростями затем нагревают с печью до 740 С со скоростью 200 C/÷, выдерживают в течение 0,5 ч, охлаждают до 700 С со скоростью 50-150 С/ч, выдерживают при этой температуре в течение 2-8 ч, окончательно охлаждают с печью до 600 С и на врздухе.

Результаты обработки представлены в табл. 1.

При обработке согласно известному способу полосы подвергаются прерванной закалке (температура окончания охлаждения в воде по центру полосы 400-500 С), нагревают до

730ОС, выдерживают 40 мин, охлаждают с печью со скоростью 150 С/ч до 680-690OÑ и выдерживают при этой температуре,в течение 1,5 ч.С целью сравнения при обработке по этому ,способу также осуществляют изотермическую выдержку в течение 2 и 8 ч. Результаты обработки представлены в табл. 2.

Как видно иэ представленных данных, применение предлагаемого способа способствует снижению вре-, менного сопротивления (по сравнению с прототипом) по крайней мере на 4-5 кгс/ммх для стали 45, на 12 кгс/мм для стали,20 и на 2также измерение температуры нагрева с точностью не менее 10 С.

Для осуществления замедленного охлаждения и иэотермической выдержки необходимы любые устройства .в

/ которых возможно замедленное охлаждение с регулируемой скоростью проходные многоэонные или камерные печи.

Выбор граничного параметра темпе-. ратуры нагрева — минимальной темпера- 1 туры до которой ведется ускорен ный нагрев (со скоростью превышао ющей 80 С/мин) — обусловлен зависимостью снижения температуры начала с(— g превращения от содержа- 15 ния углерода. Для закаленной углеРодистой стали максимальное значение температуры начала превращения достигается в стали звтектоидного состава (в стали У8 при 690 С что о

20 на 35 С меньше температуры A )

1 I а уменьшение или .повышение содержания.углерода приводит к снижениЮ температуры. начала eL y превращения.

Выбор граничных параметров скорос25 ти нагрева до А< -30 С обусловлен ,тем, что максимальное снижение температуры начала превращения в закаленных углеродистых сталях достигается при скорости непрерывного нагрева 100 С/мин. В случае непре-. рывного нагрева при повышении ско- рости нагрева температура начала превращения гГовышается, но если после нагрева до А1 -30 C (даже со скоростью 6000 C/ìéí) осуществить изотермическую выдержку или нагрев со.скоростью не более 30-50 С/мин, превращение происходит при этой тем пературе. Уменьшение скорости нагрр-. 40 ва менее 80ОС/мин приводит к резкому сокращению интервала температур образования метастабильности аустенита, . т. е. исключает возможность осуществления двойной фазовой пеРе-. 45 кристаллизации (отжига) при однократном нагреве и приводит к росту временного сопротивления. Повышение скорости нагрева выше 600ОС/мии при печном .нагреве резко ограничивает .толщину проката и требует повы- шения температуры печи.

Выбор граничных параметров скороа ти нагрева до температуры A обуслов

1 . лен необходимостью завершения рас-. .пада метастабильного аустенита в процессе замедленного нагрева. Нагрев со скоростью выше 1ОС/мин приводит к сохранению в структуре в мо мент перехода через точку . А„ опре-. деленного количества.аустенита и, 40 соответственно, повышению временйого сопротивления. Повышение темпера-. туры, до которой производят быстрый . нагрев (в интервале А „ -30 С-A )

Ф . требует для завершения у †оС превРаще-

1052551

Временное сопротивление, кгс/см

Скорость .. охлаждения, ОС/ч

Длительность изотермической выдержки,ч

Марка ..

OTcUIH

Ускорен- Эамедленного ного

0 5

150

86

51» 5

Oq5

105

49,5

0 5

150.45

187

0,5

45

50,5

108

150

102

1,5

115

150

150

105

50,5

187

49,5

0 5

200

187

Oi5

187

Ор 5

50

105

0,2

150

У8

0,5

150

У8

0,5

150

5 кгс/мм для стали У8.(выдержка

По изВестному способу была увеличена до 2-8 ч), При этом обеспечивается также равномерность свойств (раз,брос твердости не превышал 5НВ) и структуры по сечению (в случае обеспечения равномерной закалки), тогда как в случае прерванной закалки ., различие s твердости. после отжига по сечению полосы может достигать

2ОНВ (размер глобулей цементита увеличивается от поверхности к цент. ру полосы1 Из представленных данных также следует что ускоренный нагрев со скоростью ниже 80ОС/мин приводит к росту временного сопротивления, Повышение скорости ускоренного нагрева до 350©С/мин (при печном нагреве) практически не оказывает влияния на свойства металла. Дальнейшее увеличение скорости нагрева до 600-6000 C/Mèí (нагрев закаленных образцов диаметром 6-8 мм до ,:700-715 С с применение злектроконтактной установки, нагрев в печи до 730 С со скоростью 0,5 С/мин и подогрев до 740ОС, выдержка 30 мин, охлаждение с печью до 700 С со скоростью 150 С/ч, выдержка 8 ч и охо лаждение на воздухе), хотя и не оказывает влияния на свойства сталей (временное сопротивление сосСкорость .нагрева,.... еС/мин

»Ъ» » тавляет 50-52 кгс/мм для стали 45 ,и 58 60 кгс/мм для стали У8), однако повышение скорости нагрева выше

600 С/мин затрудняет регулировку температуры окончания ускоренного. .нагрева.

Увеличение скорости. замедленного нагрева выше 1 С/мин приводит к повышению временного сопротивления (на

3-6 кгс/мм2 для стали 45), умень 0 шению скорости нагрева (менее

0,5 С/мин) практически не оказывает влияния на свойства металла, )яо непроизводительно увеличивает продолжительность обработки.

Повышение временного сопротивления при уменьшении скорости ускоренного нагрева связано с уменьшением степени полноты превращения при метастабильности аустениэации, а при увеличении скорости замедленного нагрева — с уменьшением степени завершения распад метастабильного аустенита.

Как показывают данные опытной проверки,. в результате использования предлагаемого способа временное сопротивление сталей 45,У8 и 20 по срав.. нению с прототипом уменьшается соответственно на 4-7 кгс/мм2 2-9 кгс/мм.

2.

1 i

i-2 кгс/мм при отсутствии различий в твердости и структуре по сечению . проката.

Т а б л и ц а 1

1052551

Продолжение табл. 1 .

«4 а

Скорость нагрева, "С/мин

Скорость Длительность охлажде- изотермичесния, с/ч : кой выдержки, Ч

3 амедле нного

Ускоренного

У8

140

0,5

140

150

У8

140

lр5

150

У8

140

150

У8

150

У8

140

0,2

150

У8

140

57.20 50

150

0,5

80

150

43р 5

150

150

Ор5

20 350 .

20 150

0,5

150

150

150

46р5

1,5

150

20 150

150

150

0 г

150

«» ««

Таблица 2

Марка стали

Твердость полосы.НВ ва «« «««юе

Поверхности

Центра

1р5

156

179

45

170

149

187

174

У8

1,5

У8

179

166

137

128

1 5

20

126

134

«Ф

ВНИИПИ Заказ 8796/19 Тираж 568 Подписное

« Ф

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул Проектная,4.Марка стали о,г

0,5

Длительность изотермической вндержки ч

Временное сопротивление, кгс/мм>

«

Временное .сопротивление, кгс/см а