Способ термического упрочнения арматурных стержней и устройство для его осуществления

 

1. Способ термического упрочнения арматурных стержней, включающий нагрев заготовки до температуры а устенизации, прокатку по системе овал - круг, двухстадийное охлаждение всего сечения стержней со скоростью 400-600°С/с до достижения средней по сечению температуры 550- 625 С, отличающийся тем, что,с целью повышения прочностных и пластических свойств арматурных стержней за счет компенсации остаточных напряжений прокатного происхождения, на первой стадии производят поочередное охлаждение каждой из менее обжатых при прокатке частей сечения . стержней с интенсивностью, большей интенсивности охлаждения более обжатых частей сечения. 2. Устройство для термического упрочнения арматурных стержней, содержащее ряд последовательно установленных секций охлаждения, каждая из которых состоит из входной воронки, форсунки высокого давления и камеры охлаждения, отличающееся тем что продольные оси первых двух секций смещены относительно друг друга в вертикальной плоскостр, при этом смещение выполнено симметрично относительно продольной оси последующих секций и составляет 0,67-0,75 диаметра камеры охлаждения. с (О ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU«» 12 (5D 4 С 21 D 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3718512/22-02 (22) 30.03.84 (46) 15.06.86. Бюп. и 22 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Л.И.Брежнева (72) И.П.Видишев, Ю.В.Гончаров, В.М.Львовский, А.А.Рядно, В.A.Ãîëîâàнов, Г.Л.Матвеев, А.А.Лисовский, В.И.Видишева, В.В.Киселев, P.À.Áóðêî ва, В.C.Ðàäçèíñêèé и С.В.Огурцов (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 744038, кл. С 21 D 1/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 205860, кл. С 21 Р 1/02, 1967. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ

АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ термического упрочнения арматурных стержней, включающий нагрев заготовки до температуры аустенизации, прокатку по системе овал — круг, двухстадийное охлаждение всего сечения стержней со скоростью 400-600 С/с до достижения о средней по сечению температуры 550625 С, отличающийся тем, что,с целью повышения прочностных и пластических свойств арматурных стержней за счет компенсации остаточных напряжений прокатного происхождения, на первой стадии производят поочередное охлаждение каждой из менее обжатых при прокатке частей сечения стержней с интенсивностью, большей интенсивности охлаждения более обжатых частей сечения.

2. Устройство для термического упрочнения арматурных стержней, содержащее ряд последовательно установленных секций охлаждения, каждая из которых состоит из входной воронки, форсунки высокого давления и камеры охлаждения, о т л и ч а ю щ е е с я тем что продольные оси первых двух секций смещены относительно друг друга в вертикальной плоскости, при этом смещение выполнено симметрично относительно продольной оси последующих секций и составляет 0,67-0,75 диаметра камеры охлаждения.

1 12

Изобретение относится к прокатному производству и может применяться для ускоренного охлаждения арматурных стержней в потоке станов горячей прокатки.

Целью изобретения является повы- шение прочностных и пластических свойств арматурных стержней эа счет компенсации остаточных напряжений прокатного происхождения.

На фиг. 1 представлена эпюра распределения вытяжки (p) и остаточных напряжений прокатного происхождения (б,„ ) после прокатки стержня на системе овал — круг в горизонтальных валах; на фиг. 2 — эпюра распределения температуры (t) на поверхности круглого проката при интенсивном охлаждении сверху" па ервом этапе охлаждения, на фиг. 3 - то же, при интенсивном охлаждении снизу на первом этапе охлаждения; на фиг, 4 — то же, при равномерном охлаждении на втором этапе охлаждения; на фиг. 5 — устройство для осуществления способа.

Арматурный стержень в поперечном сечении представляет собой круглый стержень с наклонными ребрами по периметру. В очаге деформации из-за неравномерного обжатия по ширине калибра вытяжки распределяются неравномерно. По краям калибра (фиг. 1) вытяжки больше, чем в центре калибра и соответственно получаемого проката. После выхода иэ калибра валков за счет "жестких" концов вытяжки . уравниваются, но при этом возникают остаточные напряжения прокатного происхождения. В наиболее обжатых частях, где наибольшая вытяжка, возникают напряжения сжатия, а в наименее обжатых, — растягивающие напряжения.

При термообработке такого проката (стержня) сразу после чистовой клети по известному способу в нем фиксируют остаточные напряжения прокатного происхождения, которые ухудшают прочностные и пластические характеристики термоупрочняемого проката.

Способ осуществляют следующим образом.

Арматурный стержень с остаточными напряжениями прокатного происхождения поступает в охлаждающее устройство, состоящее из трех основных секций. В первых двух секциях осу37712

5

fS

40 ществляется первая стадия охлаждения — поочередное охлаждение каждой из менее обжатых частей сечения с большей интенсивностью, чем более обжатых частей, причем в первой секции прокат располагают в нижней части камеры охлаждения (фиг.2), во второй — в верхней части камеры охлаждения (фиг.3), а в третьей — по оси камеры охлаждения (фиг. 4).

Анализ калибровок показал, что в зависимости от выработки калибров, а также от формы применяемых предчистовых овалов величина наименее обжатых частей арматурного стержня удовлетворяет величине центральной части 1/3-1/2 длины каждого полупериметра арматурных стержней (верхней и нижней частей- стержня по отношению к разъему калибров горизонтальных валков).

Устройство (фиг.5) содержит ряд последовательно установленных секций охлаждения, каждая иэ которых состоит из входной воронки 1, соединенной с ней форсунки 2 высокого давления, эа которой расположена камера охлаждения 3 заканчивающаяся сливным кожухом 4.

Поспедняя секция охлаждения оснащена противоточной фосункой 5 с камерой 6 охлаждения, которая соединена со сливным кожухом 4 этой секции.

Первые две секции охлаждения установлены так, что их продольные оси смещены относительно друг друга в вертикальной плоскости, при этом смещение выполнено симметрично относительно продольной оси последующих секций и составляет 0,67-0,75 диаметра камеры охлаждения.

Устройство работает следующим образом.

Арматурный стержень с остаточными . напряжениями прокатного происхождения из валков прокатной клети (не показаны) поступает в секции охлаждения, проходя в каждой из них последовательно воронку 1, форсунку 2 высокого давления, камеру охлаждения

3 и сливной кожух 4. В это время через форсунки 2 и 5 во все камеры охлаждения подается. охлаждающая вода.

В первой секции стержень находится вблизи нижней стенки камеры охлаждения (фиг.2) . При этом верхняя поверхность стержня охлаждается более интенсивно и эпюра распределения

1237 температуры на поверхности проката после этой секции приобретает вид, показанный на фиг. 2.

Во .второй секции стержень находится вблизи верхней стенки камеры охлаждения (фиг.3) . Более интенсивно охлаждается нижняя поверхность стержня и график распределения температуры приобретает вид, показанный на фиг. 3. 10

При охлаждении в последующих секциях температура стержня снижается равномерно по периметру (фиг.4). . Вода, подаваемая через форсунку

5, проходя в камере 6 навстречу дви- f5 жению стержня, препятствует выносу охлаждающей воды за пределы устройства.

За счет поочередного более интенсивного охлаждения наименее обжатых частей сечения стержня (верхних и нижних) устраняются. остаточные напряже— ния прокатного происхождения и повышается качество проката.

Проверка способа осуществлялась р5 на опытно-промышленной установке охлаждения, которая состоит из двух секций: первая секция состоит из двух противоточно-прямоточных устройств, длиной 2,5 м каждое, всего длина охлаждающей секции 5,2 м; вторая секция состоит из трех прямоточных и одного противоточного охлаждающего устройства, всего длина секции около

12 м. Первая секция расположена эа

35 чистовой клетью, а вторая на расстоянии 20 м от чистовой клети. При скорости прокатки Vä = 10 м/с, оконча— тельное глубокое охлаждение во второй секции производится через 2 с после деформации в чистовой клети.

Для прокатки и термоупрочнения использовали заготовки иэ стали 20ГС .через двое. суток после отливки на машинах, непрерывной разливки стали (МНРС) .

Термоупрочненные арматурные стержни испытывали на разрывной машине сразу после прокатки, а затем через сутки, двое и т.д. Максимальная вы- 0 лежка проката после термоупрочнения достигла i2 дней. От каждой партии термоупрочненного проката отбиралось максимально возможное количество образцов, исследовались передние и зад-5 ние концы "штанг" проката, а также середина. Полученные образцы разделили на группы. Каждую группу испы712 4 тывали отдельно в течение 12 дней.

Каждая группа состояла иэ образцов, отобранных вначале, середине и конце испытуемой "штанги" арматурного стержня.

При охлаждении по известному способу снижение температуры на первой и второй секциях происходило равномерно по периметру. По известному способу термоупрочнили 3000 кг арматурных стержней Ф 14 из стали

20ГС.

Расход воды высокого давления на первой секции составил 60 м /ч, а о на второй — 78 м /ч при tgg4g =-7 С.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 1.

Проверка предлагаемого способа осуществлялась на установке длиной

12 м, в которой первое по ходу дви-, жения проката охлаждающее устройство состоит иэ двух половин, состыкованных со смещением в вертикальной плоскости. Длина этих половин по 1,5 м каждая. Исследовались усЛовия неравномерного охлаждения в камерах охлаждения диаметрами 36 и, 55 мм при термоупрочнении арматурных стержней Ф 14 из стали 20ГС. При этом соотношения диаметра камеры охлаждения к диаметру охлаждаемого проката составляют 2,5 и 4 соответственно. За смещенными камерами охлаждения расположены два прямоточных охлаждающих устройства с длиной камеры охлаждения по 2,5 м каждая, далее расположено противоточное охлаждающее устройство.

Исследовались три схемы охлаждения эа чистовой клетью.

Первая схема. Установку для реализации предлагаемого способа располагали сразу за чистовой клетью. Охладили с целью термоупрочнения 600 кг арматурных стержней N - 14 из стали

20 ГС в установке со смещенными камерами с диаметром 36 мм и 700 кг арматурных стержней в установке со смещенными камерами с диаметром 55 мм.

Расход воды высокого давления составил 130-155 м /ч при t 8, = 7 С.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 2.

Вторая схема. Установка для реализации предлагаемого способа располагалась на расстоянии 20 м от чистовой клети. Прокатано с термоупрочнением на класс не ниже Лт-У 1000 кг

1237712

Дата иснытания

Механические свойства б,. среднее, KIa после прокатки, сут. среднее, z среднее, среднее, МПа %

1,9

1046

1139

2,3

5,5

1129

1067

6,5

2,4

1 124 1116

1056

2,9

8,2

1032

9,,0

1123

2,9

1046

3,3

1124

1041

11,2

11,1

3,3

3,3

1131

1039

1045

3,1

12,8

1134

1031

12,2 . 3, 1

1026

12,6

3,1

1128

1027

1034

2,7

12,3

1126 проката Ô 14 из стали 20ГС в камерах охлаждения с диаметром 36 мм и 800 кг в камерах охлаждения диаметром 55 мм.

Расход воды высокого давления соста5 вил !28-140 м /ч.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 3.

Третья схема ° Установка для реали- 1О зации предлагаемого способа испольэовалась совместно с первой секцией.

Первая секция располагалась сразу за чистовой клетью, а предлагаемая — на расстоянии 20 м от чистовой клети.

Прокатано с термоупрочнением на классы не ниже Ат-У 1200 кг проката Ф 14 в камерах охлаждения диаметром 36 мм и 1000 кг в камерах охлаждения диаметром 55 мм, Расход воды высокого давления составил 140-170 м /ч.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 4.

Охлаждению с целью термоупрочнения подвергалась сталь 20ГС одной плавки.

Анализ результатов механических испытаний показал, что стабильность механических свойств термоупрочненного проката по известному способу ус= тановилась через 10 дней после прокатки, причем пластические свойства получились самые низкие особенно в

1-3 сут после прокатки.

Механические свойства арматурных стержней, охлажденных на предлагаемой установке для осуществления предлагаемого способа в камерах охлаждения диаметром 36 мм, выше, чем по известному способу, а термоупрочнен,ных в камерах охлаждения диаметром

55 мм — нестабильны по длине "штанг" арматурных стержней, что, очевидно, связано с худшими условиями локального .охлаждения, Пластические свойства арматурных стержней, охлажденных в предлагаемой установке с камерами охлаждения 36 мм по первой схеме, формировались на 3 — 4 день.

Наилучшие результаты получены при реализации предлагаемого способа по второй схеме охлаждения (см. табл, 3). Механические свойства формировались сразу после термоупрочнения. При этом получено наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств.

Таблица 1

1237712

Таблица 2

Механические свойства

Дата испы среднее, 7

5 среднее

7 среднее „

МПа среднее

МПа тания после прокатки, сут

Диаметр смещенных камер охлаждения, мм

Зб 55

Зб 55

1158

2,2

2,35

5,0

5,1

1162

6,3

2,4

2,3

9,1

115 t

1158

3,2

3,1

11,5

13,t

1142

1139

3,2

t2,5

3,1

f125

1152

3,2

3,2

f3,5

1149

13,0

1113

13,0

1146

3,2

3,2

12,8

1086

1136

3,2

13,0 12,5

3,1

1151

3,2

3,2

13,2

1138

1149

9,8

1140

3,2

3,2

12,7

1125

1081

12,2

13,2

3,2

3,2

1142

12,6

1142

1137

13,3

3,2

3,.1

1141

12,6

3,3

1135

12,7

Таблица 3

Механические свойства

Дата испысреднее

3 среднее

Е а среднее

МПа б„среднее

МПа тания после прокатки, сут

Диаметр смещенных камер охлаждения, мм

55 36 (55

f265 1076 137t 1172 132 90 3,1

1276 1068 1358 1153 14,0 11, 0 3,2

1278 1049 1359 1223 13,5 12,0 3,2

3,0

3,1

1284

1046 1362 11б4 14, 1 10,0 3,3

3,1

1 1067 1059

2 1058 1053

3 1049 1043

4 1051 1039

5 1048 1002

6 1057 998

7 1039 1042

8 1041 1035

9 1045 1012

10 1046 965

11 1048 1045

12 1046 1021

35 55 36 55

55 36 55 36

1237712

Продолжение табл.3

Иеханические свойства среднеею

Дата исаиФ бт сред еу

МПВ

3 < среднее, Х » Ю Ф среднее

ИПа

Фаниль

ПОсле

NPO

ЗИИ KH сут

ЗЬ 55 З6 55 ЗЬ 55 36 55

5 1260 1039 1370 1161

14,3

13,0

3,2

3,2

13,4 12,0

14,6 11,0

13,6 12,3

1257 1046 1367 1183. 6

3,1

3,1 l 265 1048 1353 1 1 74

1247 1035 1360 I159

1258 1081 1353 1246

3,3

3,2

3,3

3,3

14,2

10,6

3,1

10 1262 1095 1359 1251

13,9 8,8

13,7 8,8

14, 1 11,0

3,3

3,3

1123 1363 1395

-1086 1357 1264

11 1271

12 1264

3,2

3,2

3,3

3,1

Табли ца 4

Дата испыМеханические свойства

3 среднее.

Х среднее, X. среднее

ИПа б среднее

МПа тания после прокатки, сут

36 55 36

1 1085

1032

1148

1156

6,2 5,9

2,4

2,1

2,8

2 1103

1034

1159

1148

6,8

6,3

3,0

1047

6,6

3,2

3,1

1028

7,4

8,3

3,2

3,1

1031

8,8

3,2

3,2

1029

8,1 9,4

3,1

1067

9,6

3,2

3,2

1058

13,0 11,3

3,2

3,2

1047

i2,8 10,8

3,3

3,2

3 1076

4 1079

5 1084

6 1069

7 1093

8 1081

9 1074

Дйаметр смещенных камер охлаждения, мм

Диаметр смещенных камер охлаждения, мм

36 55 36 55

1141 1131

1147 1136

1151 1142

1139 1143

1158 1139

1149 1145

1139 . 1146

1237712

11ронолжение табл.4 а среднее

МПа

3 среднее, Х

C среднее

ИПа Г среднее х

36 55

55 36

36 55

3,2

3,3

13,6

13,2

1141

1027 1145

1034 1143

3,2

3,3

12,1

13,4

1139

12,4

3,2

13,8

1143

1041

Дата испытания носле арокатки, сут

10 1075

11 1075

12 1070

Мханические свойства

Диаметр смещенных камер охлаздейия, км

1237712 фуад. 4

Составитель В.Китайский

Редактор М.Бандура Техред Jf.олейник Корректор Т.Колб

Заказ 326 1/31 Тираж .552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4