Способ удаления водорода из заготовок сталей

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к обработке сталей бейнитного класса. Сущность изобретения: способ включает охлаждение заготовок после горячей деформации до 500-560°С, противофлокенную обработку путем разогрева до 650-750°С, охлаждение до Мн+(10-25)°С и окончательное охлаждение на воздухе. Способ позволяет исключить трещинообразование и уменьшить кривизну заготовок. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ((1) (я)ю С 21 D 1/78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 (л)

О

О (21) 4793942/02 (22) 20,02.90 (46) 30.04.92. Бюл. М 16 (71) Череповецкий металлургический комбинат им. 50-летия СССР и Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) Н.П.Козлов, В.Я,Тишков, Б.А.Моисеев, А.В.Тюрин, А.А.Молотков, Н.Б.Скорохватов, В.К.Рябинкова и А.М,Сорокин (53) 621.785,79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 501086, кл. С 21 О 1/78, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 615140, кл. С 21 D 9/34, 1977, Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам удаления водорода из металла.

Известен способ удаления (десорбции) водорода из заготовок сталей бейнитного класса, включающий охлаждение их на воздухе с нерегулируемой скоростью с температуры конца горячей пластической деформации до 500-600 С, выдержку, замедленное охлаждение в колодцах в течение не менее 45 ч и последующее охлаждение на воздухе..

Однако известный способ не обеспечивает эффективного удаления водорода из сталей, поскольку для указанных сталей при температуре бейнитного превращения характеризуется высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, и в условиях замедленного охлаждения за период выдержки в колодцах скорость диффузии водорода слишком мала, в результате (54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ

ЗАГОТОВОК СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к обработке сталей бейнитного класса, Сущность изобретения: способ включает охлаждение заготовок после горячей деформации до 500-560 С, противофлокенную обработку путем разогрева до

650 — 750 С, охлаждение до Мн+(10 — 25) С и окончательное охлаждение на воздухе, Способ позволяет исключитьтрещинообразование и уменьшить кривизну заготовок, 1 з.п. ф-лы, 1 табл. чего происходит лишь его перераспределение в объеме металла. Наличие в заготовках избыточного количества водорода приводит к ухудшению пластических свойств готового проката, образованию поперечных и продольных трещин, разрушению стержней под собственным весом и требует проведения дополнительной обезводороживающей обработки, Известен способ удаления водорода из заготовок сталей мартенситного класса, включающий горячую пластическую деформацию, закалку с температуры конца прокатки и последующий отпуск заготовок при температуре на 20 — 50 С ниже точки Ас1.

Однако за.счет быстрого и глубокого переохлаждения аустенита во всем объеме заготовки формируют мартенситную структуру, что исключает быстрое и полное удаление водорода из заготовок, особенно с увеличением их сечения, и повышает опас1730179

Известен способ термической обработки заготовок, включающий охлаждение после горячей деформации со скоростью 35

10 — 30 С/мин до 600 — 680 С, выдержку 3—

4 ч, охлаждение до 400 — 500 С со скоростью

0,5 — 1,0 С/мин и окончательное охлаждение на воздухе.

50 ность образования необратимых дефектов в них, ведет к получению низкой пластичности в готовом прокате. Применение высокотемпературного отпуска в сталях, имеющих продукты распада мартенсита, за счет "вялых" диффузионных процессов в них требует длительного времени, что ведет к значительным материальным затратам.

Известен способ удаления водорода иэ заготовок сталей бейнитного класса, включающий охлаждение заготовок после горячей деформации со скоростью 3 — 6 С/мин до температуры на 30 — 50 С ниже окончания перлитного превращения (600 С), выдержку в колодцах при этой температуре в течение 15 — 20 ч и последующее охлаждение на воздухе.

Недостатками этого способа являются замедленная десорбция водорода в результатее невысокой водородопроницаемости грубозернистой структуры металла после прокатки и наличие в ней большого количества аустенитной составляющей, приводящие к снижению пластичности готовой продукции и качества заготовок изза большого брака по кривизне, который образуется при транспортировке и укладке в неотапливаемые колодцы по причине низкой упругости металла при температуре выше 600 С, имеющего большое количество аустенита в структуре стали, Недостатком указанного способа является большая кривизна заготовок после обработки.

Целью изобретения является повышение качества готового проката, исключение в нем трещинообразования, повышение производительности процесса и уменьшение кривизны промежуточных заготовок в период транспортировки и загрузки, Сущность способа состоит в том, что длинномерные заготовки стали после горячей пластической деформации охлаждают со скоростью 6,54-15,0 С/мин до 500-560 С зоны бейнитного превращения, обеспечивая тем самым исключение аустенитной составляющей в структуре стали (заготовки).

Затем металл транспортируют. После транспортировки с момента начала укладки заготовок в неотапливаемые колодцы их подвергают нагреву до 650 — 750 С за счет тепла заготовок (слябов) рядовых марок ста5

30 ли, загружаемых совместно с заготовками стали бейнитного класса, при температуре конца прокатки 950 — 1050 С, а затем охлаждают со скоростью 0,25 — 0,5 С/мин до температуры М н+(10 — 25) С.

Предлагаемый способ на первой стадии охлаждения обеспечивает получение во всем объеме заготовки смешанной структуры ферритоперлита и бейнита, Далее при нагреве происходит распад бейнитной структуры в сорбит отпуска, что совместно с перлитной структурой обеспечивает большую скорость диффузии водорода и его максимальную десорбцию в конечной стадии охлаждения, тем самым создаются условия для получения высокой пластичности в готовом сорте без применения дополнительного обезводороживания, а также увеличения пропускной способности неотапливаемых колодцев, Кроме того, способ обеспечивает достаточно высокую жесткость заготовок, особенно которую необходимо иметь при их транспортировке и загрузке, исключает брак по кривизне, создаются условия транспортировки и загрузки заготовок длиной более 8 м магнитным краном.

Температура охлаждения до 500 — 560 C и скорость 6,5 — 15,0 С/мин необходимы для получения ферритоперлитной и бейнитной структуры, а также получения достаточной упругости в заготовке и магнитными свойствами в ней, что способствует более производительной работе при загрузке заготовок.

Разогрев заготовок до 650 — 750 С учитывает структурное состояние стали при нагреве и диффузионные процессы в ней. Чем выше температура после формирования структуры, тем интенсивнее процесс обезводороживания металла, который интенсивней всего протекает при ферритоперлитной и сорбитной структурах.

Температура конца охлаждения

Мн+(10 — 25ОС) диктуется тем, что в заготовках сечением квадрат 100 — 150 мм диффузионные процессы ниже данной температуры протекают очень "вяло" и требуют очень длительной выдержки, что тормозит производство.

Пример 1, Заготовку сечением

100х100 мм, длиной 11,6 м из стали 23ХГ2Т бейнитного класса в плотном пакете охлаждали с температуры конца прокатки в течение 50 мин со скоростью 10 С/мин до 550 С, а затем магнитным краном уложили в штабель на предварительно подготовленную "подушку" из двух рядов заготовок 100х100 мм, длиной 11,6 мм из стали

1730179

47ГТ ферритоперлитного класса. Температура этих заготовок при укладке составляла

850 — 1000 С. Затем на уложенный ряд заготовок из стали 23ХГ2Т положили еще ряд заготовок из стали 47ГТ и так ряд за рядом до окончания формирования штабеля. На штабель сверху уложили дополнительно еще один ряд стали 47ГТ. Кроме того, штабель с боковых сторон загородили специальными щитками из листовой стали. Ilo закладной термопаре определили температуру s центре и в 20 см от края штабеля, котсоая через 30 мин достигла максимальных значений и составила 650 — 685 С, Охлаждение производили в течение 700 мин до 325 С или до Мн + 15 С со скоростью

0,5 С/мин. После этого штабель рассортировали, а заготовки иэ стали 23ХГ2Т сразу же стали загружать на загрузочные решетки печей стана 250. При этом не обнаружены дефекты по кривизне заготовок и водородного характера. Готовый сортовой прокат без дополнительной обезводороживающей обработки имел высокую пластичность (äâ = 12 — 16 ; Вр-3 — 6 ; загиб в холодном состоянии 180 при C=5d). Кроме того, готовый прокат не имел продольных и поперечных трещин водородного характера ни после прокатки, ни при хранении на складе.

Пример 2. Заготовку сечением

100х100 мм, длиной 11,0 . м из стали 20ХГ2Т в плотном пакете охлаждали с температуры конца прокатки в течение 70 мин со скоростью 6,5 С/мин до 500 С, а затем магнитным краном уложили в неотапливаемый колодец на предварительно подготовленную "подушку" (ряд), по всей длине и ширине колодца, из заготовок сечением

150х150 мм длиной 6,0 м из стали ферритоперлитного класса марки 35ГС. Температура этих заготовок при загрузке составляла

1000-1050 С. Затем на уложенный ряд заготовок из стали 20ХГ2Т бейнитного класса сечением 100х100 мм положили еще ряд заготовок из стали 35ГС и так ряд эа рядом до полного заполнения колодца. После закрытия крышек и нагрева заготовок за счет тепла стали 35ГС температура металла составила от края к центру колодца 650670 С, Охлаждение проводили в течение

650 мин до 320 С или до Мн+10,0 С со скоростью 0,5" С/мин. Далее охлаждение проводилось на открытом воздухе, После такой обработки дефектов на поверхности не обнаруживалось и заготовки не имели кривизны. Готовый сорт бездополнительной обезводороживающей обработки имел высокую пластичность (д =14 — 18, 25

5

55 др=3 — 8 ; загиб в холодном состоянии 180 при C=3d), трещины продольные и поперечные отсутствовали.

Пример 3. Заготовку сечением

100х100 мм, длиной 11,6 м из стали 23Х2Г2Т бейнитного класса охлаждали в "распушенном" пакете с температуры конца прокатки в течение 30 мин со скоростью 15,0 С/мин до 560 С, затем магнитным краном заготовки уложили в неотапливаемый колодец на подготовленную "подушку" (ряд) из слябов, уложенных по всей длине и ширине колодцев иэ стали 17Г1С. Температура слябов составляла 950 — 1020 С..Затем уложили следующий ряд слябов, и так для заполнения колодца. После закрытия крышек и прогрева заготовок температура металла составляла ?10-750 С от края к центру колодца. Охлаждение проводилось в течение 1500 мин до 335 С (Мн +

+25 С) со скоростью 0,25 С/мин. Дальнейшее охлаждение проводилось на открытом воздухе. После такой обработки дефектов на поверхности не обнаружено, заготовки не имели кривизны. Готовый сорт без дополнительной обезводороживающей термообработки имел высокую пластичность (д =11-15 ; др=3 — 6 ; загиб в холодном состоянии 180 при C=5d).

Конкретные режимы обработки по предлагаемому и известному способам и свойства сталей приведены в таблице.

Как видно из полученных данных, предлагаемый способ по сравнению с известным исключает трещинообразование, дополнительную обезводороживающую термообработку, повышает производительность процесса, ликвидирует кривизну промежуточной заготовки в период транспортировки и загрузки.

Применение такого способа позволяет обеспечить значительный зкономический эффект за счет повышения производительности неотапливаемых колодцев, исключения брака по трещинам и обезводороживающей термообработк и готового сорта.

Формула изобретения

1, Способ удаления водорода из заготовок сталей преимущественно бейнитного класса, включающий горячую пластическую деформацию; охлаждение, противофлокенную обработку в неотапливаемых колодцах и окончательное охлаждение на открытом воздухе, отличающийся тем, что, с целью повышения качества готового проката, исключения в нем трещинообразования, повышения производительности процесса и уменьшения кривизны проме1730179

2. Способпоп1,отличающийся тем, что охлаждение после горячей пластической деформации ведут со скоростью 6,5 — 15 С/мин, а после

5 противофлокенной обработки — со скоростью 0,25 — 0,5 С/мин, жуточных заготовок, охлаждение заготовок после горячей пластической деформации ведут до 500-560 С, противофлокенную обработку производят путем разогрева до

650 — 750 С, затем осуществляют охлаждение до Мн+(10 — 25) С. (Те с

Размер заго!

Ско- Время

Загиб )Брак по в хоСпособ

Относительное удлинение

ТемпеТемпература разогрева, OC

Марка стали мперзтура охлаждения, ОС котрещинам в готовом прокате, рость охлаждения, С/мин ратура охлажления, С товок рость охлаждения, С/мин людном состодеряки, ч

Сечение, мм алина, м янин при

C=5c1

12-16 3-6 180

23Х2Г2Т 100с100 11,6 550 10,0 - 650-685 325 0,5 Нет 8,2 0,8 (Ми+15) Нет

Гредлагаямь,й

О, 5 14-18 3-8 180

0,5 Нет 6,5

650-670

710-750

320 (Ни+10) 20ХГ2Т 100х100 11,О 500 6,5

23Х2Г2Т 100л100 11,6 560 15,0

20ХГ2Т 100т100 11,5 530 15,0

0,6 11-15 3-6 180

0,25 Нет 9,1

0,25 Нет 7,6

0,4 15-!8 4-6 180

680-710

4,2 2-4 0,5-1,0 30 40

8,3

Известный

7 9 3 8 4 5 0 7 1,0 35 30

8,7 6,3 1-4 0-0,5 20 38

410

400

6,8 4;О 2-4

0,7-1,) 35 35

6,5 1,2 9-11 2,5-3 150 Нет

Известный о

1,1 8-11 2-3 180

6,9

405

23Х2Г2Т !00ь100 11,6 680 10,0 4,0 сниженной скоростью охлаж денна в

Бремя охлаждения 60 ч ьь

Время охлаждения 100 и

40

50

Составитель Н, Козлов

Редактор Т, Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор И. Муска

Заказ 1490 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

23Х2Г2Т 100т100

20ХГ2Т 100т100

20ХГ2Т 100ь100

23Х2Г2Т 100к100

20ХГ2Т 100ь100! l,6 600 10,0 3,0

11,0 620 15,0 3,5

11,6 680 30,0 4,0

l1,5 670 25,0 4,0

11,5 о10 12,0 3,5

335 (Ни+25)

330 (Ми+20)

400

Брак ;Содержание по :волорола; кри- смт/100 г визне ----- — - —заго- До об- 1îñïå товок.ра- )обра5 ! ботки,ботки

0,5 20

0,6 32

1,О 48

0,9 46

0,06" 38 кя, 0,045 ч3