Способ получения сортового проката

 

Использование: изготовление проката из непрерывнолитой марганцовистой и кремнемарганцовистой стали. Сущность изобретения: заготовки нагревают до 1120- 1240° С, а далее термическую обработку ведут при определяемой в l-ый момент времени по зависимости Ti Tn+a-xi-sin2bxi, где Тп 550-750° С; а и b - эмпирические коэффициенты; ,4- т ; т - продолжительность процесса получения проката к i- тому моменту времени 1 табл , 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 21 В 3/00 " Я 3

Й !l i ОТ

ГОСУДАР СТВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНО Е

ВЕДОМСТВО CCCP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4850542/02 (22) 30.05.90 (46) 15.12.92. Бюл. ¹ 46 (71) Московский институт стали и сплавов (72) Б,Ю,Зеличенок, В.В.Бринза, T.Н.Попова, В, Ф, Бойко и О.В. Слесарев (56) Бащенко А.П, и др, Термомеханическая обработка конструкционных легированных сталей на структуру перлита —. В сб. Улучшение эксплуатационных характеристик сталей и сплавов за счет оптимального легирования и термической обработки. М.:.

Металлургия, 1986, с. 13-19, Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении сортового проката из легированных конст- рукционных сталей.

Наиболее близким к предложенному является способ получения сортового проката из непрерывнолитых марганцовистых и кремнемарганцовистых легированных конструкционных сталей, включающий нагрев непрерывнолитых заготовок„их выдачу иэ нагревательного устройства, горячую прокатку до конечного заданного сечения, последеформационное подстуживание проката, повторный нагрев до температур межкритического интервала и его охлаждение.

Однако сортовой йрокат, полученный по данному способу, зачастую имеет дополнительнуюю структурную неоднородность.

Наблюдается также повышенная .вероятность трещиноообразования, Это вызвано тем, что неоптимальные температурные условия деформации и последующего термического воздействия не способствуют фиксации полученной структуры металла,,, БЦ„„1780886 А1

2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРТОВОГО

ПРОКАТА (57) Использование: изготовление проката из непрерывнолитой марганцовистой и кремнемарганцовистой стали. Сущность изобретения: заготовки нагревают до 11201240 С, а далее термическую обработку ведут при определяемой в i-ый момент времени по зависимости Т =Т+а xi sin bxl, 2 где Те=550 — 750 С; а и Ь вЂ” эмпирические коэффициенты; x =3,4 — t i, т — продолжительность процесса получения проката к тому моменту времени, 1 табл„1 ил.

Наличие дефектов указанных типов приводит к ухудшению качества металла и уменьшает выход годного.

Цель изобретения является улучшение качества проката путем снижения трещинообразования и структурной неоднородности металла.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе "получения сортового проката из непрерывнолитых и кремнемарганцовистых легированных конструкционных сталей, включающем нагрев непрерывнолитых заготовок, их выдачу из нагревательного устройства, горячую прокатку до конечного заданного сечения, последеформационное подстуживание проката, повторный нагрев до температур межкритического интервала и его охлаждение, выдачу заготовок из нагревательного устройства, горячую прокатку и повторный нагрев ведут до температур в соответствии со следующей зависимостью:

Т =Тл+а-xi sin bxi, г где Т; — температура металла e i-ый момент процесса получения сортового проката, С;

1780886 улучшить качество продукции. 20

На чертеже показана зависимость изпрокатке и повторном нагреве для продолжительности рассматриваемого периода, 25

50

Tn — температура последеформационного подстуживания, С; а — эмпирический коэффициент (а=200 ... 210 С/ч);

Ь вЂ” эмпирический коэффициент (b=1,30 ... 1,43 рад/ч), х - Йбказатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к l-тому моменту времени (xi=3,4 — т i, ч); т — текущая продолжительность процесса получения сортового проката к I-тому моменту времени (т I=O ... 4 ч).

Вьфйча непрерывнолитых заготовок из нагревательного устройства, горячая прокатка и повторный нагрев до температур в соответствии с вышеприведенной зависимостью по сравнению с известными техническими решениями обеспечивает достижение нового результата и позволяет менения температуры заготовки при выдаче из нагревательного устройства, горячей равного 4 ч.

На чертеже приняты следующие обозначения; 1, 2, 3 — зависимости изменения температуры соответственно для значений эмпирического коэффициента b, равных 1,2;

1,3; 1,4,рад/ч при значении эмпирического коэффициента а=205 С/ч; 4 — возможное изменение температур йри получении сортового проката по прототипу; П1 — продолжительность этапа выдачи заготовок из нагревательного устройства, горячей прокатки и последеформационного подстуживания проката; Пг — продолжительность этапа повторного нагрева заготовок поСле прокатки, Способ реализуется следующим образом.

Непрерывнолитые заготовки из марганцовистой или кремнемарганцовистой легированной конструкционной стали, например, ЗОГ2, 32Г2, 3612С, 37Г2С, и др, режут на мерные длины и нагревают в методический печи до достижения температуры максимальной пластичности, Продолжительность нагрева заготовок выбирают иэ условия выравнивания температур во всем их объеме. Затем производят выдачу заготовок из методической печи и транспортируют их к прокатному стану, Дальнейшее изменение температуры заготовок при прокатке, последеформационном подстуживании проката и повторном нагреве производят в соответствии со следующей зависимостью:

Ti=Tn+axl sin bx,, г

15 где Tl — температура металла в i-тый момент процесса получения сортового проката, С;

Т, — температура последеформационного подстуживания (Tn-570 ... 550 С); а — эмпирический коэффициент (a=200 ...

210 С/ч), b — эмпирический коэффициент(Ь=1,3 ...

1,4 рад/ч); х — показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к i-тому моменту времени (к =3,4- т;), т — текущая продолжительность процесса получения сортового проката к I-тому моменту времени (r =0 ... 4 ч)

Зависимость графически отображена позицией 1 на чертеже, При этом на протяжении первого этапа (см, чертеж, П1) осуществляют горячую прокатку заготовок до заданного поперечного сечения и последеформационное охлаждение сортового проката на холодильнике, а во время второго этапа (см. чертеж, Пг) повторно нагревают прокат до температур межкристаллического интервала, после чего охлаждают его до 400 „, 350 С на воздухе, а затем производят форсированное охлаждение водовоздушной смесью.

Достижение поставленной цели при использовании предложенного способа объясняется следующими причинами.

Известно, что в конструкционных легированных сталях появляются различные дефекты, которые даже при соблюдении установленных технологических режимов их обработки не поддаются полному устранению. К этим дефектам относятся дендритная ликвация, флокены и отпускная хрупкость, Переход на широкое использование непрерывйолитых заготовок для получения сортового проката обусловил еще более значительную склонность к дефектообразованию за счет особенностей кристаллизации непрерывнолитого металла.

Экспериментальными исследованиями установлено; что улучшение качества проката, получаемого из непрерывнолитых марганцовистых и кремнемарганцовистых легированных конструкционных сталей, возможно за счет оптимального направления воздействия на прокатываемый металл температурных и деформационных факторов. При этом эффективным является двухэтапная реализация технологического процесса: этап горячей прокатки, на котором раскат приобретает заданную форму, и этап дополнительного термического воздействия, использование которого обеспечивает заданный уровень качества металла. Активное использование температурного и де1780886

10

20

40

45 цесс с уменьшением величины значений функции при переходе от экстремума к эксменения температур для рассматриваемого периодического процесса изменяется от ее

50 минимального значения для последеформационного подстуживания (T>) до текущих значений в рассматриваемый момент процесса получения сортового проката (Т;), то разность (Т;-Тл) будет пропорциональна ве55: личине х; sin хь где xi - показатель текущей

2 продол>кительности процесса получения сортового проката к i-тому моменту времени, изменяющийся в интервале от 0 до 1.

При этом использование сомножителя

sin"х; описывает существующее условие Т > формационного факторов предполагает достижение рациональных условий эксплуатации технологического оборудования. При заданной суммарной вытяжке для достижения высокого качества сортового проката требуется конкретизация в изменении температур металла в течение всей продолжительности процесса производства проката, Опытным путем определено, что нагрев непрерывнолитых заготовок из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей и выдачу их из нагревательных устройств необходимо производить при температурах от

1240 до 1120 С, Более высокие температу-.. ры нагрева заготовок приводят к перегреву и пережогу металла рассматриваемого химического состава. Более низкие темпера туры нагрева и выдачи заготовок из нагревательного устройства, чем вышеназванные, не обеспечивают протекание деформационных процессов в металле. При этом существенно замедляется процесс выравнивания химического состава по сечению литой заготовки, что приводит к значительной неоднородности в распреде- 2 лении физико-механических свойств металла по сечению готового сортового проката.

Далее в течение первого этапа получения . сортового проката при деформационном воздействии на металл в аустенитной обла- 3 сти, необходимо монотонно снижать температуру раската, что приводит к интенсивной проработке литой дендритной структуры и при дальнейшем последеформационном охлаждении с протекающим при этом превращении аустенита создает предпосылки для повышенного уровня прочностных свойств металла в готовом прокате. При этом продолжительность этапа П от момен та времени выдачи заготовок из печи до охлаждения проката с уровнем температур

550 ... 570 С должна быть в пределах.60 „, 45 мин, Охлаждение до более низких температур является неэффективным, так как в этом случае теряется преимущество использования тепла прокатного нагрева металла, О>;ла>кдение до более высоких температур не обеспечивает фиксации деформированной структуры, приводит к разнозернистости и нестабильности уровня механических свойств готового проката. Продол>кительность этапа П менее 45 мин приводит к наличию температурного градиента по сечению заготовок, что обусловливает повышенный уровень остаточных напряжений в объеме металла и увеличению вероятности образования внутренних трещин. Продол жительность этапа П более 1 ч снижает уровень показателя твердости металла. Выбор последующей термообработки в технологическом потоке металла обусловливается необходимостью снятия остаточных напряжений и приближения структуры стали к равновесной при сохранейии сформированного уровня прочностных свойств.

Экспериментальные исследования, выполненные в промышленных условиях, показали, что оптимальный температурный режим проката для обеспечения всех перечисленных требований включает подъем температур с 550 .;. 570 С до 780 ... 800 С, выдержку и последующее снижение температур до указанных 550 ... 570 С. Продолжительность этапа П должна составить 2,5 .;: 3,0 ч, Подъем температур ниже 780 ... 800 С для рассматриваемых кремнемарганцовистых сталей не достаточен для аустенизации металла, следствием этого будет образование в термообработанном прокате дополнительной структурной неоднородности при наличии зернистого перлита. Подъем температур выше 800 С нецелесообразен, так как длительное пребывание металла при таких температурах приводит к заметному обезуглероживанию поверхностных слоев металла и снижению в последующем эксплуатационных свойств изделий, Продолжительность этапа П> менее 2,5 ч не обеспечивает полного выравнивания структурной неоднородности и снятия остаточных напряжений, Продолжительность этапа

П> более трех часов имеет привести к росту аустенитных зерен и снижению ударной вязкости за счет повышения порога хладноломкости стали, В дальнейшем производят охлаждение проката. Требуемый характер изменения температур металла во времени при выдаче заготовок из нагревательного устройства, горячей прокатке, последеформационном подсту>кивании проката и повторного нагрева в течение этапов П и П представляет собой таким образом периодический протремуму (фиг, 1). Учитывая, что интервал из1780886

>Тп и поло>кительные, периодически изменяющиеся значения соответственно Т вЂ” Т, а введение сомно>кителя xl ëèíåéíî изменяет величину экстремальных значений Т для различных полупериодов в протекании процесса. Обеспечение заданных из условия получения высококачественного проката значений температур металла в каждый момент времени достигается введением в рассмотрение эмйирических коэффициентов а иЬ: (Ti-Tn)=a х sin bxi.

Таким образом; изменение температур непрерывнолитой кремнемарганцовистой стали при выдаче заготовок из нагревательного устройства горячей прокатки, последеформационном подстуживании проката и повторном нагреве определяется зависимостью

Т =Тп+а х sin Ьхь

2 где Ti — температура металла в i-ый момент процесса получения сортового проката, С;

Tn — температура последеформационного подсту>кивания, С (Tn=570 ... 550 C); а — эмпирический коэффициент, С/ч;

Ь вЂ” эмпирический коэффициент, рад/ч; х — показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к 1-тому моменту времени (xi=3,4- r).

Исходя из необходимой суммарной продолжительности процесса получения сортового проката как суммы этапов П1+П2 и описания уменьшения экстремальных значений Ti, связь между текущей продолжительностью процесса к i-тому моменту времени т и показателем текущей продолжительностью процесса xl имеет следующий вид xi=3,4 — t i, где г i=0 ... 4 ч, Экспериментально установлено, что для обеспечения высокого качестве сортового проката из кремнемарганцовистой стали эмпирические коэффициенты а и Ь должны находится в следующих интервалах: а=200 „, 210 С/ч, b=1,3 „, 1,35 рад/ч.

При значениях а, больших чем 210 С/ч, черезмерно повышается уровень температур заготовок на всех технологических стадиях.

Это приводит к перегреву и пережогу заготовок перед их выдачей из нагревательного устройства, недостаточной проработке литой структуры металла при прокатке, так как деформация будет осуществляться в этом случае в большей степени по границам дендритов. Следствием этого зачастую является наличие трещин ва внутренних объемах проката, Не в полной мере осуществляется фиксация деформированной структуры, при промежуточном охлаждении, что обусловливает разнозернистость и

20 колебания уровня механических свойств проката. При значениях а, меньших чем 220

С/ч, уровень температур. заготовок на раз-. личных стадиях получения сортового проката недостаточен для обеспечения высокого качества металла, Наблюдается значительная неоднородность химического состава по сечению нагретых заготовок, возникающая вследствие недостаточного их нагрева и определяющая пониженный уровень механических свойств металла в осевой зоне готового проката. Кроме того прокатка марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей при пониженных температурах сопровождается значительным исчерпанием ресурса пластичности металла и повышением вероятности образования поверхностных дефектов, В данном случае наблюдается; так,же недостаточный для осуществления аустенизации подъем температур металла на этапе П2, что приводит к дополнительной структурной неоднородности и трещинообразованию металла.

Значения эмпирического коэффициента

25 b, более значительные, чем 1,35 рад/ч, обусловливают применение повышенных температур нагрева заготовок к их перегреву, кроме того при этом уменьшение температуры заготовок до 550 ... 570 С в течение

30 этапа П1 происходит более 1 ч, что в результате снижает прочностные характеристики проката из рассматриваемых сталей. Значения b; чем 1,30 рад/ч, приводят к заметному обезуглероживанию поверхно35 стных слоев проката при повторном нагреве, что снижает эксплуатационные свойства иэделий, Одновременно недопустимо укорачивается продолжительность этапа П1 (поз. l),что вызывает значительный градиент

40 температур и повышенный уровень остаточных термических напряжений, который при существенной неоднородности распределения вредных примесей в объеме. металла является причиной внутреннего трещинооб45 разования.

Следовательно, наилучшее качество проката из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей обеспечивается в том случае, если изменение температур эагото50 вок по предложенному способу ведут при значениях эмпирических коэффициентов а и

b, находящихся соответственно в интервалах 210 ... 200 С/ч и 1,35 ... 1,30 рад/ч.

Пример. В условиях прокатного стана

55 700 с обжимной реверсивностью клетью

1000 провели промышленные эксперименты по прокатке непрерывнолитых заготовок из марганцовистой стали 32Г2 и кремнемарганцовистой стали 36Г2С до получения круглого сортового проката диаметром 120 мм.

1780886

10

25

35

45

Исходное поперечное сечение составило

300 х 360 мм. Заготовки нагревали в методической печи, транспортировали к прокатному стану и деформировали в обжимной клети до поперечного сечения 190 х 190.

Затем после обрезки переднего конца раскатон на ножницах, расположенных за клетью 1000,они поступали в черновую четырехклетьевую непрерывную группу клетей, а затем в чистовую непрерывную группу, где получали сортовой прокат заданных размеров. Раскроенный на пилах горячей резки прокат трансформировали на реечный холодильник, расположенный перед печами отжигэ и предназначенный для охлаждения проката за счет естественной конвекции до требуемых температур, после чего партию проката загружали в печи отжигэ, работающие s проходном режиме. По окончании термической обработки сортовой прокат выгружали на холодильник, расположенный зэ печами отжига, для окончательного охлаждения, Готовый сортовой прокат подвергали визуальному осмотру с целью установления поверхностных и внутренних дефектов и анализу структурной неоднородности в поперечных его сечениях.

Условия получения сортового проката варьированием в соответствии с данными указанными в таблице (столбцы 1 — 6), Результаты исследования также указаны в таблице (столбец 7). Получено, что температурные условия получения сортового проката по прототипу (опыт 1) не обеспечивают высокого качества металла, так как в этом случае наблюдается структурная его неоднородность, Кроме того отмечено наличие внутренних трещин. Применение предложен ного способа обеспечивает наилучшее качество сортового проката (опыты 2, 3, 6, 7, 10, 11). Использование значений температуры последеформационного подстуживания, величин эмпирических коэффициентов а и b, суммарной продолжительности процесса получения сортового проката вйе предложенных интервалов (опыты 4, 5, 8, 9, 12, 13, 14, 15) ухудшает качество проката, так как в этих случаях температурные условия процесса не являются оптимальными, вследствие чего отмечено наличие трещинообразования и разнозернистости.

Таким образом, результаты промышленных экспериментов по получению сортового проката из непрерывнолитых заготовок из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей подтвердили достижение цели предложенного технического решения — улучшения качества проката путем снижения трещинообразования и структурной неоднородности металла.

Формула изобретения

Способ получения сортового проката из непрерывнолитой марганцовистой и кремнемарганцовистой легированной стали. преимущественно сечением 0,025-0,004 м, г включающий нагрев заготовок, их выдачу из нагревательного устройства, прокатку до заданного сечения, подстуживание, нагрев до температур межкритического интервала и охлаждение, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью улучшения качества проката путем снижения трещинообразования и структурной неоднородности металла, после нагрева заготовок процесс ведут при температуре, определяемой из зависимости

Т =Т+э xI sin Ьхь г где Т вЂ” температура металла в i-й период процесса получения сортового проката, ОС;

Тл- температура последеформацион нЬго подстуживания, С; (To=550-570 С): а — эмпирический коэффициент (а=200210 C/÷);

Ь вЂ” эмпирический коэффициент (Ь=1,30—

1,35 рад/ч); х — показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к i-му моменту времени (xi=3,4 — г ); т — текущая продолжительность процесса получения сортового проката к 1-му моменту времени (г;=0 — 4 ч),.

1780886

Оценка качества проката

Величина эмпирического коэффициента

Ь, рад/ч

Величина энпмрического коэффициента а,оС/ч

Ст рукт ура зависимости измене" ния температуры, Т;

Температура после дефориацмонного. подстухиввния Т, С о

4 Наличие структунод неодно родности нетвлла2 повыюенная вероятность образования внутренних трещин

4 Трещины отсутствуют структура металла однородная

4 То as

4 Наблюдается неоднородность структуры неталла

Чертех поэ.4

570

205

1 ° 32

Т, -Т„+

+ ах1эЫтЬХ;

1 32

1,32

205

580

То хе

«11»

560

Налмчие микротрещин

1 32

1 ° 32.205

210

1!»

Трещины отсутствуют, структура металла однородная

«I I

200 I )32

220 1,32

«1l»

То хе

7 560

8 560

II»

1>32

10 560

1,35

Трещины отсутствуют структура нетепла однородная

То хе

4 Структура металла неоднородна и носит следы перегрева

4 наличие внутренних третэ1н

Крупнозернистая неоднородная структура

205 н

Чертех,поэ.2

Чертветпоэ.3

1,30

1,40

205

11 560 ,.12 560

То хе

»ll»

1125, 1 32

205

13 560

14, 5711560(205

1,32

Наличие внутренних трещим

15 560 цчФ

r3OO по 2

7оо

Ь

1 о

2. 3

1, Гас

Составитель.Н.Бырдышевская

Техред М,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Заказ 4235 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 щ ио

Ф

1Я

Суннврная продолхительность процесса получения прокате й)+ Пе, ч

Наличие разноэермистости, структура носит следы верее греза

Наблюдается существенная неоднородность структуры и поверхностное дефектообраэование