Способ термической обработки проката

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к термической обработке арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева и может быть использовано при термическом упрочнении проката в потоке мелкосортных станов. Для получения требуемых прочностных и пластических характеристик при высокой ударной вязкости при отрицательных температурах создана технология термической обработки стали с использованием тепла прокатного нагрева, включающая горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур Ar3 + (20-50)^oC с выдержкой (0,025-0,115)D c, циклическое охлаждение поверхности в течение времени (0,015^oC0,035)D c до температур Мн + (20-100)^oC в каждом цикле при количестве циклов не менее 2-х с промежуточными и окончательным отогревами поверхности до температур точки Ac1 и окончательное охлаждение, где D - диаметр раската в мм. 1 с.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к термической обработке арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева и может быть использовано при термическом упрочнении проката в потоке мелкосортных станов.

Известны способы термической обработки проката. Например, известен способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое охлаждение в течение 1-2 с с количеством циклов, равным двум и переохлаждением поверхности на глубине 0,15-0,20 R ниже точки Мн в процессе каждого цикла с промежуточным отогревом до Мн+(5-20)^oC и окончательным отогревом поверхности до Мн+(100-250)^oC и окончательное охлаждение, где R радиус стержневой арматуры /1/.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое переохлаждение поверхности ниже точки Мн на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью V, определяемой из соотношения V=(2,4·10⁴/D±150^oC/c с отогревом поверхности в течение (1,3-0,0583D)c≅t≥0,9 c до температур Мн+(200-300)^oC, где D диаметр стержня, мм /2/.

Недостатком известных способов является невысокий уровень прочностных и пластических характеристик. Кроме того, использование известных способов не позволяет получать высокую ударную вязкость при отрицательных температурах.

Задачей заявляемого изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик при высокой ударной вязкости при отрицательных температурах.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем циклическое охлаждение поверхности в течение времени (0,015-0,035)D c с промежуточными и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение, согласно изобретению перед циклическим охлаждением проводят предварительное охлаждение раската до температур Ar3+(20-50)^oC с выдержкой (0,025-0,115)D c, а циклическое охлаждение до температур Мн+(20-100)^oC в каждом цикле при количестве циклов не менее 2-х, где D диаметр раската в мм.

Экспериментально установлено, что для получения равномерного распределения перлитной составляющей на большую глубину по сечению раската при циклическом охлаждении необходимо перед циклическим охлаждением провести предварительное охлаждение раската до температур выше точки Ar3 на 20-50^oC. При этом для получения этой температуры по всему сечению раската выдержка перед циклическим охлаждением должна быть не менее 0,025 D c при выдержке более 0,115 D c температура поверхностных слоев металла может понизиться до температур промежуточной области, что не позволит при дальнейшем переохлаждении получить требуемые свойства металла. Проведение циклического переохлаждения только до температур выше точки Мн на 20-100^oC обусловлено тем, что при переходе через точку Мн будет увеличиваться количество неравновесного перлита в центральных слоях стержней, что приведет к понижению пластичности и вязкости. Кроме того, при переохлаждении до температур ниже точки мартенситного превращения будет отбираться много тепла из центра раската, что приведет к недостаточному протеканию процессов отпуска в поверхностных слоях по времени и температуре, что также понижает пластичность металла. При количестве циклов переохлаждения менее 2-х температура в центральных слоях раската выходит выше точки Ac1, что не позволяет получить требуемые свойства у готового проката.

Предлагаемый способ термической обработки арматурной стали с указанной совокупностью, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочностных и пластических характеристик при высокой ударной вязкости за счет создания технологии термической обработки стали.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, выбор пределов выдержки перед циклическим охлаждением, а также пределов температур предварительного и циклического охлаждения, что не следует из известного уровня техники.

Пример. Реализация способа изготовления стержневой термоупрочненной арматурной стали осуществлялась следующим образом: в сортопрокатном цехе АО "ЗСМК" на стане 250-1 проводили опытно-промышленные испытания предложенного способа термической обработки проката, стержневой арматуры N 14 из стали 15Г2СФ промышленной плавки. Для этого заготовки сечением 80·80 нагревали до температуры 1200±20^oC, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250-1 и проводили предварительное охлаждение до температуры 875±25^oC с последующей выдержкой в течение 0,070 D или 1,0 c. Затем проводили циклическое охлаждение поверхности в течение 0,025 D или 0,35 c до температуры 420±20^oC, после чего проводили отогрев поверхности до температуры 650±25^oC, где D диаметр раската в мм. Количество циклов составило 2. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение времени выдержки, температур предварительного и циклического охлаждения в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. После осуществления указанных режимов определяли предел прочности, предел текучести, пятикратное удлинение и ударную вязкость при температуре -60^oC.

Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что оптимальными режимами способа изготовления термоупрочненной арматурной стали являются режимы по примерам 1-3.

Предлагаемый способ термической обработки арматурной стали обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочностных и пластических характеристик у сталей за счет создания технологии термической обработки стали. Например, из данных таблиц видно, что при изготовлении термоупрочненной арматурной стали по предлагаемому способу получены максимальные прочностные характеристики металла (предел прочности 62,5-63,5 кгс/см², предел текучести 52-53 кгс/мм²) при сохранении высокой пластичности (на уровне 28%), при этом ударная вязкость на образцах U-образным надрезом составила 12,6-13,0, а с V-образным надрезом 4,6-5,2 кгсм/см². Данные подтверждены актом промышленных испытаний.

Предложенный способ применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные мелкосортные станы и выпускающих прокат различного назначения. Например применение указанного способа при изготовлении термоупрочненной стержневой арматуры на мелкосортном стане 250-1 АО "ЗСМК" показало высокую эффективность технологии.

Формула изобретения

Способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточными и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac_I и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что перед циклическим охлаждением проводят предварительное охлаждение раската до температур Ac₃ + (20 - 50)^oС с выдержкой (0,025 0,115)D_с, а циклическое охлаждение проводят в течение времени (0,015 0,035)D_с до температур М_н + (20 100)^oС в каждом цикле, где D диаметр раската, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1