Способ производства высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей

 

Использование: получение высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей со стабильными механическими свойствами, сохраняющимися при последующем электроконтактном нагреве. Сущность изобретения: в процессе горячей прокатки получают гладкий профиль прутков, далее производят холодную деформацию с одновременным формированием периодического профиля путем прокатки со степенью деформации 17,0-40,0%. После этого осуществляют низкотемпературный отжиг при температурах 450-600^oC в течение времени , где t - время выдержки, ч; Т - температура отжига, ^oC.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей.

Из сведений об уровне техники известен способ получения высокопрочной арматуры из углеродистых и низколегированных сталей путем охлаждения горячекатаных прутков в потоке стана до среднемассовой температуры М_н+25^oC со скоростью 250-400^o/с (авт. св. СССР N 1335573, кл. С 21 D 1/02, 1985).

Недостатком известного способа является следующее.

Закаленные в потоке стана арматурные стержни имеют двухслойную структуру, которая в середине прутка состоит из феррита и пластинчатого перлита и переходит в структуру троостита отпуска к краям прутка, которая и определяет высокую прочность. При производстве железобетонных изделий арматуру подвергают электроконтактному нагреву при температуре 400-450^oC, в результате чего происходит разупрочнение поверхностного слоя и всего арматурного стержня в целом.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения упрочненных арматурных стержней, включающий горячую прокатку прутка с получением периодического профиля и последующее их упрочнение путем вытяжки в холодном состоянии до 4,5% (Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций, М. Стройиздат, 1974). Упрочнение в данном случае обусловлено резким увеличением числа дислокаций по всему объему стержня. Однако, ограниченная 4,5% холодная деформация не дает высокого прироста прочностных свойств, что не позволяет применять данный способ на металле, имеющем невысокие исходные прочностные свойства. Кроме того, данный способ не может гарантировать неизменность прочностных свойств металла после электроконтактного нагрева в процессе производства железобетонных изделий.

Задачей изобретения является повышение стабильности механических свойств высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей, сохранение данных свойств при последующем электроконтактном нагреве.

Указанная задача решается тем, что в способе получения упрочненных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей, включающем горячую прокатку и дальнейшее упрочнение прутков путем холодной деформации, согласно изобретению в процессе горячей прокатки получают гладких профиль прутков, далее производят холодную деформацию с одновременным формированием периодического профиля путем прокатки со степенью деформации 17,0-40,0% и осуществляют низкотемпературный отжиг при температурах 450-600^oC в течение времени где t время выдержки, ч; Т температура отжига, ^oC.

Одним из главных недостатков термически и термомеханически упрочненных стержней является снижение прочностных свойств после электроконтактного нагрева. Требуемая прочность арматурных стержней, изготавливаемых известными способами, достигается за счет избыточной прочности поверхностного слоя, которая компенсирует недостаточную прочность центральных слоев. При электроконтактном нагреве происходит разупрочнение поверхностного слоя, а это приводит к тому, что арматурные стержни теряют прочность и не могут соответствовать требуемому классу прочности. Предлагаемое изобретение устраняет указанный недостаток.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала производят горячую прокатку углеродистых или низколегированных сталей с получением гладкого профиля прутков. Прутки после прокатки охлаждают на воздухе. При этом они имеют феррито-перлитную структуру.

После охлаждения горячекатаные прутки в холодном состоянии подвергают упрочняющей пластической деформации на стане холодной прокатки с одновременным формированием периодического профиля. Степень деформации составляет при этом 17,0 40,0% Данные величины деформации были определены опытным путем. Так как углеродистые и низколегированные стали в горячекатаном состоянии имеют невысокие прочностные показатели, то применение степени деформации менее 17% не позволит при холодной прокатке получить высокие прочностные свойства арматурного прутка.

Применение степени деформации более 40% может привести к перегрузке стана холодной прокатки. Полученные таким способом арматурные стержни имеют высокие прочностные свойства, однако их пластические свойства не удовлетворяют предъявленным к ним требованиям.

Поэтому следующей операцией является низкотемпературный отжиг при температуре 450-600^oC в течение времени, определяемого из выражения где t время выдержки, ч; Т температура отжига, ^oC.

Температура отжига и время выдержки установлены опытным путем. Применение отжига в этом интервале температур и времени дают прирост пластичности на 4 8% при несколько уменьшающемся значении прочности. Однако значения прочности остаются в пределах требований ГОСТ 10884-81. Применение при отжиге температур ниже 450^oC нежелательно, потому что увеличивается время выдержки при незначительном росте пластичности. Применение при отжиге температур выше 600^oC может привести к резкому снижению прочностных свойств.

После холодной прокатки прутков из углеродистых и низколегированных сталей со степенями деформации 17 40% металл приобретает, как показали практические замеры, высокие прочностные характеристики значительно, на 15-30% превышающие требования ГОСТ 10884-81. Такой запас прочности позволяет провести последующий низкотемпературный отжиг для повышения пластичности металла. В процессе отжига уменьшаются внутренние напряжения в металле, снижаются прочностные характеристики, оставаясь в пределах требований ГОСТ 10884-81. Когда в дальнейшем арматурные стержни, изготовленные таким образом, подвергают электроконтактному нагреву до 400-450^oC, то практически уже не происходит уменьшения внутренних напряжений и металл не разупрочняется.

Пример. Предлагаемый способ производства высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей был опробован при изготовлении арматуры класса А_г IV, профиль N 14 из стали марки 35ГС.ГОСТ 10884-81 предусматривает для арматуры этого класса следующие механические свойства: временное сопротивление σ_в не менее 785 МПа, условный предел текучести σ_0,2 не менее 590 МПа, относительное удлинение σ₅ не менее 11,0% Диаметр профиля данного размера допускается в пределах 12,5-13,3 мм, поэтому на мелкосортном стане 250 горячей прокаткой получили гладкие (без насечек) прутки диаметром 15 мм. Прокат охлаждали на воздухе. Горячекатаные прутки имели следующие механические характеристики: Прутки подвергали упрочняющей холодной деформации на стане холодной прокатки со степенью деформации 30,0% с одновременным формированием периодического профиля. Полученные арматурные стержни имели следующие механические характеристики:
Как видно стержни не удовлетворяли требованиям ГОСТ по относительному удлинению, поэтому для повышения пластичности был произведен низкотемпературный отжиг при 500^oC и выдержкой в течение 3 ч. После отжига механические свойства готовых арматурных стержней получились следующими:

что удовлетворяет требованиям ГОСТ 10884-81.

Готовые арматурные стержни были испытаны при производстве железобетонных плит перекрытия с применением электроконтактного нагрева при температуре 450^oC. Как показали последующие механические испытания снижения прочностных свойств ни по одному из показателей не произошло. По предлагаемому способу в качестве эксперимента было изготовлено свыше 30 партий высокопрочной арматуры и во всех случаях были получены положительные результаты. Таким образом, изобретение решает задачу получения высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей со стабильными механическими свойствами, сохраняющимися при последующем электроконтактном нагреве.

Формула изобретения

Способ производства высокопрочных арматурных стержней из углеродистых и низколегированных сталей, включающий горячую прокатку с последующим упрочнением прутков посредством холодной деформации, отличающийся тем, что в процессе горячей прокатки получают прутки гладкого профиля, холодную деформацию производят с одновременным формированием периодического профиля посредством прокатки со степенью деформации 17,0 40,0 после чего осуществляют низкотемпературный отжиг при 450 600^oС в течение времени

где t время выдержки, ч;
Т температура отжига, ^oС.