Способ термомеханической обработки проката

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в крупных профиляx с использованием тепла прокатного нагрева при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов. Задачей изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, таких как Mn, Ni и др., а также возможность изготовления высокопрочной арматурной стали в крупных профилях на среднесортных станах. Технология термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры крупных профилей, с использованием тепла прокатного нагрева включает горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности, при этом первый цикл охлаждения поверхности раската проводят до температур ниже на 50^oC или равной температуре минимальной устойчивости деформированного аустенита с промежуточным отогревом поверхности до температур выше на 50-150^oC температуры минимальной устойчивости деформированного аустенита, а второй цикл переохлаждения поверхности проводят до температур ниже Мн на 100-200^oC с окончательным отогревом поверхности до температур ниже точки Ас1 и окончательное охлаждение. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в крупных профилях с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов.

Известны способы термической обработки проката. Например, известен способ термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение, при этом первый цикл переохлаждения проводят в течение времени (0,04-0,10)D с, промежуточный отогрев проводят в течение 1,0-1,8 с, а второй цикл переохлаждения проводят в режиме выравнивания в течение времени (0,015-0,05)D с, где D - диаметр раската в мм [1].

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур Ar3 + (20-50)^oC с выдержкой (0,025-0,115)D с, циклическое охлаждение поверхности в течение времени (0,015-0,035)D с до температур Mн + (20-100)^oC в каждом цикле при количестве циклов не менее двух с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур Ac1 - (20-100)^oC и окончательное охлаждение, где D - диаметр раската в мм [2].

Недостатком известных способов является невысокий уровень прочностных, а особенно пластических характеристик при использовании их для получения термоупрочненного проката в крупных профилях. Например, испытания арматуры крупного профиля, изготовленной по известным способам, на холодный загиб показали отрицательный результат. Кроме того, использование известных способов не позволяет получать высокие потребительские свойства арматуры в профилях диаметром более 25 мм на обычных углеродистых сталях, например ст 3пс.

Задачей заявляемого изобретения является возможность получения высоких прочностных характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, таких как Mn, Ni и др., а также возможность изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали в крупных профилях (например, N 32, N 36) на среднесортных станках.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже Ac1 и окончательное охлаждение, согласно изобретению предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3 проводят в течение времени (0,25-0,35)D с (где D - диаметр проката в мм) до окончания процесса прокатки, затем проводят окончательную прокатку в этой области температур, а первый цикл охлаждения поверхности раската проводят до температур ниже на 50^oC или равной температуре минимальной устойчивости деформированного аустенита с промежуточным отогревом поверхности до температур выше на 50-150^oC температуры минимальной устойчивости деформированного аустенита, а второй цикл переохлаждения поверхности проводят до температур ниже Mн на 100-200^oC.

Экспериментально установлено, что для получения мелкозернистой равномерной структуры по сечению раската в готовом профиле необходимо в процессе горячей прокатки, а именно перед чистовой прокаткой, провести предварительное охлаждение раската в течение времени не менее 0,25D с с температуры прокатного нагрева (1050 ± 20^oC) до температур нижней границы аустенитной области, но не ниже Ar3 для обеспечения деформационного наклепа аустенита и задержки рекристаллизационных процессов. При предварительном охлаждении в течение времени более чем 0,35D c протекают рекристаллизационные процессы и уменьшается эффект деформационного наклепа аустенита. При охлаждении в первом цикле до температур выше температуры минимальной устойчивости деформированного аустенита с последующим отогревом поверхности до температур выше минимальной устойчивости более чем на 150^oC у готового проката не обеспечивается требуемый уровень прочностных характеристик. Для получения высоких прочностных характеристик в сочетании с высокой пластичностью охлаждение в первом цикле необходимо проводить до температур не ниже чем на 50^oC минимальной устойчивости деформированного аустенита для обеспечения отогрева поверхности раската за счет внутреннего тепла до температур не менее чем на 50^oC выше минимальной устойчивости. Это позволит получить мелкодисперсную бейнитную структуру на большую глубину по сечению раската, обеспечивающую высокие пластические характеристики металла. Второй цикл переохлаждения поверхности до температур ниже точки Mн на 100-200^oC обеспечит отъем тепла от центральных слоев раската, что не даст пройти высокому отпуску металла при выравнивании температуры между центром и поверхностью в период окончательного отогрева поверхности и соответственно позволит при сохранении высокой пластичности готового проката достигнуть высокой прочности.

Предлагаемый способ термомеханической 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 готового проката из обычных углеродистых сталей в крупном сечении за счет создания технологии изготовления и термомеханической обработки арматурной стали крупных профилей.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, выбор условий горячей прокатки с предварительным охлаждением, а также температурных пределов циклов охлаждения и промежуточного отогрева поверхности раската, что не следует из известного уровня техники.

Реализация способа термомеханической обработки арматурной стали в крупных профилях осуществлялась следующим образом.

Пример. В среднесортном цехе ОАО "ЗСМК" на стане 450 проводили опытно-промышленные испытания предложенного способа термомеханической обработки стержневой арматуры на стали 3пс N 32 промышленной плавки.

Для этого заготовки сечением 100 x 100 нагревали до температуры 1050 ± 20^oC, прокатывали на непрерывном среднесортном стане 450, перед двумя последними клетями (чистовая группа) проводили предварительное охлаждение раската до температуры 940 ± 20^oC в течение времени 0,3D (9,6 с). Затем проводили окончательную прокатку при этой температуре с последующим циклическим охлаждением двумя циклами. Первый цикл переохлаждения проводили до температуры 530^oC с последующим промежуточным отогревом поверхности до температуры 650^oC, второй цикл переохлаждения поверхности раската проводили до температуры 300 ± 30^oC, окончательным отогревом поверхности до температуры 530 ± 30^oC. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих снижение температуры раската перед чистовой прокаткой до 940 ± 20^oC, переохлаждение поверхности раската во втором цикле до температуры 300 ± 30^oC, окончательный отогрев поверхности до температуры 530 ± 30^oC и изменение времени предварительного охлаждения, температуры первого цикла переохлаждения и промежуточного отогрева поверхности раската в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. После осуществления указанных режимов определяли предел прочности, предел текучести, пятикратное удлинение. Кроме того, проводили испытания на холодный загиб на 90^o.

Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что оптимальными режимами способа термомеханической обработки проката являются режимы по примерам 1-3.

Предлагаемый способ термомеханической обработки проката обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочностных и пластических характеристик у арматурного проката крупного профиля из низкоуглеродистых сталей не за счет легирующих элементов, а за счет создания технологии термомеханической обработки стали. Например, из данных таблицы видно, что при изготовлении термоупрочненной арматурной стали крупных профилей по предлагаемому способу получены высокие прочностные характеристики металла (предел прочности 71,5-76,0 кгс/мм², предел текучести 55,5-58,0 кгс/мм² при сохранении высокой пластичности на уровне 19%). Металл, упрочненный по режимам с отклонением от предлагаемых пределов значений параметров, с одной стороны, имея достаточно высокий предел прочности, обладает высокой хрупкостью, с другой стороны, имея нормальную пластичность, не достигает требуемого класса прочности. Данные подтверждены актом промышленных испытаний.

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные среднесортные станы и выпускающих прокат крупных профилей различного назначения. Например, применение указанного способа при изготовлении термоупрочненной стержневой арматуры на среднесортном стане 450 ОАО "ЗСМК" показало высокую эффективность технологии.

Источники информации 1. Патент РФ N 2081189, МКИ C 21 D 1/02, 1997.

2. Патент РФ N 2081182, МКИ С 21 D 1/02, 1997.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры крупных профилей, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже Ас1 и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3 в течение времени (0,25-0,35)D с проводят до окончания процесса прокатки, затем проводят окончательную прокатку в этой области температур, а первый цикл охлаждения поверхности раската проводят до температур ниже на 50°С или равной температуре минимальной устойчивости деформированного аустенита с промежуточным отогревом поверхности до температур выше на 50-150°С температуры минимальной устойчивости деформированного аустенита, а второй цикл переохлаждения поверхности проводят до температур ниже Мн на 100-200°С, где D - диаметр проката в мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1