Способ термического упрочнения изделий после горячей прокатки

Изобретение относится к области производства горячекатаного проката, преимущественно арматурной стали, и его термического упрочнения. Для эффективного плавного изменения длительности принудительного охлаждения (температуры самоотпуска), обеспечивающего высокую однородность свойств упрочненного проката широкого размерного сортамента, способ включает прерванную закалку в потоке воды с возможностью плавного изменения длительности принудительного охлаждения до температуры самоотпуска. Плавное изменение длительности принудительного охлаждения осуществляют в его начальной стадии при среднемассовой температуре проката не ниже 700°С.

 

Изобретение относится к области производства горячекатаного проката и его термического упрочнения.

Операция принудительного прерванного охлаждения с неизменной скоростью при термоупрочнении проката определяет уровень и стабильность его свойств. При этом необходимо учитывать колебания химического состава стали от плавки к плавке, внутри плавки, а также изменяющиеся параметры прокатки: температуру окончания, скорость, размеры профиля и др. Уровень свойств упрочненного проката при одинарной обработке определяется температурой самоотпуска, зависящей от длительности охлаждения.

Известен способ термического упрочнения изделий в процессе прокатки, включающий непрерывное принудительное охлаждение потоком воды, в многосекционных или односекционных системах до температур самоотпуска 600°-300°С. Для обеспечения заданных свойств упрочненного проката изменение длительности охлаждения в них проводят дискретно, либо за счет количества охлаждающих секций [1], либо изменения длины камеры охлаждения [2].

Указанный способ характеризуется невозможностью плавной корректировки длительности охлаждения в процессе прокатки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявленному является способ термического упрочнения изделий в процессе горячей прокатки с продольным разделением раскатов, включающий раздельное охлаждение раскатов в автономных потоках охладителя и последующее их совместное охлаждение в одном потоке на заключительной стадии. Причем, совместное охлаждение раскатов в одном потоке осуществляют с возможностью плавного изменения его длительности в диапазоне ± 15% [3]; то есть на завершающей стадии охлаждения.

Данный способ обеспечивает возможность плавного изменения длительности непрерывного принудительного охлаждения (температуры отпуска) и, за счет этого, повышение качества упрочненной арматурной стали мелких профилей.

Основным недостатком способа, как следует из описания, является необходимость значительного (до 30%) изменения длительности принудительного охлаждения, а следовательно, и длины зоны охлаждения, что во многих случаях технически трудновыполнимо и не может быть реализовано при упрочнении более крупного сортамента.

Необходимость столь значительного изменения длительности принудительного охлаждения обусловлена малым градиентом температур по сечению раскатов на заключительной стадии охлаждения. Например, среднемассовая температура конца принудительного охлаждения раскатов упрочненной арматурной стали классов А400, А500 и Ат800 составляет 600°С, 550°С и 400°С, соответственно.

Таким образом, в основу изобретения поставлена задача эффективного плавного изменения длительности принудительного охлаждения (температуры самоотпуска), обеспечивающего высокую однородность свойств упрочненного проката широкого размерного сортамента.

Для достижения технического результата в известном способе термического упрочнения изделий, включающем прерванную закалку в потоке воды и самоотпуск с возможностью плавного изменения его температуры за счет длительности охлаждения, плавное изменение длительности охлаждения осуществляют в начальной стадии при среднемассовой температуре не ниже 700°С.

Такое решение задачи позволяет за счет эффективного плавного изменения длительности непрерывного принудительного охлаждения (температуры самоотпуска) производить упрочненный прокат широкого размерного сортамента с высокой однородностью механических свойств при минимальном изменении длительности охлаждения (длины камеры охлаждения).

По предлагаемому изобретению процесс термического упрочнения осуществляется следующим образом.

Заранее, с учетом размера профиля, скорости и температуры конца прокатки, химического состава (углеродного эквивалента) стали и класса прочности в линию прокатки вводится определенное количество секции принудительного охлаждения многосекционной установки. При этом, одна или несколько секций вначале многосекционной установки выполнены с возможностью плавного изменения длины активной зоны (длительности) принудительного охлаждения в процессе прокатки. По выходу из последней клети прокатного стана раскаты, например, арматурных профилей поступают в секционную установку принудительного охлаждения движущимся потоком воды и непрерывно охлаждаются в ней до заданной среднемассовой температуры. По выходу раскатов из установки происходит отогрев их поверхности за счет тепла сердцевины (самоотпуск).

При изменении начальных параметров, например изменения температуры конца прокатки вручную или автоматически, плавно изменяется длина активной зоны одной из секций в начале установки (длительность охлаждения), корректирующая температуру самоотпуска. Таким же образом осуществляется изменение длительности охлаждения при уменьшении или увеличении углеродного эквивалента стали.

В принципе для обеспечения высокой однородности свойств упрочненного проката, например, арматурной стали класса прочности А500, с учетом колебания химического состава в пределах марки и технологических параметров прокатки на современных станах, достаточно изменения температуры самоотпуска (среднемассовой температуры) в пределах 80-100°C.

Для примера рассмотрим процесс термического упрочнения арматурного профиля диаметром 18 мм из стали на базе марки Ст3 на класс прочности А500. Номинальная температура самоотпуска, обеспечивающая уровень свойств этого класса прочности, составляет 550°С, а требуемый диапазон изменения этой температуры составляет 500°-600°С.

Задана температура конца прокатки - 1100° С, скорость прокатки - 15 м/с.

Раскат поступает в многосекционную установку, где непрерывно охлаждается до среднемассовой температуры 530-560° С. В процессе работы температура конца прокатки снижается до 1050° С и, естественно, на 50°С (до 480-510°С) снижается температура самоотпуска, что требует оперативной в режиме рабочего времени корректировки длительности охлаждения. Тогда вручную либо в автоматическом режиме в первой секции установки, когда среднемассовая температура раската составляет ˜ 800° С производят плавное изменение длительности охлаждения за счет уменьшения длины активной зоны охлаждения на один метр и далее раскат охлаждают в следующих секциях установки; среднемассовая температура раскатов по завершению охлаждения составляет 530-560° С.

Для достижения в аналогичных условиях подобного результата при изменении длительности охлаждения на завершающей стадии процесса при температуре 500° С для корректировки среднемассовой температуры на 50°С необходимое уменьшение длины активной зоны охлаждения составило бы 4,5 метра, что практически неосуществимо.

Приведенные данные свидетельствуют о эффективности предлагаемого способа изменения длительности принудительного охлаждения.

Источники информации

1. Айзатулов Р.С., Черненко В.Т., Мадатян С.А. и др. "Сталь", 1998 г., №6, с.53-58.

2. Горбов А.В., Худик Ю.Т. и др. "Сталь", 1992 г., №5, с.70-73.

3. Патент Украины № 47860, БИ №7, 2002 г.

Способ термического упрочнения проката после горячей прокатки, включающий прерванную закалку в потоке воды и самоотпуск с регулированием его температуры за счет плавного изменения длительности принудительного охлаждения, отличающийся тем, что плавное изменение длительности принудительного охлаждения осуществляют в его начальной стадии при среднемассовой температуре проката не ниже 700°С.