Способ производства арматурного периодического профиля с нормированным пределом прочности

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства арматурного периодического профиля. Для получения заданного предела прочности на начальном этапе проводят внепечную обработку стали, после которой определяют содержание углерода, марганца в стали и после получения требуемого химического состава заготовку прокатывают до требуемых размеров, при этом задают режимы прокатки исходя из содержания углерода, марганца и предела прочности: σ_в=(-147,6×Mn)+(1563,2×C)+(5,14×d)-(0,14×Тсам.)+516,9, где σв - предел прочности, Н/мм²; С, Mn - содержание углерода, марганца в заготовке, мас.%; d - диаметр арматуры, равный 8-12 мм; Тсам. - температура самоотпуска, °С; 147,6; 1563,2; 5,14; 0,14; 516,9 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитаны после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на прочностные свойства арматурного периодического профиля.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства арматурного периодического профиля с нормированным пределом прочности, и может быть использовано на металлургических заводах.

Известен способ доводки химического состава стали в ковше, включающий отбор проб металла из ковша, определение химического состава металла, электронного эквивалента химического состава стали (Z^y), зависимости свойств стали от величины Z^y, зависимости величины Z^y от корректирующих добавок, определение массы корректирующих добавок в зависимости от отклонения текущей величины Z^y от заданного значения Z^y, обеспечивающего заданный уровень свойств, присадку этих добавок в ковш и последующую усреднительную обработку жидкой стали (А.с. № 1342928, С21С 7/04, опубликовано 07.10.87, бюл. № 37).

Недостатком известного способа является сложность определения электронного эквивалента химического состава стали в условиях действующего производства, для проведения расчетов которого необходимо дополнительное время, а отсутствие данных в системе расчетов параметров разливки и прокатки металла отрицательно влияет на получение проката с нормируемым пределом прочности.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения стали с нормированными механическими свойствами, включающий расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, содержащей примеси марганца, хрома, меди, и определение в расплаве их содержания, введение в расплав марганца в количестве, рассчитанном по разнице между среднезаданным содержанием его в готовой стали и фактическим содержанием в расплаве, скорректированной на ожидаемый коэффициент усвоения с введением его одновременно с кремнием в печь и в ковш, раскисление в ковше алюминием в количестве 0,55-0,11% с окончанием присадки до выпуска 50% металла. В ковш при выпуске 10-20% металла вводят 0,02-0,03% алюминия, затем в процессе выпуска 25-40% металла вводят марганец и кремний в отношении (0,3-4,4):1, изменяя его от (3,8-4,4):1 в начале введения до (0,3-0,9):1 в конце введения, алюминий в количестве 0,03-0,08% вводят равномерно в процессе выпуска 30-50% металла, а количество вводимого в расплав марганца рассчитывают по формуле (А.с. № 1353821, С21С 7/00, опубликовано 23.11.87, бюл. № 43).

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Введение кремния и марганца в печь приводит к нестабильному их усвоению во время раскисления металла, которое зависит от многих факторов (содержание углерода в металле перед раскислением, химический состав шлака, его гомогенность и т.д.), и невозможности точного прогнозирования содержания кремния и марганца в металле после предварительного раскисления металла в печи, получения требуемого содержания марганца в готовой стали и соответственно требуемых механических свойств.

Истечение металла из сталевыпускного отверстия зависит от степени износа его, поэтому сложно организовать выпуск металла из сталеплавильного агрегата с постоянной скоростью истечения струи металла и соответственно невозможен поэтапный ввод ферросплавов одинаковый на всех плавках.

В то же время, сложно определить ожидаемый коэффициент усвоения вводимых элементов, т.к. он зависит от многих факторов (окисленность металла, масса выпускаемого металла, наличие печного шлака в стальковше и т.д.). Это не позволяет достаточно точно определить количество вводимых в расплав элементов-раскислителей и, как следствие, процент их ввода, что в свою очередь приведет к невозможности получения требуемого содержания марганца в готовой стали и соответственно требуемых ее механических свойств.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, определение в расплаве содержания марганца, введение в расплав в ковш одновременно марганца и кремния.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства арматурного периодического профиля с нормированным пределом прочности, позволяющая освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С из Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел прочности, минимизировать затраты на производство.

Техническим результатом является получение термоупрочненного арматурного профиля с нормированным пределом прочности.

Технический результат достигается тем, что способ производства арматурного периодического профиля включает выплавку стали в сталеплавильном агрегате, определение в стали содержания марганца, внепечную обработку стали при введени в ковш одновременно марганца и кремния, определение по ковшевой пробе содержания углерода и марганца с получением стали, содержащей, мас.%: углерод 0,14-0,22, кремний 0,15-0,30 и марганец 0,40-0,65, изготовление сортовой заготовки, нагрев и прокатку заготовки, охлаждение в воде, укладку арматурного профиля на роликовый конвейер с помощью виткообразователя, самоотпуск арматурного профиля при 545-555°С и охлаждение на воздухе с получением предела прочности по следующей зависимости:

σ_в=-147,6×Mn+1563,2×С+5,14×d-0,14×Тсам.+516,9,

где σ_в - предел прочности, Н/мм²;

С, Mn - содержание углерода, марганца в сортовой заготовке, %;

d - диаметр арматуры, равный 8-12 мм;

Тсам. - температура самоотпуска, °С;

147,6, 1563,2, 5,14, 0,14, 516,9 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитанные после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на прочностные свойства готового периодического профиля.

Сущность заявляемого технического решения заключается на начальном этапе в проведении внепечной обработки металла, после которой определяют содержания углерода, марганца в металле после получения требуемого химического состава, сортовую заготовку прокатывают до требуемых размеров, а режимы прокатки задают исходя из содержания углерода, марганца и требуемого предела прочности.

Процесс термомеханического упрочнения заключается в резком охлаждении поверхностных слоев проката до температур ниже точки мартенситного превращения. При этом на поверхности арматуры получается структура отпущенного мартенсита, что придает ей высокие прочностные свойства. Сердцевина проката состоит из феррито-перлитной структуры, что обеспечивает пластичность металла. В промежуточной области образуется кольцо переходной структуры - бейнита, который одновременно обладает высокими как прочностными, так и пластичными свойствами. Такой процесс обеспечивается только за счет высокой скорости охлаждения (V=520-1080°C/с). После процесса охлаждения происходит нагрев поверхностных слоев проката за счет передачи тепла от центральной части арматуры. При этом происходит процесс отпуска мартенситной и бейнитной структуры, что позволяет получить необходимое сочетание прочностных и пластических свойств готовой арматуры. Существует оптимальное сочетание количества получаемых типов микроструктуры по сечению проката. Данное соотношение обеспечивается путем получения определенной температуры поверхности проката, которую металл достигает после протекания процесса выравнивания температур по сечению проката после процесса термоупрочнения.

Прокатка периодического профиля в зависимости от содержания углерода, марганца, требуемого диаметра арматуры и температуры самоотпуска позволяет освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С из стали Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел прочности, минимизировать затраты на производство.

Производство периодического профиля предлагаемым способом производили следующим образом.

После выпуска металла из сталеплавильного агрегата в ковш производят его внепечную обработку на агрегате доводки стали (АДС). На АДС производят усреднение металла по химическому составу и температуре путем продувки инертным газом, затем доводят металл по химическому составу присадками кремний- и марганецсодержащих ферросплавов и температуре металла до заказанной для разливки на сортовой машине непрерывного литья заготовок, проведя химический нагрев. Затем отбирают пробу металла и замеряют его температуру. При содержании в металле 0.16% углерода, 0.17% кремния, 0.56% марганца, 0.029% серы, 0.011% фосфора, 0.05% хрома, 0,09% никеля и 0,16% меди - температура 1582°С.

После разливки металла на сортовой машине непрерывного литья заготовок и порезки заготовки на мерные длины заготовку охлаждают на стеллажах и передают в цех отделки литой заготовки.

После визуального осмотра заготовок и зачистки поверхностных дефектов заготовку передают на мелкосортно проволочный стан для прокатки на заданный профилеразмер, например требуется периодический профиль диаметром 10 мм.

Требуемый предел прочности должен составлять не менее 600 Н/мм², а температура самоотпуска - 545-555°С. Режим прокатки выбирают исходя из требуемого предела прочности:

σ_в=-147,54×0,56+1563,2×0,16+5,14×10-0,14×550+516,2=658.

Скорость конца прокатки при этом составила 40 м/с. После прокатки арматуру интенсивно охлаждают в линии водяного охлаждения. Время между окончанием прокатки и началом охлаждения составляет 0,05 с. Охлаждение водой производят в коробах, оснащенных форсунками. Далее арматуру укладывают виткообразователем на конвейер воздушного охлаждения. После укладки фиксируют температуру самоотпуска - 553°С, затем арматуру подвергают воздушному охлаждению с использованием вентиляторов. После конвейера воздушного охлаждения разложенные витки собираются в бунт, масса которого составляет 2000 кг.

Затем отбирают пробу готовой арматуры и проводят испытания, в результате которых получают предел прочности 649 МПа.

Данный способ позволяет освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С из стали Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел прочности, минимизировать затраты на производство. При выплавке стали Ст3сп по ГОСТ 380-94 для диаметров заготовки 8-10 мм заданный предел текучести составляет более 600 Н/мм², температуру самоотпуска выбирают в пределах 545-555°С, при содержаниях углерода 0,14-0,22% и марганца 0,40-0,65%.

Способ производства арматурного периодического профиля, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, определение в стали содержания марганца, внепечную обработку стали при введении в ковш одновременно марганца и кремния, определение по ковшевой пробе содержания углерода и марганца, получение стали с содержанием (мас.%) углерода 0,14-0,22, кремния 0,15-0,30 и марганца 0,40-0,65, изготовление сортовой заготовки, нагрев и прокатку заготовки, охлаждение в воде, укладку арматурного профиля на роликовый конвейер с помощью виткообразователя, самоотпуск арматурного профиля при 545-555°С и охлаждение на воздухе с получением предела прочности по следующей зависимости:

σ_в=(-147,6×Mn)+(1563,2×C)+(5,14×d)-(0,14×Тсам.)+516,9, где

σ_в - предел прочности, Н/мм²;

С, Mn - содержание углерода, марганца, мас.%;

d - диаметр арматуры, мм;

Тсам - температура самоотпуска, °С;

147,6; 1563,2; 5,14; 0,14; 516,9 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитанные после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на прочностные свойства готового периодического профиля.