Способ производства арматурного профиля

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С. Для повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали способ включает нагрев непрерывнолитой заготовки, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до 535-580°С. Арматурный профиль выполнен из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,26 С; 0,05-0,30 Si; не более 1,0 Mn; не более 0,3 Cr; не более 0,3 Ni; не более 0,4 Cu; не более 0,05 S; не более 0,04 Р; не более 0,012 N; остальное - Fe. При диаметре арматурного профиля до 14 мм сталь содержит 0,50-0,80 мас.% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм сталь содержит 0,60-0,90 мас.% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0 мас.% марганца. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С из непрерывнолитой заготовки.

Известен способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 25Г2С, содержащей, в мас.%:

Углерод	0,20-0,29;
Марганец	1,2-1,6;
Кремний	0,6-0,9;
Хром	не более 0,30;
Никель	не более 0,30;
Медь	не более 0,30;
Сера	не более 0,045;
Фосфор	не более 0,040;
Железо	остальное.

Способ включает прокатку арматурного профиля и его термическую обработку по режиму: нагрев до температуры 800-900°С, закалка водовоздушной смесью, отпуск в печи при температуре 400-500°С [1].

Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей. Кроме того, закалка и отпуск с отдельных нагревов, а также высокая концентрация марганца в стали удорожают производство.

Известен также способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 20ГСР.

Способ включает нагрев квадратной заготовки 80×80 мм до температуры 1200°С, горячую прокатку арматурных стержней диаметром 18 мм, ускоренное охлаждение до температуры 650°С со скоростью ниже критической, после чего арматурные стержни подвергают отпуску путем нагрева до температуры 620°С и выдержки в течение 20-30 мин [2].

Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей, получаемых из непрерывнолитой заготовки, а также высокой концентрации марганца в стали.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 35 ГС следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,30-0,37;
Марганец	0,8-1,2;
Кремний	0,6-0,9;
Хром	не более 0,30;
Никель	не более 0,30;
Медь	не более 0,30;
Сера	не более 0,045;
Фосфор	не более 0,040;
Железо	остальное.

Способ включает нагрев заготовки до температуры 1150°С, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки 1050-1100°С и ускоренное охлаждение арматурного профиля водой до температуры 400-650°С [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что готовый арматурный профиль имеет низкие и нестабильные механические свойства. Кроме того, сталь содержит большое количество марганца.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали.

Для этого в известном способе производства арматурного профиля, включающем нагрев непрерывнолитой заготовки из марганцовистой стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, согласно предложению суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С. При этом марганцовистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,14-0,26;
Кремний	0,05-0,30;
Марганец	не более 1,0;
Хром	не более 0,3;
Никель	не более 0,3;
Медь	не более 0,4;
Сера	не более 0,050;
Фосфор	не более 0,040;
Азот	не более 0,012;
Железо	остальное.

Кроме того, при диаметре арматурного профиля до 14 мм включительно сталь содержит 0,50-0,80% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм включительно сталь содержит 0,60-0,90% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0% марганца.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Для формирования высоких и стабильных механических свойств арматурного профиля, получаемого из непрерывнолитой заготовки, необходимо в процессе прокатки «проработать» и измельчить литую структуру, а также обеспечить с прокатного нагрева возможность закалки и отпуска арматурного проката. Только при суммарном коэффициенте вытяжки не менее 7,8 достигается требуемое измельчение микроструктуры марганцовистой стали предложенного состава. Ускоренное охлаждение водой свежедеформированного аустенита от температуры конца прокатки 950-1050°С обеспечивает упрочнение стали при сохранении равномерного зерна микроструктуры с номером балла 9.

При температуре 535-580°С, после завершения ускоренного охлаждения арматурного профиля водой, происходит его самоотпуск без дополнительного подогрева. То есть регламентированная горячая прокатка, ускоренное охлаждение (деформационно-термическое упрочнение) и отпуск осуществляются в одном тепловом цикле. В результате самоотпуска возрастают вязкостные и пластические свойства арматурного профиля из марганцовистой стали предложенного состава при незначительном снижении прочности. Это повышает качество металлопродукции.

Интенсивность и равномерность ускоренного охлаждения арматурного профиля существенно зависит от его диаметра, причем при прочих равных условиях со снижением диаметра скорость охлаждения возрастает, что приводит к возрастанию прочностных, снижению пластических свойств и их неравномерности для профилей различного диаметра. Для того чтобы скомпенсировать влияние уменьшения диаметра арматурного профиля на уровень и равномерность механических свойств, по мере уменьшения диаметра арматурного профиля уменьшают среднее содержание в стали марганца. Благодаря этому одновременно с повышением уровня и равномерности механических свойств достигается экономия ферромарганца при выплавке стали.

Экспериментально установлено, что при суммарном коэффициенте вытяжки менее 7,8 в арматурном профиле, прокатанном из непрерывнолитой заготовки, сохраняются фрагменты крупнозернистой литой структуры, уровень и стабильность механических свойств снижаются.

Также экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки ниже 950°С после ускоренного охлаждения водой вязкостные и пластические свойства арматурного профиля снижаются. Увеличение температуры конца прокатки выше 1050°С приводит к формированию разнобалльной микроструктуры, снижению равномерности механических свойств.

Охлаждение водой до температуры выше 580°С ведет к снижению прочностных свойств в процессе самоотпуска. Уменьшение этой температуры ниже 535°С приводит к потере пластических свойств арматурного профиля.

Углерод в стали предложенного состава определяет прочностные свойства арматурного профиля. Снижение содержания углерода менее 0,14% приводит к падению прочностных свойств ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,26% ухудшает пластические и вязкостные свойства арматурного профиля.

При содержании кремния менее 0,05% ухудшается раскисленность стали, снижаются прочностные свойства арматурного профиля. Увеличение содержания кремния более 0,30% приводит к возрастанию количества силикатных включений, снижает равномерность механических свойств арматурного профиля и пластичность.

Повышение содержания марганца более 1,0% увеличивает предел текучести σ_т, неравномерность механических свойств, снижает пластические свойства арматурного профиля, увеличивает расход ферромарганца при выплавке стали.

Хром повышает прочность стали за счет образования карбидов. Но увеличение содержания хрома более 0,30% приводит к снижению пластических свойств арматурного профиля.

Никель и медь является примесными элементами. При концентрации никеля не более 0,3% и меди не более 0,4% они не оказывают вредного влияния на уровень и равномерность механических свойств арматурных профилей, но расширяют возможности использования металлического лома при выплавке, что удешевляет производство. При концентрации никеля более 0,3% и меди более 0,4% ухудшаются пластические свойства арматурных профилей.

Сталь предложенного состава может содержать в виде примесей не более 0,050% серы, не более 0,040% фосфора, не более 0,012% азота. При указанных предельных концентрациях эти элементы в стали предложенного состава не оказывают заметного негативного воздействия на качество арматурных профилей, тогда как их более глубокое удаление из расплава стали существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс. Увеличение концентрации этих вредных примесей выше предложенных значений ухудшает весь комплекс механических свойств арматурных профилей.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,5% для арматурных профилей диаметром до 14 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,6% для арматурных профилей диаметром свыше 14 мм и до 18 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,7% для арматурных профилей диаметром свыше 18 мм снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 1,0% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере производили выплавку марганцовистых сталей, химический состав которых приведен в таблице 1.

Выплавленные стали различных составов подвергали непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения.

Таблица 1
Химический состав сталей для арматурных профилей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	Р	N	Fe
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.	0,13 0,14 0,20 0,26 0,27 0,13 0,14 0,19 0,26 0,28 0,12 0,14 0,19 0,26 0,27 0,35	0,04 0,05 0,17 0,30 0,31 0,04 0,05 0,16 0,30 0,32 0,03 0,05 0,18 0,30 0,31 0,80	0,4 0,5 0,65 0,80 0,90 0,50 0,60 0,70 0,90 1,0 0,60 0,70 0,80 1,00 1,10 1,20	0,1 0,2 0,1 0,3 0,4 0,3 0,2 0,2 0,3 0,4 0,1 0,3 0,2 0,3 0,4 0,3	0,3 0,1 0,1 0,3 0,4 0,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,1 0,2 0,3 0,3 0,4 0,2	0,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,3 0,1 0,2 0,4 0,5 0,1 0,2 0,1 0,4 0,5 0,2	0,01 0,02 0,03 0,05 0,06 0,04 0,02 0,03 0,05 0,06 0,03 0,03 0,02 0,05 0,07 0,04	0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,03 0,01 0,02 0,04 0,05 0,01 0,03 0,02 0,04 0,06 0,04	0,008 0,009 0,010 0,012 0,013 0,008 0,009 0,010 0,012 0,014 0,007 0,009 0,010 0,012 0,014 не регл.	остальн. -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:- -:-

Непрерывнолитые заготовки нагревали в методической печи до температуры 1230°С и осуществляли горячую прокатку арматурных профилей на сортопрокатном стане 250.

Пример 1. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=12 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №3 (табл.1), содержание марганца в которых равно Mn=0,65%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=38,4. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=990°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=560°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Пример 2. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=16 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №8, содержание марганца в которых составляет Mn=0,70%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=18,2. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=990°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=560°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Пример 3. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=20 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №13, содержание марганца в которых составляет Mn=0,80%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=8,6. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=1010°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=570°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Варианты реализации предложенного способа производства арматурных профилей различных диаметров и показатели их эффективности приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, 7-9, 12-14) достигается повышение уровня и стабильности механических свойств, которые не зависят от диаметра арматурного профиля. Одновременно с этим достигается снижение содержания марганца в стали. Механические свойства арматурных профилей всех диаметров полностью приведены в таблице 2.

Таблица 2
Режимы производства и механические свойства арматурных профилей
№ п/п	d, мм	Mn, %	№ состава	λΣ	Tкп, °С	Tво, °С	σв, МПа	σт, МПа	δ, %
1. 2. 3. 4. 5.	10-14	0,40 0,50 0,65 0,80 0,90	1 2 3 4 5	7,7 7,8 38,4 42,2 83,6	940 950 990 1050 1060	530 535 560 580 590	530-690 750 750 755 720-800	430-570 660 660 660 630-740	11-17 20 20 20 7-15
6. 7. 8. 9. 10.	15-18	0,50 0,60 0,70 0,90 1,00	6 7 8 9 10	7,7 7,8 18,2 33,5 71,2	940 950 990 1050 1060	530 535 560 580 590	720-850 750 750 755 680-840	440-590 660 660 660 610-720	6-14 20 20 20 6-9
11. 12. 13. 14. 15. 16.	18-24 10-24	0,60 0,70 0,80 1,00 1,10 1,20	11 12 13 14 15 16	7,7 7,8 8,6 27,7 34,9 не регл.	940 950 1010 1050 1060 1100	530 535 570 580 590 420	530-690 750 750 755 720-880 600-790	410-550 660 660 660 600-710 510-680	11-15 20 20 20 2-7 3-9

В случаях запредельных значений заявленных параметров механические свойства арматурных профилей и их стабильность ухудшаются (варианты №1, 5, 6, 10, 11, 15). Также низкие и нестабильные механические свойства при более высокой концентрации марганца в стали достигаются в случае использования способа-прототипа (вариант №16).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что компенсация повышения прочностных и снижения пластических свойств полос различного диаметра, скорость охлаждения которых в процессе термоупрочнения различна, соответствующим снижением содержания марганца в стали предложенного состава позволяет обеспечить требуемый и стабильный уровень свойств арматурных профилей категории прочности А500С.

Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства арматурных профилей на 20-30%.

Использованные источники

1. В.Ф.Зотов. Производство проката. М., «Интермет инжиниринг», 2000, с.229.

2. Авт. свид. СССР №616303, МПК C21D 1/78, 1978 г.

3. А.А.Кугушин и др. Высокопрочная арматурная сталь. М., Металлургия, 1986, с.42-45, 53 - прототип.

1. Способ производства арматурного профиля, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки из стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой и завершающее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:

углерод	0,14-0,26
кремний	0,05-0,30
марганец	не более 1,0
хром	не более 0,3
никель	не более 0,3
медь	не более 0,4
сера	не более 0,050
фосфор	не более 0,040
азот	не более 0,012
железо	остальное,

при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля до 14 мм сталь содержит 0,50-0,80 мас.% марганца.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм сталь содержит 0,60-0,90 мас.% марганца.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0 мас.% марганца.