Способ термомеханической обработки проката


 


Владельцы патента RU 2448167:

Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЗСМК") (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к изготовлению стержневой арматуры большого диаметра среднего класса прочности из низколегированной стали с использованием тепла прокатного нагрева в потоке непрерывных среднесортных станов. Для обеспечения высоких прочностных характеристик арматуры и повышения относительного удлинения при максимальном напряжении осуществляют горячую прокатку заготовки в два этапа с суммарным обжатием 60-76% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе, выдержку после каждого этапа прокатки, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Аr3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности раската с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, при этом после первого этапа горячей прокатки осуществляют выдержку в течение 15-17 с, а циклическое охлаждение поверхности проводят с количеством циклов, равным трем. В первом и втором циклах охлаждение проводят в течение (0,015-0,020)Д с, а в третьем - в течение (0,045-0,060)Д с, при этом после первого и второго цикла охлаждения осуществляют промежуточный отогрев в течение 0,8-1,1 с и 0,2-0,3 с соответственно, где Д - диаметр проката, мм. 1 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева в потоке непрерывных среднесортных станов, а именно при термомеханической обработке профилей больших диаметров.

Известны способы термической обработки проката при изготовлении арматурных профилей из низколегированных сталей. Например, известен способ изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали, преимущественно, стержневой арматуры периодического профиля средних диаметров, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий нагрев заготовки, ее горячую деформацию с единичным обжатием в последнем проходе 22,5-23,5% с последующим циклическим охлаждением поверхности с количеством циклов, равным трем, в течение времени (0,030-0,055)Д с в каждом цикле охлаждения с промежуточным отогревом поверхности после первого цикла охлаждения в течение 0,38-0,43 с, после второго цикла охлаждения в течение 0,48-0,54 с, окончательным отогревом поверхности в течение 4,5-5,5 с и окончательное охлаждение на воздухе, где Д - диаметр проката в мм (RU 2287021, МПК 8 C21D 8/08, 2006 г.).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры крупных профилей, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку в два этапа с суммарным обжатием 60-77% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе с выдержкой 19-26 с после первого и 12-17 с после второго этапа с предварительным охлаждением раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, в течение времени (0,017-0,020)Д с в первом цикле и (0,05-0,06)Д с во втором цикле с промежуточным отогревом в течение 0,2-0,3 с и окончательным отогревом поверхности до температур ниже точки Ас1 и окончательное охлаждение на воздухе, где Д - диаметр проката в мм (RU 2340684, МПК 8 C21D 1/02, 8/08, 2008 г.).

Недостатком известных способов является невозможность достичь требуемый уровень потребительских свойств и механических характеристик в соответствии с требованиями современных отечественных и зарубежных стандартов, таких как: предел текучести при сохранении относительного пятикратного удлинения при разрыве у арматуры номинальным диаметром 40 мм. Кроме того, использование известных способов не позволяет получать требуемого значения отношения предела прочности к пределу текучести и полного относительного удлинения при максимальном напряжении у арматуры номинальным диаметром более 32 мм.

Задачей заявляемого изобретения является повышение прочностных характеристик при одновременном повышении пластических, например, таких, как полное относительное удлинение при максимальном напряжении.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термомеханической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем горячую прокатку в два этапа с суммарным обжатием 60-76% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе, выдержку после каждого этапа прокатки, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности раската с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению после первого этапа горячей прокатки осуществляют выдержку в течение 15-17 с, а циклическое охлаждение поверхности проводят с количеством циклов, равным трем, причем в первом и втором циклах охлаждение проводят в течение (0,015-0,020)Д с, а в третьем - в течение (0,045-0,060)Д с, при этом после первого и второго цикла охлаждения осуществляют промежуточный отогрев в течение 0,8-1,1 с и 0,2-0,3 с соответственно, где Д - диаметр проката в мм.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение высоких прочностных характеристик при одновременном повышении значений полного относительного удлинения при максимальном напряжении у арматуры больших диаметров, которые можно достичь управляя процессами структурных превращений в стали, начиная с формирования готового профиля с помощью пластической деформации и проведения режима термической обработки.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что после первого этапа горячей прокатки осуществляют выдержку в течение 15-17 с, а циклическое охлаждение поверхности проводят с количеством циклов, равным трем, причем в первом и втором циклах охлаждение проводят в течение (0,015-0,020)Д с, а в третьем - в течение (0,045-0,060)Д с, при этом после первого и второго цикла охлаждения осуществляют промежуточный отогрев в течение 0,8-1,1 с и 0,2-0,3 с соответственно, где Д - диаметр проката в мм.

Предлагаемый способ термомеханической обработки проката с указанной совокупностью, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высоких прочностных характеристик и повышении полного относительного удлинения при максимальном напряжении у арматуры больших диаметров из низколегированных сталей средних классов прочности.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем.

Известно, что протекание процессов рекристаллизации активно начинается уже при температурах, близких к 727°C (А1). При температурах прокатки выше 911°C (Ac3) процесс первичной рекристаллизации занимает доли секунд и быстро развивается процесс собирательной рекристаллизации, что приводит к быстрому росту зерна и, соответственно, к разупрочнению металла и снижению его пластических характеристик. Для обеспечения деформационного упрочнения при температурах выше 911°C (Ac3) горячую прокатку необходимо вести с суммарным обжатием не менее 60% от площади поперечного сечения раската. При горячей прокатке с суммарным обжатием на первом этапе более 76% происходит дополнительный разогрев металла, что приводит к развитию собирательной рекристаллизации и сильному разупрочнению металла при осуществлении выдержки для снятия деформационных напряжений. На второй стадии горячей прокатки, когда температура ниже и практически близка к точки Ac3 (911°C), суммарное обжатие выше 76% перед формированием арматурных профилей больших сечений может привести к нарушению сплошности металла, что недопустимо. Для полного проведения процесса восстановления пластичности металла после первой стадии деформации необходима выдержка не менее 15 с, при выдержке более 17 с начинается стремительный рост зерен, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках металла.

Для снятия деформационных напряжений и проведения процесса статического возврата и статической рекристаллизации после второго этапа горячей деформации с указанными обжатиями необходима выдержка после второго этапа прокатки. Такое проведение процесса деформации обеспечит получение высокодисперсной структуры, сохранение которой при последующей термической обработке обеспечит повышение пластичности при сохранении высокой прочности в готовом прокате.

Экспериментально установлено, что для наиболее быстрого отъема тепла из центральных слоев готового профиля больших диаметров необходимо проведение циклического охлаждения с двумя промежуточными отогревами поверхности в течение не менее 0,8 с после первого цикла охлаждения и не менее 0,2 с после второго. Кроме того, для предотвращения процессов сфероидезации и коагуляции дисперсных карбидов, характерных для легированных сталей при температурах, близких к Ас1 (727°C) в центральных слоях, и получения в поверхностном слое структуры высоко отпущенного мартенсита, обеспечивающего высокие прочностные характеристики при одновременном повышении пластических свойств, охлаждение поверхности в первых двух циклах необходимо проводить в течение не менее 0,015Д с при промежуточном отогреве после первого цикла охлаждения не более 1,1 с и после второго цикла не более 0,3 с.

Для обеспечения сочетания высоких прочностных характеристик с высокой полной относительной пластичностью при максимальном напряжении циклическое охлаждение необходимо проводить с количеством циклов, равным трем. Для проведения третьего цикла охлаждения необходимо провести отогрев поверхности до температур, близких к Ас1 (727°C), что обеспечивается охлаждением поверхности в первых двух циклах в течение не более 0,020Д с. Кроме того, третий цикл охлаждения в течение не менее 0,045Д с не даст пройти высокому отпуску в переходных слоях раската при выравниваний температур между центром и поверхностью, а при охлаждении поверхности в третьем цикле в течение не более 0,060Д с позволит получить мелкодисперсную бейнитную структуру в переходном слое раската, обеспечивающую высокие пластические характеристики металла.

Реализация способа термомеханической обработки проката осуществлялась следующим образом:

Пример. В среднесортном цехе ОАО «ЗСМК» на стане 450 проводили промышленные испытания предложенного способа термомеханической обработки проката при изготовлении стержневой арматуры №40 из стали 18Г2С промышленной плавки.

Для этого непрерывнолитые заготовки сечением 150×150 мм нагревали, прокатывали на сортопрокатном стане 450 при температуре 1000±20°C с суммарным обжатием 76% от поперечного сечения раската на первом этапе горячей деформации с последующей выдержкой в течение 16 с, затем проводили второй этап деформации с суммарным обжатием 60% от поперечного сечения раската с последующей выдержкой в течение 15 с и окончательной прокаткой в чистовой группе клетей при температуре 930±20°C. С температуры конца прокатки проводили циклическое охлаждение поверхности раската с количеством циклов, равным трем, и двумя промежуточными отогревами до температуры 700±20°C. Охлаждение поверхности в первом цикле проводили в течение 0,7 с. Промежуточный отогрев поверхности после первого цикла составлял 0,9 с. Затем проводили второй цикл охлаждения в течение 0,75 с, промежуточный отогрев поверхности составлял после второго цикла 0,25 с. Затем проводили третий цикл охлаждения в течение 2 с с последующим окончательным отогревом поверхности до температуры 630±20°C. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение величины выдержки после первого этапа, времени каждого цикла переохлаждения поверхности и времени промежуточных отогревов поверхности раската в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. Режимы осуществления предлагаемого способа приведены в таблице 1.

После осуществления указанных режимов определяли предел текучести σ0,2, отношение временного сопротивления разрыву к пределу текучести σB0,2. относительное пятикратное удлинение δ5 и полное относительное удлинение при максимальном напряжении Agt.

Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 1
Режимы осуществления предлагаемого способа термомеханической обработки
№ примера выдержка после 1 этапа прокатки, с 1-й цикл охлаждения, с 2-й цикл охлаждения, с 3-й цикл охлаждения, с пром. отогрев пов-ти после 1 цикла, с пром. отогрев пов-ти после 2 цикла, с
1 15 0,6 0,80 1,8 0,8 0,20
2 16 0,7 0,75 2,0 0,9 0,25
3 17 0,8 0,60 2,4 1,1 0,30
4 18 0,5 0,85 1,7 1,2 0,15
5 14 0,9 0,55 2,5 0,7 0,35
Таблица 2
Механические свойства стержневой арматуры
№ при мера Предел текучести σ0,2, Н/мм2 σВ0,2 Относительное пятикратное удлинение δ5, % Полное относительное удлинение при максимальном напряжении Agt, %
Предлагаемое решение
1 540 1,15 22 12
2 560 1,21 20 15
3 570 1,17 22 14
4 520 1,11 19 11
5 580 1,09 17 9
Прототип
530 1,08 18 8

Так, при достижении предела текучести 540-570 Н/мм2 и отношении временного сопротивления разрыву к пределу текучести 1,15-1,21 получена стержневая арматура крупного диаметра с высоким пятикратным удлинением, составляющим 20-24%, что практически в 1,2 раза выше, чем у стержневой арматуры, изготовленной по известному способу, а полное относительное удлинение при максимальном напряжении выше в 1,5-1,8 раз.

Из данных таблиц видно, что при термомеханической обработке стержневой арматуры крупного диаметра по предлагаемому способу получены лучшие результаты по пластическим характеристикам при высоком уровне прочности.

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих прокат крупного диаметра различного назначения, и обеспечивает высокие прочностные характеристики и повышение полного относительного удлинения при максимальном напряжении у арматуры больших диаметров из низколегированных сталей средних классов прочности.

Применение указанного способа термомеханической обработки при изготовлении высокопрочной стержневой арматуры на среднесортном непрерывном стане 450 ОАО «ЗСМК» показало высокую эффективность технологии. В настоящее время стержневая арматура крупных профилей пользуется высоким спросом в гражданском и промышленном строительстве.

Способ термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры крупных профилей, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку в два этапа с суммарным обжатием 60-76% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе, выдержку после каждого этапа прокатки, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности раската с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что после первого этапа горячей прокатки осуществляют выдержку в течение 15-17 с, а циклическое охлаждение поверхности раската проводят с количеством циклов, равным трем, причем в первом и втором циклах охлаждение проводят в течение (0,015-0,020)Д с, а в третьем - в течение (0,045-0,060)Д с, при этом после первого и второго цикла охлаждения осуществляют промежуточный отогрев в течение 0,8-1,1 с и 0,2-0,3 с соответственно, где Д - диаметр проката, мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаной гладкой круглой катанки из низкоуглеродистой стали на непрерывных проволочных станах.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к изготовлению стальных высокопрочных протяженных изделий, используемых при изготовлении сейсмостойких железобетонных конструкций.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к сталеплавильному, прокатному и метизному переделу, и может быть использовано при производстве арматурного проката периодического профиля класса В500С диаметром от 4,0 до 12,0 мм.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и предназначено для получения на сортовых станах стальных свариваемых арматурных профилей из непрерывнолитых заготовок.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и предназначено для получения на сортовых станах стального арматурного профиля из непрерывнолитых заготовок.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в крупных профилях с использованием тепла прокатного нагрева из непрерывно-литой низколегированной стали при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства арматурного периодического профиля. .

Изобретение относится к области упрочнения, в частности, арматурных стержней, используемых для изготовления железобетонных элементов в виде панелей, блоков, тротуарной плитки, фибробетона

Изобретение относится к строительным железобетонным конструкциям и их армированию

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной арматуры

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству из стальных непрерывнолитых заготовок высокопрочных свариваемых арматурных профилей, используемых в качестве рабочей арматуры железобетонных конструкций при строительстве атомных электростанций в сейсмически активных районах
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве подката из высокоуглеродистой стали для изготовления холоднодеформированного арматурного периодического профиля
Изобретение относится к металлургии, в частности к метизному производству, и может быть использовано при производстве из высокоуглеродистой стали проволоки больших диаметров, преимущественно 9-12 мм, предназначенной для изготовления, например, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал. Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение в проволоке больших диаметров, содержащей до 0,8% С, высоких прочностных свойств (σв>1300 Н/мм2), равномерно распределенных по сечению. Достижение требуемого уровня прочностных свойств в получаемой высокопрочной проволоке больших диаметров из катанки диаметром 15-16 мм достигается за счет регламентации температурно-скоростных условий нагрева и интенсивного охлаждения катанки в процессе термообработки. При этом температуру интенсивного охлаждения поддерживают 550±10°С, а продолжительность выдержки при охлаждении катанки определяется соотношением T=740/(D*V), c, где D - диаметр катанки, мм; V - скорость перемещения катанки в процессе интенсивного охлаждения, м/с. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стальной высокопрочной проволочной арматуры. Способ изготовления арматуры из стали включает выплавку стали, содержащей: мас.%: углерод 0,78-0,82, марганец 0,70-0,90, кремний 0,20-0,30, сера не более 0,010, фосфор не более 0,025, хром 0,20-0,30, никель не более 0,10, медь не более 0,10, алюминий не более 0,005, бор 0,0010-0,0030, азот не более 0,008, титан не более 0,005%, железо остальное, при этом поддерживают суммарное содержание Cr+Mn+Ni+Cu<1,4, а соотношение Al/B - в пределах <1,67. Термическую обработку катанки производят путем нагрева в печи до температуры 900-940°C с последующей изотермической закалкой в течение 85-110 c в расплаве свинца при температуре 530-560°C и окончательным охлаждением водой. Холодное волочение катанки производят с суммарной степенью обжатия 57-62%. Технический результат заключается в получении холоднодеформированной высокопрочной арматуры с прочностью не менее 1670 H/мм2, условным пределом текучести не менее 1500 H/мм2 и относительным удлинением при разрыве не менее 6%. 1 пр.

Изобретение относится к повышению технического ресурса, выносливости и технологичности формирования винтовых соединений стальных машиностроительных и строительных конструкций. Способ изготовления стержневой и трубчатой арматуры из высокопрочной коррозионно-стойкой стали включает следующие операции: на непрерывно-литую заготовку в клети прокатного стана по спирали накатывают внешний профиль косой поперечно-винтовой накаткой с высотой рифов, равной половине их шага, при температуре конца горячей накатки 950-1050°C, закаливают полученную винтовую заготовку и осуществляют повторную обкатку на прокатном стане в холодном состоянии, затем поверхность винтовых заготовок обезжиривают, оцинковывают горячим электрохимическим покрытием с расходом цинка 0,01-0,013 г/м2 и термически обрабатывают поверхность железоцинкового покрытия при температуре 420-500°C в течение 10-20 мин. Технический результат: повышение коррозионной стойкости арматуры, в том числе внутри железобетонной конструкции в зоне контакта с бетоном, повышение выносливости и технического ресурса арматуры. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения стабильности и качественных показателей арматурного проката периодического профиля предложен способ производства упрочненного арматурного проката периодического профиля из низкоуглеродистой и легированной стали классов прочности 450-600 Н/мм2 диаметром 6-20 мм, включающий выплавку стали, содержащей углерод 0,16-0,35 мас.%, горячую прокатку с получением арматурной заготовки периодического профиля заданного размера, имеющей предел текучести не менее 0,75 и временное сопротивление разрыву не менее 0,95 от класса прочности готового арматурного проката, полное равномерное относительное удлинение при максимальной нагрузке не менее 8% при отношении временного сопротивления разрыва к пределу текучести не менее 1,2, смотку арматурной заготовки в мотки и последующее её холодное упрочнение путем знакопеременного изгибающего воздействия, которое осуществляют при протяжке арматурной заготовки через систему роликов с обеспечением накопления немонотонной деформации от растяжения, сжатия и изгиба до величины остаточной вытяжки 1,03-1,08. 3 табл., 1 пр.
Наверх