Способ термического упрочения стального проката

 

О П И С А Н И Е (it)635144

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со аз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.09.77 (21) 2523431/22-02 с присоединением заявки № (51) М. Кл."С 21D 1 02

С 21D 7/14 (43) Опубликовано 30.11.78. Бюллетень № 44 (53) УДК 621.785.79 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.10.78 (72) Авторы изобретения

Ю. Т. Худик, В. T. Черненко, А. В. Ивченко, В. Г. Гешелин, М. В. Кузьмичев, А. А. Кугушин, А. М. Ереметов, С. И. Морозов, Н. М. Мулин, Б. М. Сергеенко,,З..319emxoa, О. М. Рыбаков и О. Г. Сидоренко

Институт черной металлургии (71) Заявитель

? т (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕа1ИЯ .

СТАЛЬНОГО ПРОКАТА

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области термической обработки проката, преимущественно к термическому упрочнению арматурных стержней мелких и средних профилей.

В настоящее время на металлургических заводах широкое распространение получило термическое упрочнение проката с нагрева под прокатку в потоке станов по схеме

«прерванная или прерывистая закалка с последующиM самоотпуском». При этом формирование структуры и свойств термически упрочнспной стали выбранного химического состава определяется сочетанием параметров пластической деформации и термического цикла (изменсние температуры во времени) изделия. Известные способы упрочнения стали позволяют путем осуществления термической обработки стали по заданному режиму получать высокие показатели прочности стали, повышенную пластичность, коррозионную стойкость и усталостную прочность изделий, но в ряде случаев это приводит к увеличению чувствительности к концентратору напряжения.

Известен также способ термического упрочнения стального проката, включающий аустенитизацию и охлаждение потоком воды в закрытой камере при избыточном статическом давлении.

Охлаждение по известному способу производят при избыточном статическом давлении воды 5 — 10 ати и скорости движения потока относительно поверхности проката

5 — 8 м/с. Этот способ обеспечивает получение высоких прочностных свойств упрочненной стали при достаточном уровне ее пластичности и повышенную равномерность свойств по периметру проката. В результате

10 упрочнения арматурная сталь марки 20ГС имеет временное сопротивление 132 кгс/мм и относительное удлинение 110 0.

Однако при реализации указанного способа термической обработки проката в его общем виде не проявляется эффект снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения при отрицательных температурах, особенно в условиях сложнонапряженного состояния. Это связано с тем, что при растяжении образцов нз этой стали с понижением температуры все более затруднена пластическая деформация и релаксация напряжений в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, и создаются условия, при которых для образования и роста трещины необходимо нормальное напряжение, близкое по своей величине временному сопротивлению материала.

635144

Цель изобретения — разработка способа термического упрочнения проката, обеспечивающего снижение чувствительности упрочненной стали к наличию концентраторов напряжения при низких температурах, в том числе в условиях сложного нагру>кения.

Поставленная цсль достигается тем, что по предложенному способу прокат охлаждают со скоростью 680 — 880 град/с до достижения средней температуры по сечению

575 — 630 С потоком воды, движущимся относительно поверхности проката со скоростью 9 — 14 м/с.

Этот режим термической обработки позволяет получить структуру и свойства, обеспечива|ощие возможность существенной пластической деформации в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, что затрудняет развитие концентратора в трещину при отрицательных температурах, оговоренных, например, в ГОСТ 14892-69 для изделий, работающих в условиях Севера (до — — 60 С) .

Сущность способа заключается в следующем.

Изделие, нагретое до температуры аустенитизации, охлаждают при его перемещении в закрытой камере потоком воды при ее избыточном статическом давлении 5—

10 атм. При этом скорость потока воды относительно поверхности проката поддерживают в пределах 9 — 14 м/с. Скорость 9 м/с предназначена для изделий диаметром

10 мм; скорость 14 м/с соответствует охлаждению изделий диаметром 18 мм; скорость охлаждения изделия при этом поддер>кивают в пределах 680 — 880 С/с.

Скорость 680 С/с предназначена для стальных изделий с содержанием углерода

0,35 — 0,37 /о., а 880 С/с — для изделий из стали, содержащей 0,28 — 0,30 /О. Охлаждение ведут в течсние 0,45 — 0,75 с до достижения средней температуры по сечению проката 575 — 630 С.

Нижний интервал (575 С) обусловлен тем, что при такой температуре временное сопротивление не превышает 90 кгс/мм и относительное удлинение не менее 14 /о.

Верхний интервал (630 С) обусловлен получением временного сопротивления не менее 60 кгс/мм и относительного удлинения не менее 20 /о. Интервал времени 0,75—

0,45 с обеспечивает достижения средней температуры 575 — 630 С соответственно для проката диаметром 18 мм и диаметром

10 мм.

Пр им ер. Арматуру из стали состава,о/р

С 0,34; Si 0,18; Мп 0,60 после прокатки с температурой 1070 С охлаждают в устройстве для термоупрочнения проката, содержащем закрытую охлаждающую камеру, нагнетающую форсунку и направляющую воронку, при следующих параметрах: избыточное статическое давление воды в камере

5 атм; скорость потока воды относительно

1О

55 б0 б5 арматуры 11 м/с; средняя скорость охлаждения изделия 800"/с; время охлаждения

0,6 с; средняя температура изделия по сечению 590 С.

Испытания на растяжение образцов диаметром 14 мм из этой стали, кольцевая выточка которых имеет угол раскрытия 45, радиус сопря>кения лучей (остроту надреза) 0,15 мм и диаметр — нетто по диу—

Il мм, показывают, что для стали, упрочненной предложенным способом, отношение номинального разрушающего напряжения к временному сопротивлению обточенных образцов, характеризующее сопротивление разрушению путем отрыва, в интервале температур от — 70 до +20 С практически не изменяется, находясь в пределах 1,32—

1,36 при +20 С и 1,32 — 1,34 при — 70 С.

В то жс время отношение указанных прочностных характеристик стали марки Ст5, охлажденной в процессе термического упрочнения и имеющей температуру самоотпуска 350 С, при температурах +20 С и — 70 С соответственно составляет 1,36 и 1,10, т. е. с понижением температуры сии>кается почти на 20 /о.

При испытании со сложным нагружением описанных образцов (растяжение с изгибом) из стали, упрочненной предложенным способом, в условиях перекоса головки образца на 4 отношение номинального разрушающего напряжения к временному сопротивлению при +20 и — 70 С соответственно равно 1,27 — 1,39 и 1,25 — 1,34; на 8 — соответственно 1,25 — 1,37 и 1,25 — 1,34, т. е. оно практически равно этой характеристике стали, упрочненной известным способом и испытанной только при +20 С и только иа растяжение.

Предло>кенный способ позволяет осуществлять в иотокс стана с нагрева под прокатку термическое упрочнение углеродистой арматурной стали, например, Ст5сп и Ст5кп, на класс Ат-Ш.

Использование предложенного способа термического упрочнения проката, идущего на изготовление деталей для машин, работающих при низких температурах (Север и Восток страны, криогенная техника), позволит одновременно заменить низколегированные стали углеродистой сталью и существенно повысить конструкционную прочность изделий.

Формула изобретения

Способ термического упрочнения стального проката, преимущественно арматурных стержней мелкого и среднего профиля, включающий аустенитизацию и охлаждение потоком воды в закрытой камере при избыточном статическом давлении 5 — 10 ати, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения в условиях сложнонапряженного состояния при отрицательных

635144

Составитель А. Секей

Редактор А. Соловьева Техред Н. Рыбкина Корректоры; А. Степанова и Л. Котова

Заказ 1916/17 Изд. _#_o 717 Тираж 692 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 температурах, прокат охлаждают со скоростью 680 — 880 град/с до достижения средней температуры по сечению 575 — 630 С потоком воды, направленным относительно поверхности проката со скоростью 9—

14 м/с.