Способ охлаждения прутков из низколегированных сталей

 

О. Iея

UiihQ

11) ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН И

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 18.12.75 (21) 2199211/22 (23) Приоритет — (32) 18.12.74

51) M. Кл

С 21 D 1/02 (33) США (31) 534001

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

53) УДК 621.771:

:621.785.9 (088.8) Опубликовано 150479. Бюллетень

Дата опубликования описания 15.0 (72) Автор изобретения

Иностранец

Раймонд Эндрю Грендж (CtllA) Иностранная фирма ЮСС Инджинирз энд Консалтантс,Инк (США) (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРУТКОВ

ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству проката до последующей холодной высадки.

Изготавливают большое количество проволоки из различных марок сталей с различными механическими свойствами, предназначенной для различных целей. Независимо от назначения, в .основном, всю стальную проволоку изготавливают волочением. Перед волочением в зависимости от содержания углерода катанку подвергают термической обработке для получения различной структуры металла. Например, при 1я содержании углерода в заготовке более 0,4в необходимо иметь структуру, обеспечивающую одновременно высокую прочность и пластичность ° Такая структура — сорбит получается либо в ре- р0 зультате патентирования, либо путем прямого охлаждения катанки по выходу из последней клети стана. Катанку с получающейся в результате такой обработки структурой можно протяги- 25 вать с большими суммарными обжатиями, а получаемая при этом проволока обладает максимальной прочностью и пластичностью (11и 12). Когда проволоку изготавливают из стали с содержанием 30 углерода менее 0,4%, в расчет принимают иные соображения. Например, при производстве гвоздей из малоуглеродистой стали важнейшим условием явля. ется обеспечение холодной высадКи.

При изготовлении болтов или винтов основное внимание уделяется обеспечению возможности механической обработки. Следовательно, при обработке малоуглеродистых сталей желательно обеспечить им мягкую структуру, приближающуюся к структуре отожженного металла и дающую возможность получить низкое отношение предела текучести к пределу прочности. В малоуглеродистых сталях эти свойства в значительной мере зависят от свойств ферритной основы, в частности от размера зерна феррита, который может быть увеличен путем длительной изотермической выдержки в районе температур

Ас . Однако из-за длительности обработки проьыаленное использование указанного метода в потоке производства горячекатаного- прутка, сматываемого в бунт,-не представляется возможным.

Известен способ изготовления горячекатаного стального проката, включающий горячую прокатку, охлаж657757 дение выше температуры АсЗ, формирование витков с их последующей раскладкой на движущийся транспортер, охлаждение различными средами для получения однородной структуры по всей длине и формирование бунта (3).

Недостатком известного способа является возможное получение повышенной твердости стали, приводящее к ухудшению обрабатываемости.

Цель изобретения — создание усло- 10 вий охлаждения, обеспечивающих получение.проката с низким пределом текучести и низким отношением предела текучести к пределу прочности при растяжении, что позволяет повысить д5 обрабатываемость, Цель достигается тем, что пруток охлаждают с температуры Ас до темпео о з ратуры +19,5 С и выдерживают при этой температуре 2-10 мин, при этом температуру t p определяют по формуле, о =863-278хЪС при содержании углеро да менее О, 2 8Ъ и t p = Ac< — 39 при содержании углерода более О, 2 Ъ, где

ЪС - содержание углерода в стали 25 прутка в процентах.

Для большинства сталей в последнем случае эта температура равна приблизительно 677 С. Однако в тех случайх, когда обрабатывают прокат со значительным содержанием легирующих элементов, например марганца или никеля, заданная температура будет изменяться, так как изменяется температура

Ас стали. Кроме обычных углеродистых)3ц сталей эти формулы применимы и для низколегированных сталей, T.е. ста= лей, содержащих- в сумме не более ЗВ легирующих элементов. В обоих случаях прокат выдерживают в диапазоне температур tp+19, 5 С, предпочтительно +14С C в течение не менее 2 мин, предпочтительно не менее 3 мин. Однако время выдержки в заданном диапазоне температур может меняться в зависимости от, содержания легирующих 45 элементов в стали. Из приведенных формул видно, что для проката с содержанием углерода от 0,2 до 0,283 могут быть использованы оба заданных диапазона температур. Причины 50 такого перекрытия, а также изменения .температур выдержки заключаются в следующем.

Стали, содержащие менее 0,2дЪ углерода, имеют расширенный интервал 55

Ac — Ac, в котором значительное количество аустенита переходит в феррит. Чем выше температура превращения, тем больше Тенденция к росту зернами кроме того, чем выше температура превращения (интервал Ac„- Ac/, тем меньше сказывается влияние старения из-эа образования карбидов при охлаждении стали до цеховой темпераt туры. Снижения склонности стали к старению. можно добиться путем. превра65 щения значительного количества аустенита в феррит. Следовательно, при увеличении содержания углерода заданная температура выдержки должна уменьшаться, чтобы образовалось достаточное количество феррита, Однако при увеличении количества углерода влияние старения уменьшается, а прочность все более начинает зависеть от количества и вида перлита, образующегося при превращении аустенита.

В результате при некоторых промежуточных значениях содержания углерода, а именно в интервале 0,2 — 0,28%, будет существовать перекрытие в значениях различных факторов, влияющих на прочность проката.

По предлагаемому способу прутки из различных сталей охлаждают с температуры примерно 927 С до различных заданных температур t выдерживают при этих температурах в течение 10 мин (это время больше требуемого) и затем охлаждают в вермикулите для имитации скорости охлаждений связок из неконцентрично расположенных витков. Такое охлаждение используют для сглаживания неравномерного охлаждения, имеющего место в тех случаях, когда прутки или катанку навивают в связки неконцентрично расположенных витков и подвергают охлаждению на воздухе.

Диаметры прутков и химический состав стали приведены в таблице.

Результаты, определения механических характеристик показывают преимущества выдержки при заданных температурах. Так, сталь 1020, имеющая промежуточное или двойное содержание углерода, имеет два минимума предела текучести: один в двухфазной области при температуре около 802 С и другой ниже точки Ас4 при 677 С.

Ввиду того что пруток, выдержанный в двухфазной области, имеет значительно более низкое отношение пределов текучести и прочности, более желательной является выдержка при последней температуре. Для того. чтобы проиллюстрировать эффект увеличения выдержки при заданной температуре, образцы иэ указанных прутков выдерживают при необходимой температуре в течение 2-20 мин. В том случае, когда заданная температура выдержки соответствует двухфазной области, для достижения существенногo смягчающего отжига стали достаточна выдержка примерно 2 мин, причем после

3-минутной выдержки увеличения смягчения стали не наблюдается. Аналогично, выдержка в течение 2 мин оказывается достаточной для стали 1038, выдержанной при температуре 677оС. для легированных сталей необходимое время выдержки более 5 мин. Это объясняется тем, что легирующие элементы стали замедляют скорость превращения и, следовательно, для необходи657 мого снижения предела текучести требуетсй большая выдержка. В случае, если температура, при которой производится выдержка, лежит ниже Ас4» желательно выдерживать сталь в течение времени, достаточного для превращения значительного количества аустенита, 5 чтобы добиться существенного снижения предела текучести °

Предложенный способ охлаждения применим ко всем известным процессам производства горячекатаных стальных )0 прутков. Практически в этих процессах горячекатаный пруток выходит из прокатного стана с температурой 9541038»С и далее подвергается охлаждению. В большинстве используемых про- 5 цессов пруток затем подают на моталку и сматывают в бунт, который укладывают на транспортер и охлаждают на воздухе. Описываемый способ может быть. реали3ован простой модерни3ацией укаэанного процесса путем установки транспортера в теплоизолированном туннеле, замедляющем отбор тепла, либо подачей тепла от электронагревателей или газовых горелок. Однако полностью преимущества изобретения могут быть использованы при применении более современных методов, включающих перемещение прутка на транспортере в вице разложенных по отдельности витков или спирали, поскольку эти методы дают возможность получения более однородной структуры по длине бунта.

Пример. Горячекатаный пруток на выходе из последней клети стана, имеющий температуру 954-1038 С, быст- 35 ро охлаждают, например, в обычном желобе с водой до температуры выше

Охлажденный пруток направляют в намоточное устройство, формирующее набор смещенных по отношению друг к 40 другу витков. Витки укладываются затем на транспортер, перемещающий их через группу печей с радиационным нагревом, в которых охлаждение прутков прерывается или значительно за- 45 медляется. При охлаждении от темпе.ратуры Ас> до заданного диапазона температур пруток предпочтительно охлаждают с максимально возможной скоростью. Медленное охлаждение соз дает плохие условия для роста зерна.

757 6

Однако при проведении всей операции в ограниченный промежуток времени, обычно не более .15 мин, время, затраченное на такое медленное охлаждение, используется гораздо эффективнее, если оно используется для выдержки прутка в заданном диапазоне температур. Скорость должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хотя бы минимальную выдержку в заданном диапазоне, а время достаточным для последующего охлаждения прутка от заданного диапазона до температуры превращения. Таким образом, минимальная желательная скорость охлаждения от температуры Ас до температу-. о ры t> в значительной степени зависит, во-первых, от степени снижения температуры, т.е. когда tp находится ниже температуры Ас4, минимальная скорость охлаждения значительно выше, чем для случая, когда tp лежит в двухфазной области, и во-вторых, от величины ограниченного промежутка времени, в течение которого происходит процесс, т.е. скорость охлаждения значительно выше для периода времени в 2,5 мин, чем для периода времени в 15 мин. Обычно охлаждение от темпе ратуры Асз до tp производится с обычной скоростью, примерно 28 град/мин» о когда t находит ся в двухфазP ной области, и быстрее, примерно

111 град/мин» когда t находится -ниже точки Ас4. Выдержка в заданном диапазоне температур может производиться либо при помощи радиационного нагрева газовыми горелками или электронагревателями, либо путем использования теплопередающей среды. Предпочтительным является применение газового нагрева. После выхода из пе, чи замедленного охлаждения витки ,попадают затем в зону ускоренного охлаждения, где быстро охлаждаются, например, до 316-482 С и формируются в бунты. Желательно, чтобы дальнейшее охлаждение проводилось с наименьшей скоростью. Преимуществом такого медленного охлаждения является осуществление процесса перестаривания в низкоуглеродистых сталях, устраняющего вредные последствия старения, присущего этим сталям.

1008 91596 5,36 0,07 0,38 0,009 0,009 0,022

w)

102 82441 7,98 0,21 0,50 0,009 0,020 0,008 0,011 0,006 0,006 0,004

2)

z)

1038 811979 7,98 0,39 0,76 0,011 0,025 0,21

76с )757

Продолжение таблицы

Содержание элементов, вес.Ъ

Мо

4037 82362 7,72 0,38 0,82 0,012 0,023 0,23

8637 81376 9,14 0,35 0,80 0,015 0,018 0,20

3) 0,23

0,47 0,49 0,20

+) л

П р и м е ч а н и е. AEQUI — Американский институт черной металлургии;

1/ — кипящая сталь;

2/ — сталь, раскисленная кремнием;

3/ — сталь, раскисленная кремнием и алюмини ем.

Формула и з обр етени я

Составитель А.Секей

Редактор Н.Корченко Техред О.Андрейко Корректор И .Муска

Заказ 1660/65 Тираж 652 Подписное

HHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoö, ул .Проектная,4

Способ охлаждения прутков .из низколегированных сталей, содержащих менее 0,4Ъ углерода, с прокатного нагрева, включающий охлаждение с температуры Ac до температуры ниже

649 С в течение 2,5-15 мин, о т л ич а ю шийся тем, что,с целью улучшения обрабатываемости, их охлаждают с температуры Ас> до температуры т; +19,5ОC и выдерживают при этой температуре 2-10 мин, при этом температуру tp опрдйт по фор уле

t =863 - 278хЪС при содержании углеP рода менее 0,28% и tp=Ac 39 при содержании углерода более 0,2Ъ, где ЪС вЂ” содержание углерода в стали прутка в процентах.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Потемкин К.Д. Термическая обработк а и в олочени е высок опрочной проволоки . Металлурги здат, 19 6 3, с . 9-29 .

2. Стародубов К.C. и др..Термическое упрочнение проката.Металлургиздат, 1970, с.180-182.

3. Патент США М 3645805, кл.148156, 1972.