Способ термической обработки проката

 

Изобретение: изобретение относится к термической обработке арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева и может быть использовано в металлургической промышленности при термическом упрочнении проката в потоке мелкосортных станов. Задачей изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов: Mn, Ni и др. Сущность: создана технология термической обработки стали с использованием тепла прокатного нагрева, включающая горячую прокатку, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки AcI и окончательное охлаждение, при этом первый цикл переохлаждения проводят в течение времени (0,04-0,10)D с, промежуточный отогрев проводят в течение 1,0-1,8 с, а второй цикл переохлаждения проводят в режиме выравнивания в течение времени (0,015-0,05)D с, где D - диаметр раската в мм. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при термическом упрочнении проката в потоке мелкосортных станов.

Известны способы термической обработки проката. Например, известен способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое охлаждение в течение 1-2 с с количеством циклов, равным двум, и переохлаждением поверхности на глубине 0,15-0,20 R ниже точки Мn в процессе каждого цикла с промежуточным отогревом до Mn + (5-20)^oC и окончательным отогревом поверхности до Mn + (100-250)^oC и окончательное охлаждение, где R радиус стержневой арматуры (а.с. СССР N 1456472, C 21 D 1/02, 89).

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое переохлаждение поверхности ниже точки Mn на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью V, определяемую из соотношения V (2,410⁴/D150)^oC/c с отогревом поверхности в течение (1,3-0,0583Д) ct0,9 до температур Mn + (200-300)^oC, где D диаметр стержня, мм (патент СССР 178224, C 21 D 1/02, 92).

Недостатком известных способов является невысокий уровень прочностных и пластических характеристик. Кроме того, использование известных способов не позволяет получать высокие потребительские свойства на обычных углеродистых сталях, например ст. 3 пс.

Задачей изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных дегирующих элементов, таких как Mn, Ni и др.

Задача достигается тем, что в известном способе термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки AcI и окончательное охлаждение, согласно изобретению первый цикл переохлаждения проводят в течение времени (0,04-0,10)D c, промежуточный отогрев проводят в течение 1,0-1,8 с, а второй цикл переохлаждения проводят в режиме выравнивания в течение времени (0,015-0,05)D с, где D диаметр раската в мм.

Экспериментально установлено, что для получения равномерного распределения перлитной составляющей на большую глубину по сечению раската на обычных углеродистых сталях, необходимо первый цикл переохлаждения провести в течение времени не менее 0,04D с, при переохлаждении в первом цикле в течение времени более 0,10D с температура центральных слоев металла может понизиться до температур, не обеспечивающих отогрев поверхностных слоев до температуры начала перлитного превращения, что не позволит провести второй цикл переохлаждения и получить требуемые свойства на обычный углеродистых сталях. Выдержка при промежуточном отогреве поверхности менее 1,0 с также не обеспечит получения температуры в поверхностном слое, необходимой для проведения второго цикла переохлаждения. При выдержке более 1,8 с температура поверхностных слоев металла может выйти в промежуточную область, что не позволит при дальнейшем переохлаждении получить требуемые свойства металла. При втором цикле время переохлаждения должно быть не менее 0,015D с для того, чтобы температура поверхности при окончательном отогреве не вышла в область температур выше AcI. Переохлаждение поверхности в течение времени более 0,05 D с приведет к недостаточному протеканию процессов отпуска в поверхностных слоях по времени и температуре, что значительно понижает эластичность металла. Для получения требуемых свойств второй цикл охлаждения необходимо проводить в режиме выравнивания. Режим выравнивания заключается в следующем: после раскроя раската стержень начинает двигаться с ускорением, что приводит к разному времени охлаждения переднего и заднего конца стержня и соответственно к большому разбросу свойств по длине стержня. Чтобы получить стабильные свойства по всей длине стержня, после прохождения переднего конца через камеру охлаждения включается дополнительная камера охлаждения, обеспечивающая равное время охлаждения переднего и заднего концов раската.

Предлагаемый способ термической обработки арматурной стали с указанной совокупностью, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочностных и пластических характеристик готового проката из обычных углеродистых сталей за счет создания технологии термической обработки стали.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, выбор пределов времени переохлаждения в первом и втором циклах, а также пределов промежуточного отогрева поверхности металла, что не следует из известного уровня техники.

Пример. Реализация способа изготовления стержневой термоупрочненной арматурной стали осуществлялась следующим образом: В сортопрокатном цехе АО "ЗСМК" на стане 250-1 проводили опытно-промышленные испытания предложенного способа термической обработки проката, стержневой арматуры N 12 из стали 3пс промышленной плавки.

Для этого заготовки сечением 8080 нагревали до температуры 120020^oC, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250-1 и проводили циклическое охлаждение в течение времени (0,04-0,10)D с при первом цикле и (0,015-0,05)D с при втором, где D диаметр раската в мм. Между циклами проводили выдержку в течение 1,0-1,8 с. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение времени выдержки, времени циклического охлаждения в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. После осуществления указанных режимов определяли предел прочности, предел текучести и пятикратное удлинение.

Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что оптимальными режимами способа изготовления термоупрочненной арматурой стали являются режимы по примерам 1-3.

Предлагаемый способ термической обработки арматурой стали обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении прочностных и пластических характеристик у сталей не за счет легирующих элементов, а за счет создания технологии термической обработки стали. Например, из данных таблиц видно, что при изготовлении термоупрочненной арматурой стали по предлагаемому способу получены максимальные прочностные характеристики металла (предел прочности 59,0-62,5 кгс/мм², предел текучести 48,5-50,5 кгс/мм²) при сохранении высокой пластичности (на уровне 22%). Данные подтверждены актом промышленных испытаний.

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные мелкосортные станы и выпускающих прокат различного назначения. Например, применение указанного способа при изготовлении термоупрочненной стержневой арматуры на мелкосортном стане 250-1 АО "ЭСМК" показало высокую эффективность технологии.

Формула изобретения

Способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температуры ниже Аc₁ и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что первый цикл охлаждения проводят в течение (0,04 0,10) D_с, промежуточный отогрев проводят в течение 1,0 1,8 с, а второй цикл охлаждения проводят в режиме выравнивания в течение (0,015 0,05) D_с, где D_c диаметр проката, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1