способ термомеханической обработки проката

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки стержневой арматуры крупных профилей, включающий горячую прокатку, 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, где Д - диаметр проката в мм, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac ₁ и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что горячую прокатку проводят 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, затем охлаждают арматуру до температуры не ниже Ar _з и осуществляют окончательную прокатку, при этом промежуточный отогрев ведут в течение 0,2-0,3 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматуры крупных профилей с использованием тепла прокатного нагрева из непрерывно-литой низколегированной стали при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов.

Известен способ изготовления арматурных профилей из низколегированных сталей, включающий нагрев заготовки, прокатку, выдержку 0,4-0,6 с, регулируемое охлаждение в процессе прокатки с интенсивностью, обеспечивающей разницу температур между центром и поверхностью раската в диапазоне 200-250°С, выдержку в течение 3-6 с, прокатку в чистовой группе клетей, степень суммарного обжатия при этом составляет 62-77%, и окончательное ускоренное охлаждение (SU №1652361, МКИ C21D 8/00, 1991 г.).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающий нагрев заготовки, ее горячую деформацию, рекристаллизацию стали, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, охлаждение поверхности в первом цикле проводят в течение (0,017-0,019)Д с, во втором цикле - (0,05-0,06)Д с с промежуточным отогревом в течение 0,5-0,6 с при общем времени термообработки 7,5-8,5 с, промежуточный и окончательный отогревы поверхности - до температур ниже точки Ас 1, и окончательное охлаждение, где D - диаметр стержня, мм. (RU 2227811, C21D 8/08, 2004 г.).

Недостатком известных способов является невысокий уровень нормируемых потребительских свойств и механических характеристик, таких как: пятикратное удлинение при разрыве.

Задачей заявляемого изобретения является повышение пластических характеристик при сохранении прочностных характеристик у арматуры из низколегированных сталей средних классов прочности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термомеханической обработки проката стержневой арматуры крупных профилей, включающем горячую прокатку, 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, где Д - диаметр проката в мм, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ас 1, и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению горячую прокатку арматуры проводят 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, затем охлаждают арматуру до температуры не ниже Ar 3 и осуществляют окончательную прокатку, при этом промежуточный отогрев ведут в течение 0,2-0,3 с.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем.

Получение высоких служебных характеристик у готового проката обеспечивается управлением процессами рекристаллизации, начиная с формирования готового профиля с помощью горячей деформации и последующего режима ускоренного охлаждения.

Известно, что протекание процессов рекристаллизации стали активно начинается при температуре 650°С. При температуре прокатки выше 1050°С процесс первичной рекристаллизации занимает доли секунд и быстро развивается процесс собирательной рекристаллизации, что приводит к быстрому росту зерна, соответственно к разупрочнению металла и снижению его пластических характеристик. Для обеспечения деформационного упрочнения при температурах выше Ar 3 горячую прокатку необходимо вести с суммарным обжатием не менее 60% от площади поперечного сечения раската. Суммарное обжатие более 77% от площади поперечного сечения раската на первом этапе приводит к дополнительному разогреву металла, а выдержка для снятия деформационных напряжений приводит к развитию собирательной рекристаллизации и сильному разупрочнению металла. На второй стадии горячей прокатки, когда температура ниже и практически близка к Ar 3, суммарное обжатие выше 77% может привести к нарушению сплошности металла, что недопустимо. Для полного проведения процесса восстановления пластичности металла после первой стадии деформации необходима выдержка не менее 19 с, при выдержке более 26 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 не менее 12 с. Для прекращения процесса рекристаллизации на стадии метадинамической рекристаллизации выдержка перед окончательной прокаткой должна быть не более 17 с. Такое проведение процесса деформации обеспечит получение высокодисперсной структуры, сохранение которой при последующей термической обработке обеспечит повышение пластичности при сохранении высокой прочности в готовом прокате.

Кроме того, установлено, что для получения в поверхностном слое раската структуры высокоотпущенного мартенсита, обеспечивающего высокие прочностные характеристики при одновременном повышении пластических свойств, охлаждение поверхности в первом цикле необходимо проводить в течение времени не менее 0,017 Д с при промежуточном отогреве поверхности после первого цикла продолжительностью не менее 0,2 с. Для обеспечения сочетания высоких прочностных характеристик с высокой пластичностью охлаждение поверхности в первом цикле необходимо проводить не более 0,020 Д с при промежуточном отогреве не более 0,3 с. Второй цикл охлаждения обеспечивает отъем тепла от центральных слоев раската при охлаждении в течение времени не менее 0,05 Д с, что предотвратит высокий отпуск переходных слоев проката при выравнивании температур между центром и поверхностью. Охлаждение раската во втором цикле в течение времени не более 0,06 Д с позволит получить мелкодисперсную бейнитную структуру в переходном слое проката, обеспечивающую высокие пластические характеристики металла.

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 пластических характеристик стержневой арматуры крупных профилей при высоких прочностных характеристиках.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, проведение перед окончательной прокаткой двух этапов горячей деформации с выдержкой между ними, выбор пределов степеней обжатий и выдержек после них, циклические охлаждения поверхности проката, их продолжительность и выбор времени промежуточного отогрева поверхности, что не следует из известного уровня техники.

Пример. Промышленные испытания заявляемого способа термомеханической обработки проката осуществлялась в среднесортном цехе ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» на стане 450 при изготовлении стержневой арматуры №32 из стали 18Г2С промышленной плавки. Для этого осуществляли горячую прокатку непрерывно-литых заготовок сечением 150×150 мм при температуре 1000±20°С с суммарным обжатием на каждом этапе 76% от площади поперечного сечения раската с выдержкой 22 с после первого и 14 с после второго этапа, который проводили при температуре 920±20°С, затем охлаждали арматуру до температуры не ниже Ar 3, равной 900°С, т.к. для стали 18Г2С Ar 3 составляет 860°С, и осуществляли окончательную прокатку в чистовой группе клетей. Затем проводили циклическое охлаждение поверхности раската с количеством циклов, равным двум, причем в первом цикле в течение времени 0,6 с (0,019 Д) и во втором цикле - 1,76 с (0,055 Д) с промежуточным отогревом поверхности арматуры в течение 0,23 с и окончательном охлаждением на воздухе, где Д - диаметр проката в мм.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение величины суммарного обжатия на двух этапах горячей прокатки и величины выдержек после каждого этапа, времени каждого цикла охлаждения поверхности и времени промежуточного отогрева 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 временное сопротивление разрыву _B, предел текучести ₂, пятикратное ₅. Кроме того, проводили испытания на холодный загиб на 90°.

Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.

Так, при достижении временного сопротивления разрыву 700-750 Н/мм² получена стержневая арматура крупного профиля с высоким пятикратным удлинением, составляющим 22-24%, что практически в 1,2 раза выше, чем у стержневой арматуры, изготовленной по известному способу.

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

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих стержневую арматуру крупных профилей. Например, реализация заявляемого способа термомеханической обработки при изготовлении высокопрочной стержневой арматуры на сортопрокатном непрерывном стане 450 ОАО «ЗСМК» показало высокую эффективность технологии. В настоящее время стержневая арматура крупных профилей пользуется высоким спросом в гражданском и промышленном строительстве.

Таблица 1
Режимы осуществления предлагаемого способа термомеханической обработки
№ примера	. обжатие первый этап, %	. обжатие второй этап, %	выдержка после первого этапа, с	выдержка после второго этапа, с	1-й цикл охлаждения, с	2-й цикл охлаждения, с	промежуточный отогрев пов-ти, с
1	77	60	19	17	0,55	1,84	0,20
2	60	77	26	12	0,62	1,63	0,30
3	76	62	22	14	0,60	1,80	0,23
4	78	59	27	18	0,5	1,90	0,19
5	59	78	18	11	0,7	1,55	0,31

Таблица 2
Механические свойства высокопрочной стержневой арматуры
№ примера	Временное сопротивление разрыву B, Н/мм2	Предел текучести 0,2, Н/мм2	Пятикратное удлинение 5, %	Результат холодного загиба на 90°
Предлагаемое решение
1	740	570	24	Удовл.
2	760	580	22	Удовл.
3	750	590	24	Удовл.
4	700	560	19	Удовл.
5	760	590	16	неудовл.
Прототип
	740	580	18	Удовл.