способ изготовления двутавра для шахтных монорельсовых дорог

Формула изобретения

Способ изготовления двутавра для шахтных монорельсовых дорог, включающий нагрев заготовки, прокатку при температуре 1040-1100°С, предварительное ускоренное охлаждение отдельных элементов профиля с температуры конца прокатки, выдержку, прерванную закалку до среднемассовой температуры 740-790°С и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что прокатку проводят до суммарного обжатия 80-85% от площади поперечного сечения раската с последующей выдержкой в течение 12-18 с и формированием готового профиля, после чего одновременно, в течение 0,35-0,45 с, осуществляют предварительное ускоренное охлаждение полок по центру с внешней стороны и в местах сопряжения полок со стенкой профиля, а затем, после выдержки в течение 0,05-0,07 с, проводят прерванную закалку полок одновременно с внутренней и внешней сторон в течение 0,60-0,75 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению сложных профилей проката с использованием тепла прокатного нагрева при ускоренном охлаждении проката в потоке непрерывных средне-сортных станов, а именно двутавра для шахтных монорельсовых дорог.

Известен способ термической обработки фасонных профилей проката при изготовлении швеллеров и балок из различных марок сталей, включающий предварительное ускоренное охлаждение тонких элементов со скоростью 150-300°С/с до среднемассовой температуры 750-600°С с последующей прерванной закалкой всего профиля и охлаждение на воздухе (SU № 933736, кл. C21D 8/00, 1/02, опубл. 07.06.1982, БИ № 21).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ изготовления прокатных изделий углового профиля, включающий аустенизацию, горячую прокатку, подстуживание вершины уголка до температуры самоотпуска 500-750°С, выдержку не менее 30 с, подстуживание всего изделия до температур 700-950°С и охлаждение на воздухе (SU № 440426, кл. C21D 1/02, 7/14, 9/06, опубл. 25.08.1974, БИ № 31).

Недостатком известных способов является невозможность обеспечить высокий уровень потребительских свойств и механических характеристик готового проката, таких как: пятикратное удлинение при разрыве и ударная вязкость при отрицательных температурах. Это связано с тем, что известные способы используются для обеспечения свойств фасонных профилей с толщиной полки в 1,3-1,7 раза больше толщины стенки, а для двутавра это соотношение составляет 2-2,3.

Задачей заявляемого изобретения является повышение ударной вязкости при отрицательных температурах и пластических характеристиках двутавра, при сохранении прочностных характеристик и равномерности их распределения по его сечению.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления проката, включающем нагрев заготовки, прокатку при температуре 1040-1100°С, предварительное ускоренное охлаждение отдельных элементов профиля с температуры конца прокатки, выдержку, прерванную закалку до среднемассовой температуры 740-790°С и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению, прокатку проводят до суммарного обжатия 80-85% от площади поперечного сечения раската с последующей выдержкой в течение 12-18 с и формированием готового профиля, после чего одновременно, в течение 0,35-0,45 с, осуществляют предварительное ускоренное охлаждение полок по центру с внешней стороны и в местах сопряжения полок со стенкой профиля, затем, после выдержки в течение 0,05-0,07 с, проводят прерванную закалку полок одновременно с внутренней и внешней сторон в течение 0,60-0,75 с.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение высоких пластических свойств при сохранении высоких прочностных характеристик у готового проката сложного профиля, которые можно достичь, управляя процессами рекристаллизации, начиная с формирования готового профиля с помощью горячей деформации и последующего режима ускоренного охлаждения.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что прокатку проводят до суммарного обжатия 80-85% от площади поперечного сечения раската с последующей выдержкой в течение 12-18 с и формированием готового профиля, после чего одновременно, в течение 0,35-0,45 с, осуществляют предварительное ускоренное охлаждение полок по центру с внешней стороны и в местах сопряжения полок со стенкой профиля, затем, после выдержки в течение 0,05-0,07 с, проводят прерванную закалку полок одновременно с внутренней и внешней сторон в течение 0,60-0,75 с.

Предлагаемый способ изготовления двутавра для шахтных монорельсовых дорог с указанной совокупностью признаков, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высоких пластических характеристик и ударной вязкости при отрицательных температурах при сохранении прочностных характеристик и равномерности их распределения по сечению двутавра для шахтных монорельсовых дорог из низколегированных сталей.

Экспериментально установлено, что суммарное обжатие выше 85% при указанных температурах прокатки может привести к нарушению сплошности металла, что недопустимо. Для обеспечения деформационного упрочнения при температурах выше 1000°С прокатку необходимо вести с суммарным обжатием не менее 80% от площади поперечного сечения раската. Для снятия деформационных напряжений и проведения процесса статического возврата и статической рекристаллизации после горячей деформации с указанными обжатиями необходима выдержка не менее 12 с, что обеспечит восстановление пластичности металла. Для прекращения процесса рекристаллизации выдержка перед окончательной прокаткой должна быть не более 18 с. Кроме того, при выдержке более 18 с в интервале указанных температур начинается стремительный рост зерен, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках металла. Такое проведение процесса деформации обеспечит получение высокодисперсной структуры, равномерной по всему сечению профиля, сохранение которой при последующей термической обработке обеспечит повышение пластичности при сохранении высокой прочности в готовом прокате.

Известно, что при температурах выше 1000°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. В связи с этим сразу после прокатки необходимо провести предварительное ускоренное охлаждение в течение не менее 0,35 с массивных частей профиля - полок по центру с внешней стороны одновременно с местами сопряжения полок со стенкой, как показано на фиг 1. Предварительное ускоренное охлаждение продолжительностью более 0,45 с и последующая выдержка менее 0,05 с приведут к большому перекосу по температуре между полками и стенкой и, соответственно, к короблению профиля. Для обеспечения сочетания высоких прочностных характеристик с высокой пластичностью выдержка перед прерванной закалкой должна быть не более 0,07 с. Процесс прерванной закалки полок одновременно с внутренней и внешней сторон (фиг. 2), на второй стадии охлаждения, обеспечивает ускоренный отъем тепла от центральных слоев полок при охлаждении в течение времени не менее 0,60 с, что предотвратит высокий отпуск в переходных слоях полок при выравнивании температур между центром и поверхностью. Прерванная закалка в течение времени не более 0,75 с позволит получить мелкодисперсную бейнитную структуру в переходных слоях полок, обеспечивающую высокие пластические характеристики металла и ударную вязкость при отрицательных температурах.

На приведенном чертеже (фиг.1) изображена схема одновременного ускоренного охлаждения массивных частей профиля - полок по центру с внешней стороны с местами сопряжения полок со стенкой, на фиг.2 изображена схема прерванной закалки полок одновременно с внутренней и внешней сторон.

Пример. Промышленные испытания заявляемого способа изготовления двутавра для шахтных монорельсовых дорог осуществлялись в средне-сортном цехе ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» на стане 450 при изготовлении двутавра ДП155 из стали 09Г2С промышленной плавки. Для этого осуществляли горячую прокатку непрерывнолитых заготовок сечением 200×150 мм при температуре 1080°С до суммарного обжатия 84% от площади поперечного сечения раската, затем проводили выдержку в течение 16 с и осуществляли формирование готового профиля, после чего проводили предварительное ускоренное охлаждение одновременно полок по центру с внешней стороны и в местах сопряжения полок со стенкой профиля в течение 0,40 с, с последующей выдержкой в течение 0,06 с. После выдержки осуществляли закалку полок одновременно с внутренней и внешней сторон в течение 0,65 с. Закалку прерывали при достижении среднемассовой температуры двутавра 760°С, а окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение величины суммарного обжатия при горячей прокатке, величины выдержек перед формированием готового профиля и после предварительного ускоренного охлаждения, времени ускоренного охлаждения и прерванной закалки, интервала температур горячей прокатки и среднемассовой температуры перед окончательным охлаждением на воздухе 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 _В, предел текучести ₀₂, пятикратное удлинение ₅ и ударную вязкость при - 40°С KCU. Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.

Так, при достижении временного сопротивления разрыву 530-550 Н/мм² получен двутавр с высоким пятикратным удлинением и ударной вязкостью, составляющей 170-190 Дж/см², что в 1,4-1,5 раз выше по сравнению с прототипом.

Таблица 1
Режимы осуществления предлагаемого способа термомеханической обработки
№ при мера	Темпера тура прокатки, °С	обжа тие, %	Выдержка после обжатия, с	Ускорен ное охлажде ние, с	Выдерж ка перед закал кой, с	Прерван ная закалка, с	Среднемассовая температура после закалки,°С
1	1040	85	12	0,45	0,05	0,60	740
2	1100	80	18	0,35	0,07	0,75	790
3	1080	84	16	0,40	0,06	0,65	760
4	1030	79	11	0,50	0,04	0,55	730
5	1110	86	19	0,30	0,08	0,80	800

Таблица 2
Механические свойства высокопрочной стержневой арматуры
№ при мера	Временное сопротивление разрыву В, Н/мм2	Предел текучести 0,2, Н/мм2	Пятикратное удлинение 5, %	Ударная вязкость при -40°С KCU, Дж/см2
Предлагаемое решение
1	550	400	32	176
2	530	345	33	180
3	540	385	34	189
4	560	430	29	121
5	500	325	30	136
Прототип
	510	330	28	125

Из данных таблиц видно, что при изготовлении двутавра для шахтных монорельсовых дорог ДП155 по предлагаемому способу получены лучшие результаты по пластическим характеристикам и ударной вязкости при отрицательных температурах при высоком уровне прочности, чем по прототипу.

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих фасонный прокат сложного профиля. Например, реализация заявляемого способа изготовления высокопрочного и пластичного двутавра на сортопрокатном непрерывном стане 450 ОАО «ЗСМК» показала высокую эффективность технологии и позволила получить высокие пластические характеристики и ударную вязкость при отрицательных температурах при сохранении прочностных характеристик и равномерности их распределения по сечению двутавра для шахтных монорельсовых дорог из низколегированных сталей.

В настоящее время двутавр пользуется высоким спросом в горнорудной и угольной отрасли.