Способ охлаждения прокатных изделий

 

Использование: термическое упрочнение проката, преимущественно высокопрочной арматуры. Сущность изобретения: прокат охлаждают после термической обработки или горячей прокатки со скоростью больше критической в течение определенного времени, необходимого для образования в поверхностном слое мартенсита. После этого охлаждение прекращают и выдерживают для отогрева поверхностного слоя до 680-760°С и отпуска мартенсита. Операцию ускоренного охлаждения с последующим отогревом поверхности проводят не менее чем в две стадии, после чего изделие окончательно охлаждают. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 0 1/56, 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4837607/02 (22) -11,06.90 (46) 30.06.92. Бюл. ¹ 24 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И.Большаков, l0,В,Прилепский, А, B,ßньшин, И.В. Куксенко и Е.А. Копич (53) 621.785.08 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1399354, кл, С 21 0 1/02, 1988.

Металлургическая и горнорудная промышленность, 1966, N 3, с. 48 — 52. (54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве термически упрочненного проката, в частности высокопрочной среднесортной арматуры для эрмирования железобетонных. конструкций, Известен способ термической обработки, включающий аустенитизэцию, прокатку, ускоренное охлаждение со скоростью 200300 град/с до достижения поверхностью температуры в интервале от (Ar1-100) С до (Аг -50) С. Обработанный данным способом прокат при высокой пластичности обладает относительно высокой температурой распада аустенита. Так, при упрочнении арматуры № 25 из стали 35ГС получены следующиее свойства пв = 700-810 Н /м м;

0о.2=520-625 Н/мм2; дБ =14 — 18%; дР = 4,0—

4,8%, причем прочностные свойства п ревышают аналогичные показатели горяче„„5U „„1744125 А1 (57) Использование: термическое упрочнение проката, преимущественно высокопрочной арматуры. Сущность изобретения: прокат охлаждают после термической обработки или горячей прокатки со скоростью больше критической в течение определенного времени, необходимого для образования в поверхностном слое мартенситэ.

После этого охлаждение прекращают и выдерживают для отогрева поверхностного слоя до 680-760 С и отпуска мартенсита.

Операцию ускоренного охлаждения с последующим отогревом поверхности проводят не менее чем в две стадии, после чего изделие окончательно охлаждают. 2 табл. катаного состояния всего на 70 — 150 Н/мм и соответствуют уровню классов Ат-ill, Ат-IV.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термического упрочнения, .включающий нагрев заготовки до температуры аустенитизации, горячую прокатку, порезку раската и термическое упрочнение в ваннах с водой порежимам прерванного охлаждения в температурный диапазон А — температура охлаждающей воды, что позволяет получать диапазон механических свойств от горячекатаного состояния до классов Ат-V — АтVI I, П ри этом длительность охлаждения в 1 воде назначается в зависимости от марки стали, диаметра (профиля) арматуры и требуемых механических свойств. Так, например, при упрочнении данным способом арматура N- 25 из стали 35ГС (длительность охлаждения в воде 7,6 с) наблюдают свойст1744125

10

30 а Тз — 120 г охл

Vox

55 ва: 0s = 1120 Н/мм; ов,г =970 Н/мм;д5 = г, г.

= 10%; д - 2,2%.

Однако при упрочнении известным способом в результате превращения, происходящего с увеличением объема, на поверхности профиля, где превращения происходят в первую очередь, создаются значительные по величине растягивающие, а в центре — сжимающие напряжения первого рода. Наличие на поверхности профиля остаточных напряжений первого рода во многом предопределяет склонность термически упрочненной арматурной стали к коррозионному растрескиванию, что не допускает ее применения в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, работающих в агрессивных средах, Так, при испытании под напряжением в нитратном растворе (согласно требованиям ГОСТ

10884 — 81) арматура с указанными свойствами простояла без разрушения 46 ч при норме 100 ч.

Цель изобретения — повышение качества изделий за счет снижения остаточных растягивающих напряжений в поверхностном слое при сохранении высоких прочностных характеристик.

Поставленная цель достигается тем. что охлаждение прокатных изделий со скоростью выше критической проводят не менее чем в две стадии, причем длительность охлаждения íà первой стадии выбирают из соотношения где Тз — температура начала ускоренного охлаждения, С;

Мн — температура начала мартенситного превращения, С;

Vox — средняя скорость охлаждения от температуры закалки до температуры

Мн,ОC/c, а выдержку после первой стадии охлаждения осуществляют до достижения поверхностью изделия температуры 680760ОC.

Применение многостадийного охлаждения диктуется необходимостью формиро вания на поверхности профиля вначале закаленной, а затем высокоотпущенной структуры с последующим упрочнением сердцевины. Длительность охлаждения на первой стадии достаточна для снижения температуры поверхностного слоя ниже точки начала мартенситного превращения, Верхний временной предел диктуется необходимостью ограничений размеров поверхностного высокоотпущенного слоя (в противном случае наблюдается снижение прочностных характеристик стали или повышение величины внутренних растя ивающих напряжений на поверхности профиля).

Температура отпуска (самоотпуска) поверхности выбрана такой, чтобы создать высокоотпущенный слой с минимальными остаточными растягивающими напряжениями.

Снижение температуры самоотпуска поверхности ниже показанного предела не обеспечивает достаточного снятия внутренних напряжений, а превышение его ведет к развитию а - у - а -превращения с образованием напряженной структуры с участками мартенситэ.

Известен способ, включающий аустенитизацию, прокатку, циклическое охлаждение поверхности со скоростью выше критической до температуры (Аг1 — 150 С—

Мн с выравниванием температуры по сечению стержня после каждого цикла, причем охлаждение ведут со скоростью .400700 С/с. Способ позволяет получать в термически упрочненной арматуре свойства классов Ат — IV — Ат — Vl, Однако в данном способе не лимитируется температура отпуска поверхностного слоя за счет разогретой сердцевины после первой стадии ускоренного охлаждения. В результате температура поверхностных слоев может быть завышена или занижена по сравнению.с оптимальным диапазоном, в результате чего повышаются остаточные напряжения на поверхности

35 стержня, Таким образом, в предлагаемом способе обеспечиваются свойства, не достижимые в известном.

Образцы арматурной стали 35ГС диаметром 25 мм производства Макеевского металлургического комбината нагревают в электрической печи до 1000 С, после чего подвергают ускоренному охлаждению по различным режимам. Для сравнения сталь упрочняют в промышленных условиях после ее прокатки нэ стане 350 — 2 МакМК. Температура нагрева под прокатку составляет

1190-1220 С, температура начала ускоренного охлаждения соответствует 9801 000 С, В табл. 1 приведены режимы термического упрочнения арматуры N 25 из стали

35ГС.

Образцы термически упрочненной арматуры испытывают на разрыв. Рентгеноструктурным анализом определяют величину остаточных напряжений первого рода нэ поверхности профиля. Стойкость противокоррозионного растрескивания до момента разрушения определяют на установке рычажного типа при постоянной на1744125

Темпера» тура поверхности после по-, следней стадии охлаждения и выравнения ее по сечению профи о ля, С

I»

Примечание

Опыт

Температура самоотп.поверхности после первой.стадии охлаждения, с

Доитель" ность ох лаждения на первой стадии, с

Скорость охлаждения на первой стадии, оС/с

Количество стадий охлаждения

Прототип

Ниже нижнего предела

Нижний предел

Средний уровень

Верхний уровень

Комбинир.уровень

То же

- Средний уровень

Средний уровень промыал.условия

Выже верхнего и е

4,3

0,66

43о .420

650

1О2О

1020

710 430

430 .

410

2 . 2

2

1130

4

6

7 .8

0,71

0,78

0,86

0 70.

0,86

0,80

0,71

420

780

1020

О 9 грузке. равной 0,9 о0,2 в нитратном растворе. Условия испытания соответствуют требованиям изменения N 2 к ГОСТ 10884-81.

В табл. 2 показаны свойства арматуры

М 25 из стали 35ГС, упрочненной по различным режимам, Как следует из приведенных результатов, положительный эффект обеспечивается в выбранных температурно-временных интервалах (опыты 3-9) и отсутствует за его пределами: в опыте 2 высокое значение остаточных напряжений обусловлено относительно низкой температурой отпуска, а в опыте 10 — высокой температурой отпуска, при которой возможна уже частичная аустенитизация, что приводит к появлению в поверхностном слое напряженной мартенситной структуры после последующих стадий охлаждения, Промышленная проверка способа (опыт 9) подтвердила получение положительного эффекта при условии внедрения способа в массовое производство.

По сравнению с прототипом (опыт 1) достигнут существенный эффект: внутренние остаточные напряжения снизились более чем в 4 раза. Снижение внутренних остаточных растягивающих напряжений первого рода на поверхности стержня существенно повышает стойкость противокорроэионного растрескивания арматурной стали, что позволяет использовать ее в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, работающих в агрессивных средах, взамен стали класса А-Шв.

Экономический эффект при этом определя ется как разность затрат на приобретение и производство арматурной стали классов Аills и Ат — V меньшего диаметра, 5

Формула изобретения

Способ охлаждения прокатных изделий, включающий охлаждение поверхности

10 с температур аустенитизации со скоростью выше критической до заданной температуры и окончательное охлаждение, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества изделий за счет снижения остаточ15 ных растягивающих напряжений в поверхностном слое при сохранении высоких прочностных характеристик, охлаждение со скоростью выше критической проводят не менее чем в две стадии с выдержками между

20 ними, причем длительность охлаждения на первой стадии выбирают из соотношения — М 80 Тг — 120

Ъ

Voxл . Охл

25 где Та — температура начала ускоренного охлаждения, С; . ̄— температура начала мартенситного превращения,оС:

30 Чохя — средняя скорость охлаждения до темпеРатУРы Мн, оС/с, а выдержку после первой стадии охлаждения осуществляют до достижения поверхностью изделия температуры 680-760 С. оГ

Таблица1

1744125

Та блица2

Стойкость противокор роз. растрескив., ч

Механические свойства

Опыт

Н/мм

bg

Н/мм2

Составитель А,Яньшин

Редактор M.Ïåòðîâà Техред М.Моргентал Корректор М.Пожо

Заказ 2169 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

3

5

7

9

1205

1 025

12,8 3,2

14 3 3,4

13,5 3,6

15,0 3,8

14,5 3,4

13,8 3,4

14,0 3,2

13 6 3,4

12,6 3,2

12 5 3,0

Величина внутренних напряж.1 рода на поверхн.профиля, Н/мм

280 .

6.0

105

86

128

> 200 200

T200 р 200

; 200 р 200

>200

135