Способ термомеханической обработки сталей

 

Изобретение может быть использовано при разработке прогрессивной технологии упрочнения толстолистовой стали на металлургических заводах. Способ направлен на повышение механических свойств и их стабильности при действии термических воздействий , в том числе ударной вязкости при отрицательных температурах Он включает горячую прокатку заготовок до толщины at 100 мм, охлаждение со скоростью 10 - 25°С/с до температуры и в поверхностных слоях 500 - 600°С, затем прокатку со скоростью, большей 2 м/с за два прохода с паузой проходами 10 с. После этого заготовку выдерживают на воздухе до падения среднемассовой температуры на величину Тср.м (120 - 20-п)аС, где п - номер цикла. После этого описанную обработку повторяют 1-3 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5U,, 1744127 А1 (sr)s С 21 D 8/00. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к металлургии, процессе каждого цикла, причем охлаждеа именно к технологии термомеханической . ние осуществляют двухстадийно: на первой обработки преимущественно толстых лис-. стадии — за один или несколько циклов по Ао тов и плит.,(30 — 50) С, а на второй после выдержки, о

Известен способ термомеханической равной 1,5 — 2,5 времени охлаждения в пообработки стали, по которому заготовку на- следнем цикле первой стадии, — до темперагревают в аустенитную область, затем пла- туры А .. — (30 — 50) С со скоростью, стическидеформируютза 6 — 10 проходовсо предотвращающей распад аустенита. степеньюдеформации за проход 10 — 25 и . Однако этот способ не приводит к эфпауэами между проходами, после чего сле- фективному воздействию на внутренние дует ускоренное охлаждение и отпуск. слои металла, кроме того, его использоваОднако этот способ позволяет упроч- ние не позволяет в достаточной степени изнитьлишь небольшую потолщинезонуме- мельчить микроструктуру и получить таллопроката и не.охватывает глубинные однородную по сечению. При этом субзеслои заготовки . ренную структуру сформировать по этому

Наиболее близким к предлагаемому яв- способутакже неудается, недостаточнотакляется способ, включающий циклическое " же повышение механических свойств и их охлаждение до температуры ниже Ar, с пе- стабильности при дейСтвии термических реохлаждением поверхности и выравнива- воздействий, в том числе ударной вязкости нием температуры по сечению проката в при отрицательных температурах. (21) 4784484/02 (22) 22.01.90. (46) 30.06.92. Бюл. РЬ 24 (71) Ленинградский государственный технический университет (72) M.E. Смагоринский и Е.Л. Гюлиханданов (53) 621. 785,79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1678861, кл. С 21 0 8/00, 1990. (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ (57) Изобретение может быть использовано при разработке прогрессивной технологии упрочнения толстолистовой стали на металлургических заводах. Способ направлен на повышение механических свойств и их стабильности при действии термических воздействий, в том числе ударной вязкости при отрицательных температурах, Он включает горячую прокатку заготовок до толщины и 100 мм; охлаждение со скоростью 10—

25 С/с до температуры и в поверхностных слоях 500 — 600 С, затем прокатку со скоростью, большей 2 м/с за два прохода с паузой проходами < 10 с. После этого заготовку выдерживают на воздухе до падения среднемассовой температуры на величину Тср.„= -(120 — 20 и) С, где и номер цикла. После этого описанную обработку повторяют 1 — 3 раза. 1 табл.

1744127

Цель изобретения — повышение механических свойств и их стабильности при действии термических воздействий, в том числе ударной вязкости при отрицательных температурах путем измельчения величины зерна и создания субзеренной структуры.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему прокатку, циклическое охлаждение и выдержку на воздухе. заготовку прокатывают до толщи. ны > 100 мм, после чего с температуры 900 — 1000 С охлаждают со скоростью 10—

25 С/с до температуры в поверхностных слоях 500 — 600 С, затем прокатывают со скоростью прокатки 2 м/с за два прохода с паузой между проходами. 10 с и выдерживают на воздухе до падения среднемэссовой температуры Т р.ц. =(120 — 20 ll) С, где и — номер цикла, Затем описанную обработку повторяют 1 — 3 раза.

Совокупность всех действий позволяет развиться циклическим фазовым превращениям как в периферийных слоях за счет подстуживающего действия (в данном случае с помощью спрейера или установки ускорен. ного охлаждения) и последующего выравнивания температуры в паузах между двумя

"спаренными" проходами, приводящего к разогреву периферийных слоев, так и во внутренних слоях как результат действия двух спаренных проходов (полуцикл разогрева) и передачи тепла к поверхностным слоям в паузах между двумя "спаренными" проходами (полуцикл охлаждения). Такие циклические фаэовые превращения, полные или частичные, развивающиеся на фоне пластической деформации, интенсифицируют диффузионные процессы и создают благоприятную ситуацию для образования повышенного количества мест для зарождения зародышей новой фазы в каждом термодеформационном цикле, что ведет к резкому измельчению микроструктуры. При этом проходит динамическая и статическая полигонизация как результат действия деформации и выдержки между спаренными проходами, что ведет к образованию субэе-. ренной термически стабильной структуры.

Кроме того. деформация заготовки, Имеющей неравнопрочную температуру по сечению, а именно охлажденную периферийную ее часть, способствует более глубокому проникновению деформации, что позволяет более эффективно прорабатывать сердцевину заготовки и ликвидировать дефекты структуры, такие, например, как несплошности литейного происхождения и др. Это обстоятельство позволяет разогревать центральные слои толстых заготовок до

25 — 35 С, что является необходимым условием для прохождения фазовых превращений. Как показали расчеты, первая пара проходов способствует разогреву централь5 ных слоев заготовки в надкритической области температур, -и циклирование в центральной части не ведет к фазовым пре-, вращениям, а лишь подготавливает структуру. Однако уже после второго ускоренного

10 охлаждения раската циклирование температуры в центральных слоях идет в межкритической области температур, . определяемой как А,(д) — Ar,(ä), где Ar,(д) и

Аг,(д) — температуры начала и конца y" а15 превращения, положение которых смещено относительно равновесного как результат действия деформации (Аг,(д) и А,,(д) определяются расчетным или экспериментальным путем), Ограничение толщины заготовки

20 связано со следующим. При толщине менее

100 мм практически невозможно создать условия для осуществления даже двух описанных термопластических циклов, состоящих из четырех спаренных (по два) проходов и

25 двух охлаждающих воздействий ввиду того, что заготовка очень быстро остынет и циклирование температуры будет не в оптимальной области температур, т.е. фазовые перекристаллиэации проходить не будет, 30 Охлаждение со скоростью менее 10 С/с не обеспечивает необходимого градиента температуры по толщине заготовки, Заготовка сравнительно равномерно охлаждается и циклирование температуры становится

35 малоэффективным, С одной стороны, охлаждение со скоростью более 25 С/с трудно управляемо в реальных условиях прокатного производства, с другой. стороны, ведет к циклированию только узкого

40 приповерхностиого слоя. Охлаждение до температуры ниже 500 С и выше 600 С ведет к тому, что не выполняется следующее условие: снижение от цикла к циклу среднемассовой температуры в соответствии с

45 Т р. = (120 — 20 n) С, что ведет к неоптимальной структуре и свойствам.

Прокатка со скоростью менее 2 м/с нежелательна, так как скорость деформации связана с сопротивлением деформации, а

50 следовательно, и с тепловыделением, которое увеличивается с увеличением скорости деформации. Поэтому для получения достаточного разогрева скорость прокатки должна быть больше 2 м/с, Пауза между двумя

55 спаренными проходами должна быть меньше 10 с в силу тех обстоятельств, что выделившееся тепло (разогрев внутренних слоев) от первого прохода за время большее

10 с, практически полностью за счет теплопередачи передается к наружным частям эа1744127 готовки и разогрев (подьем температуры) во внутренних слоях не суммируется от двух проходов и не достаточен для прохождения фазовых превращений в центральных слоях заготовкИ. Повторение циклов от 1 до 3 раз связано с достижением наилучшей структуры и свойств металла.

Известны процессы, связанные с деформацией за несколько проходов с определенными температурно-деформационно-скоростными условиями, приводящие к упрочнению за счет изменения собственной структуры материала. Однако это упрочнение. не связано с многократными фазовыми перекристаллизациями;

В предлагаемом. способе эа счет определенных сочетаний температурно-деформационных и скоростных условий прокатки и ускоренных прерывистых охлаждений между .проходами упрочнение достигается за счет фазовых перекристаллизацией, Таким образом, совокупность следующих процессов: многократная фазовая перекристаллизэция, динамическая и статическая полигонизации, ведет к измельчению микроструктуры, созданию бесзеренной структуры и, как следствие, — к повышению механических свойств и их стабильности при воздействии температуры.

Пример . Обработку слитков массой

20 т из стали 0912С проводили по предлагаемому и известному способам, По предлагаемому способу слитки прокатывали до толщины 100 мм в черновой клети стана

3600, после чего охлаждали со скоростью 10 — 25 С/с до температуры в поверхностных слоях 500 — 600 С. затем прокатывали в чи-. стовой клети со скоростью > 2 м/с за два прохода с паузой между проходами» 10 с и выдерживали на воздухе до падения среднемассовой температуры Тсрецнемас. = (120—

-20.п) С, где п — номер цикла. После этого описанную обработку повторяли 1 — 3 раза.

В таблице приведены режимы обработки., характеристики структуры и механиче5 ские свойства.

Преимущество предлагаемого способа обработки по сравнению с известным заключается в том, что он позволяет в 2 раза измельчить структуру, в среднем на 10—

10 15 повысить характеристики прочности, в

1,5 раза — ударную вязкость при -40 С, на v20 — 30 повысить термическую стабильность свойств после отпуска при 650ОС.

Формул а и з обре те н и я

15 Способ термомеханической обработки сталей. преимущественно толщиной более

100 мм, включающий нагрев заготовки, черновую прокатку, охлаждение до заданной температуры и пластическую обработку в

20 виде многостадийной деформации с подстуживанием между стадиями, причем каждую стадию деформации проводят в два прохода с паузой между ними, и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся

25 тем, что, с целью повышения механических свойств и их термической стабильности путем измельчения микроструктуры и создания субзеренной структуры, при черновой прокатке заготовку доводят до толщины не

30 менее 100 мм, охлаждение ведут со скоростью 10 — 25 град/с до температуры в поверхностных слоях 500 — 600 C, деформацию в каждом проходе осуществляют со скоростью не менее 2 м/с, э:паузу между прохо35 дами выдерживают не более 10 с, количество стадий устанавливают в пределах 2 — 4, э подстуживания между стадиями осуществляют нэ величину среднемассовой температуры 4Тср. = (120 — 20 n) Ñ, где и—

40 номер стадии по порядку, 1 о! а(.Л. ч

ОI О

) о ((о

М(N ч

О1О

CAI LA

LA) LA ч

Cl1Cl

NIN

О((((ч

Ю ICI

CAt О

«0 1 ч о(ю

СО(М (A(LA ч

О(О

I !

")Ю («) N

I

О1о (4)N

1 (.(!

N IN

I (Ч ID

N 1(«) 1 о (с)

N 1-0

0 !м

o)o м(с(1 )

) (Al O ((Ч)(О .Г )0

O(LA

-З 1 О\ )М

Ю)С)

О 0«О 1.0

LAID (! ((l ! l

О(О

CtLt

LA) 1Ã\

Cl I D

LAIN (О t

1 о|о

colo в) (а

I о(о

LOIN (О )(О

О1О

LA(О)а

О1О

--0 (;О 1(О ( (I

1 t

1 Z

1 Э.Ф

l X Cl

1 Е Ф

I X (6 с (о ! l0 Л л и

1 х л а

l и

Ео а

I 11и ш.о 1и ш

I

I

1 !

1 а

1 Ф Ф

1 X I (О ах (0 e x а (0

1 о м (A

« и \

LA

N о м о

«О

Ф Л а ч а

Ф Ф

I l

1

1 1

11 ©

t ы

О Ф

i81 оха

Э S(О ю.w o

I Y

X а

С Y

Щ

v x

Л X о

О 1 хе(ОЕ(О. (0 !

1

Л Э

a x

Фс3

xvz

1 Ф с

I 1

1 )I л ф

l- Y о о хс)а иас

I о (о

Э (С

v u о )о

" «

z X

Y ь

LA () LA м

-! 1 I

I (О а

1 Э

1 Д

1 1Э

X (;

v 1t.

ave

c o )u

l0 Х

a ax

Л Э 3 Ф

t-mze

D о (О

Ю и ) Ю (A

1

I

О

1 Y

1 л

I- of x u

U С I

О х e() ао 0

v o

0) О м

X Y

z

1

I .1

) l0 (O а (o ! Ф с е х а

1 Э

1)- 1Е х

Ф о

1- о оо

I X (O

1., X Е

С)

О

Ю («)

Ю

Ю (Еъ ч =!

Э (С

m o

z а о с о и

I l

1 l0 О) о

Z 11 9 О Е

1 С 1O(0X

1- («) Y

1! . Ф Ю

CZf

Э (Ч

Il0 Ф

z а

Ф Of

X Е (О X

z а (0 C

С0 00

1 1

1О о

I Ig Y и о о (о

1 L (О

1 (Л O. (Е

Е .z

1о

Э О

Л:

l0 с ч

e >z

1 1 1

1 t

««(((о

I, N I

1 И % I

v (ч I

1 1 Ь4 Ег 1

1 . I I

Ф ) C)0 1

I 3 1 С) I

1 I-! (! v ! ( (6 I t

u t 1

1 I (((О 1

Ф о l

1. X I Q I

1 Y I t

1 U I t °

) Е 1 1

z I

I I !

Э (С

I X: б t

1 t I

I 1

1 1 I

1744127 мчи ич(л ч «ч

«3 (LO ((N (Ч(()

1

1

1

1

I

1

t

1 (Э ь о

I

E Ю

1 «О

1 о

CO

1 « о о

1

1 X

I 1

v е о

I Z ! N Ъ.

1 Э Э

) X 1 е

Э Ф е о

) Ф

I I- Э с

I m о с

I Ю )Е

I LA Ф

1 (О й(1 Я