Способ изготовления термоупрочненной стержневой арматурной стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в мелких профилях с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при термическом упрочнении проката в потоке мелкосортных станов. Техническим результатом изобретения является получение высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, а также возможность изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали в мелких профилях. Заготовки нагревают до 1200°С, прокатывают и используя тепло прокатного нагрева проводят рекристаллизацию в течение 0,17 - 0,19 с при 1020±30°С и циклическое охлаждение поверхности в течение 0,85 - 0,95 с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1, и окончательное охлаждение. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в мелких профилях 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 поверхности в течение времени (0,015 - 0,045)D в каждом цикле с переохлаждением поверхности ниже точки Mн с количеством циклов, равным двум, с промежуточным отогревом поверхности в течение 0,7 - 2,5 с и окончательным отогревом в течение 4,0 - 7,5 с до температур вышке точки Mн, но ниже точки Ac1, и окончательное охлаждение, где D - диаметр стержня, мм /1/.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур Ar3 + (20 - 50)^oC с выдержкой (0,025 - 0,115)D с, циклическое охлаждение поверхности в течение времени (0,015 - 0,035)D с до температур Mн + (20 - 100)^oC в каждом цикле при количестве циклов не менее 2-х с промежуточными и окончательным отогревами поверхности до температур Ac1 - (20 - 100)^oC и окончательное охлаждение, где D - диаметр раската в мм /2/.

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 3пс.

Задачей заявляемого изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, таких как Mn, Ni и др., а также возможность изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали в мелких профилях (например N10, N12) после прокатки с разделением полосы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем нагрев заготовки, ее горячую деформацию и циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1, и окончательное охлаждение, согласно изобретению после деформации металла проводят рекристаллизацию стали в течение 0,17 - 0,19 с при температуре 1020 ± 30^oC, а циклическое охлаждение раската проводят в течение времени 0,85 - 0,95 с.

Экспериментально установлено, что для получения мелкозернистой структуры и равномерного распределения перлитной составляющей на большую глубину по сечению раската на обычных углеродистых сталях, необходимо провести при температуре 1020 ± 30^oC рекристаллизацию деформированного аустенита в течение времени не более 0,19 с, при проведении рекристаллизации деформированного аустенита в течение времени менее 0,17 с не успевают полностью пройти рекристаллизационные процессы, что приведет, при последующем термоупрочнении, к складыванию термических и остаточных деформационных напряжений и, соответственно, к нарушению технологичности процесса прокатки с упрочнением (искривление раската, серповидность) за счет неравномерности распределения тепла по сечению раската. Для сохранения баланса тепла по сечению раската и получения высокодисперсной структуры металла длительность процесса термоупрочнения металла при циклическом охлаждении должна быть не более 0,95 с при температуре окончания рекристаллизационных процессов не более 1050^oC, а для получения требуемых прочностных характеристик при высокой пластичности циклическое охлаждение необходимо проводить не менее 0,85 с при температуре окончания рекристаллизации деформированного аустенита не менее 990^oC.

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 изготовления и термоупрочнения арматурной стали мелких профилей, в том числе полученных при прокатке с разделением полосы.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, выбор пределов времени и температуры рекристаллизации металла после его деформации, а также пределов циклического охлаждения раската, что не следует из известного уровня техники.

Реализация способа изготовления стержневой термоупрочненной арматурной стали осуществлялась следующим образом.

Пример. В сортопрокатном цехе ОАО "ЗСМК" на стане 250-1 проводили опытно-промышленные испытания предложенного способа изготовления стержневой термоупрочненной арматуры на стали 3пс N10 промышленной плавки.

Для этого заготовки сечением 100 х 100 нагревали до температуры 1200 ± 20^oC, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250-1, проводили рекристаллизацию стали в течение времени 0,18 с при температуре 1030^oC. Затем проводили циклическое охлаждение раската в течение времени 0,90 с с двумя циклами и промежуточным отогревом, после чего осуществляли окончательный отогрев поверхности до температуры 590^oC. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение времени рекристаллизации стали при температуре 1020 ± 30^oC, 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 арматурной стали являются режимы по примерам 1 - 3.

Предлагаемый способ термической обработки арматурной 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 таблицы видно, что при изготовлении термоупрочненной арматурной стали по предлагаемому способу получены максимальные прочностные характеристики металла (предел прочности - 67,5 - 69,0 кгс/мм², предел текучести - 57,5 - 60,0 кгс/мм²) при сохранении высокой пластичности (на уровне 24%). Металл, упрочненный по режимам с отклонением от предлагаемых пределов значений параметров, имеет пониженный уровень прочностных и пластических характеристик, а также меньшее соотношение предела текучести к временному сопротивлению разрыву, что отрицательно сказывается на технологичности процесса упрочнения и стойкости стали к деформационному старению. 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 "ЗСМК" показало высокую эффективность технологии.

Источники информации 1. Патент РФ N 2025503, кл. C 21 D 1/02, 1994.

2. Патент РФ N 2081182, кл. C 21 D 1/02, 1997.

Формула изобретения

Способ изготовления термоупрочненной стержневой арматурной стали, преимущественно мелких профилей с использованием тепла прокатного нагрева, включающий нагрев заготовки, ее горячую деформацию и циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1, и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что после деформации металла проводят рекристаллизацию стали в течение 0,17 - 0,19 с при 1020 ± 30^oC, а циклическое охлаждение раската проводят в течение 0,85 - 0,95 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1