СПОСОБ ПРОКАТКИ СТАЛИ Российский патент 1996 года по МПК B21B1/22 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к прокатке, и может быть использовано для производства заготовок типа полос или прутков из малоуглеродистых низколегированных сталей с заданными механическими свойствами.

Известен способ производства проката из малоперлитной стали [1] включающий черновую прокатку, охлаждение проката в межклетьевом промежутке с регулированием температуры конца прокатки в зависимости от величины углеродного эквивалента прокатываемой стали и чистовую прокатку.

Известен также способ контролируемой прокатки толстого листа из низкоуглеродистой стали [2] включающий нагрев заготовки до заданной температуры аустенизации, черновую прокатку, охлаждение проката с заданной скоростью до температуры начала чистовой прокатки, устанавливаемой 730-690^оС (температура межкритического интервала А_r1-A_r3), и чистовую прокатку по контролируемым режимам.

Целью изобретения является создание специальной структуры стали, обеспечивающей повышение эксплуатационных свойств изделий из нее с учетом характера прилагаемых рабочих нагрузок. К таким изделиям относятся элементы крепежа, например болты, шпильки, а также изделия из профильного проката (двутавры, швеллеры) и др.

Цель достигается способом прокатки стали, преимущественно малоуглеродистой, низколегированной, включающем нагрев заготовки до заданной температуры аустенизации. черновую прокатку, охлаждение проката с заданной скоростью до температуры межкритического интервала (A_r1-A_r3) и чистовую прокатку по контролируемым режимам, в котором в отличие от известного чистовую прокатку осуществляют со степенями деформации не менее 60% в температурном интервале 0,4Т_пл-0,5Т_пл, при этом охлаждение с температуры межкритического превращения (A_r1-A_r3) до температуры чистовой прокатки осуществляют произвольно.

Сущность способа заключается в создании определенной текстуры стали, когда зерна принимают иглообразную форму, располагаясь своей длинной осью вдоль направления прокатки, то есть ориентированы в аксиальном направлении.

В результате прочность материала в аксиальном направлении возрастает в 2-3 раза.

Рассмотрим поведение изделия, изготавливаемого из предлагаемой стали, в эксплуатации на примере болта. Продольная ось болта совпадает с направлением прокатки. Под влиянием внешних нагрузок болт в большинстве случаев работает на растяжение, а также на срез. В иглообразной структуре границы зерен в основном ориентированы вдоль продольной оси прутка (полосы), и, соответственно, перпендикулярно направлению возможной трещины (перпендикулярно нормальным напряжениям). Благодаря этому болт способен выдержать значительно более высокие (двух-трехкратные) нагрузки как на растяжение, так и на срез.

Получение игольчатой структуры становится возможным за счет подбора режимов чистовой прокатки. Известно, что при получении в результате деформации высоко ориентированных зеренных структур с определенным размером зерна с высокой плотностью дислокаций эти структуры остаются стабильными только тогда, когда сумма запасенной энергии деформации (накопленная в дислокационной субструктуре) и термической энергии (определяемой температурой деформации) будет ниже некоторого критического уровня. Если это условие не выполняется, деформированная микроструктура становится нестабильной и под влиянием вновь запасаемой, в основном термической, энергии начинается образование новых равноосных недеформированных зерен. Температурный порог динамической рекристаллизации составляет 0,5-0,6 Т_пл. Исходя из этих соображений, температура прокатки выбрана ниже 0,5 Т_пл, с целью избежания динамической рекристаллизации и сохранения неравноосности зерен после прокатки и выше 0,4 Т_пл, чтобы материал сохранял пластичность достаточную для того, чтобы осуществить его прокатку со степенью ε не менее 60%
Если же условие энергетического баланса не выполняется, деформированная структура становится нестабильной и под влиянием вновь запасаемой энергии начинается формирование новых равноосных недеформированных зерен. В результате образуется новая стабильная структура, не обладающая требуемой анизотропностью зерен.

С увеличением степени деформации энергия накапливается в дислокационной субструктуре, вызывая явление наклепа по границам зерен: с повышением температуры благодаря процессам возраста наклеп снимается; с понижением температуры степень наклепа увеличивается и может произойти разрушение образца.

В предлагаемом способе прокатки найдено такое сочетание режимов, а именно степени деформации ε и температуры Т, когда энергия, накапливаемая в дислокационной субструктуре, приводит к стабильности благодаря увеличению протяженности границ зерен. Как примечание можно отметить, что при других схемах деформации, например экструзии при том же сочетании Т и ε, происходит увеличение протяженности границ за счет измельчения зерна.

Степень деформации ниже 60% не приводит к получению оптимальной игольчатой структуры. При ε<60% зерно вытягивается, однако границы зерен в продольном сечении нечетко выражены, и поставленная задача, заключающаяся в создании специальной структуры, приспособленной к условиям эксплуатации, может быть не решена.

Охлаждение проката с температуры черновой прокатки до температуры межкритического превращения (A_r1-A_r3) необходимо осуществлять регламентированно.

Регулирование температуры может осуществляться одним из известных способов [1, 2]
При более низкой температуре в стали не происходит фазовых превращений, поэтому охлаждение с температуры чистовой прокатки можно осуществлять произвольно.

П р и м е р. Заготовку из стали ОЗХГСФ диаметром 40 мм и длиной 200 мм прокатывали при 950^оС на 20% за два прохода, охлаждали до температуры чистовой прокатки, проводили прокатку с различной степенью деформации при различных температурах (таблица). Из полученных прутков вырезали стандартные гагаринские образцы для механических испытаний.

Результаты механических испытаний также приведены в таблице. Из таблицы видно, что снижение температуры прокатки ниже 500^оС приводит к резкому снижению пластичности (σ ).

Повышение температуры прокатки выше 600^оС приводит к сильному снижению прочностных характеристик σ_0,2,σ_в. Прокатка в интервале температур 500-600^оС со степенью деформации менее 60% приводит к снижению прочности σ_0,2,σ_в.

Таким образом, выход за пределы параметров деформации не приводит к достижению высокого уровня механических свойств.

Использование: создание специальной структуры стали при прокатке, обеспечивающей повышение эксплуатационных свойств изделий из нее с учетом характера прилагаемых рабочих нагрузок. К таким изделиям относятся элементы крепежа, например болты, шпильки, а также изделия из профильного проката (двутавры, швеллеры) и др. Сущность: при прокатке стали, преимущественно малоуглеродистой, низколегированной, включающей нагрев заготовки до заданной температуры аустенизации, черновую прокатку, охлаждение проката с заданной скоростью до температуры межкритического интервала (А_r 1 - А_r 3) и чистовую прокатку по контролируемым режимам, чистовую прокатку осуществляют со степенями деформации не менее 60% в температурном интервале 0,4 T_п л - 0,5 T_п л, при этом охлаждение с температуры межкритического превращения (А_r 1 - А_r 3) до температуры чистовой прокатки осуществляют произвольно. 1 табл.

Способ прокатки стали, преимущественно малоуглеродистой, включающий нагрев заготовки до заданной температуры аустенизации, черновую прокатку, охлаждение проката с заданной скоростью до температуры межкритического интервала (А_r 1 А_r 3) и чистовую прокатку по контролируемым режимам, отличающийся тем, что чистовую прокатку осуществляют со степенями деформации не менее 60% в температурном интервале 0,4 0,5 T_п л, где T_п л температура плавления стали, при этом охлаждение с температуры межкритического интервала до температуры чистовой прокатки осуществляют произвольно.