СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АРМАТУРНОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2009 года по МПК C21D8/08 C22C38/04 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С из непрерывнолитой заготовки.

Известен способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 25Г2С, содержащей, в мас.%:

Углерод0,20-0,29;Марганец1,2-1,6;Кремний0,6-0,9;Хромне более 0,30;Никельне более 0,30;Медьне более 0,30;Серане более 0,045;Фосфорне более 0,040;Железоостальное.

Способ включает прокатку арматурного профиля и его термическую обработку по режиму: нагрев до температуры 800-900°С, закалка водовоздушной смесью, отпуск в печи при температуре 400-500°С [1].

Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей. Кроме того, закалка и отпуск с отдельных нагревов, а также высокая концентрация марганца в стали удорожают производство.

Известен также способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 20ГСР.

Способ включает нагрев квадратной заготовки 80×80 мм до температуры 1200°С, горячую прокатку арматурных стержней диаметром 18 мм, ускоренное охлаждение до температуры 650°С со скоростью ниже критической, после чего арматурные стержни подвергают отпуску путем нагрева до температуры 620°С и выдержки в течение 20-30 мин [2].

Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей, получаемых из непрерывнолитой заготовки, а также высокой концентрации марганца в стали.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 35 ГС следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,30-0,37;Марганец0,8-1,2;Кремний0,6-0,9;Хромне более 0,30;Никельне более 0,30;Медьне более 0,30;Серане более 0,045;Фосфорне более 0,040;Железоостальное.

Способ включает нагрев заготовки до температуры 1150°С, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки 1050-1100°С и ускоренное охлаждение арматурного профиля водой до температуры 400-650°С [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что готовый арматурный профиль имеет низкие и нестабильные механические свойства. Кроме того, сталь содержит большое количество марганца.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали.

Для этого в известном способе производства арматурного профиля, включающем нагрев непрерывнолитой заготовки из марганцовистой стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, согласно предложению суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С. При этом марганцовистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:

Углерод0,14-0,26;Кремний0,05-0,30;Марганецне более 1,0;Хромне более 0,3;Никельне более 0,3;Медьне более 0,4;Серане более 0,050;Фосфорне более 0,040;Азотне более 0,012;Железоостальное.

Кроме того, при диаметре арматурного профиля до 14 мм включительно сталь содержит 0,50-0,80% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм включительно сталь содержит 0,60-0,90% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0% марганца.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Для формирования высоких и стабильных механических свойств арматурного профиля, получаемого из непрерывнолитой заготовки, необходимо в процессе прокатки «проработать» и измельчить литую структуру, а также обеспечить с прокатного нагрева возможность закалки и отпуска арматурного проката. Только при суммарном коэффициенте вытяжки не менее 7,8 достигается требуемое измельчение микроструктуры марганцовистой стали предложенного состава. Ускоренное охлаждение водой свежедеформированного аустенита от температуры конца прокатки 950-1050°С обеспечивает упрочнение стали при сохранении равномерного зерна микроструктуры с номером балла 9.

При температуре 535-580°С, после завершения ускоренного охлаждения арматурного профиля водой, происходит его самоотпуск без дополнительного подогрева. То есть регламентированная горячая прокатка, ускоренное охлаждение (деформационно-термическое упрочнение) и отпуск осуществляются в одном тепловом цикле. В результате самоотпуска возрастают вязкостные и пластические свойства арматурного профиля из марганцовистой стали предложенного состава при незначительном снижении прочности. Это повышает качество металлопродукции.

Интенсивность и равномерность ускоренного охлаждения арматурного профиля существенно зависит от его диаметра, причем при прочих равных условиях со снижением диаметра скорость охлаждения возрастает, что приводит к возрастанию прочностных, снижению пластических свойств и их неравномерности для профилей различного диаметра. Для того чтобы скомпенсировать влияние уменьшения диаметра арматурного профиля на уровень и равномерность механических свойств, по мере уменьшения диаметра арматурного профиля уменьшают среднее содержание в стали марганца. Благодаря этому одновременно с повышением уровня и равномерности механических свойств достигается экономия ферромарганца при выплавке стали.

Экспериментально установлено, что при суммарном коэффициенте вытяжки менее 7,8 в арматурном профиле, прокатанном из непрерывнолитой заготовки, сохраняются фрагменты крупнозернистой литой структуры, уровень и стабильность механических свойств снижаются.

Также экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки ниже 950°С после ускоренного охлаждения водой вязкостные и пластические свойства арматурного профиля снижаются. Увеличение температуры конца прокатки выше 1050°С приводит к формированию разнобалльной микроструктуры, снижению равномерности механических свойств.

Охлаждение водой до температуры выше 580°С ведет к снижению прочностных свойств в процессе самоотпуска. Уменьшение этой температуры ниже 535°С приводит к потере пластических свойств арматурного профиля.

Углерод в стали предложенного состава определяет прочностные свойства арматурного профиля. Снижение содержания углерода менее 0,14% приводит к падению прочностных свойств ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,26% ухудшает пластические и вязкостные свойства арматурного профиля.

При содержании кремния менее 0,05% ухудшается раскисленность стали, снижаются прочностные свойства арматурного профиля. Увеличение содержания кремния более 0,30% приводит к возрастанию количества силикатных включений, снижает равномерность механических свойств арматурного профиля и пластичность.

Повышение содержания марганца более 1,0% увеличивает предел текучести σ_т, неравномерность механических свойств, снижает пластические свойства арматурного профиля, увеличивает расход ферромарганца при выплавке стали.

Хром повышает прочность стали за счет образования карбидов. Но увеличение содержания хрома более 0,30% приводит к снижению пластических свойств арматурного профиля.

Никель и медь является примесными элементами. При концентрации никеля не более 0,3% и меди не более 0,4% они не оказывают вредного влияния на уровень и равномерность механических свойств арматурных профилей, но расширяют возможности использования металлического лома при выплавке, что удешевляет производство. При концентрации никеля более 0,3% и меди более 0,4% ухудшаются пластические свойства арматурных профилей.

Сталь предложенного состава может содержать в виде примесей не более 0,050% серы, не более 0,040% фосфора, не более 0,012% азота. При указанных предельных концентрациях эти элементы в стали предложенного состава не оказывают заметного негативного воздействия на качество арматурных профилей, тогда как их более глубокое удаление из расплава стали существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс. Увеличение концентрации этих вредных примесей выше предложенных значений ухудшает весь комплекс механических свойств арматурных профилей.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,5% для арматурных профилей диаметром до 14 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,6% для арматурных профилей диаметром свыше 14 мм и до 18 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,7% для арматурных профилей диаметром свыше 18 мм снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 1,0% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца.

Примеры реализации способа

В кислородном конвертере производили выплавку марганцовистых сталей, химический состав которых приведен в таблице 1.

Выплавленные стали различных составов подвергали непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения.

Таблица 1Химический состав сталей для арматурных профилей№ составаСодержание химических элементов, мас.%СSiMnCrNiCuSРNFe1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.0,13
0,14
0,20
0,26
0,27
0,13
0,14
0,19
0,26
0,28
0,12
0,14
0,19
0,26
0,27
0,350,04
0,05
0,17
0,30
0,31
0,04
0,05
0,16
0,30
0,32
0,03
0,05
0,18
0,30
0,31
0,800,4
0,5
0,65
0,80
0,90
0,50
0,60
0,70
0,90
1,0
0,60
0,70
0,80
1,00
1,10
1,200,1
0,2
0,1
0,3
0,4
0,3
0,2
0,2
0,3
0,4
0,1
0,3
0,2
0,3
0,4
0,30,3
0,1
0,1
0,3
0,4
0,5
0,1
0,2
0,3
0,4
0,1
0,2
0,3
0,3
0,4
0,20,2
0,2
0,3
0,4
0,5
0,3
0,1
0,2
0,4
0,5
0,1
0,2
0,1
0,4
0,5
0,20,01
0,02
0,03
0,05
0,06
0,04
0,02
0,03
0,05
0,06
0,03
0,03
0,02
0,05
0,07
0,040,02
0,03
0,03
0,04
0,05
0,03
0,01
0,02
0,04
0,05
0,01
0,03
0,02
0,04
0,06
0,040,008
0,009
0,010
0,012
0,013
0,008
0,009
0,010
0,012
0,014
0,007
0,009
0,010
0,012
0,014
не регл.остальн.
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-
-:-

Непрерывнолитые заготовки нагревали в методической печи до температуры 1230°С и осуществляли горячую прокатку арматурных профилей на сортопрокатном стане 250.

Пример 1. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=12 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №3 (табл.1), содержание марганца в которых равно Mn=0,65%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=38,4. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=990°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=560°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Пример 2. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=16 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №8, содержание марганца в которых составляет Mn=0,70%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=18,2. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=990°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=560°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Пример 3. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=20 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №13, содержание марганца в которых составляет Mn=0,80%.

Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки λ_Σ=8,6. Температуру конца прокатки поддерживали равной Т_кп=1010°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Т_во=570°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.

Варианты реализации предложенного способа производства арматурных профилей различных диаметров и показатели их эффективности приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, 7-9, 12-14) достигается повышение уровня и стабильности механических свойств, которые не зависят от диаметра арматурного профиля. Одновременно с этим достигается снижение содержания марганца в стали. Механические свойства арматурных профилей всех диаметров полностью приведены в таблице 2.

Таблица 2Режимы производства и механические свойства арматурных профилей№ п/пd, ммMn, %№ составаλ_ΣT_кп, °СT_во, °Сσ_в, МПаσ_т, МПаδ, %1.
2.
3.
4.
5.10-140,40
0,50
0,65
0,80
0,901
2
3
4
57,7
7,8
38,4
42,2
83,6940
950
990
1050
1060530
535
560
580
590530-690
750
750
755
720-800430-570
660
660
660
630-74011-17
20
20
20
7-156.
7.
8.
9.
10.15-180,50
0,60
0,70
0,90
1,006
7
8
9
107,7
7,8
18,2
33,5
71,2940
950
990
1050
1060530
535
560
580
590720-850
750
750
755
680-840440-590
660
660
660
610-7206-14
20
20
20
6-911.
12.
13.
14.
15.
16.18-24
10-240,60
0,70
0,80
1,00
1,10
1,2011
12
13
14
15
167,7
7,8
8,6
27,7
34,9
не регл.940
950
1010
1050
1060
1100530
535
570
580
590
420530-690
750
750
755
720-880
600-790410-550
660
660
660
600-710
510-68011-15
20
20
20
2-7
3-9

В случаях запредельных значений заявленных параметров механические свойства арматурных профилей и их стабильность ухудшаются (варианты №1, 5, 6, 10, 11, 15). Также низкие и нестабильные механические свойства при более высокой концентрации марганца в стали достигаются в случае использования способа-прототипа (вариант №16).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что компенсация повышения прочностных и снижения пластических свойств полос различного диаметра, скорость охлаждения которых в процессе термоупрочнения различна, соответствующим снижением содержания марганца в стали предложенного состава позволяет обеспечить требуемый и стабильный уровень свойств арматурных профилей категории прочности А500С.

Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства арматурных профилей на 20-30%.

Использованные источники

1. В.Ф.Зотов. Производство проката. М., «Интермет инжиниринг», 2000, с.229.

2. Авт. свид. СССР №616303, МПК C21D 1/78, 1978 г.

3. А.А.Кугушин и др. Высокопрочная арматурная сталь. М., Металлургия, 1986, с.42-45, 53 - прототип.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С. Для повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали способ включает нагрев непрерывнолитой заготовки, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до 535-580°С. Арматурный профиль выполнен из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,26 С; 0,05-0,30 Si; не более 1,0 Mn; не более 0,3 Cr; не более 0,3 Ni; не более 0,4 Cu; не более 0,05 S; не более 0,04 Р; не более 0,012 N; остальное - Fe. При диаметре арматурного профиля до 14 мм сталь содержит 0,50-0,80 мас.% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм сталь содержит 0,60-0,90 мас.% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0 мас.% марганца. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства арматурного профиля, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки из стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой и завершающее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:

углерод0,14-0,26кремний0,05-0,30марганецне более 1,0хромне более 0,3никельне более 0,3медьне более 0,4серане более 0,050фосфорне более 0,040азотне более 0,012железоостальное,

при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С.