СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2009 года по МПК C21D8/06 C21C7/00 C22C38/18 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства периодического профиля, и может быть использовано на металлургических заводах.

Известен способ доводки химического состава стали в ковше, включающий отбор проб металла из ковша, определение химического состава металла, электронного эквивалента химического состава стали (Z ^у), зависимости свойств стали от величины Z ^у, зависимости величины Z ^у от корректирующих добавок, определение массы корректирующих добавок в зависимости от отклонения текущей величины Z ^у от заданного значения Z ^у, обеспечивающего заданный уровень свойств, присадку этих добавок в ковш и последующую усреднительную обработку жидкой стали (А.с. 1342928, С21С 7/04, опубликовано 07.10.87. Бюл. N 37).

К недостаткам известного способа следует отнести сложность определения электронного эквивалента химического состава стали в условиях действующего производства, необходимость дополнительного времени для проведения расчетов, отсутствие данных в системе расчетов параметров разливки и прокатки металла, которые не в меньшей степени влияют на получение проката с нормируемым пределом текучести.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения стали с нормированными механическими свойствами, включающий расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, содержащей примеси марганца, хрома, никеля, меди, и определение в расплаве их содержания, введение в расплав марганца в количестве, рассчитанном по разнице между среднезаданным содержанием его в готовой стали и фактическим содержанием в расплаве, скорректированной на ожидаемый коэффициент усвоения с введением его одновременно с кремнием в печь и в ковш, раскисление в ковше алюминием в количестве 0,55-0,11% с окончанием присадки до выпуска 50% металла. В ковш при выпуске 10-20 % металла вводят 0,02-0,03% алюминия, затем в процессе выпуска 25-40% металла вводят марганец и кремний в отношении (0,3-4,4):1, изменяя его от (3,8-4,4):1 в начале введения до (0,3-0,9):1 в конце введения, алюминий в количестве 0,03-0,08% вводят равномерно в процессе выпуска 30-50% металла, а количество вводимого в расплав марганца рассчитывают по формуле (А.с. 1353821, С21С 7/00, опубликовано 23.11.87. Бюл. N 43).

Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.

Введение кремния и марганца в печь приводит к нестабильному их усвоению во время раскисления металла, которое зависит от многих факторов (содержание углерода в металле перед раскислением, химический состав шлака, его гомогенность и т.д.), и невозможности точного прогнозирования содержания кремния и марганца в металле после предварительного раскисления металла в печи, получение требуемого содержания марганца в готовой стали и соответственно требуемых механических свойств.

Истечение металла из сталевыпускного отверстия зависит от степени износа его, и соответственно сложно организовать выпуск с постоянной скоростью истечения струи металла и соответственно невозможно организовать поэтапный ввод ферросплавов на всех плавках одинаково.

В то же время ожидаемый коэффициент усвоения сложно определить, т.к. он зависит от многих факторов (окисленность металла, масса выпускаемого металла, наличие печного шлака в стальковше и т.д.), это не позволяет достаточно точно определить количество вводимых в расплав элементов раскислителей и, как следствие, процент их ввода, что, в свою очередь, приведет к невозможности получения требуемого содержания марганца в готовой стали и соответственно требуемых механических свойств.

Упрочняющее действие на горячекатаный круглый прокат оказывает содержание молибдена и ванадия, поэтому расчет углеродного эквивалента без учета значений этих элементов приводит к ошибочному расчету температуры последеформационного охлаждения и последующему необеспечению необходимого предела текучести, это особенно актуально при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах, использующих до 100% в металлозавалке металлолом, содержащий повышенное значение вышеперечисленных элементов.

Кроме того, на температуру последеформационного охлаждения очень сильное влияние оказывает диаметр готового периодического профиля.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, определение в расплаве содержания марганца, хрома, никеля, меди, введение в расплав в ковш одновременно марганца и кремния.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства периодического профиля с нормированным пределом текучести, позволяющая освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С из стали Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел текучести, минимизировать затраты на производство, получить дополнительную прибыль.

Поставленная задача решается тем, что в способе производства термоупрочненной арматуры, включающий расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, определение в расплаве содержания марганца, хрома, никеля, меди, введение в расплав в ковше одновременно марганца и кремния, получение сортовой заготовки, готового периодического профиля, охлаждение в линии водяного охлаждения, уложенного виткообразователем и охлажденного на роликовом конвейере, согласно изобретению после введения в расплав в ковш одновременно марганца и кремния проводят внепечную обработку, после внепечной обработки по ковшевой пробе определяют в металле содержания углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди, рассчитывают углеродный эквивалент, прокатывают сортовую заготовку до требуемых размеров и проводят термоупрочнение, причем режимы прокатки задают исходя из полученного углеродного эквивалента и требуемого предела текучести

σ_т=1183,8×С_экв-3,3×d-0,613×Т_сам+549,8,

где σ_т - предел текучести, Н/мм²;

С_экв - углеродный эквивалент (С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (согласно Стандарту ассоциации предприятий и организаций по стандартизации продукции черной металлургии (СТО АСЧМ) 7-93 «Прокат периодического профиля из арматурной стали»), где С, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu - содержание углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля, меди в стали, мас.%;

d - диаметр арматуры, мм;

Т_сам - температура самоотпуска, °С;

1183,8; 3,3; 0,613; 549,8 - коэффициенты, полученные опытным путем, рассчитаны после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра на прочностные свойства готового периодического профиля.

Сущность заявляемого технического решения заключается на начальном этапе в проведении внепечной обработки металла, после которой определяют содержание углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди, после получения требуемого химического состава рассчитывают углеродный эквивалент, затем сортовую заготовку прокатывают до требуемых размеров, а прокатку ведут исходя из полученного углеродного эквивалента и требуемого предела текучести.

Процесс термомеханического упрочнения заключается в резком охлаждении поверхностных слоев проката до температур ниже точки мартенситного превращения. При этом в сердцевине проката сохраняется аустенитная структура. В промежуточной области образуется кольцо с бейнитной структурой. Такой процесс обеспечивается только за счет высокой скорости охлаждения (V=520-1080°С). После процесса охлаждения происходит нагрев поверхностных слоев проката за счет передачи тепла от внутренних. При этом происходит процесс отпуска мартенситной и бейнитной структуры, что позволяет получить необходимое сочетание прочностных и пластических свойств готовой арматуры. Существует оптимальное сочетание количества получаемых типов микроструктуры по сечению проката. Данное соотношение обеспечивается путем обеспечения определенной температуры поверхности проката, которую металл достигает после протекания процесса выравнивания температур по сечению проката после процесса термоупрочнения.

Прокатка периодического профиля в зависимости от углеродного эквивалента, требуемого диаметра арматуры и температуры самоотпуска позволяет освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С, стали Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел текучести, минимизировать затраты на производство, получить дополнительную прибыль.

Производство периодического профиля предлагаемым способом производили следующим образом.

После выпуска металла ковш передали на агрегат печь - ковш (АПК). По приходу металла на АПК произвели усреднение металла по химическому составу и температуре путем продувки инертным газом, затем произвели доводку металла по химическому составу присадками кремний- и марганецсодержащих ферросплавов и температуре металла до заказанной для разливки на сортовой машине непрерывного литья заготовок. После чего отобрали пробу металла и замерили температуру. Металл содержал 0.18% углерода, 0.19% кремния, 0.59% марганца, 0.027% серы и 0.014% фосфора, 0.07% хрома, 0,09% никеля, 0,14% меди, 0,009% молибдена и 0,007% ванадия при температуре 1584°С.

Получив химический состав, рассчитали углеродный эквивалент, который составил

С_экв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.31.

Затем металл разлили на сортовой машине непрерывного литья заготовок. После порезки заготовки на мерные длины и охлаждения на стеллажах их передали в цех отделки литой заготовки.

После осмотра заготовок и зачистки их поверхностных дефектов передали на мелкосортно-проволочный стан. Заготовки поместили в методическую нагревательную печь с шагающим подом, где их нагрели и подали на стан, где согласно заказу требуется периодический профиль диаметром 8 мм.

Требуемый предел текучести должен составлять не менее 500 Н/мм², а температура самоотпуска - 555-575°С. Режим прокатки выбрали исходя из требуемого предела прочности согласно выражению

σ_т=1183,8×0,31-3,3×8-0,613×550+549,8=544.

Скорость конца прокатки составила 51 м/с. После прокатки арматура интенсивно охлаждается в линии водяного охлаждения. Время между окончанием прокатки и началом охлаждения составляло 0,05 с. Охлаждение водой производилось в коробах, оснащенных форсунками. Далее прокат укладывался виткообразователем на конвейер воздушного охлаждения. После укладки фиксировалась температура самоотпуска, которая составила 567°С, затем арматура подвергалась воздушному охлаждению с использованием вентиляторов. После конвейера воздушного охлаждения разложенные витки собирались в бунт, масса которого составляет 2000 кг.

Затем отобрали пробы металла, провели испытания металла, получили предел прочности 553 МПа.

Данный способ позволяет освоить производство термоупрочненной арматуры класса А500С из стали Ст3сп по ГОСТ 380-94, получить требуемый предел текучести, минимизировать затраты на производство.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для получения арматуры с требуемым пределом текучести в сталеплавильном агрегате расплавляют металлическую шихту, определяют в расплаве содержание марганца, хрома, никеля, меди, вводят в ковш с расплавом одновременно марганец и кремний, изготавливают сортовую заготовку, прокатывают заготовку с получением арматуры готового периодического профиля, охлаждают в линии водяного охлаждения, укладывают арматуру виткообразователем на роликовый конвейер и охлаждают на нем, при этом после введения в ковш с расплавом одновременно марганца и кремния проводят его внепечную обработку, затем определяют содержание углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди в стали по ковшевой пробе, рассчитывают углеродный эквивалент, а прокатку сортовой заготовки с получением термоупрочненной арматуры осуществляют с обеспечением предела текучести, определяемого по следующей зависимости: σ_т=1183,8×С_экв-3,3×d-0,613×Т_сам+549,8, Н/мм², где С_экв - углеродный эквивалент C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, d - диаметр арматуры, мм; Т_сам - температура самоотпуска, °С; 1183,8; 3,3; 0,613; 549,8 - коэффициенты, полученные опытным путем после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра процесса производства арматуры на предел текучести.

Способ производства термоупрочненной арматуры, включающий расплавление в сталеплавильном агрегате металлической шихты, определение в расплаве содержания марганца, хрома, никеля, меди, введение в ковш с расплавом одновременно марганца и кремния, получение сортовой заготовки, прокатку сортовой заготовки с получением арматуры готового периодического профиля, охлаждение в линии водяного охлаждения, укладку арматуры виткообразователем на роликовый конвейер и охлаждение на нем, отличающийся тем, что после введения в ковш с расплавом одновременно марганца и кремния проводят его внепечную обработку, после внепечной обработки определяют содержания углерода, марганца хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди в стали по ковшевой пробе, рассчитывают углеродный эквивалент сортовой заготовки, а прокатку сортовой заготовки с получением арматуры готового периодического профиля и последующим термоупрочнением осуществляют с обеспечением предела текучести, определяемого по следующей зависимости:
σ_т=1183,8·С_экв-3,3·d-0,613·Т_сам+549,8,
где σ_т - предел текучести, Н/мм²;
С_экв - углеродный эквивалент: C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,
где С, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu - содержание углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля, меди в сортовой заготовке, мас.%;
d - диаметр арматуры, мм;
Т_сам - температура самоотпуска, °С;
1183,8, 3,3, 0,613, 549,8 - коэффициенты, полученные опытным путем после обработки экспериментальных данных по определению влияния каждого параметра процесса производства арматуры готового периодического профиля на предел текучести.