Способ изготовления проката Советский патент 1983 года по МПК C21D8/06 

Изобретение относится к металлургии и металлообработке, в частности к производству сортового стального проката, преимущественно из среднеуг леродистых сталей, Известен способ изготовления термически упрочненного стального прока та, заключающийся в том, что прокат . после высокотемператур ной деформации охлаждают со скоростью 680-880 град/ до достижения средней температуры по сечению БТЗ-бЗО С потоком воды, направленным относительно поверхности проката со скоростью 9-14 м/с. Способ позволяет получить высокую прочность стали, -преимущественно пе(Риодического профиля 1. Однако вследствие неоднородности структуры по сечению и ее нестабильности в поверхностньлх объемах происходит значительное разупрочнение стали в околошовной зоне при сварке, что ограничивает область применения проката после такой обработки. Известен также способ изготовления стального проката, заключающийся в- том, что после горячей пластической деформации изделия охлаждают по режиму, включающему подстуживание со скоростью 3-5. град/с до температуры начала рекристаллизации, после чего охлаждают со скоростью не более 40-50 град/с до SOO-VOO C, а затем со скоростью не более 8-10 г рад/с 2 Применение этого способа приводит к относительно небольшому повышению механических характеристик, но не всегда обеспечивает получение проката с необходимым уровнем свойств. Известен способ изготовления проката регулируемой прокаткой сортов6г металла с подстуживанием раската в течение нескольких минут на воздухе на.рольганге от 1050 до 850°С перед задачей в промежуточную чистовую группу клей 3. Недостатками такого способа являются неоднородность свойств металла по длине и сечению раската и. длитель ность процесса подстуживания, что приводит к значительному (на 10-14%) снижению производительности стана. Наиболее близкимпо технической сущности к предлагаемому является спо соб изготовления термомеханической обработки проката из конструкционных сталей, включающий нагрев заготовки, прокатку окончанием при Ач5 +(30-8О С) охлаждение раската с критической скоростью до Температуры распада аустенита (350-450°С) и окончательное охлаждение на воздухе. Далее производят промежуточный отпуск, а в ряде случаев отпуск исключается. Использование режима деформации с убывающими частными обжатиями по проходам позволяет получать более точный по геометрическим размерам конечный профилеразмер 14, Получение конечной бейнитной структуры обеспечивает высокие прочностные свойства стали, однако она имеет относительно низкий уровень пластических и вязких свойств. Кроме того,, область применения такого проката ограничена, так как прокат не подлежит последующей обработке, связанной с нагревом металла, в частности сварке. Термическое воздействие при последующей обработке, например сварке, приводит к разупрочнению стали вследствие нестабильности .структуры и протекания процессов распада бейнита, -например, в зоне сварного шва и околошовной зоне. Кроме того, наличие перепада температур по длине раската приводит к неоднородности свойств стали. Цель изобретения - устранение неоднородности свойств по длине и повышение пластических вязких свойств стали. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нагрев заготовки, прокатку с окончанием при Ач, + (30-80 0 , охлаждение с критической скоростью до температуры расплава аустенита и окончательное охлаждение на воздухе, производят ускоренное охлаждение раската до (30-80°С) с изменяющейся по длине скоростью перед последними 1-5 пропусками,, а охлаждение с критической скоростью производят до Ач + (Ач -50°С) . Кроме того, изйеняквдуюся по длине раската скорость определяют из соотношенияо(где VQ - скорость охлаждения начала раската, град/с; дТ,, - градиент температуры между началом раската и любой его точкой, °С; iTj - температурный интервал подстуживания,.°С, Последеформационное охлаждение с критической скоростью-производят до температуры Ач, -(Ач, ), Способ осуществляют следугацим образом. Металл нагревают под прокатку до IIOO-IZSO C, прокатывают по контролируемым режимам с .непрерывным падением температуры по ходу прокатки таким образом, чтобы в пропуске, предшествующем ускоренному охлаждению, обеспечить прокатку при 1000 1050°С, затем подстуживают перед последними 1-5 nponycKaMi до температуры в интервале Ач +i(30-80 c) и заканчивают прокатку в этом интервале, a после выхода раската из послед ней клети его ускоренно охлаждают с (критической скоростью(100-400 град/с до температуры в интервале Ач + + (Ач -50°С) , но не ниже 550°С и далее охлаждают на воздухе при движе нии по холодильнику. Ускоренное охлаждение.раската перед последними пропусками производят с изменяющейся от начала к концу рас ката скоростью, например, за счет изменения расхода воды в форсунках. Необходимость изменения скорости охлаждения по длине раската обусловлена наличием градиента температур от начала к концу раската С температурного клина ), который обуславливает неоднородность свойств проката. С т«1марная степень обжатия в последни пропусках 20-60%. Как показали проведенные исследования, прокатка при 1000-1050С обеспечивает протекание рекристаллизационньох процессов в аустените уже в ходе деформации, но не приводит к укрупнению его зерна, что наблкздается при более высокой температуре прокатки, в результате чего формируе ся мелкозернистая структура аустенита. Деформация в последних пропусках .при температуре, близкой в Ач,. не приводит к значительному развитию процессов-рекристаллизации стали во время деформации и кратковременных ,междеформационных пауз, а способствует созданию развитой субструктуры в мелкозернистом аустените. Необходи мость получения в последних пропусках суммарной степени деформации не менее 20% связана с условиями формирования дислокационной структуры в стали. Увеличение степени обжатия выше 60% является нетехнологичным с точки зрения энергосиловЕлх парамет ров работы стана, а .также может привести к интенсивному протеканию процессов диффузионного распада аустени та уже в ходе последеформационного быстрого охлаждения до температуры Ач. Окончание прокатки при Ач,+(3080°С) обусловлено необходимостью окончания прокатки иначала ускоренного охлаждения в .аустенитной области и неизбежнымпадением температуры раската по ходу прокатки (10-20°С за один пропуск). Последефррмационное ускоренное охлаждение с критической скоростью обеспечивает торможение , рекристаллизационных процессов в ста ли и задерживает выделение структурно-свободного феррита, которое ин-. тенсифицируется под воздействием деформации . . Температура окончания- ускоренного охлаждения Ач, -(Ач -50°С) выбрана из условия обеспечения протекания преимущественно перлитного преврсццення и максимального торможения выделения избыточного феррита. Нижний предел температур определен для сталей с небольшим содержанием углерода (0,15-0,25%), имеющих в равновесном состоянии- большое количество структурно-свободного феррита. Верх-s НИИ предел температуры конца ускоренного охлаждения определен для сталей с содержанием углерода более 0,4-0,5%, в которых выделение избыточного феррита не является столь значительным. Ускоренное охлаждение до температуры ниже приводит к появлению в структуЕЮ стали бейнитной составляющей, что обусловливает снижение ее вязкости и пластичности. Скорость подстуживания по длине раската изменяется с помощью.автоматической системы по зависимости /, Г Tj где VQ - -скорость охлаждения начала раската, град/с; U Тц Тц-Т - градиент температуры . между началом раската Тц и люб1эй точкой его длины Т, °С; - температурный интервал подстуживания, где TQ - конечная температура подстуживания, °С. Эта зависимость получается из условия постоянства температуры раската после ускоренного подстуживания по всей длине, т.е. TQ - . у Обозначив время подстуживания через С(с const), можно записать выражения для определения скорости охлаждения начала раската V и любого участка его длины V в виде оЧТи-Т Уг-, Y-lT-T,,)/. -Преобразуя эти выражения можно записать . т-Т, . . Vo. Y . или в виде: о ГП ГГ, Учитывая, что и Т... и прюизведя соответствующие преобразования, получим предложенную зависимость изменения скорости подстуживания по длине раската. Периодически скорость охлаждения начала раската VQ может быть определена, исходя из необходимой глубины подстуживания Т, скорости прокатки и и длины участка подстуживания , например из соотношения При осуществлении автоматичзского контроля и регулирования процесса промежуточного подстуживания контролируемыми величинами являются темпер тура раската перед установкой для подстуживания и температура окончаНИН подстуживания, которая должна быть постоянной по длине раската. Скорость охлаждения регулируется путем изменения расхода охлаждающего реагента в установке. П р и м е р t. Способ опробован пр прокатке полосы из стали Ст. 5 толщиной 10 мм из заготовки квадратного сечения со стороной 45 мм. Заготовки нагревали до и прокатьшали на опытном стане 300 за 7 про пусков: прокатку в первых 4 пропусках -проводили с непрерывным падением температуры по .температурным режимам обеспечивающим деформацию в четвертом пропуске при 1020С; после выхода из валков раскат подстуживали со скоростью 70 град/с до 900°С, прокатывали в трех пропусках с с ммарным обжатием 45 %. Распределение обжатий по пропускам следующее: 21, 19, 24, 23, 25, 20 и 17%. После завершения прокатки образцы охлаждали в воде до 600-620-С, после чего производили охлаждение со скоростью 2 град/с до температуры 450°С. Оконч тельное охлаждение производили со скоростью около 20 град/с. После такой- обработки сталь имела следукяцие свойства: 795 МПа,6т S 25,5%, V 66,2%, твердость 93 ед. HRB, КСи 800 КДж/м. Структура стали состояла из сорбита и . небольшого количества (5%) структурно-свободного феррита. ГТосле прокатки стали по обычному температурному режиму .с ее окончанием при,980°С и последеформационным охлаждением на воздухе получен следующий комплекс свойств: (Sj 505 МП 6р 290 МПа,- 5 36%fi 52,3%, .твердость 73 ед, HRB, KCV 950КДж/м ; После обработки по сравнительному способу, близкому по своим характеристикам к выбранному известному и , .включающему нагрев до 1100°С, прокат ку по охарактеризованному выше режиму обжатий с температурой окончания прокатки 900°С, охлаждение в воде до 400°С, последуетиее охлаждение до комнатной температуры на воздухе и отпуск при 450с в течение 1 ч получен следующий комплекс свойств стали С; 875 МПа,бт 636 МПа, 5 14%, ( 43%, твердость 96,5 ед. HRB, KCV 350 КДж/м.-Структура стали состоя ла из бейни а и весьма слабоiвыражен ной сетки структурно-свободного ферр та с его содержанием в структуре 2%, Таким образом, при обработке по предлагаемому способу получены боле |Низкие прочнрстные свойства, однако существенно более высокие пластичес.кие и вязкие свойства. Последующий нагрев стали, обработанной по предлагаемому и сравнительному способам, до 700°С и ВБщержка при этой,температуре 0,5 ч с последующим охлаждением на воздухе привел к заметному разупрочнению стали после обработки по сравнительному режиму (твердость составила 76 ед. HRB) и практически не повлияла на твердость стали, обработанной по предлагаемому способу (92 ед. HRB). В эксперименте использовали короткие исходные заготовки длиной 100 мм, поэтому перепад температур по длине, раската отсутствовал и скорость подстуживания была постоянной. П р и м е р 2. Обработке подвергали заготовки G градиентом температуры по ее длине. Образцы из стали Ст. 5 длиной 400 мм и сечением 25x50 мм нагревали-в печи до (указана максимальная температура по длине заготовки). Путем неравномерного нагрева создавали градиент температуры меязду началом и концом раската и прокатывали по описанной схеме на полосу толщиной б мм. Измеренная разность температур между началом и- концом раската на выходе из четвертого пропуска составляла 45°С (Т.р. 1060°С, Тк.р. ) . Подстьживание осуществляли путем перемещения раската через охлаждающее устройство длиной 800 мм со скоростью 0,4 м/с, т.е. время охлаждения составляло 2 с. Температура конца ускоренного охлаждения принята равной 900с. Скорость охлаждения начала раската определили, как VQ 160/0,,4 80 град/с и заранее регулировали путем подбора расхода воды в устройстве. По мере перемещения раската через охлаждающее устройство скорость охлаждения плавно уменьшали от начала к концу раската в 1,4 раза (VK. V (1 - - V(l tl . . -45) (1060 - 900) УО 0,72. 58 град/с) путем уменьшения расхода воды в устройстве. Измерение температуры раската после выхода из охлаждающего устройства не выявило заметной разницы температур по дли;не раската, не было обнаружено раз-, личий в температуре и после проКатки на конечный размер. Ускоренное последеформационное охлаждение производили со скоростью 150 град/с до. 650°С с последующим охлаждением на воздухе. Получены однородные-по длине раската свойства, характеризуквдиеся следующими значениями:6 635 МПа (S 420 МПа, S 27,3%, ( 64/2%.

В результате осуществления предлагаемого способа обеспечивается получение проката с повышенными пластическими и вязкими свойствами при высоком уровне его прочности/ мало чувствительного к термическим воздействиям и обладающего изотропностью свойств по длине раската. Это является следствием получения в доэвтектоидных, в частности среднеуглеродистых, сталях стабильной сорбито-ферритной мелкодисперсной структуры с небольшим количеством структурно-, свободного феррита, а также устранения градиента температуры по длине раската.

Получение.стабильной структуры в результате диффузионного у - оспревращения позволяет использовать прокат / с повышенными свойствами в ответственных свариваемых конструкциях, в

том числе работающих при пониженных температурах. Это связано с тем, что в участках конструкций, прилегающих к области.сварного шва, несмотря на их кратковременный разогрев до высокой температуры, процессы разупрочнения стали происходить не будут, так как структура ее близка кравновесной. Это повышает однородность свойств в различных участках изделия.

1.СПОСОБ ИЗГОТОЙЛЕНИЯ nPOKA-j ТА, преимущественно сортового, включающий нагрев .заготовки, прокатку с (Окончанием при Ач +