Способ термической обработки с использованием тепла прокатного нагрева Советский патент 1992 года по МПК C21D1/02 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к термической обработке, арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева и может быть использовано при производстве высокопрочной стержневой арматуры.

Известны способы термической обработки проката. Например, известен способ термической обработки проката, преимущественно катанки, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий циклическое охлаждение до 650-500°С с переохлаждением поверхности на глубине 0,05-0,3 мм ниже точки Мн в процессе каждого цикла, причем, охлаждение при втором и последующих циклах производят при достижении поверхностью проката 650-500°С.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева.

включающий циклическое охлаждение в течение 1-2 с с количеством циклов, равным двум и переохлаждением поверхности на глубине 0,15-0,2 R ниже точки Мн в процессе каждого цикла с промежуточным отогревом до Мн+(5-20)°С и окончательным отогревом поверхности до Мн+(ЮО-250)°С и окончательное охлаждение, где R - радиус стержневой арматуры.

Недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают получение высокопрочной арматуры, имеющей высокую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Целью настоящего изобретения является повышение стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением стержневой арматуры высокой прочности.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе термической обработки стержневой арматуры, включающей переохлаждение поверхности ниже точки Мн с про- межуточным отогревом поверхности и

4 00 Ю

ю

СА)

окончательное охлаждение, согласно изобретению, при первом цикле переохлаждение ниже Мн ведут на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью охлаждения, определяемой из соотношения

V-{2 4/D-104 ± 150)°С/с промежуточный отогрев поверхности по сле первого цикла охлаждения ведут в течение времени, минимальную длительность которого определяют из соотношения

т(1,3-0.05830)с,

а максимальная не превышает 0,9 с, при этом температуру поверх нЪсти поднимают до

МН+(200-300)°С, где D - диаметр стержня;

V - скорость охлаждения, мм/с;

т- время, с;

Мн - температура мартенситного превращения.

Пределы технологических параметров заявляемого способа выбраны исхйгдяпйзтого, что при глубине первичного ма ртенсит- ного слоя менее 0,3 мм, влияние втор ичного слоя настолько велико, что не обеспечивается высокой коррозионной стойкости под напряжением При глубине мартенситного слоя выше 0,5 мм количества тепла, остающегося а сердцевине упрочняемого проката является недостаточным для отогрева по- вер°хнос ти, что снижает коррозио нную стойкость проката Для обеспечения равномерной толщины мартенситного слоя на больших диаметрах скорость охлаждения должна быть не более, чем

V(2,4/D«10 +150)°C/c

При скорости охлаждения ниже, чем

У(2,4/Г 104-150)°С/с за время неоходимое для образований мартенситного слоя требуемой толщины из сердцевины стержня будет отнято значительное количество тепла так, что оставшегося тепла не хватит на получение структуры высокоотпущенного мартенсита в поверхностном слое, что снижает коррозионную стойкость проката. Промежуточный отогрев поверхности до температуры ниже МН+200°С не обеспечивает необходимую степень отпуска первичного мартенситного слоя нужного для стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением Промежуточный отогрев поверхности до температур выше МН+300°С нецелесообразен с точки зрения технологичности процесса дополнительных затрат времени и получения высоких механических свойств Длительность промежуточного отогрева поверхности не должна превышать 0.9 с так как при большем времени в

сердцевине стержня из переохлажденного аустенита начинается выделение кристаллов избыточного феррита, что отрицательно сказывается на механических свойствах. С

другой стороны, при длительности промежуточного отогрева менее (1,3-0,5830) с степень начавшегося самоотпуска мартенсита не обеспечивает коррозионную стойкость проката.

Пример. В мелкосортном цехе Западно-Сибирского металлургического комбината на мелкосортном стане 250-1 проводили опытно-промышленное опробывание предлагаемого способа термической обработки

стержневой арматуры № 14 из стали 28С промышленной плавки (Мн 380°С). Для этого заготовки сечением 80x80 нагревали до температуры 1200+ 20°С, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250-1 и

проводили циклическое охлаждение с переохлаждением поверхности ниже точки Мн в процессе каждого цикла с промежуточным отогревом поверхности. При этом, переохлаждение ниже точки Мн при первом цикле

вели на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью охлаждения 1670-1850°С/с, а длительность промежуточного отогрева поверхности составляла 0,5-0,9 с при температуре отогрева 590-670°С.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение параметров толщины мартенситного слоя, скоростей охлаждения, длительности пауз в заявляемом диапазоне их изменений и с выходом за граничные значения. Кроме этого, были проведены испытания прототипа. После осуще- ствления указанных режимов по известному способу и прототипу определяли предел прочности, предел текучести и время до разрушения образца при испытании стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Испытания на стойкость против коррозионного растрескивания под напряжением проводили по методике ускоренных испытаний под напряжением в кипящем нитратном растворе, который служил агрессивной коррозионной средой и состоял из 600 мас.ч.

азотнокислого кальция (Са(0з)2), .ч. азотнокислого аммония () и 350 мас.ч. воды. Температура среды обеспечивалась в пределах 98-100°С с помощью электроконтактного термометра. Испытания проводились на рычажных установках, позволяющих создавать изгиб образцов длиной 500 мм и обеспечивающих постоянный уровень напряжений во времени в пределах 0,3 0,2 Критерием склонности к

коррозионному растрескиванию стали являлось время до разрушения образца.

Полученные результаты испытаний предлагаемого способа в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Из данной таблицы видно, что при изготовлении термоупрочненной коррозионно- стойкой арматурной стали предлагаемым способом, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением выше в 18 раз. чем у стали, полученной по известному способу (прототипу), который принят за базовый объект.

Акт промышленных испытаний заявляемого способа прилагается.

Использование предлагаемого способа термической обработки стержневой арматуры позволит по сравнению с прототипом повысить эксплуатационные свойства термически упрочненного проката из низколегированных сталей, например 28С. Кроме того, предлагаемый способ позволяет получать высокую стойкость к коррозионному

растрескиванию под напряжением на сталях, не содержащих дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов. Формула изобретения

Способ термической обработки с использованием тепла прокатного нагрева, включающий переохлаждение поверхности ниже точки Мн, отогрев поверхности до заданной температуры и окончательное охлаждение, отличающийся тем. что, с целью повышения стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением, переохлаждение поверхности ведут на глу- бину 0,3-0,5 мм со скоростью V, определяемую из соотношения

V(-104±150)°C/c

отогрев поверхности ведут до МН-К200- 300)°С в течение времени г, определяемого из математического выражения

(1,3-0,0583D)c ,9с, где D - диаметр стержня, мм.

Сущность изобретения: с температуры окончания горячей прокатки поверхность стержневой арматуры охлаждают ниже точки Мн на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью V(2.4/0:104 ±15)°С/с, где D - диаметр арматуры, мм, и отогревают до МН+(200-300)°С в течение времени т. определяемого из соотношения (1,3-0,0583D)c г 0,9с. После чего прокат окончательно охлаждают. Использование данного способа позволяет значительно повысить стойкость арматуры к коррозионному растрескиванию под напряжением..1 табл.„

Испытания прекращены по достижении 220 ч.