Способ отжига высокоуглеродистых сталей Советский патент 1993 года по МПК C21D1/26 

Изобретение относится к термообра- .ботке проката из высокоуглеродистых сталей, преимущественно к отжигу холоднокатаной ленты в рулонах в одностопных цилиндрических печах.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение качества металла за счет оптимизации температур- но-временных параметров выдержки необходимой для образования после отжига структуры однородного зернистого перлита.

Определение температуры отжига в зависимости от характера исходной микроструктуры позволяет получать при отжиге структуру однородного мелкозернистого перлита. Это важно как для металла, непосредственно поступающего на чистовую штамповку, так м для металла, подвергаемого закалке с отпуском. При этом оптимизируется темпрература отжига и сокращаются энергозатраты, Время выдержки при отжиге, установленное в зависимости от степени холодной деформации данного вида микроструктуры по о.пытной зависимости, позволяет улучшить качество металла по микроструктуре при минимально необходимых длительности отжига и затратах тепловой энергии.

Исследованиями установлено, например, что если в структуре стали У8А присутствует не менее 85% пластинчатого перлита 1-46 (оценка по ГОСТ 8233-56), а остальное составляет пластинчатый перлит 5-76, то в зависимости от степени предварительной холодной деформации на образование 95- 100% зернистого перлита уходит 0.25-4,0 ч. С увеличением доли крупнопластинчатого

со со

«д

о

W

перлита в исходной микроструктуре до 20- 30% процесс значительно замедляется и за то же время образуется в 2-3 раза меньше зернистого перлита, и только после 4-х часовой выдержки металла, деформированного на 60-65%, образуется однородная структура зернистого перлита 1-36.

П р и м е р. Горячекатаные рулоны высокоуглеродистой стали марки У8А и У10А по еле контроля микроструктуры, а также после последующей холодной прокатки с фиксированным суммарным обжатием, отжигали садками весом порядка 12 т в одностопных цилиндрических печахтипаПСК- 180 (со стендовыми вентиляторами). В период подогрева температура по действующему режиму составляла 770°С, по заявленному способу - 750°С - для горячекатаного металла, 700-720°С -для холоднокатаного металла. В период выдержки температура составляла 730°С (по способу- прототипу) и 650-750°С (в зависимости от структуры и степени нагартовки) - по заявляемому способу. Температуру выдержки по заявляемому способу назначили в зависимости от содержания в структуре пластинчатого перлита 1-4 и 5-7 баллов. Охлаждение металла в обоих случаях производили по 10-20°С/ч до 650°С, далее печь отключали и охлаждение производили под муфелем до 100°С.

Технологические параметры и результаты выполнения заявляемого способа и способа-прототипа приведены в таблице.

На фиг. Т и 2 показаны результаты выполнения отжига по заявляемому способу и способу-прототипу.

Эвтектоидная сталь марки У8А (фиг.1а) с исходной микроструктурой, состоящей на 85-100% из пластинчатого перлита 1-46, после выдержки при 650-680°С в течение времени, определяемого по зависимости г 0,0014Ј2-0,1309е+4, на95-100% состоит из зернистого перлита 1-36 с однородным распределением карбидов (фиг.2а). Превышение значения температуры 680°С ведет к росту балла зернистого перлита и появлению опасности образования (при температурах выше Aci ) пластинчатого перли та отжига при длительности выдержек 1-2 ч. При температурах ниже 650°С процесс образования зернистого перлита замедляется и отожженный металл приобретает в основном структуру точечного (зернистого) сорбита, сохраняя высокую твердость, затрудняющую его дальнейшую переработку. Время выдержки при 650-680°С, необходимое для получения однородной структуры зернистого перлита, зависит от степени деформации при холодной прокатке, определяется по приведенной зависимости и колеблется от 4 ч - при нулевой деформации, до 15 мин-при деформации 60%, Поспособу-прототипу выдержка при температуре отжига составляет 8-10 ч для горячекатаного подката, и 9-12 ч - для холоднокатаного металла в зависимости от массы садки. Учитывая, что прогрев садки до минимального

перепада температур по ее объему, равного

20-30°С, длится порядка 7-8 ч, фактическая

выдержка по способу-прототипу составляет

1-4 ч при температуре на 50-80°С боле.е

высокой, чем по предлагаемому способу. При

этих температурах микроструктура металла представлена зернистым перлитом 1-6 баллов, равномерность распределения карби - дов ухудшается (фиг.2в).

С уменьшением доли пластинчатого

перлита 1-4 балла в исходной структуре стали У8А до 70-80.% процесс образования зернистого перлита замедляется в несколько раз. В этом случае однородная зернистая структура 1-4 балла (фиг.2г) достаточно быстро образуется при 730°С, как и по способу-прототипу, но время определяется согласно формуле

30

г 61«10 4Ј2-0,0бЈ +1,6

и колеблется в пределах 0,25-1,6 ч в зависимости от степени холодной деформации. При длительности выдержки более 1,6 ч появляется опасность образования в структуре пластинчатого перлита отжига (фиг.2б). При температурах ниже 730°С падает скорость образования зернистого перлита, что ведет к увеличению длительности отжига и затрат тепловой энергии.

В таблице приведены также примеры реализации заявляемого способа при отжиге заэвтектоидной стали У10А (фиг.1 Б) е 90- 100% пластинчатого перлита 1-46. Экспериментально установлено, что отжиг

при 700-710°С с выдержкой времени согласно зависимости т 0,68-0,00бЈ + + 0,32,0,982Ј позволяет получить равномерную структуру мелкозернистого перлита не более 4-го балла за время, не превышающее

1 ч (для недеформированной исходной микроструктуры). Снижение температуры отжига ведет к замедлению процесса сфероидизации. Так опытным путем установлено, например, что при 750°С доля зернистого перлита при одинаковых

выдержках снижается примерно в два раза

(фйг.2д). Увеличение выдержки ведет к росту

балла зернистого перлита, снижение ее - к

неполной сфероидизации цементитных пластин. Увеличение температуры отжига до 730-750°С по способу-прототипу ведет к огрублению структуры (зернистый перлит 2- 66) и опасности локального образования пластинчатого перлита отжига, что дополнительно снижает однородность структуры.

При более грубой исходной микроструктуре (80-90% пластинчатого перлита 1-46 и 10-20% - 5-76) отжиг при докритических температурах замедляется в несколько раз. Для образования структуры зернистого перлита требуются длительные выдержки, что ведет к росту балла зернистого перлита от 1-2 до 6-го и значительной его неоднородности. Отжиг при 750°С и выдержке времени согласно зависимости г 0,5-0,005 т позволяет получить структуру, состоящую практически полностью из зернистого перлита - 4-6 баллов.

Преимущества предлагаемого способа: улучшается качество металла за счет образования более однородной и мелкозернистой структуры; оптимизируются энергозатраты за счет более точного определения температуры и длительности отжига.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает улучшение качества металла по однородности структуры зернистого перлита на 1-3 балла и такому же повышению его дисперсности; снижение энергозатрат за счет более низких (на ) температур выдержки для образования зернистого перлита и в ряде случаев сокращается длительность отжига.

0

5

0

5

0

Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемого способа по предварительным расчетам составит около 10 р/т металла за счет снижения энергозатрат, повышения стойкости термических печей и улучшения качественных показателей изделий у потребителя (однородность и уровень свойства металла после закалки с отпуском).

Формула изобретения Способ отжига высокоуглеродистых сталей; преимущественно эвтектоидных, включающий нагрев до заданной температуры tp, выдержку и регламентированное охлаждение, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения качества металла за счет оптимизации тем- пературно-временных параметров выдержки, необходимой для образования после отжига структуры однородного зернистого перлита, в исходной микроструктуре определяют содержание пластинчатого перлита (Пп) 1-4 баллов, при содержании Пп 85- 100% нагрев ведут до 650-680°С, при Пп 85% - до 730°С, длительность выдержки в зависимости от степени холодной деформации рассчитывают по следующим зависимостям:

при Пп - 85-100% гв - 0,0014 с2 - -0,1309е.+ 4;

приПп 85%Тв 35 - 0,06е+1,6.

БИ.

Использование: изобретение относится к термообработке проката и высокоуглеродистых сталей, преимущественно к отжигу холоднокатаной ленты в рулонах в одностопных цилиндрических печах. Сущность; нагрев садки из стали У8А ведут до заданной температуры, .выдерживают при этой температуре и регламентированно охлаждают. Температура нагрева устанавливается в зависимости от соотношения в микроструктуре пластинчатого перлита 1-4 и 5-7 и более баллов, а длительность выдержки определяется в зависимости от степени холодной деформации по опытным зависимостям, определяемым на о сновании экспериментальных исследований. 2 ил., 1 табл. (Л С

Условные обозначения: т. - время, ч; с - относительное обжатие. %.

10 20 30 40 50 60

Ю 20 30 40 50 «О

СТЕПЕНЬ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ, %

Фиг.1

Составитель А.Орешкина. Редактор З.Ходакова Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Заказ 1590Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5