Способ термического упрочения стального проката Советский патент 1978 года по МПК C21D1/02 C21D7/14 

1

Изобретение относится к области термической обработки проката, преимущественно к термическому упрочнению арматурных стержней мелких и средних профилей.

В настоящее время на металлургических заводах широкое распространение получило термическое упрочнение проката с нагрева под прокатку в потоке станов по схеме «прерванная или прерывистая закалка с последующим самоотпуском. При этом формирование структуры и свойств термически унрочненной стали выбранного химического состава определяется сочетанием нараметров пластической деформации и термического цикла (изменение температуры во времени) изделия. Известные способы упрочнения стали позволяют путем осуществлепия термической обработки стали по заданному режиму получать высокие показатели прочности стали, повышенную пластичпость, коррозионную стойкость и усталостную прочность изделий, но в ряде случаев это приводит к увеличению чувствительности к концентратору напряжения.

Известен также способ термического упрочнения стального проката, включающий аустепитизацию и охлаждение потоком воды в закрытой камере при избыточном статическом давлении.

2

Охлаждение по пзвестпому способу производят при избыточном статическом давлении воды 5-10 ати и скорости движения потока относительно поверхности проката 5-8 м/с. Этот способ обеспечивает получение высоких прочностных свойств упрочненной стали при достаточном уровне ее пластичности и повышенную равномерность свойств по периметру проката. В результате упрочнения армат фная сталь марки 20ГС имеет временное сопротивление 132 кгс/мм и относительное удлинение 11%.

Однако при реализации указанного способа термической обработки проката в его общем виде не проявляется эффект снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения при отрицательных температурах, особенно в условиях сложнонапрял енного состояния. Это связано с тем, что при растяжении образцов из этой стали с понижением темнературы все более затруднена пластическая деформация и релаксацпя напряжений в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, и создаются условия, при которых для образования и роста трещины необходимо нормальное напряжение, близкое по своей величине временному сопротивлению материала.

Цеоть изобретения - разработка способа термического упрочнения проката, обеспечивающего снижение чувствительности упрочненной стали к паличию коицентраторов напряжепия при низких температурах, в том числе в условиях сложного нагружения.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу прокат охлаждают со скоростью 680-880 град/с до достижения средней температуры по сечепию 575-630°С потоком воды, движущимся относительно поверхности проката со скоростью 9-14 м/с.

Этот режим термической обработки позволяет получить структуру и свойства, обеспечивающие возможиость существенной пластической деформации в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, что затрудняет развитие концентратора в трещину при отрицательных температурах, оговорсппых, например, в ГОСТ 14892-69 для изделий, работающих в условиях Севера (ДО -60°С).

Сущность способа заключается в следующем.

Изделие, нагретое до температуры аустенитизации, охлаждают нри его перемещении в закрытой камере потоком воды при ее избыточном статическом давлении 5- 10 атм. При этом скорость потока воды относительно поверхности проката поддерживают в пределах 9-14 м/с. Скорость 9 м/с предназначена для изделий диаметром 10 мм; скорость 14 м/с соответствует охлаждению изделий диаметром 18 мм; скорость охлаждения изделия при этом поддерживают в пределах 680-880°С/е.

Скорость 680°С/с предназначена для стальных изделий с содержанием углерода 0,35-0,37%; а 880°С/с -для изделий из стали, содержащей 0,28-0,30%. Охлаждеиие ведут в течение 0,45-0,75 с до достижения средней температуры по сечепию проката 575-630°С.

Нижний интервал (575°С) обусловлен тем, что при такой температуре временное сопротивление не превышает 90 кгс/мм и относительное удлинение не менее 14%.

Верхний интервал {630°С) обусловлен получением временного сопротивления не менее 60 кгс/мм и относительного удлинения не менее 20%. Интервал времени 0,75- 0,45 с обеспечивает достижения средней температуры 575-630°С соответственно для проката диаметром 18 мм и диаметром 10 мм.

Пример. Арматуру из стали состава,% С 0,34; Si 0,18; Мп 0,60 после прокатки с температурой 1070°С охлаждают в устройстве для термоупрочнения проката, содержащем закрытую охлаждающую камеру, нагнетающую форсунку и направляющую воронку, при следующих параметрах: избыточное статическое давление воды в камере 5 атм; скорость потока воды относительно

арматуры И м/с; средняя скорость охлаждения изделия 8007с; время охлаждения 0,6 с; средняя температура изделия но сечепию 590°С.

Испытания на растяжение образцов диаметром 14 мм из этой стали, кольцевая выточка которых имеет угол раскрытия 45°, радиус сопряжения лучей (остроту надреза) 0,15 мм и диаметр - нетто по дну -

И мм, показывают, что для стали, упрочненной предложенным способом, отношение номинального разрушающего напряжения к временному сопротивлению обточенных образцов, характеризующее сопротивление

разрушению иутем отрыва, в интервале температур от -70 до +20°С практически не изменяется, находясь в пределах 1,32- 1,36 при +20°С и 1,32-1,34 при -70°С. В то же время отношение указанных прочностных характеристик стали марки Ст5, охлаждеиной в процессе термического упрочнения и имеющей температуру самоотнуска 350°С, нри температурах +2б°С и -7б°С соответственно составляет 1,36 и 1,10, т. е.

с понижением температуры снижается почти на 20%.

При испытании со сложным нагружепием описанных образцов (растяжение с изгибом) из стали, упрочненной предложенным

способом, в условиях перекоса головки образца на 4° отношение номинального разрушающего напряжения к временному сопротивлению при +20 и -70°С соответственно равно 1,27-1,39 и 1,25-1,34; на 8° -

соответственно 1,25-1,37 и 1,25-1,34, т. е. оно практически равно этой характеристике стали, упрочненной известным способом и испытанной только при +20°С и только на растяжение.

Предложенный способ позволяет осуществлять в потоке стана с нагрева под прокатку термическое упрочнение углеродистой арматурной стали, например, Ст5сп и Ст5кп, на класс Ат-Ш.

Использование предложенного способа термического упрочнения проката, идущего на изготовление деталей для машин, работаюших при низких температурах (Север и Восток страны, криогенная техника), позБОЛИТ одновременно заменить низколегированные стали углеродистой сталью и существенно повысить конструкционную прочность изделий.

Формула изобретения

Способ термического упрочнения стального проката, преимущественно арматурных стержней мелкого и среднего профиля, включающий аустенитизацию и охлаждение

потоком воды в закрытой камере при избыточном статическом давлении 5-10 ати, отличающийся тем, что, с целью снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения в условиях сложнонапряженного состояния при отрицательных

56

температурах, прокат охлаждают со скоро- потоком воды, направленным относительно стыо 680-880 град/с до достижения сред- поверхности проката со скоростью 9- ней температуры по сечению 575-630°С14 м/с.

635144