Способ обработки сварных соеди-НЕНий гОРячЕКАТАНыХ СТАльНыХ пОлОС Советский патент 1981 года по МПК C21D9/50 B23K11/04 

1

Изобретение относится к прокатному производству и совершенствует способы обработки сварных швов.

Сварка горячекатаных полос с последующей обработкой шва осуш,ествляется на непрерывных травильных агрегатах цехов холодной прокатки. Этот процесс заключается в обрезке на гильотинных ножницах концов свариваемых полос, их сварке встык и зачистке сварных швов на гратоснимателе. Сварка встык позволяет увеличить массу рулонов, что значительно повышает производительность станов холодной прокатки и отделочных агрегатов.

Однако наряду с эффектом повышения производительности при сварке встык возникает проблема безобрывной прокатки швов на стане холодной прокатки. Эта проблема обусловлена в основном суш,ественным отличием механических свойств материала шва от свойств основного металла и разницей толш;ин стыкуемых полос. Различие свойств материала шва и основного металла связано с тем, что в процессе сварки металл в районе шва подвергается термомеханическому воздействию. При холодной прокатке такого шва на непрерывном стане происходит ударное заполнение очага деформации. При этом появляются колебания межклетевых натяжений и возникает опасность обрыва полосы в районе сварного шва. Известен способ сварки горячекатаных

полос, заключающийся в том, что концы полос обрезают, стыкуют, сваривают и охлаждают на воздухе до 650-700°С с одновременной зачисткой грата. Причем с целью уменьшения разницы механических

свойств металла шва и полосы после первой клети съем грата производят на минус 1.

Однако существующий способ сварки горячекатаных полос лишь незначительно

повышает надежность сварного соединения при прокатке.

Известно, что деформация полосы в различных узлах оборудования непрерывного травильного агрегата (окалиноломателях,

Дрессировочной клети, натяжных роликах и др.) и последующий нагрев при травлении создает предпосылки для интенсивного старения металла. Деформации и нагрев в непрерывной травильной линии более прочного по сравнению с основным металлом материала сварного шва приводят к значительно большему его упрочнению, чем такие же деформации и нагрев основного металла.

Кроме того, вследствие пониженного содержания углерода в металле сварного шва по сравнению с основным металлом, эффект старения металла сварного шва усиливается.

Физическая суш,ность указанных явлений состоит в следующем. При сравнительно медленном охлал дении, ориентировочно 1-20°С/сек, в а-твердый раствор (нормальные позиции внедрения) переходит максимальное количество углерода в интервале температур 730-690°С и азота - в интервале 610-580°С.

Скорость охлаждения сварного соединения в линиях непрерывного травления такова (20-40° С/сек), что в твердом растворе фиксируется повышенное по сравнению с равновесным нри комнатной температуре содержание углерода и азота. Наряду с этим при низких температурах ( 300-100°С) на дефектах кристаллической решетки могут возникнуть низкотемпературные карбонитриды, когерентные с матрицей.

Наличие атомов внедрения в твердом растворе вызывает закалочное и деформационное старение в непрерывной травильной линии, приводяп1,ее к повышенному различию в прочности сварного соединения и основного металла. Кроме этого, из-за введения большого количества дефектов кристаллической решетки в результате деформации на стане холодной прокатки и небольшого разогрева полосы (до 80- 200°С) металл дополнительно остаривается за счет перехода атомов внедрения от низкотемпературных карбонитридов, а также от карбонитридов, возникаюш,их в результате закалочного старения. Оба эти фактора приводят к значительному различию в свойствах сварного соединения и основного металла, а следовательно, и к обрывам при прокатке.

Целью изобретения является повышение надежности сварного соединения в процессе последующей холодной прокатки, т. е. уменьшение числа порывов швов при прокатке на стане.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе обработки сварной шов после зачистки грата принудительно охлаждают водой от температуры 650-700°С до температуры окружающей среды. Затем осуществляют нагрев сварного шва до 300-550°С с последующим охлаждением со скоростью 5-20°С/сек.

Пример выполнения предлагаемого способа.

Концы двух горячекатаных полос толщиной 3 мм, шириной 1000 мм обрезают на гильотинных ножницах, стыкуют и сваривают оплавлением. Сваренный шов охлаждают на воздухе до температуры 680°С с аДНОВременной зачисткой -грата. После зачистки грата при температуре сварного

соединения 680С проводят принудительное охлаждение шва водой до темнературы окружающей среды. Затем сварной шов нагревают индуктором до температуры 410°С и охлаждают на воздухе со скоростью, равной примерно 15°С/сек.

После такой обработки сварного шва полосу подают в травильные ванны и далее на стан холодной прокатки.

Проведенное исследование механических свойств сварных швов, обработанных предлагаемым способом, и сравнение их со свойствами основного металла стыкуемых полос, например из стали 3 кп, показало,

что при описываемом способе обработки швов различие механических свойств материала полосы и шва значительно меньше, чем при известном способе обработки шва. Так, значения твердости по Роквеллу материала основной полосы и сварного шва, обработанного известным способом, составляли 67-69 HRB и 92-94 HRB соответственно (различие, равное 25%). Твердость сварного шва, обработанного предлагаемым

способом, составила 74-76 HRB, что при твердости основного материала полосы, равной 67-69 HRB, означает разницу всего 10%. Кроме того, в лабораторных условиях

сварные соединения листовой стали 08 кп обрабатывали: 1) со скоростью охлаждения (V) 3 4°С/сек; 2) с V --20- 25°С/сек; 3) с температурой (i) начала охлаждения 705°С; 4) с / начала охлаждения 645°С; 5) с t нагрева 295°С; 6) с нагрева 555°С. В каждом из указанных вариантов остальные параметры соответствовали предлагаемому способу обработки сварных соединений. Значения твердости

металла сварного шва составили 1) 73-76 HRB; 2) 81-84 HRB; 3) 80-85 HRB; 4) 83-86 HRB; 6) 74-79 HRB.

Как видно из представленных данных, при скоростях охлаждения более 25°С/сек;

температурах начала охлаждения больше 700°С и меньще 650°С, температурах нагрева менее 300°С твердость металла щва, а значит, и разница механических свойств шва и полосы выше, чем после обработки

по предлагаемому способу. Температура нагрева выше 550°С и скорость охлаждения менее 5°С/сек не приводят к уменьшению разницы механических свойств металла шва и полосы по сравнению с предлагаемым способом, вследствие чего применение таких режимов нецелесообразно из-за потерь производительности.

Положительный эффект от применения предлагаемого способа достигается следующим образом.

Ускоренное охлаждение с 650-700°С фиксирует повышенное содержание углерода и меньшее количество азота в а-твердом растворе, подавляет выпадание мелких

карбонитридов, когорентных о матрицей,

Последующий нагрев до температур выше 300°С приводит к снижепию количества атомов внедрения в твердом растворе с одпой стороны и возникновению более стабильных карбидов - с другой. Первый фактор снижает чувствительность стали к закалочному и деформационному старению в непрерывном травильном агрегате, а второй - снижает чувствительность стали к деформационному старению при холодной прокатке на стане. Повышенное содержание углерода в твердом растворе способствует формированию более стабильных карбидных частиц при отпуске сварного соединения (нагреве сварного соединения выше 300°С).

Увеличение скорости охлаждения выше 20°С/сек приводит к повышенному содержанию атомов внедрения в твердом растворе, большей склонности стали к закалочному и деформационному старению в линии непрерывного травления и деформационному старению на стане холодной прокатки.

Снижение скорости охлаждения ниже 5°С/сек становится нетехнологичным для линии непрерывного травления.

Описываемый способ обработки сварных соединений может быть осуществлен на действуюшем сварочном оборудовании, Осуществление предлагаемого способа особенно упрощается на вводимых в последние годы стыковарочных машинах со встроенным гратоснимателем, где сварной шов может быть обработан непосредственно в сварочных губках машины. Таким образом, применение предлагаемого способа обработки сварных соединений не связано с потерями производительности.

Указанный способ обработки сварных соединений, уменьшая различие механических свойств материала шва и полосы, вызванное как условиями сварки, так и условиями прохождения непрерывного травильного агрегата исключает практически вероятность порывов швов при прокатке, а значит, повышает надежность прокатки сварных соединений.

Использование описываемого способа стыковой сварки полос приведет к улучшению прокатываемости сварных швов, уменьшению износа и выхода из строя прокатных валков, следовательно, росту производительности стана, а также позволит повысить качество листовой продукции.

Формула изобретения

Способ обработки сварных соединений горячекатаных стальных полос, включаюший сварку, охлаждение сварного шва до 650 700°С с одновременной зачисткой грата, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности сварного соединения в процессе последуюшей холодной прокатки, после зачистки грата сварное соединение подвергают принудительному охлаждению водой до цеховой температуры, а затем нагреву до 300-500°С и охлаждению со скоростью 5-20 град/сек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 390884, В 23К 11/04, 1971.