Способ термического упрочения стального проката

щ 635144 Соаз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.10.78 по делам изобретений и открытий, Т. Черненко, А. В. Ивченко, В, Г. Гешелиньмичев, А. А. Кугушин, А. М. Ереметов,Н, М, Мулин, Б, М. СергеенкоЗЗ .Мешко М. Рыбаков и О. Г. СидоренксИнститут черной металлургии Ю(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕа 1 СТАЛЬНОГО ПРОКАТАИзобретение относится к области терми. ческой 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 упрочнсцноц стали выбранного химического состава определяется сочетанием параметров пластической деформации и термического цикла (изменение температуры во времени) изделия. Известные способы упрочнения стали позволяют путем осуществления термической обработки стали по заданному режиму получать высокие показатели прочности стали, повышенную пластичность, 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 аустецитизацию и охлаждение потоком воды в закрытой камере при избыточном статическом давлении. Охлаждение по известному способу производят при избыточном статическом давлении воды 5 - 10 ати и скорости движения потока относительно поверхности проката 5 5 - 8 м/с. Этот способ обеспечивает получение высоких прочностных свойств упрочненцой стали при достаточном уровне ее пластичности и повышенную равномерность свойств по периметру проката. В результате 10 упрочненця арматурная сталь марки 20 ГСимеет временное сопротивление 132 кгс/мм- и относительное удлинение 114.Однако прц реализации указанного способа термической обработки проката в его 15 общем виде не проявляется эффект снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения при отрицательных температурах, особенно в условиях сложноцапряженного состояния. Это связа.2 о цо с тем, что при растяжении образцов нзэтой стали с понижением температуры все более затруднена пластическая деформация и релаксация напряжений в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, и 25 создаются условия, при которых для образования и роста трещины необходимо нормальное напряжение, близкое по своей величине временному сопротивлению материала,Цель изобретения - разработка способа термического упрочнения проката, обеспечивающего снижение чувствительности упрочненной стали к наличию концентраторов напряжения при низких температурах, в том числе в условиях сложного нагружения.Поставленная цсль достигается тем, что по предложенному способу прокат охлаждают со скоростью 680 - 880 град/с до достижения средней температуры по сечению 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 возможность существенной пластической деформации в локальном объеме, прилегающем ко дну выточки, что затрудняет развитие концентратора в трещину при отрицательных температурах, оговоренных, 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 при 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/с,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%. Охлаждение ведут в течсние 0,45 - 0,75 с до достижения средней температуры по сечению 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,Пр им ер. Арматуру из стали состава,% С 0,34; % 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 б 5 арматуры 11 м/с; средняя скорость охлаждения изделия 800"/с; время охлаждения 0,6 с; средняя температура изделия по сечению 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 диу - 11 мм, показывают, что для стали, упрочненной предложенным способом, отношение номинального разрушающего напряжения к временному сопротивлению обточенных образцов, характеризующее сопротивление разрушению путем 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 жс время отношение указанных прочностных характеристик стали марки Ст 5, охлажденной в процессе термического упрочнения и имеющей температуру самоотпуска 350 С, при температурах +20 С и - 70 С соответственно составляет 1,36 и 1,10, т. е, с понижением температуры снижается почти на 20%.При испытании со сложным нагружением 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 иа растяжение.Предложенный способ позволяет осуществлять в иотокс стана с нагрева под прокатку термическое упрочнение углеродистой арматурной стали, например, Ст 5 сп и Ст 5 кп, на класс Ат-Ш.Использование предложенного способа термического упрочнения проката, идущего на изготовление деталей для машин, работающих при низких температурах (Север и Восток страны, криогенная техника), позволит одновременно заменить низколегированные стали углеродистой сталью и существенно повысить конструкционную прочность изделий,Формула изобретенияСпособ 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, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения чувствительности стали к наличию концентраторов напряжения в условиях сложнонапряженного состояния при отрицательныхЗаказ 1916/17 Изд. Мв 717 Тираж 692 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 температурах, прокат охлаждают со скоростью 680 - 880 град/с до достижения средней температуры по сечению 575 - 630 С потоком воды, направленным относительно поверхности проката со скоростью 9 - 14 м/с.