Способ охлаждения прокатных изделий

) СПОСО ДЕЛИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Донецкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1399354, кл, С 21 0 1/02, 1988,Металлургическая и горноруднаяпромышленность, 1966, М 3, с, 48 - 52,(54 Б ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТНЫХ Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве термически упрочненного проката, в частности высокопрочной среднесортной арматуры для эрмирования железобетонных. конструкций,Известен способ термической обработки, включающий аустенитизэцию, прокатку, ускоренное охлаждение со скоростью 200- 300 град/с до достижения поверхностью температуры в интервале от (А 1-100)С до (Аг 1-50)С. Обработанный данным способом прокат при высокой пластичности обладает относительно высокой температурой распада аустенита. Так, при упрочнении арматуры М 25 из стали 35 ГС получены следующие свойства 0 = 700-810 Н/мм; ОЬ,2=520-625 Н/мм; дБ =14 - 18%; др = 4,0 - 4,8, причем прочностные свойства п ревышают аналогичные показатели горяче(57) Использование: термическое упрочнение проката, преимущественно высоко- прочной арматуры. Сущность изобретения: прокат охлаждают после термической обработки или горячей прокатки со скоростью больше критической в течение определенного времени, необходимого для образования в поверхностном слое мартенситэ, После этого охлаждение прекращают и выдерживают для отогрева поверхностного слоя до 680-760 С и отпуска мартенсита, Операцию ускоренного охлаждения с последующим отогревом поверхности проводят не менее чем в две стадии, после чего изделие окончательно охлаждают. 2 табл. катаного состояния всего на 70 - 150 Н/мм и соответствуют уровню классов Ат, АтЧ.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термического упрочнения,.включающий нагрев заготовки до температуры аустенитизации, горячую прокатку, порезку раската и термическое упрочнение в ваннах с водой по режимам прерванного охлаждения в температурный диапазон А 1 ч - температура охлаждающей воды, что позволяет получать диапазон механических свойств от горячекатаного состояния до классов Ат-Ч - АтЧ 11, При этом длительность охлаждения вводе назначается в зависимости от марки стали, диаметра (профиля) арматуры и требуемых механических свойств. Так, например, при упрочнении данным способом арматура 1 ч. 25 из стали 35 ГС (длительность охлаждения в воде 7,6 с) наблюдают свойства: гУВ= 1120 Н/мм; гг 0,г =970 Н/мм;д 5 =г, г, = 10%; др - 2,2%,Однако при упрочнении известным способом в результате превращения, происходящего с увеличением объема, на поверхности профиля, где превращения происходят в первую очередь, создаются значительные по величине растягивающие, а в центре - сжимающие напряжения первого рода. Наличие на поверхности профиля остаточных напряжений первого рода во многом предопределяет склонность термически упрочненной арматурной стали к коррозионному растрескиванию, что не допускает ее применения в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, работающих в агрессивных средах, Так, при испытании под напряжением в нитратном растворе (согласно требованиям ГОСТ 10884 - 81) арматура суказэнными свойствами простояла без разрушения 46 ч при норме 100 ч.Цель изобретения - повышение качества .изделий за счет снижения остаточных растягивающих напряжений в поверхностном слое при сохранении высоких прочностных характеристик.Поставленная цель достигается тем. что охлаждение прокатных изделий со скоростью выше критической проводят не менее чем в две стадии, причем длительность охлаждения на первой стадии выбирают из соотношенияТз - 120 (гохлЧохл где Тз - температура начала ускоренного охлаждения,С;Мн - температура начала мартенситного превращения,С;Чохл - средняя скорость охлаждения от температуры закалки до температуры Мн,ОС/с, а выдержку после первой стадии охлаждения осуществляют до достижения поверхностью изделия температуры 680- 760 С.Применение многостадийного охлаждения диктуется необходимостью формирования на поверхности профиля вначале закаленной, а затем высокоотпущенной структуры с последующим упрочнением сердцевины, Длительность охлаждения на первой стадии достаточна для снижения температуры поверхностного слоя ниже точки начала мартенситного превращения, Верхний временной предел диктуется необходимостью ограничений размеров поверхностного высокоотпущенного слоя (в5 10 30 35 стержня, Таким образом, в предлагаемом 40 4550 55 15 го 25 противном случае наблюдается снижение прочностных характеристик стали или повышение величины внутренних растяивающих напряжений на поверхности профиля). Температура отпуска (самоотпуска) поверхности выбрана такой, чтобы создать высоко- отпущенный слой с минимальными остаточными растягивающими напряжениями,Снижение температуры самоотпуска поверхности ниже показанного предела не обеспечивает достаточного снятия внутренних напряжений, а превышение его ведет к развитию а-+у- а-превращения с образованием напряженной структуры с участками мартенситэ.Известен способ, включающий аустенитизацию, прокатку, циклическое охлаждение поверхности со скоростью выше критической до температуры (Аг 1 - 150 С - Мн с выравниванием температуры по сечению стержня после каждого цикла, причем охлаждение ведут со скоростью .400- 700 С/с. Способ позволяет получать в термически упрочненной арматуре свойства классов Ат - 1 Ч - Ат - Ч 1, Однако в данном способе не лимитируется температура отпуска поверхностного слоя за счет разогретой сердцевины после первой стадии ускоренного охлаждения. В результате температура поверхностных слоев может быть завышена или занижена по сравнению.с оптимальным диапазоном, в результате чего повышаются остаточные напряжения на поверхности способе обеспечиваются свойства, не достижимые в известном.Образцы арматурной стали 35 ГС диаметром 25 мм производства Макеевского металлургического комбината нагревают в электрической печи до 1000 С, после чего подвергают ускоренному охлаждению по различным режимам. Для сравнения сталь упрочняют в промышленных условиях после ее прокатки нэ стане 350 - 2 МакМК. Температура нагрева под прокатку составляет 1190-1220 С, температура начала ускоренного охлаждения соответствует 980- 1 ООООС,В табл, 1 приведены режимы термического упрочнения арматуры М 25 из стали 35 ГС.Образцы термически упрочненной арматуры испытывают на разрыв. Рентгеноструктурным анализом определяют величину остаточных напряжений первого рода на поверхности профиля. Стойкость противокоррозионного растрескивания до момента разрушения определяют на установке рычажного типа при постоянной на1744125 е Темпера тура поверхности после по-, следней стадии охлаждения и выравнения ее по сечению профио ля, С Примечание Опыт Темпера" тура самоотп по верхностипосле первой.стадии охлажденияОС Длит ель" иост ь ох лаждення на первой стадии, с Скорость охлаждения на первой стадии ОС/с Колнчест" во стадий охлаждения ПрототипНиже нижнего пределаНижний предел Средний уровень Верхний уровень Комбинир.уровень То жеСредний уровень Среднии уровень промыал.условия Выае верхнегои е 4,30,66 430 .420 430 650 1020 1020 680 720 760 760 680 730 710 430 430 420 430 430 .420 410 2 2 . 2 2 2 4 3 1020 1020 1020 1020 1020 1020 1130 3 5 6 7 8 0,71 0,78 0,86 0,70 0,86 0,80 0,71 420 780 10 1020 0 9 грузке. равной 0,9 (а,2 в нитратном растворе. Условия испытания соответствуют требованиям изменения Ь 2 к ГОСТ 10884-81,В табл, 2 показаны свойства арматуры М 25 из стали 35 ГС, упрочненной по различным режимам,Как следует из приведенных результатов, положительный эффект обеспечивается в выбранных температурно-временных интервалах (опыты 3-9) и отсутствует за его пределами: в опыте 2 высокое значение остаточных напряжений обусловлено относительно низкой температурой отпуска, а в опыте 10 - высокой температурой отпуска, при которой возможна уже частичная аустенитизация, что приводит к появлению в поверхностном слое напряженной мартен- ситной структуры после последующих стадий охлаждения, Промышленная проверка способа (опыт 9) подтвердила получение положительного эффекта при условии внедрения способа в массовое производство.По сравнению с прототипом (опыт 1) достигнут существенный эффект: внутренние остаточные напряжения снизились более чем в 4 раза. Снижение внутренних остаточных растягивающих напряжений первого рода на поверхности стержня существенно повышает стойкость противокорроэионного растрескивания арматурной стали, что позволяет использовать ее в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, работающих в агрессивных средах, взамен стали класса А-Шв. Экономический эффект при этом определя ется как разность затрат на приобретение и производство арматурной стали классов А в и Ат - Ч меньшего диаметра,5 Формула изобретения Способ охлаждения прокатных изделий, включающий охлаждение поверхности 10 с температур аустенитизации со скоростьювыше критической до заданной температуры и окончательное охлаждение, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет снижения остаточ ных растягивающих напряжений в поверхностном слое при сохранении высоких прочностных характеристик, охлаждение со скоростью выше критической проводят не менее чем в две стадии с выдержками между 20 ними, причем длительность охлаждения напервой стадии выбирают из соотношения ТТз з -М - 80 1 Тз - 20ЪЧОХЛ, ОХЛ 25где Т 8 - температура начала ускоренногоохлаждения, С;. М - температура начала мартенситного превращения,оС;30 Чохл - средняя скорость охлаждения дотемпературы Мн, С/с,а выдержку после первой стадии охлаждения осуществляют до достижения поверхностью изделия температуры 680-760 С. ОГТаблица 11744125 Таблица 2 Стойкость противокорроэ.растрескив.,ч Механические свойства опыт 0,2 5 ф рфН/мм 2 Н/мм 2 Составитель А,ЯньшинРедактор М.Петрова Техред М.Моргентал Корректор М,Пожо Заказ 2169 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1210 1200 1225 1195 1205 1225 1200 1200 1260 1205 1035 1020 1040 1015 1020 1035 1025 1025 1070 1025 12,8 3 2 14,3 3,4 13,5 3,6 .15 0 3,8 14,5 3,4 13,8 3,4 14,0 3,2 13,6 3,412,6 3,2 12,5 3,0 Величина внутренних напряж.1 рода на по" верхн,проФиля,Н/мм 280 155 65 60 6.0 55 65 60 65 105 86 128200 7200 у 200 р 200 р 200 200 200135