Способ охлаждения прутков из низколегированных сталей

ОП ИСАНИ ИЗОБРЕТЕН И Союз Советских Социалистических Республик(33) США 1) 5340 Опубл рствеиный комитетСССРелам изобретенийи открытий 53) УЙК 621 771 :621.785.9 (088,8) но 1504 л ата опубликования описания 15(72) Иностранец Раймонд Эндрю Гобретени Иностранная фирма ЮСС Инджинирз энд Консалтантс,Инк) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРУТКОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛ Изобретение относится к металлурии, в частности к производству проата до последующей холодной высадки Изготавливают большое количество проволоки из различных марок сталей с различными механическими свойствами, предназначенной для различных целей. Независимо от назначения, в .основном, всю стальную проволоку изготавливают волочением. Перед волочением в зависимости от содержания углерода катанку подвергают термической обработке для получения различной структуры металла. Например, при содержании углерода в заготовке более 0,4 необходимо иметь структуру, обеспечивающую одновременно высокую прочность и пластичностьТакая структура - сорбит получается либо в ре) зультате патентирования, либо путем прямого охлаждения катанки по выходу из последней клети стана. Катанку с получающейся в результате такой обработки структурой можно протяги вать с большими суммарными обжатиями, а получаемая при этом проволока обла" дает максимальной прочностью и пластичностью (11 и Г 2) . Когда проволоку изготавливают из стали с содержанием ЗО углерода менее 0,4%, в расчет принимают иные соображения, Например, при производстве гвоздей из малоуглеродистой стали важнейшим условием явля ется обеспечение холодной высадки.При изготовлении болтов или винтов основное внимание уделяется обеспечению возможности механической обработки. Следовательно, при обработке малоуглеродистых сталей желательно обеспечить им мягкую структуру, приближающуюся к структуре отожженного металла и дающую возможность получить низкое отношение предела текучести к пределу прочности. В малоуглеродистых сталях эти свойства в значительной мере зависят от свойств ферритной основы, в частности от размера зерна феррита, который может быть увеличен путем длительной изотермической выдержки в районе температур Ас.(. Однако из-за длительности обработки проызшленное использование Указанного метода в потоке производ:тва горячекатаного прутка, сматываемого в бунт, не представляется возможным.Известенспособ изготовления горячекатаного стального проката, включающий горячую прокатку, охлаждение выше температуры АсЗ, формирование витков с их последующей раскладкой на движущийся транспортер, охлаждение различными средами для получения однородной структуры по всей длине и формирование бунта 3).5Недостатком известного способаявляется возможное получение повышенной твердости стали, приводящее кухудшению обрабатываемости.Цель изобретения - создание условий охлаждения, обеспечивающих получение.проката с низким пределом текучести и низким отношением пределатекучести к пределу прочности прирастяжении, что позволяет повысить 15обрабатываемость.Цель достигается тем, что прутокохлаждают с температуры Ас до темпео оэратуры+19,5 С и выдерживают приэтой температуре 2-10 мин, при этомтемпературур определяют по Формуле,о=863-278 хС при содержании углерода менее О, 2 8 и р = Ас - 39 присодержании углерода более 0,2, гдеС - содержание углерода в стали 25прутка в процентах,Для большинства сталей в последнемслучае эта температура равна приблизительно 677 С. Однако в тех случайх,когда обрабатывают прокат со значительным содержанием легирующих элементов, например марганца или никеля,заданная температура будет изменяться, так как изменяется температураАсА стали. Кроме обычных углеродистых 3сталей эти формулы применимы и длянизколегированных сталей, т.е, ста=лей, содержащих в сумме не более 3легирующих элементов. В обоих случаях прокат выдерживают в диапазонетемператур р+19,5 С, предпочтительно +14 СС, в течение не менее 2 мин,предпочтительно не менее 3 мин, Однако время выдержки в заданном диапазоне температур может меняться в зависимости от, содержания легирующих 45элементов в стали. Из приведенныхформул видно, что для проката с содержанием углерода от 0,2 до 0,28могут быть использованы оба заданных диапазона температур. Причины 50такогоперекрытия, а также изменения .температур выдержки заключаются в следующем.Стали, содержащие менее 0,28 углерода, имеют расширенный интервал 55Ас - Ас, в котором значительное количество аустенита переходит в Феррит, Чем выше температура превращения, тем больше Тенденция к ростузерна; кроме того, чем выше температура превращения (интервал Ас- Ас,тем меньше сказывается влияние старения из-эа образования карбидов приохлаждении стали до цеховой температуры. Снижения склонности стали кстарению. можно добиться путем. превра 65 щения значительного количества аустенита в Феррит. Следовательно, при увеличении содержания углерода заданная температура выдержки должна уменьшаться, чтобы образовалось достаточное количество Феррита, Однако при увеличении количества углерода влияние старения уменьшается, а прочность все более начинает зависеть от количества и вида перлита, образующегося при превращении аустенита, В результате при некоторых промежуточных значениях содержания углерода, а именно в интервале 0,2 - 0,28, будет существовать перекрытие в значениях различных факторов, влияющих на прочность проката.По предлагаемому способу прутки из различных сталей охлаждают с температуры примерно 927 С до различных заданных температур 1 , выдерживают при этих температурах в течение 10 мин (это время больше требуемого) и затем охлаждают в вермикулите для имитации скорости охлаждений связок из неконцентрично расположенных витков. Такое охлаждение используют для сглаживания неравномерного охлаждения, имеющего место в тех случаях, когда прутки или катанку навивают в связки неконцентрично расположенных витков и подвергают охлаждению на воздухе.Диаметры прутков и химический состав стали приведены в таблице.Результаты, определения механических характеристик показывают преимущества выдержки при заданных температурах. Так, сталь 1020, имеющая промежуточное или двойное содержание углерода, имеет два минимумаф предела текучести: один в двухфазной области при температуре около 802 С и другой ниже точки Ас 4 при 677 фС. Ввиду того что пруток, выдержанный в двухфазной области, имеет значительно более низкое отношение пределов текучести и прочности, более желательной является выдержка при последней температуре, Для того чтобы проиллюстрировать эффект увеличения выдержки при заданной температуре, образцы иэ указанных прутков выдерживают при необходимой температуре в течение 2-20 мин. В том случае, когда заданная температура выдержки соответствует двухфазной области, для достижения существенного смягчающего отжига стали достаточна выдержка примерно 2 мин, причем после 3-минутной выдержки увеличения смягчения стали не наблюдается, Аналогично, выдержка в течение 2 мин оказывается достаточной для стали 1038, выдержанной при температуре 677 С. для легированных сталей необходимое ьремя выдержки более 5 мин, Это объясняется тем, что легирующие элементы стали замедляют скорость превращения и, следовательно, для необходи657 мого снижения предела текучести требуетсй большая выдержка. В случае, если температура, при которой производится выдержка, лежит ниже Ас 4, желательно выдерживать сталь в течение времени, достаточного для превращения значительного количества аустенита, 5 чтобы добиться существенного снижения предела текучестиПредложенный способ охлаждения применим ко всем известным процессам производства горячекатаных стальных 10 прутков. Практически вэтих процессах горячекатаный пруток выходит из прокатного стана с температурой 954- 1038 С и далее подвергается охлаждению. В большинстве используемых про цессов пруток затем подают на моталку и сматывают в бунт, который укладывают на транспортер и охлаждают на воздухе. Описываемый способ может быть, реализован простой модернизацией укаэанного процесса путем установки транспортера в теплоизолированном туннеле, замедляющем отбор тепла, либо подачей тепла от электронагревателей или газовых горелок, Однако полностью преимущества изобретения могут быть использованы при применении бо" лее современных методов, включающих перемещение прутка на транспортере в вице разложенных по отдельности витков или спирали, поскольку эти методы дают возможность получения более однородной структуры по длине бунта.П р и м е р. Горячекатаный пруток на выходе из последней клети стана, имеющий температуру 954-1038 С, быст ро охлаждают, например, в обычном желобе с водой до температуры вышеОхлажденный пруток направляют в намоточное устройство, формирующее набор смещенных по отношению друг к 40 другу витков. Витки укладываются затем на транспортер, перемещающий их через группу печей с радиационным нагревом, в которых охлаждение прутков прерывается или значительно за медляется. При охлаждении от темпе.ратуры Асдо заданного диапазона температур пруток предпочтительно охлаждают с максимально возможной скоростью. Медленное охлаждение создает плохие условия для роста зерна. 757 6Однако при проведении всей операциив ограниченный промежуток времени,обычно не более .15 мин, время, затраченное на такое медленное охлаждение, используется гораздо эффективнее, если оно используется для выдержки прутка в заданном диапазонетемператур. Скорость должна бытьдостаточно высокой, чтобы обеспечитьхотя бы минимальную выдержку в заданном диапазоне, а время достаточнымдля последующего охлаждения пруткаот заданного диапазона до температуры превращения. Таким образом, минимальная желательная скорость охлажде"ния от температуры Ас 3 до температу-.оры р в значительной степени зависит, во-первых, от степени снижениятемпературы, т.е. когда 1 р находитсяниже температуры Ас 4, минимальнаяскорость охлаждения значительно выше, чем для случая, когда 1 Р лежитв двухфазной области, иво-вторых,от величины ограниченного промежуткавремени, в течение которого происходит процесс, т.е. скорость охлаждениязначительно выше для периода временив 2,5 мин, чем для периода временив 15 мин. Обычно охлаждение от темпе.ратуры Ас з до 1 производится с обычной скоростью, примерно 28 град/мин,окогда 1 находит ся в двухфазРной области, ибыстрее, примерно111 град/мин, когда ф находится -ниже точки Ас 4. Выдержка в заданномдиапазоне температур может производиться либо при помощи радиационногонагрева газовыми горелками или электронагревателями, либо путем использования теплопередающей среды. Предпочтительным является применение газового нагрева. После выхода из пе,чи замедленного охлаждения витки,попадают затем в зону ускоренногоохлаждения, где быстро охлаждаются,например, до 316-482 С и формируютсяв бунты, Желательно, чтобы дальнейшееохлаждение проводилось с наименьшейскоростью. Преимуществом такого медленного охлаждения является осуществление процесса перестаривания в низкоуглеродистых сталях, устраняющеговредные последствия старения, присущего этим сталям,7 6 с У 757 Продолжение таблицы Содержание элементов, вес.% Мо 037 82362 7,72 0,38 637 81376 9,14 0,35,82 0,012 0,023 0,2 ,80 0,015 0,018 0,2 0 0,20 МА 161 - Американсклургии;1/ - кипяша2/ - ст аль,3/ - сталь,П ч а ий институт чер еталталь; скисленная скисленная кремнием;кремнием и алюием. е 0,28 и 1 =Ас - 39и углерода более 0,2содержание углерода в роцентах. изобретен рода мене20 содержани где ЪС прутка в и Фо ли.из низжащихтногоие суры нижео тлицельюих охлаж темпераают при при эом б охлаждения прутков ванных сталей, содер 4 углерода, с прока включающий охлажде уры Ас до темпера течение 2,5-15 мин,и й с я тем, что,с я обрабатываемости,емпературы Асэ до+19,5 ОС и выдержив той температуре 2-10 мин,емпературу ОР определяют и=863 - 278 хЪС при содержа Рнятые во обраческаярочной про 963, с.9-29.РТермичесталлургиздат о Формул нии угле Составитель А.Секактор Н.Корченко Техред О.Андрейко ректор И,Мус Тираж 6 ИПИ Государственно о делам изобретени 35, Москва, ).(-35,Подписноек омит ет а СССРи от крытийушская наб., д,4/5 каз 1660/6 илиал ППП фПатент, г,ужгород, ул .Проектная,4 Спосо колегиро менее О, нагрева, температ 649 С в ч а ю щ улучшени дают с т туры Источники информации,внимание при экспертизе 1. Потемкин К.Д. Терми ботка и волочение высокоп волоки. Металлургиздат, 1 2. Стародубов К.ф. и д Кое Упрочнение проката.Ме 1970, с.180-182. 3. Патент СшА М 364580 156, 1972.