Способ изготовления проката

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН СЮ С 21 О Р(ТИЙ ИСАНИ ТВ ТОРСНОМУ СВИД(46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) А.А. Баранов, А.А. Иинаев, В.П. Горбатенко, А.Л.Геллер, А.Д.Зо нин, В.Д. Захарова, А.А. Тольский, Г.Г. Антипенко, А.Л.Чередниченко, Л.П.Ильин, М.Ю. Башнин, А.А,Гречук, И.Н.Ладьянов и Ю,Е.Бердичевский (71) Донецкий ордена Трудового Крас ного Знамени политехнический инсти" тут и Енакиевский ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод(56) 1. Авторское свидетельство ССС 9 635144, кл, С 21 О 1/02, 1977,2, Авторское свидетельство СССР Р 378421, кл. С 21 П 1/02, 1970.3. 1 фСтальф, 1977, У 6 с.520-54, Авторское свидетельство СССР Р 763478, кл. С 21 0 8/00, 1978. (54) (57)1.СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОКА ТА, преимущественно сортового, включающий нагрев .заготовки, прокатку с ,окончанием при Ач +. (30 - 80 С), охлаждение с критической скоростью до температуры распада аустенита иокончательное охлаждение на воздухе,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью устранения неоднородностисвойств по длине и повьааения пластических и вязких свойств, производятускоренное охлаждение раската доАчз + ( 30 - 80 С), с изменяющейсяпо длине скоростью перед последними1-5 пропусками, а охлаждение с критической скоростью пооиэводят доАч - (Ач - 50 ОС),2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что изменякщуюся подлине раската скорость определяютр: из соотношенияч =м,(- - ," ) 2.где ско раскг радженачаеготемпстужи дТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН рость охлаждения начала"ата, град/с;нт температуры междулом раската и любойточкой, С;ературный.интервал под-:Изобретение относится к металлургии и металлообработке, в частности к производству сортового стального проката, преимущественно иэ среднеуг. леродистых сталей.Известен способ изготовления термически упрочненного стального прока та, заключающийся в том, что прокат . после высокотемпературной деформации охлаждают со скоростью 680-880 град/с до достижения средней температуры 10 по сечению 575-630 С потоком воды, направленным относительно поверхности проката со скоростью 9-14 м/с. Способ позволяет получить высокую прочность стали, преимущественно пе ,риодического профиля 1. Однако вследствие неоднородности структуры по сечению и ее нестабильности в поверхностных объемах происходит значительное разупрочнение стали в околошовной зоне при сварке, что ограничивает область применения проката после такой обработ,.и.Известен также способ изготовления стального проката, заключающийся в том, что после горячей пластической деформации иэделия охлаждают по режиму, включающему подстуживание со скоростью 3-5 град/с до температуры начала рекристаллиэации, после чего охлаждают со скоростью не более 40-50 град/с до 500-700 РС, а затем со "коростью не более 8-10 град/с 21 1Применение этого способа приводит к относительно небольшому повышению ЗУ механических характеристик, но не всегда обеспечивает получение проката с необходимым уровнем свойств.Известен способ изготовления проката регулируемой прокаткой сортового 40 металла с подстуживанием раската в течение нескольких минут на воздухе на.рольганге от 1050 до 850 С перед задачей в промежуточную чистовую группу клей 3. 45Недостатками такого способа являются неоднородность свойств металла по длине и сечению раската и.длитель. ность процесса подстуживания, что приводит к значительному (на 10-14) снижению производительности стана,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления термомеханической обработки проката из конструкционных сталей, включающий нагрев заготовки, прокатку окончанием при Ач +(30-80 С)5 охлаждение раската с критической скоростью до Температуры распада аустенита (350-450 С) и окончательное охлаждение на воздухе. Далее производят промежуточный отпуск, а в ряде случаев отпуск исключается, Использование режима деформации с убывающими частными обжатиями по проходам позволяет получать более точный по геомет рическим размерам конечный профилеразмер 4 .Получение конечной бейнитной структуры обеспечивает высокие прочностныесвойства стали, однако она имеет относительно низкий уровень пластическихи вязких свойств,Кроме того,.область применениятакого проката ограничена, так какпрокат не подлежит последующей обработке, связанной с нагревом металла,в частности сварке. Термическое воздействие при последующей обработке,например сварке, приводит к раэупрочнению стали вследствие нестабильностиструктуры и протекания процессовраспада бейнита, например, в зонесварного шва и околошовной зоне. Кроме того, наличие перепада температурпо длине раската приводит к неоднородности свойств стали,Цель изобретения - устранение неоднородности свойств по длине и повышение пластических вязких свойствстали.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу, включающему нагрев заготовки, прокатку сокончанием при Ач +(30-80 С), охлаж 3дение с критической скоростью дотемпературы расплава аустенита иокончательное охлажцение на воздухе,производят ускоренное охлаждениераската до Ач +(30-80 ОС) с изменяю 5щейся по длине скоростью перед последними 1-5 пропусками, а охлаждениес критической скоростью производятдо Ач+(Ач - 50 оС) .Кроме того, изменяющуюся по длинераската скорость определяют из соотношения где Ч, - скорость охлаждения началараската, град/с;дТ - градиент температуры междуНначалом раската и любой егсточкой, ОС;дТ - температурный интервал подстуживания,.оС.Последеформационное охлаждениес критической скоростью производятдо температуры Ач, -(Ач - 50 С).Способ осуществляют следующимобразом,Металл нагревают под прокатку до1100-1250 ОС, прокатывают по контролируемым режимам с .непрерывным падением температуры по ходу прокаткитаким образом, чтобы в пропуске,предшествующем ускоренному охлаждению, обеспечить прокатку при 10001050.С, затем подстуживают передпоследними 1-5 пропусКами. до температуры в интервале Ач 5 +(30-80 С) изаканчивают прокатку в этом интерва,Учитывая, что Т=Т-дТл и Т, -Т, =ЬТ,и произведя соответствующие преобразования, получим предложенную зависимость изменения скорости подстуживания по длине раската.Периодически скорость охлажденияначала раската Ч может быть определена, исходя из необходимой глубины60 подстуживания дТ, скорости прокаткиП и длины участка подстуживания К,например из соотношениядУ,7 о = - О,65о. ле, а после выхода раската из последней клети его.ускоренно охлаждают скритической скоростью(100-400 град/с)до температуры в интервале Ач,( ++(Ач -50 С), но не ниже 550 оС идалее охлаждают на воздухе при движении по холодильнику,Ускоренное охлаждение. раската перед последними пропусками производятс изменяющейся от начала к концу раската скоростью, например, за счетизменения расхода воды в ФорсункахНеобходимость изменения скорости охлаждения по длине раската обусловлена наличием градиента температурот начала к концу раската(температурного клина), который обуславливает неоднородность свойств проката,Суммарная степень обжатия в последнихпропусках 20-60.Как показали проведенные исследования, прокатка при 1000-1050 Собеспечивает протекание рекристалли-.эационных процессов в аустените ужев ходе деформации, но не приводит кукрупнению его зерна, что наблюдает-ся при более высокой температурепрокатки, в результате чего Формируется мелкозернистая структура аустенита. Деформация в последних пропусках,при температуре, близкой в Ачэ,. неприводит к значительному развитиюпроцессов рекристаллиэации стали вовремя деформации и кратковременных,междеформационных пауз, а способствует созданию развитой субструктурыв мелкозернистом аустенитеНеобходи.мость получения в последних пропусках суммарной степени деформации неменее 20 связана с условиями формирования дислокационной структуры встали. Увеличение степени обжатиявыше 60 является нетехнологичнымс точки зрения энергосиловых параметров работы стана, а .также может привести к интенсивному протеканию процессов диффузионного распада аустенита уже в ходе последеформационногобыстрого охлаждения до температурыАч. Окончание прокатки при Ач +(3080 С) обусловлено необходимостьюокончания прокатки иначала ускоренного охлаждения в .аустенитной облас-ти и неизбежным падением температурыраската по ходу прокатки (10-20 оС заодин пропуск) . Последеформационноеускоренное охлаждение с критическойскоростью обеспечивает торможение, Температура окончания ускоренногоохлаждения Ач в (Ач -50 С) выбранаиэ условия обеспечейия протеканияйреимущественно перлитного превращения и максимального торможения выделения избыточного Феррита. Нижнийпредел температур определен для сталей с небольшим содержанием углерода (0,15-0,25),имеющих в равновесном состоянии большое количество 5 структурно-свободного Феррита. Верх-(ний предел температуры конца ускоренного охлаждения определен длясталейс содержанием углерода более 0,4-0,5,в которых выделение избыточного фер- )О рита не является столь эначительньм.Ускоренное охлаждение до температуры.ниже 550 С приводит к появлению вструктуре стали бейнитной составляющей, что обусловливает снижение ее 5 вязкости и пластичности.Скорость подстуживания по длинераската изменяется с помощью автоматической системы по зависимости где Ч - скорость охлаждения началараската, град/с;ЬТН=Т-Т - градиент температурымежду началом раската Ти любой точкой его длины Т,оС еlдТ =Тп-То - температурный интерпвал подстуживания, где То - 30конечная температура подстуживания, С.Эта зависимость получается из условия постоянства температуры раската после ускоренного подстуживания З 5 по всей длине, т.е. То - сопМ,Обозначив время подстуживания через(= сопэО, можно записать выражения для определения скорости охлаждения начала раската Чо и любого участ ка его длины Ч в виде Преобразуя эти выражения можно45 записатьН о оЧо. УПри осуществлении автоматическогоконтроля и регулирования процессапромежуточного подстуживания контролируемыми величинами являются темпера.тура раската перед установкой для.подстуживания и температура окончания подстуживания, которая должнабыть постоянной по длине раската.Скорость охлаждения регулируетсяпутем изменения расхода охлаждающегореагента в установке. 10П р и м е р 1, Способ опробован припрокатке полосы из стали Ст. 5 толщиной 10 мм иэ заготовки квадратногосечения со стороной 45 мм. Заготовки нагревали до 1100 С и прокатывали на опытном стане 300 за 7 пропусков: прокатку в первых 4 пропус"ках проводили с непрерывным падениемтемпературы по температурным режимам,обеспечивающим деформацию в четвертом пропуске при 1020 С; после выхода иэ валков раскат подстуживали соскоростью 70 град/с до 9000 С, прокатывали в трех пропусках с суммарным обжатием 45 . Распределение обжатий по пропускам следующее: 21, 19,24, 23, 25, 20 и 17. После завершения прокатки образцы охлаждали в воде до 600-620 оС, после чего производили охлаждение со скоростью2 град/с до температуры 450 С. Оконча-тельное охлаждение производили со скоростью около 20 град/с. После такой обработки сталь имела следующие свойства:о 1, - - 795 МПа,йт = 605 МПа,8 = 25,5,= 66,2, твердость93 ед. ЙВВ, КС 11 = 800 КДж/м . Струк" тура стали состояла иэ сорбита инебольшого количества (5) структурно-свободного феррита.После прокатки стали по обычному 40температурному режиму с ее окончанием при 980 С и последеформационным охлаждением на воздухе получен следующий комплекс свойств: 6 = 505 МПа,6= 290 МПа О = 36/ = 52,3,45 твердость 73 ед. НВВ, КСЧ = 950 КДж/иПосле обработки по сравнительному способу, близкому по своим характе" ристикам к выбранному известному и 1включающему нагрев до 1100 оС, прокат 50 ку по охарактеризованному выше режиму обжатий с температурой окончанияпрокатки 900 С, охлаждение в воде до 400 оС, последующее охлаждение до комнатной температуры на воздухе и,55 отпуск при 450 сС в течение 1 ч полу-чен следующий комплекс свойств стали: б = 875 МПа,б = 636 МПа, 0 = 14,43, твердость 96,5 ед. НВВ, КСЧ= - 350 КДж/м. Структура стали состояла из бейнита и весьма слабовыраженной сетки структурно-свободного ферри-. та с его содержанием в структуре 2.Таким образом, при обработке по предлагаемому способу получены более 65 1 4 раза (Ч . = Ч (1 "- = Ч (1 ЬТкРк о Т ои-45) (1060 - 900) = Чо 0,7258 град/с) путем уменьшения расхо- ;да воды в устройстве. Измерение температуры раската после выхода из охлаждающего устройства не выявило заметной разницы температур по длине раската, не было обнаружено раз-. личий в температуре и после прокатки на конечный размер. Ускоренное последеформационное охлаждение производили со скоростью 150 град/с до .650 С с последующим охлаждением на воздухе, Получены однородные.по длине раската свойства, характеризующиеся следующими значениями: 6 Ь =635 МПа,- 420 МПа, 8 = 27,3,( = 64,2.1006509 15 Составитель А. .окей .Техред Т. Фанта Коррек тор О. Билак Редактор Г. Беэвершенко Тираж 566 Подписное ВНИИПИ ГосударственногО комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Заказ 2054/42 Фнциач пи ф фпатент ф, г, Ужгород, .ул, .Проектная, 4 В результате осуществления предлагаемого способа обеспечивается получение проката с повышенными пластическими и вязкими свойствами при высоком уровне его прочности, мало чувствительного к термическим воздей ствиям и обладанюего изотропностью свойств по длине раската. Это явля.ется следствием получения в доэвтектоидных, в частности среднеуглеродистых, сталях стабильной сорбито-фер ритной мелкодисперсной структуры с небольшим количеством структурно-, свободного феррита, а также устранения градиента температуры по длине раската. Получение, стабильной структуры в результате диффузионного-ъ оспревращения позволяет использовать прокатс повышенными свойствами в ответственных свариваемых конструкциях, в том числе работакщих при пониженных температурах. Это связано с тем, что в участках конструкций, прилегающих к области. сварного шва, несмотря на их кратковременный разогрев до высокой температуры, процессы раэупрочнения стали происходить не будут, так как структура ее близка к равновесной. Это повышает однородность свойств в различных участках изделия.