Способ получения сортового проката

ЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИ РЕСПУБЛИ 5 Ц( 1 В 30(51)5 19К 3 Ф" 0 Е ОПИСА НИЕ ИЗОБ У СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОР и сплавов а, Т.Н,Попо-ыи момент ро ката, С; ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(46) 15.12.92. Бюл. )ч. 46 (71) Московский институт стали (72) Б,Ю,Зеличенок, В.В.Бринз ва, В,Ф,Бойко и О.В.Слесарев (56) Бащенко А.П, и др, Термам обработка конструкционных ле сталей на структуру перлита - . В ние эксплуатационных характе лей и сплавов за счет опт легирования и термической об Металлургия, 1986, с. 13-19,Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении сортового проката из легированных конст- рукционных сталей.Наиболее близким к предложенному является способ получения сортового проката из непрерывнолитых марганцовистых и кремнемарганцовистых легированных конструкционных сталей, включающий нагрев непрерывнолитых заготовоких выдачу иэ нагревательного устройства, горячую прокатку до конечного заданного сечения, последеформационное подстуживание проката, повторный нагрев до температур межкритического интервала и его охлаждение.Однако сортовой йрокат, полученный по данному способу, зачастую имеет дополнительную структурную неоднородность. Наблюдается также повышенная вероятность трещиноообразования, Это вызвано тем, что неоптимальные температурные условия деформации и последующего термического воздействия не способствуют фиксации полученной структуры металла,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРТОВОГО ПРОКАТА(57) Использование: изготовление проката из непрерывнолитой марганцовистой и кремнемарганцовистой стали, Сущность изобретения: заготовки нагревают до 1120- 1240 С, а далее термическую обработку ведут при определяемой в )-ый момент времени по зависимости Т=Т+а х зи Ьх,2 где Та=550 - 750 С; а и Ь - эмпирические коэффициенты; х=3,4 - т ; т - продолжительность процесса получения проката к - тому моменту времени, 1 табл 1 ил. Наличие дефектов указанных типов приводит к ухудшению качества металла и умень-(Я шает выход годного.Цель изобретения является улучшение качества проката путем снижения трещино образования и структурной неоднородности металла.Поставленная цель достигается тем,чтов известном способе "получения сортового , проката из непрерывнолитых и кремнемар- ОО ганцовистых легированных конструкцион- С) ных сталей, включающем нагрев Ср непрерывнолитых заготовок, их выдачу из СО нагревательного устройства, горячую прокатку до конечного заданного сечения, последеформационное подстуживание ), проката, повторный нагрев до температур межкритического интервала и его охлаждение, выдачу заготовокиз нагревательного устройства, горячую прокатку и повторный нагрев ведут до температур в соответствии со следующей зависимостью: Т=Тп+а х зи Ьх,г где Т; - температура металла впроцесса получения сортового иулучшить качество продукции. 20 На чертеже показана зависимость из прокатке и повторном нагреве для продолжительности рассматриваемого периода, 25 30 40 45 50 55 Тп - температура последеформационного подстуживания, С;а - эмпирический коэффициент (а=200210 С/ч);Ь - эмпирический коэффициент (Ь=1,301,43 рад/ч),х - пбказатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к 1-тому моменту времени (х=3,4 - т, ч);т 1 - текущая продолжительность процесса получения сортового проката к 1-тому моменту времени ( т 1=0 , 4 ч).Вьйча непрерывнолитых заготовок из нагревательного устройства, горячая прокатка и повторный нагрев до температур в соответствии с вышеприведенной зависимостью по сравнению с известными техническими решениями обеспечивает достижение нового результата и позволяет менения температуры заготовки при выдаче из нагревательного устройства, горячей равного 4 ч. . На чертежепринять 1 следующие обозначения; 1, 2, 3 - зависимости изменения температуры соответственно для значений эмпирического коэффициента Ь, равных 1,2; 1,3; 1,4,рад/ч при значении эмпирического коэффициента а=205 С/ч; 4 - возможное изменение температур йри получении сортового проката по прототипу: П 1 - продолжительность этапа выдачи заготовок из нагревательного устройства, горячей прокатки и последеформационного подстуживания проката; Пг - продолжительность этапа повторногднагрева заготовок поСле прокатки,Способ реализуется следующим образом.Непрерывнолитые заготовки из марганцовистой или кремнемарганцовистой легированной конструкционной стали, например, ЗОГ 2, 32 Г 2, 3612 С, 37 Г 2 С,и др, режут на мерные длины и нагревают в методический печи до достижения температуры максимальной пластичности, Продолжительность нагрева заготовок выбирают иэ условия выравнивания температур во всем их объеме. Затем производят выдачу заготовок из методической печи и транспортируют их к прокатному стану, Дальнейшее изменение температуры заготовок при прокатке,последеформационном подстуживании проката и повторном нагреве производят в соответствии со следующей зависимостью:Т=Тп+ах зп Ьхк, г 5 10 15 где Т - температура металла в 1-тый моментпроцесса получения сортового проката, С;Т, - температура последеформационного подстуживания (Тп=570550 С);а - эмпирический коэффициент (а=200210 С/ч),Ь - эмпирический коэффициент(Ь=1,31,4 рад/ч);х - показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к 1-тому моменту времени (к=3,4- т;),т - текущая продолжительность процесса получения сортового проката к 1-томумоменту времени ( т =04 ч)Зависимость графически отображенапозицией 1 на чертеже,При этом на протяжении первого этапа(см, чертеж, П 1) осуществляют горячую прокатку заготовок до заданного поперечногосечения и последеформационное охлаждение сортового проката на холодильнике, аво время второго этапа (см, чертеж, Пг) повторно нагревают прокат до температурмежкристаллического интервала, после чегоохлаждают его до 400 , 350 С на воздухе,а затем производят форсированное охлаждение водовоздушной смесью,Достижение поставленной цели при использовании предложенного способа объясняется следующими причинами,Известно, что в конструкционных легированных сталях появляются различные дефекты, которые даже при соблюденииустановленных технологических режимових обработки не поддаются полному устранению, К этим дефектам относятся дендритная ликвация, флокены и отпускнаяхрупкость, Переход на широкое использование непрерывйолитых заготовок для получения сортового проката обусловил ещеболее значительную склонность к дефектообразованию за счет особенностей кристаллизации непрерывнолитого металла.Экспериментальными исследованиями установлено; что улучшение качества проката,получаемого из непрерывнолитых марганцовистых и кремнемарганцовистых легированных конструкционных сталей, возможноза счет оптимального направления воздействия на прокатываемый металл температурных и деформационных факторов, Приэтом эффективным является двухэтапнаяреализация технологического процесса:этап горячей прокатки, на котором раскатприобретает заданную форму, и этап дополнительного термического воздействия, использование которого обеспечиваетзаданный уровень качества металла. Активное использование температурного и деформационного факторов предполагает достижение рациональных условий эксплуатации технологического оборудования. При заданной суммарной вытяжке для достижения высокого качества сортового проката требуется конкретизация в изменении температур металла в течение всей продолжительности процесса производства проката,Опытным путем определено, что нагревнепрерывнолитых заготовок из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей и выдачу их из нагревательных устройств необходимо производить при температурах от 1240 до 1120 С, Более высокие температуры нагрева заготовок приводят кперегреву и пережогу металла рассматриваемого химического состава. Более низкие температуры нагрева и выдачи заготовок из нагревательного устройства, чем вышеназванные, не обеспечивают протекание деформационных процессов в металле. При этом существенно замедляется процесс выравнивания химического состава по сечению литой заготовки, что приводит кзначительной неоднородности в распределении физико-механических свойств металла по сечению готового сортового проката. Далее в течение первого этапа получения . сортового проката при деформационномвоздействии на металл в аустенитной области, необходимо монотонно снижать температуру раската, что приводит к интенсивной проработке литой дендритной структуры и при дальнейшем последеформационномохлаждении с протекающим при этом превращении аустенита создает предпосылки для повышенного уровня прочностных свойств металла в готовом прокате, При этом продолжительность этапа П от момента времени выдачи заготовок из печи до охлаждения проката с уровнем температур 550 , 570 С должна быть в пределах.60 , 45 мин,Охлаждение до более низких температур является неэффективным, так как в этом случае теряется преимущество использования тепла прокатного нагрева металла, О;- лакдение до более высоких температур не обеспечивает фиксации деформированнойструктуры, приводит к разнозернистости инестабильности уровня механических свойств готового проката. Продолкительность этапа П 1 менее 45 мин приводит к наличию температурного градиента по сечению заготовок, что обусловливает повышенный уровень остаточных напряжений в объеме металла и увеличению вероятности образования внутренних трещин. Продолжительность этапа П более 1 ч снижает уровень показателя твердости металла, Выбор10 15 20 35 40 55 последующей термообработки в технологическом потоке металла обусловливается необходимостью снятия остаточныхнапряжений и приближения структуры стали к равновесной при сохранейии сформированного уровня прочностных свойств.Экспериментальные исследования, выполненные в промышленных условиях, показали, что оптимальный температурный режимпроката для обеспечения всех перечисленных требований включает подъем температур с 550570 С до 780800 С, выдержкуи последующее снижение температур до указанных 550570 С. Продолжительность этапа П 2 должна составить 2,5.;: 3,0 ч,Подъем температур ниже 780 . 800 Сдля рассматриваемых кремнемарганцовистых сталей не достаточен для аустенизацииметалла, следствием этого будет образование в термообработанном прокате дополнительной структурной неоднородности приналичии зернистого перлита. Подъем температур выше 800 С нецелесообразен, так какдлительное пребывание металла при таких5 температурах приводит к заметному обезуглероживанию поверхностных слоев металла и снижению в последующемэксплуатационных свойств изделий, Продолжительность этапа П 2 менее 2,5 ч неО обеспечивает полного выравнивания структурной неоднородности и снятия остаточных напряжений, Продолжительность этапаП 2 более трех часов имеет привести к ростуаустенитных зерен и снижению ударнойвязкости за счет повышения порога хладноломкости стали,В дальнейшем производят охлаждениепроката. Требуемый характер изменениятемператур металла во времени при выдачезаготовок из нагревательного устройства,горячей прокатке, последеформационномподстукивании проката и повторного нагрева в течение этапов П и П 2 представляетсобой таким образом периодический про 5 цесс с уменьшением величины значенийфункции при переходе от экстремума к экстремуму (фиг, 1). Учитывая, что интервал изменения температур для рассматриваемогопериодического процесса изменяется от ее0 минимального значения для последеформационного подстуживания (Т) до текущихзначений в рассматриваемый момент процесса получения сортового проката (Т;), торазность (Т;-Т) будет пропорциональна ве личине х; з и хь где х - показатель текущей2продолжительности процесса получениясортового проката к -тому моменту времени, изменяющийся в интервале от 0 до 1.При этом использование сомножителязи"х; описывает существующее условие ТТ, и полокительные, периодически изменяющиеся значения соответственно Т - Т, авведение сомнокителя х линейно изменяетвеличину экстремальных значений Т дляразличных полупериодов в протекании процесса. Обеспечение заданных из условияполучения высококачественного прокатазначений температур металла в каждый момент времени достигается введением в рассмотрение эмйирических коэффициентов аиЬ:(Т 1-Тп)=а х 3 и Ьхь2Таким образом; изменение температурнепрерывнолитой кремнемарганцовистойстали при выдаче заготовок из нагревательного устройства горячей прокатки, последеформационном подстуживании проката иповторном нагреве определяется зависимостьюТ:Тп+а х 3 п 2 Ьхьгде Т - температура металла в 1-ый моментпроцесса получения сортового проката, С;Тп - температура последеформацион- .ного подстуживания, С (Тп=570550 С);а - эмпирический коэффициент, С/ч;Ь - эмпирический коэффициент, рад/ч;х - показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к 1-тому моменту времени (х=3,4- т),Исходя из необходимой суммарнойпродолжительности процесса получениясортового проката как суммы этапов П 1+П 2и описания уменьшения экстремальныхзначений Т 1, связь между текущей продолжительностью процесса к 1-тому моментувремени ти показателем текущей продолжительностью процесса х имеет следующий вид х 1=3,4 - г ь где т 1=04 ч,Экспериментально установлено, чтодля обеспечения высокого качестве сортового проката из кремнемарганцовистой стали эмпирические коэффициенты а и Ьдолжны находится в следующих интервалах: а=200 , 210 С/ч, Ь=1,3 , 1,35 рад/ч,При значениях а, больших чем 210 С/ч,чрезмерно повышается уровень температурзаготовок на всех технологических стадиях,Это приводит к перегреву и пережогу заготовок перед их выдачей из нагревательногоустройства, недостаточной проработке литой структуры металла при прокатке, так какдеформация будет осуществляться в этомслучае в большей степени по границам дендритов. Следствием этого зачастую является наличие трещин ва внутреннихобъемах проката, Не в полной мере осуществляется фиксация деформированнойструктуры, при промежуточном охлаждении, что обусловливает разнозернистость и10 15 20 колебания уровня механических свойств проката. При значениях а, меньших чем 220 С/ч, уровень температур заготовок на различных стадиях получения сортового проката недостаточен для обеспечения высокогокачества металла, Наблюдается значительная неоднородность химического состава по сечению нагретых заготовок, возникающая вследствие недостаточного их нагрева и определяющая пониженный уровень механических свойств металла в осевой зоне готового проката. Кроме того прокатка марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей при пониженных температурахсопровождается значительным исчерпанием ресурса пластичности металла и повышением вероятности образования поверхностных дефектов, В данном случае наблюдается; так,же недостаточный для осуществления аустенизации подъем температур металла на этапе П 2, что приводит к дополнительной структурной неоднородности и трещинообразованию металла Значения эмпирического коэффициента 25 Ь, более значительные, чем 1,35 рад/ч, обусловливают применение повышенных температур нагрева заготовок к их перегреву, кроме того при этом уменьшение температуры заготовок до 550570 С в течение 30 этапа П 1 происходит более 1 ч, что в результате снижает прочностные характеристики проката из рассматриваемых сталей. Значения Ь меньше; чем 1,30 рад/ч, приводят к заметному обезуглероживанию поверхно стных слоев проката при повторном нагреве, что снижает эксплуатационные свойства иэделий, Одновременно недопустимо укорачивается продолжительность этапа П (поз. 1),что вызывает значительный градиент 40 температур и повышенный уровень остаточных термических напряжений, который при существенной неоднородности распределения вредных примесей в объеме. металла является причиной внутреннего трещинооб разования.Следовательно, наилучшее качествопроката из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей обеспечивается в том случае, если изменение температур эагото вок по предложенному способу ведут призначениях эмпирических коэффициентов а и Ь, находящихся соответственно в интервалах 210200 С/ч и 1,351,30 рад/ч.П р и м е р. В условиях прокатного стана 55 700 с обжимной реверсивностью клетью1000 провели промышленные эксперименты по прокатке непрерывнолитых заготовок из марганцовистой стали 32 Г 2 и кремнемарганцовистой стали 36 Г 2 С до получения круглого сортового проката диаметром 120 мм.10 15 30 35 40 45 Исходное поперечное сечение составило 300 х 360 мм. Заготовки нагревали в методической печи, транспортировали к прокатному стану и деформировали в обжимной клети до поперечного сечения 190 х 190. Затем после обрезки переднего конца раскатон на ножницах, расположенных за клетью 1000,они поступали в черновую четырехклетьевую непрерывную группу клетей, а затем в чистовую непрерывную группу, где получали сортовой прокат заданных размеров. Раскроенный на пилах горячей резки прокат трансформировали на реечный холодильник, расположенный перед печами отжига и предназначенный для охлаждения проката за счет естественной конвекции до требуемых температур, после чего партию проката загружали в печи отжига, работающие в проходном режиме, По окончании термической обработки сортовой прокат выгружали на холодильник, расположенный за печами отжига, для окончательного охлаждения, Готовый сортовой прокат подвергали визуальному осмотру с целью установления поверхностных и внутренних дефектов и анализу структурной неоднородности в поперечных его сечениях.Условия получения сортового проката варьированием в соответствии с данными указанными в таблице (столбцы 1 - 6), Результаты исследования также указаны в таблице (столбец 7). Получено, что температурные условия получения сортового проката по прототипу(опыт 1) не обеспечивают высокого качества металла, так как в этом случае наблюдается структурная его неоднородность, Кроме того отмечено наличие внутренних трещин. Применение предложен ного способа обеспечивает наилучшее качество сортового проката (опыты 2, 3, 6, 7, 10, 11), Использование значений температуры последеформационного подстуживания, величин эмпирических коэффициентов а и Ь, суммарной продолжительности процесса получения сортового проката вне предложенных интервалов(опыты 4, 5, 8, 9, 12, 13, 14, 15) ухудшает качество проката, так как в этих случаях температурные условия процесса не являются оптимальными, вследствие чего отмечено наличие трещинообразования и разнозернистости.Таким образом, результаты промышленных экспериментов по получению сортового проката из непрерывнолитых заготовок из марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей подтвердили достижение цели предложенного технического решения - улучшения качества проката путем снижения трещинообразования и структурной неоднородности металла. Формула изобретения Способ получения сортового проката из непрерывнолитой марганцовистой и кремнемарганцовистой легированной стали. преимущественно сечением 0,025-0,004 м,г включающий нагрев заготовок, их выдачу из нагревательного устройства, прокатку до заданного сечения, подстуживание, нагрев до температур межкритического интервала и охлаждение, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью улучшения качества прокатапутем снижения трещинообразования и структурной неоднородности металла, после нагрева заготовок процесс ведут при температуре, определяемой из зависимостиТ=Т+а х зи Ьхь2где Т - температура металла в 1-й период процесса получения сортового проката, С;Тл-температура последеформационнЬ- го подстуживания, С; (Т=550-570 С):а - эмпирический коэффициент (а=200- 210 С/ч);Ь - эмпирический коэффициент (Ь=1,30 - 1,35 рад/ч);х - показатель текущей продолжительности процесса получения сортового проката к 1-му моменту времени (х=3,4 - г );ю - текущая продолжительность процесса получения сортового проката к 1-му моменту времени ( г;=0 - 4 ч),.1780886 12 е е Оценка качества проката Наличие структунод неоднородности нетепла повыюенная вероятность образования внутренних трещинТрещины отсутствуют структура иетапла однородная 4То веЧертеи .поэ,4 570 1,32 205 Т "Тя++ ах 1 эьпЪХ 1То ве 1,32 1,32 205 205 550 580 4 Наблюдается неоднородностьструктуры неталла 540 560 1,321,32 4 Наличие иикротрещин.205 210 5 6 Трещины отсутствуют, структураметалла однородная 200 132 220 1,32 4 То яе 75608 560 1,32 10 560не 135 Трещины отсутствуют структуранетепла однороднаяТо иеСтруктура нетепла неоднородна; " н носит следыперегрева4 Наличие внутренних трещин 205 Чертещпоэ,2 Чертеятпоэ,З 1,30 1,40 205 205 11 56012 560 13 560 То ве1457(15601 ее 125 132 205 205 Крупнозернистая неоднороднаяструктура 15 56020 с 1 32 3 Наличие внутре .Их- тр ,иавве в 4е евеевевее в ееееееаеае 00 ВО оставитель.Н.Бырдышевскехред М,Моргентал ктор И.Шмаков актор Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 4235 ВНИИПИ Го здательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 зводствен Температурапосле дефор.иационного.подстувиввния Т, С Структура эавнсииости иэнене" ния тенпературы, Т Величинаэнпнрического коэф-фициентаа, С/ч Величина эипирического коэффициентаЬ рад/ч Суннарнаяпродолкиательностьпроцессаполученияпрокатай, + йе, ч Наличие разноэернистости,структура носит следы вереегрезаНаблюдается существенная неоднородностьструктуры и поверхностное дефектообраэование