способ предварительной термической обработки среднесортового и крупносортового проката

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СРЕДНЕСОРТОВОГО И КРУПНОСОРТОВОГО ПРОКАТА, включающий ускоренное охлаждение с температуры конца прокатки, изотермическую выдержку при 600-700^oС в течение не более 3 ч, отличающийся тем, что ускоренное охлаждение ведут до достижения поверхностным слоем температуры ниже точки Мн на глубине 5-10 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке проката из конструкционных легированных марок стали с длительным периодом перлитного превращения или не имеющих его.

Известен способ термообработки проката, включающий замедленное охлаждение с температуры конца горячей деформации в неотапливаемых колодцах до 150-100^оС продолжительностью не менее 48 ч с последующим отжигом для снижения твердости [1]

Недостатками данного способа являются большая длительность производственного цикла и значительные затраты энергоресурсов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки, включающий ускоренное охлаждение от температуры конца горячей деформации до 700-500^оС, изотермическую выдержку при 600-700^оС продолжительностью не более 3 ч и последующее охлаждение [2]

Данный способ может быть использован для сталей, имеющих период перлитного превращения до 3 ч. Для сталей, имеющих более длительный период перлитного превращения, либо не имеющих его, этот способ не обеспечивает получения заданной техническими условиями твердости для последующей холодной механической обработки резанием.

Целью изобретения является формирование в прутках проката из конструкционных легированных сталей с длительным периодом перлитного превращения или не имеющих его двухслойной структуры: ферритно-перлитной с низкой твердостью в поверхностном слое и сорбитной с более высокой твердостью в центральном слое. Это позволяет производить последующую холодную механическую обработку прутков резанием при сохранении продолжительности изотермической выдержки до 3 ч.

Для получения указанного результата в известном способе термической обработки сортового проката, заключающемся в ускоренном охлаждении от температуры конца деформации, изотермической выдержке при 600-700^оС, продолжительностью не более 3 ч и последующем охлаждении, ускоренное охлаждение ведут до достижения поверхностным слоем температуры ниже точки М_и на глубине 5-10 мм.

Сущность способа заключается в следующем.

У сталей перлитного класса, обычно низколегированных, период перлитного превращения при изотермической выдержке небольшой, поэтому твердость на них можно получить после выдержки до 3 ч, как в прототипе.

Но у высоколегированных сталей на диаграммах изотермического превращения С-образные кривые сдвинуты сильно вправо. В результате 3-часовой выдержки в этих сталях будут формироваться переходные структуры бейнита и сорбита, имеющие повышенную твердость, что затруднит механическую обработку. В предлагаемом решении используется диффузионный механизм превращения, протекающий при отпуске конструкционных легированных сталей. В результате ускоренного охлаждения поверхностного слоя глубиной 5-10 мм ниже температуры М_н на поверхности прутка образуется структура мартенсита. При последующем нагреве и выдержке при 600-700^оС мартенсит значительно быстрее распадается на феррито-перлитную смесь, чем прямое превращение аустенита по всему объему прутка. Таким образом в прутке формируется двухслойная структура: поверхность феррито-перлитная с низкой твердостью и сорбитная в центральном слое с более высокой твердостью. При этом сохраняется небольшая (до 3 ч) продолжительность изотермической выдержки.

Аналогичным образом происходит процесс превращения мартенсита в феррито-перлитную смесь и на сталях, не имеющих перлитного превращения.

Поверхностный слой при изотермической выдержке получает двухсторонний разогрев: снаружи за счет печной атмосферы и изнутри за счет сохранившегося тепла центральной части прутка.

Охлаждение поверхностного слоя глубиной более 10 мм недопустимо во избежание образования поверхностных трещин из-за больших внутренних и структурных напряжений. Охлаждение слоя глубиной менее 5 мм не обеспечивает быстрого отбора тепла с поверхности для прохождения мартенситного превращения и приводит к получению очень тонкого слоя с низкой твердостью, что вызывает трудности при последующей механической обработке резанием. Сформированная в прутках двухслойная структура имеет следующую твердость: поверхностный слой глубиной до 10 мм имеет феррито-перлитную структуру с твердостью 241-255 НВ, механическая обработка резанием которого не вызывает затруднений. Центральный слой имеет сорбитную структуру с твердостью 269-285 НВ.

Предлагаемый способ предварительной термической обработки сортового проката позволяет при сохранении длительности цикла обработки, как в прототипе, получать прутки проката из конструкционных легированных марок стали с твердостью, позволяющей производить холодную механическую обработку резанием.

П р и м е р. Сортовой прокат диаметром 90 мм из стали марки 12Х2Н4А с температуры конца горячей деформации 950^оС охлаждали на холодильнике стана "450" водо-воздушной смесью до достижения поверхностью температуры 250^оС, что обеспечило переохлаждение слоя глубиной 8 мм ниже точки М_н. Для стали 12Х2Н4А точка МН равна 400^оС. Температуру поверхности прутков контролировали пирометром типа АПИР-С.

Температуру переохлаждения на глубине 5-10 мм определяли экспериментально при помощи хромель-алюмелевых термопар, зачеканенных в пруток на разную глубину.

После охлаждения прутки помещали в проходную термическую печь и производили изотермическую выдержку (отпуск) при 680-700^оС с выдержкой 2,5 ч. Дальнейшее охлаждение прутков производилось на воздухе.

Дополнительно были проведены опыты, в которых параметры глубины охлаждения выходили за граничную область, определяемую в предлагаемом способе.

В каждом эксперименте производился контроль твердости по сечению прутка. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Из таблицы следует, что предложенный способ обеспечивает получение поверхностного слоя пониженной твердости, благоприятного для последующей механической обработки проката.