способ производства арматурной стали периодического профиля
Классы МПК: | C21D8/08 для армирования бетона B21H8/00 Прокатка металла неограниченной длины с участками повторяющегося профиля для производства особых изделий |
Автор(ы): | Харитонов В.А., Ярченков Э.А., Никифоров Б.А., Харитонов В.А., Тахаутдинов Р.С., Харитонов А.В., Середа В.И., Голиков А.А., Бондаренко В.И., Пахомов А.В. |
Патентообладатель(и): | Харитонов Виктор Александрович, Ярченков Эдуард Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-06-25 публикация патента:
27.01.2004 |
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству арматурной стали с использованием холодной деформации для нанесения периодического профиля. Способ включает холодную деформацию горячекатаной заготовки с одновременным нанесением периодического профиля, при этом используют горячекатаную заготовку с величиной относительного удлинения, равной 1,4...2,4 величины относительного удлинения арматуры периодического профиля. Нанесение периодического профиля осуществляют с относительным обжатием, величину которого определяют из приведенного в формуле изобретения выражения. Использование изобретения позволяет получить арматурную сталь периодического профиля с высоким прогнозируемым уровнем пластических и прочностных свойств, повысить качество продукции.
Формула изобретения
Способ производства арматурной стали периодического профиля, включающий холодную деформацию горячекатаной заготовки с одновременным нанесением периодического профиля, отличающийся тем, что используют горячекатаную заготовку с величиной относительного удлинения, равной 1,4...2,4 величины относительного удлинения арматуры периодического профиля, нанесение периодического профиля осуществляют с относительным обжатием, величину которого определяют из выражения![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-6t.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-7t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству арматурной стали с использованием холодной деформации для нанесения периодического профиля. Известен способ [1] производства арматурной стали дефицитных размеров диаметром 6,0, 8,0 и 10,0 мм. Он предусматривает прокатку круглой катанки из стали марки 35ГС с увеличенным диаметром, затем отжиг подката в печах по режиму - нагрев до 770oС, выдержка 8 часов для подката диаметром 6,5 мм и 10 часов для подката диаметром 9,0 мм, охлаждение вместе с печью до температуры 350oС, затем охлаждение на воздухе. Далее на отожженном подкате удаляется окалина в растворе серной кислоты концентрации 10-20% в течение 40 мин при температуре раствора 70oС. Подготовленную таким образом катанку прокатывают в клетях с 2-валковыми калибрами для нанесения периодического профиля по ГОСТ 5781-82, с относительным обжатием 15-21% и сматывают готовую арматуру в бухты на разъемную катушку. Этот способ обеспечения требуемых механических свойств является сложным, многооперационным, энергоемким за счет операций термообработки. Кроме того, низколегированные марки, например 35ГС, не обеспечивают необходимые требования по свариваемости и прочностным характеристикам по классу А500С. За счет усложнения технологии этот способ существенно увеличивает затраты на изготовление арматуры. Известен способ [2] производства арматурной стали периодического профиля, включающий горячую прокатку катанки, охлаждение до 500-650oС, смотку в моток, окончательное охлаждение путем погружения мотка в охлаждаемую среду (воду) и отпуск, например при 320oС. После отпуска катанку подвергают холодному волочению со степенью деформации 5-25%, профилированию и дополнительному отпуску при температуре 200-400oС. Для изготовления арматуры таким способом используют низколегированные марки сталей, например 20ГС. Этот способ также не позволяет получить арматурную сталь периодического профиля с высокими прочностными свойствами, например классов А500 и А600 с высоким относительным удлинением![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222047/8805.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-1t.gif)
где dp - диаметр арматуры периодического профиля, соответствующий равновеликой по линейной плотности гладкой круглой проволоки равной длины, мм;
fr - относительный показатель сцепления арматуры;
t - шаг профиля, мм. d0 - диаметр заготовки под профилирование, соответствующий равновеликой по линейной плотности гладкой круглой проволоки равной длины, мм, рассчитываемой по формуле:
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-2t.gif)
Для исключения дорогостоящих термических операций повышения пластических свойств после холодной пластической деформации, как это имеет место в известных способах-аналогах, а также после горячей прокатки в прототипе необходимо рассчитать оптимальный режим холодной пластической деформации при профилировании. Профилирование арматурной стали является специфической технологической операцией, т.к. результатом ее должно быть обеспечение заданного "fr" - относительного показателя анкеровки. При этом существуют оптимальные параметры обжатия в профилирующей клети, обеспечивающие указанный показатель "fr". Увеличение обжатия при прочих равных условиях нерационально, так как ведет к снижению массы профиля, а значит, к снижению производительности, увеличению давления на валки, повышению износа и ухудшению их работоспособности. Кроме того, дополнительные обжатия при холодной пластической деформации ведут к дополнительному и нежелательному ухудшению пластических характеристик прокатываемой арматуры, не продиктованному технологической необходимостью. Поэтому в предлагаемом способе предложен режим относительного обжатия при профилировании, гарантирующий минимальную величину деформации и при этом обеспечивающий необходимые и достаточные параметры анкеровки. Это достигается тем, что в формулу расчета относительного обжатия введены требуемые параметры анкеровки через показатель "fr" и "t" и "dp". Известно, например (В.Г.Паршин, С.П.Васильев "Механические свойства низкоуглеродистых сталей после горячей прокатки, волочения и холодной высадки" Экспресс-информация, Центральный НИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии. - М., 1974, Серия 9. Выпуск 7, с.17-18), что при холодной пластической деформации за счет наклепа (изменения дислокационной структуры) происходит упрочнение металла (повышение временного сопротивления и предела текучести), а также одновременное снижение пластических свойств (относительного удлинения), причем пластические свойства снижаются более интенсивно, чем повышаются прочностные. Поэтому для обеспечения заданных параметров пластичности на готовой арматурной стали необходимо использовать заготовку с необходимой для этого величиной относительного удлинения, которая при использовании заданного формулой обжатия при профилировании должна составлять 1,4-2,4 от величины относительного удлинения арматуры. Способ осуществляется следующим образом. Для изготовления арматурной стали периодического профиля заданного класса и размеров определяют режим минимального относительного обжатия, обеспечивающего минимальное снижение пластичности. Показатель fr, t и dp задают согласно известной нормативно-технической документации. Параметр d0 - размер заготовки, необходимой для обеспечения минимального обжатия при нанесении периодического профиля, поэтому он жестко связан с параметрами fr, t и dp соотношением:
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-3t.gif)
где d0 - диаметр заготовки под профилирование, соответствующий равновеликой по линейной плотности гладкой круглой проволоки равной длины, мм. Интервал 1,0-1,1 учитывает требования к точности геометрии заготовки, которая может быть получена любым способом, обеспечивающим требуемые механические свойства: горячей прокаткой с обычными режимами охлаждения, горячей прокаткой с термоупрочнением, обеспечиваемым дополнительной регулировкой охлаждения, холодной прокаткой, волочением, в т.ч. с различными промежуточными обработками до профилировки. При этом показатель пластичности металла-заготовки - величина относительного удлинения должна быть равной 1,4-2,4 величины относительного удлинения готовой арматурной стали периодического профиля. Указанный интервал определен экспериментально. Установлено, что максимальный показатель относительного удлинения на базе 5-ти диаметров (
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222047/8805.gif)
Для изготовления согласно предлагаемому способу арматурной стали периодического профиля класса А500С диаметром 6,0 мм (с допуском по массе
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222014/177.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222047/8805.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-4t.gif)
Прокатку заготовки проводили на стане "150" ОАО "Белорецкий металлургический комбинат". При изготовлении катанки диаметром 6,0-8,0 мм на стане "150" точность (допуск на размер) составляет
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222014/177.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222612/2222612-5t.gif)
Для получения требуемой заготовки по механическим свойствам по классу А500С на стане "150" ОАО "БМК" прокатывали катанку из стали марки ст3сп диаметром 6,5 мм следующего химсостава: Плавка Е201 (С=0,18%, Mn=0,47%, Si= 0,22%, Сэкв=0,27). Прокатку вели с регулировкой охлаждения с использованием 2-х стадий - водяного и воздушного. Режимы прокатки: Скорость прокатки - 44,6 м/с, температура прокатки после чистовой клети блока - 1050oС, температура катанки на виткоукладчике перед смоткой на конвейер - 660oС, температура сбора мотка после конвейера 450oС. Далее катанка сматывалась (собиралась) в мотки и охлаждалась на воздухе. Испытания механических свойств катанки производили в лаборатории механических испытаний ЦЗЛ ОАО "БМК" на разрывной машине ZD-10. Испытания показали, что катанка имела следующие значения механических свойств (средние значения по 10 испытаниям)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
Это составило соответственно 0,97 от заданных значений
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222014/177.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
Взвешиванием определили значение dp=6,00 мм. По измеренным на инструментальном микроскопе БМИ данным fr=0,039, шаг профиля - 5,0 мм. Анализ показал, что механические свойства арматурной стали относительно свойств заготовки при относительном обжатии 11,07% были изменены следующим образом:
- предел текучести
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
- предел прочности
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
- относительное удлинение
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222001/963.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
![способ производства арматурной стали периодического профиля, патент № 2222612](/images/patents/246/2222068/948.gif)
Полученные результаты показывают, что механические свойства соответствуют требованиям, предъявляемым к арматурной стали класса А500С по СТО АСЧМ 7-93, т. е. требованиям, предъявленным в поставленной задаче и выполненным предложенным способом. Источники информации
1. Пудов Е.А. Опыт освоения и перспективы развития производства арматуры для железобетонных конструкций на Магнитогорском калибровочном заводе. Бюл. Чер. Мет., НТИ, 1998, вып. 11-12. 2. Авт. св. CССP 1257109, кл. С 21 D 9/52, 1986. 3. Патент РФ 2070463, кл. В 21 Н 8/00, 1996.
Класс C21D8/08 для армирования бетона
Класс B21H8/00 Прокатка металла неограниченной длины с участками повторяющегося профиля для производства особых изделий