способ изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали
Классы МПК: | C21D8/08 для армирования бетона |
Автор(ы): | Юрьев Алексей Борисович (RU), Ефимов Олег Юрьевич (RU), Чинокалов Валерий Яковлевич (RU), Зезиков Михаил Викторович (RU), Дехтеренко Николай Григорьевич (RU), Клепиков Александр Григорьевич (RU), Никиташев Михаил Васильевич (RU), Погорелов Дмитрий Анатольевич (RU), Колесников Николай Семенович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-12-27 публикация патента:
10.11.2006 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при производстве высокопрочной стержневой арматуры периодического профиля средних диаметров. Для обеспечения высоких пластических характеристик заготовку нагревают, подвергают горячей деформации с единичным обжатием в последнем проходе 22,5-23,5% с получением стержневой арматуры периодического профиля средних диаметров, и используя тепло прокатного нагрева, ведут циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным трем, в течение времени (0,030-0,055)Д с в каждом цикле охлаждения с промежуточным отогревом поверхности после первого цикла охлаждения в течение 0,38-0,43 с, после второго цикла охлаждения в течение 0,48-0,54 с, окончательным отогревом поверхности в течение 4,5-5,5 с и окончательное охлаждение на воздухе. 2 табл.
Формула изобретения
Способ изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали, преимущественно стержневой арматуры периодического профиля средних диаметров, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий нагрев заготовки, ее горячую деформацию, циклическое охлаждение поверхности раската с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что перед циклическим охлаждением проводят деформацию с единичным обжатием 22,5-23,5% от площади поперечного сечения, а циклическое охлаждение проводят с количеством циклов, равным трем, в течение времени (0,030-0,055)Д с в каждом цикле охлаждения с промежуточным отогревом поверхности после первого цикла охлаждения в течение 0,38-0,43 с, после второго цикла охлаждения в течение 0,48-0,54 с и окончательный отогрев поверхности проводят в течение 4,5-5,5 с, где Д - диаметр стержня арматурной стали, мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной арматурной стали с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при производстве высокопрочной стержневой арматуры периодического профиля средних диаметров.
Известны способы термической обработки проката. Например, известен способ термической обработки с использованием тепла прокатного нагрева, включающий переохлаждение поверхности ниже точки Мн на глубину 0,3-0,5 мм со скоростью V=(2,4/D×10 4±150)°C/c с последующим отогревом до Мн+(200-300)°С в течение времени , определяемого из математического выражения (1,3-0,0583D)c 0,9с, и окончательное охлаждение, где D - диаметр стержня, мм (патент СССР №1782241, кл. C 21 D 1/02, опубл. 15.12.1992, БИ №46, 1992 г.).
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ термической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры мелких профилей, с использованием тепла прокатного нагрева, включающий нагрев заготовки, ее горячую прокатку, рекристаллизацию стали, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, охлаждение поверхности в первом цикле в течение (0,017-0,019)Д с, во втором цикле (0,05-0,6) Д с, промежуточный отогрев поверхности между циклами составлял 0,5-0,6 с, окончательный отогрев поверхности при общем времени термической обработки раската в течение 7,5-8,5 с, и окончательное охлаждение на воздухе, где D - диаметр стержня, мм (патент РФ №2227811, кл. C 21 D 1/02, опубл. 27.04.2004, БИ №12, 2004 г.).
Недостатком известных способов является невысокий уровень нормируемых потребительских свойств и механических характеристик, таких как относительное и равномерное удлинение при разрыве.
Задачей заявляемого изобретения является возможность получения высоких пластических характеристик у высокопрочной арматуры, имеющей временное сопротивление разрыву более 1000 н/мм2.
Поставленная задача достигается тем, что в способе термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем нагрев заготовки, ее горячую деформацию, циклическое охлаждение поверхности раската с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению перед циклическим охлаждением проводят деформацию с единичным обжатием 22,5-23,5% от площади поперечного сечения, а циклическое охлаждение проводят с количеством циклов, равным трем, в течение времени (0,030-0,055)Д с в каждом цикле охлаждения с промежуточным отогревом поверхности после первого цикла охлаждения в течение 0,38-0,43 с, после второго цикла охлаждения в течение 0,48-0,54 с и окончательный отогрев поверхности проводят в течение 4,5-5,5 с, где Д - диаметр стержня, мм.
Техническая сущность изобретения заключается в следующем.
На формирование служебных свойств, таких как пластичность и прочность, особое влияние оказывают процессы рекристаллизации, протекание которых активно начинается уже при температурах 650°С. При температурах конца прокатки 1050°С процесс рекристаллизации занимает доли секунд, что приводит к быстрому росту зерна и, соответственно, к разупрочнению металла и снижению его пластических характеристик.
Для подавления процессов динамической рекристаллизации и роста зерна необходимо перед началом процесса термоупрочнения провести деформацию раската с единичным обжатием не менее 22,5%, при единичном обжатии более 23,5% происходит дополнительный разогрев раската за счет большой степени деформации, что отрицательно сказывается на служебных свойствах готового проката. Кроме того, установлено, что для получения в поверхностном слое структуры высокоотпущенного мартенсита, обеспечивающего высокие прочностные характеристики при одновременном повышении пластических, охлаждение поверхности в каждом цикле необходимо проводить в течение времени не менее 0,030 Д с при промежуточном отогреве поверхности после первого цикла не менее 0,38 с. При охлаждении поверхности в каждом цикле в течение времени более 0,055Д с не остается достаточного количества тепла для получения в поверхностном слое структуры высокоотпущенного мартенсита. Промежуточный отогрев поверхности после первого цикла охлаждения в течение времени более 0,43 с и более 0,54 с после второго цикла приведет к отогреву поверхностного и переходного слоя, соответственно, выше точки Ac1 и резкому снижению прочностных характеристик. При промежуточном отогреве после второго цикла охлаждения менее 0,48 с и окончательном отогреве менее 4,5 с не происходит полная релаксация структурных напряжений, что приводит к резкому снижению пластических характеристик. Окончательный отогрев поверхности более 5,5 с приводит к снижению прочностных характеристик после электроотпуска, не улучшая пластических свойств готового проката.
Предлагаемый способ термической обработки проката с указанной совокупностью, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высоких пластических характеристик готового проката при высоких прочностных характеристиках.
Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, например, проведение деформации и выбор пределов ее единичных обжатий перед началом проведения процесса термического упрочнения, проведение трех циклов охлаждения и времени их проведения, выбор величины промежуточных и окончательного отогрева поверхности, что не следует из известного уровня техники
Реализация способа изготовления высокопрочной термоупрочненной арматурной стали осуществлялась следующим образом:
Пример (табл. 1, вариант №2). В сортопрокатном цехе ОАО "ЗСМК" на мелкосортном стане 250-2 проводили промышленные испытания предложенного способа термической обработки проката при изготовлении стержневой арматуры №20 из стали 28С промышленной плавки.
Для этого заготовки сечением 100×100 мм нагревали до температуры 1200±20°С, прокатывали на непрерывном мелкосортном стане 250-2 с единичным обжатием в последнем проходе 22,6%. Затем проводили циклическое охлаждение поверхности раската с количеством циклов, равным трем. Охлаждение поверхности в первом и втором циклах проводили в течение 0,82 с, в третьем цикле охлаждения 1,03 с, промежуточный отогрев поверхности после первого цикла охлаждения составлял 0,41 с, после второго цикла 0,51 с, окончательный отогрев поверхности до температуры 390°С составлял 4,65 с. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.
По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение величины единичного обжатия в последнем проходе, времени каждого цикла переохлаждения поверхности, времени промежуточных и окончательного отогревов поверхности раската в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. Режимы осуществления предлагаемого способа приведены в табл. 1.
После осуществления указанных режимов определяли временное сопротивление разрыву В, предел текучести 02, пятикратное 5 и равномерное удлинение р после электронагрева до 400°С.
Полученные результаты промышленных испытаний приведены в табл. 2.
Так, при достижении временного сопротивления разрыву 1130-1180 н/мм2 получена стержневая арматура среднего диаметра с высоким пятикратным удлинением, составляющим 13-14%, и равномерным удлинением 3,5-4,0%, что практически в 2 раза выше, чем у стержневой арматуры, изготовленной по известному способу.
Из данных табл.1 и 2 видно, что при термической обработке стержневой арматуры по предлагаемому способу получены лучшие результаты по пластическим характеристикам при высоком уровне прочности.
Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные мелкосортные станы и выпускающих прокат различного назначения. Например, применение указанного способа при изготовлении высокопрочной стержневой арматуры на мелкосортном непрерывном стане 250-2 ОАО "ЗСМК" показало высокую эффективность технологии.
Таблица 1 Режимы осуществления предлагаемого способа термической обработки | ||||||||||
№ п/п | Единичное обжатие в последнем проходе, % | 1-й цикл охлаждения, с | 2-й цикл охлаждения, с | 3-й цикл охлаждения, с | Отогрев после 1 цикла, с | Отогрев после 2 цикла, с | Окончательный отогрев поверхности, с | |||
1 | 22,5 | 0,60 | 1,10 | 0,60 | 0,38 | 0,48 | 4,50 | |||
2 | 22,6 | 0,82 | 0,82 | 1,03 | 0,41 | 0,51 | 4,65 | |||
3 | 23,5 | 1,10 | 0,60 | 1,10 | 0,43 | 0,54 | 5,50 | |||
4 | 22,4 | 0,55 | 1,15 | 0,55 | 0,37 | 0,52 | 5,60 | |||
5 | 23,6 | 1,15 | 0,55 | 1,15 | 0,44 | 0,47 | 4,40 | |||
Таблица 2 Механические свойства высокопрочной стержневой арматуры | ||||||||||
№ п/п | Временное сопротивление разрыву В, н/мм2 | Предел текучести 0,2, н/мм2 | Пятикратное удлинение 5, % | Равномерное удлинение р, % | ||||||
Предлагаемое решение | ||||||||||
1 | 1130 | 950 | 14 | 3,8 | ||||||
2 | 1170 | 1000 | 14 | 4,0 | ||||||
3 | 1180 | 1010 | 13 | 3,5 | ||||||
4 | 1120 | 930 | 12 | 3,0 | ||||||
5 | 1200 | 1050 | 10 | 3,0 | ||||||
Прототип | ||||||||||
1210 | 1100 | 8 | 2,0 |
Класс C21D8/08 для армирования бетона