Патент на изобретение №2346991
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АРМАТУРНОГО ПРОФИЛЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С. Для повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали способ включает нагрев непрерывнолитой заготовки, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до 535-580°С. Арматурный профиль выполнен из стали, содержащей, мас.%: 0,14-0,26 С; 0,05-0,30 Si; не более 1,0 Mn; не более 0,3 Cr; не более 0,3 Ni; не более 0,4 Cu; не более 0,05 S; не более 0,04 Р; не более 0,012 N; остальное – Fe. При диаметре арматурного профиля до 14 мм сталь содержит 0,50-0,80 мас.% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм сталь содержит 0,60-0,90 мас.% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0 мас.% марганца. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, конкретно к прокатке периодических круглых профилей, и может быть использовано при производстве арматурного профиля А500С из непрерывнолитой заготовки. Известен способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 25Г2С, содержащей, в мас.%:
Способ включает прокатку арматурного профиля и его термическую обработку по режиму: нагрев до температуры 800-900°С, закалка водовоздушной смесью, отпуск в печи при температуре 400-500°С [1]. Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей. Кроме того, закалка и отпуск с отдельных нагревов, а также высокая концентрация марганца в стали удорожают производство. Известен также способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 20ГСР. Способ включает нагрев квадратной заготовки 80×80 мм до температуры 1200°С, горячую прокатку арматурных стержней диаметром 18 мм, ускоренное охлаждение до температуры 650°С со скоростью ниже критической, после чего арматурные стержни подвергают отпуску путем нагрева до температуры 620°С и выдержки в течение 20-30 мин [2]. Недостатки известного способа состоят в низком уровне и нестабильности механических свойств арматурных профилей, получаемых из непрерывнолитой заготовки, а также высокой концентрации марганца в стали. Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства арматурного профиля из марганцовистой стали марки 35 ГС следующего химического состава, мас.%:
Способ включает нагрев заготовки до температуры 1150°С, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки 1050-1100°С и ускоренное охлаждение арматурного профиля водой до температуры 400-650°С [3]. Недостатки известного способа состоят в том, что готовый арматурный профиль имеет низкие и нестабильные механические свойства. Кроме того, сталь содержит большое количество марганца. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении уровня и стабильности механических свойств при одновременном снижении концентрации марганца в стали. Для этого в известном способе производства арматурного профиля, включающем нагрев непрерывнолитой заготовки из марганцовистой стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки и ускоренное охлаждение водой, согласно предложению суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С. При этом марганцовистая сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
Кроме того, при диаметре арматурного профиля до 14 мм включительно сталь содержит 0,50-0,80% марганца, при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм включительно сталь содержит 0,60-0,90% марганца, а при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0% марганца. Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Для формирования высоких и стабильных механических свойств арматурного профиля, получаемого из непрерывнолитой заготовки, необходимо в процессе прокатки «проработать» и измельчить литую структуру, а также обеспечить с прокатного нагрева возможность закалки и отпуска арматурного проката. Только при суммарном коэффициенте вытяжки не менее 7,8 достигается требуемое измельчение микроструктуры марганцовистой стали предложенного состава. Ускоренное охлаждение водой свежедеформированного аустенита от температуры конца прокатки 950-1050°С обеспечивает упрочнение стали при сохранении равномерного зерна микроструктуры с номером балла 9. При температуре 535-580°С, после завершения ускоренного охлаждения арматурного профиля водой, происходит его самоотпуск без дополнительного подогрева. То есть регламентированная горячая прокатка, ускоренное охлаждение (деформационно-термическое упрочнение) и отпуск осуществляются в одном тепловом цикле. В результате самоотпуска возрастают вязкостные и пластические свойства арматурного профиля из марганцовистой стали предложенного состава при незначительном снижении прочности. Это повышает качество металлопродукции. Интенсивность и равномерность ускоренного охлаждения арматурного профиля существенно зависит от его диаметра, причем при прочих равных условиях со снижением диаметра скорость охлаждения возрастает, что приводит к возрастанию прочностных, снижению пластических свойств и их неравномерности для профилей различного диаметра. Для того чтобы скомпенсировать влияние уменьшения диаметра арматурного профиля на уровень и равномерность механических свойств, по мере уменьшения диаметра арматурного профиля уменьшают среднее содержание в стали марганца. Благодаря этому одновременно с повышением уровня и равномерности механических свойств достигается экономия ферромарганца при выплавке стали. Экспериментально установлено, что при суммарном коэффициенте вытяжки менее 7,8 в арматурном профиле, прокатанном из непрерывнолитой заготовки, сохраняются фрагменты крупнозернистой литой структуры, уровень и стабильность механических свойств снижаются. Также экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки ниже 950°С после ускоренного охлаждения водой вязкостные и пластические свойства арматурного профиля снижаются. Увеличение температуры конца прокатки выше 1050°С приводит к формированию разнобалльной микроструктуры, снижению равномерности механических свойств. Охлаждение водой до температуры выше 580°С ведет к снижению прочностных свойств в процессе самоотпуска. Уменьшение этой температуры ниже 535°С приводит к потере пластических свойств арматурного профиля. Углерод в стали предложенного состава определяет прочностные свойства арматурного профиля. Снижение содержания углерода менее 0,14% приводит к падению прочностных свойств ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,26% ухудшает пластические и вязкостные свойства арматурного профиля. При содержании кремния менее 0,05% ухудшается раскисленность стали, снижаются прочностные свойства арматурного профиля. Увеличение содержания кремния более 0,30% приводит к возрастанию количества силикатных включений, снижает равномерность механических свойств арматурного профиля и пластичность. Повышение содержания марганца более 1,0% увеличивает предел текучести Хром повышает прочность стали за счет образования карбидов. Но увеличение содержания хрома более 0,30% приводит к снижению пластических свойств арматурного профиля. Никель и медь является примесными элементами. При концентрации никеля не более 0,3% и меди не более 0,4% они не оказывают вредного влияния на уровень и равномерность механических свойств арматурных профилей, но расширяют возможности использования металлического лома при выплавке, что удешевляет производство. При концентрации никеля более 0,3% и меди более 0,4% ухудшаются пластические свойства арматурных профилей. Сталь предложенного состава может содержать в виде примесей не более 0,050% серы, не более 0,040% фосфора, не более 0,012% азота. При указанных предельных концентрациях эти элементы в стали предложенного состава не оказывают заметного негативного воздействия на качество арматурных профилей, тогда как их более глубокое удаление из расплава стали существенно повышает затраты на производство и усложняет технологический процесс. Увеличение концентрации этих вредных примесей выше предложенных значений ухудшает весь комплекс механических свойств арматурных профилей. Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,5% для арматурных профилей диаметром до 14 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца. Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,6% для арматурных профилей диаметром свыше 14 мм и до 18 мм включительно снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 0,8% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца. Уменьшение содержания марганца в стали менее 0,7% для арматурных профилей диаметром свыше 18 мм снижает прочностные свойства арматурных профилей и их равномерность. Увеличение содержания марганца более 1,0% приводит к потере пластических свойств, перерасходу ферромарганца. Примеры реализации способа В кислородном конвертере производили выплавку марганцовистых сталей, химический состав которых приведен в таблице 1. Выплавленные стали различных составов подвергали непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения.
Непрерывнолитые заготовки нагревали в методической печи до температуры 1230°С и осуществляли горячую прокатку арматурных профилей на сортопрокатном стане 250. Пример 1. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=12 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №3 (табл.1), содержание марганца в которых равно Mn=0,65%. Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки Пример 2. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=16 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №8, содержание марганца в которых составляет Mn=0,70%. Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки Пример 3. Для прокатки арматурных профилей диаметром d=20 мм использовали непрерывнолитые заготовки из стали с химическим составом №13, содержание марганца в которых составляет Mn=0,80%. Нагретые непрерывнолитые заготовки подвергали прокатке в валках с калибрами с суммарным коэффициентом вытяжки Варианты реализации предложенного способа производства арматурных профилей различных диаметров и показатели их эффективности приведены в таблице 2. Из таблицы 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, 7-9, 12-14) достигается повышение уровня и стабильности механических свойств, которые не зависят от диаметра арматурного профиля. Одновременно с этим достигается снижение содержания марганца в стали. Механические свойства арматурных профилей всех диаметров полностью приведены в таблице 2.
В случаях запредельных значений заявленных параметров механические свойства арматурных профилей и их стабильность ухудшаются (варианты №1, 5, 6, 10, 11, 15). Также низкие и нестабильные механические свойства при более высокой концентрации марганца в стали достигаются в случае использования способа-прототипа (вариант №16). Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что компенсация повышения прочностных и снижения пластических свойств полос различного диаметра, скорость охлаждения которых в процессе термоупрочнения различна, соответствующим снижением содержания марганца в стали предложенного состава позволяет обеспечить требуемый и стабильный уровень свойств арматурных профилей категории прочности А500С. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства арматурных профилей на 20-30%. Использованные источники 1. В.Ф.Зотов. Производство проката. М., «Интермет инжиниринг», 2000, с.229. 2. Авт. свид. СССР №616303, МПК C21D 1/78, 1978 г. 3. А.А.Кугушин и др. Высокопрочная арматурная сталь. М., Металлургия, 1986, с.42-45, 53 – прототип.
Формула изобретения
1. Способ производства арматурного профиля, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки из стали, горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки, охлаждение водой и завершающее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:
при этом суммарный коэффициент вытяжки при прокатке устанавливают не менее 7,8, температуру конца прокатки поддерживают в пределах 950-1050°С, а охлаждение водой ведут до температуры 535-580°С. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля до 14 мм сталь содержит 0,50-0,80 мас.% марганца. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля свыше 14 мм и до 18 мм сталь содержит 0,60-0,90 мас.% марганца. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при диаметре арматурного профиля свыше 18 мм сталь содержит 0,70-1,0 мас.% марганца.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
т, неравномерность механических свойств, снижает пластические свойства арматурного профиля, увеличивает расход ферромарганца при выплавке стали.
=38,4. Температуру конца прокатки поддерживали равной Ткп=990°С. Прокатанные арматурные профили после выхода из последней клети стана охлаждали водой в проходных трубчатых охлаждающих секциях до температуры Тво=560°С, и затем завершали их охлаждение на воздухе.
, %