Патент на изобретение №2381283
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНЫХ СВАРИВАЕМЫХ АРМАТУРНЫХ ПРОФИЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и предназначено для получения на сортовых станах стальных свариваемых арматурных профилей из непрерывнолитых заготовок. Для повышении качества и выхода годного способ включает непрерывную разливку при температуре 1520-1570°С со скоростью 0,6-0,9 м/мин, нагрев заготовок до температуры 1150-1250°С, многопроходную прокатку в валках с калибрами суммарным коэффициентом вытяжки не менее 15 и температурой конца прокатки 900-1100°С, ускоренное охлаждение движущихся полос водой до температуры 200-570°С со скоростью 50-150°С/с и последующее самопроизвольное охлаждение на воздухе, при этом сталь содержит, мас.%: 0,04-0,17 С, 0,15-0,35 Si, 1,30-1,95 Мn, не более 0,08 Nb, не более 0,07 Ti, не более 0,08 V, остальное – железо и примеси. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и предназначено для получения на сортовых станах стальных высокопрочных свариваемых арматурных профилей из непрерывнолитых заготовок. Высокопрочные свариваемые арматурные профили из низколегированной стали в термоупрочненном состоянии должны отвечать следующему комплексу механических и эксплуатационных свойств (таблица 1):
Известен способ производства стальных арматурных профилей, включающий нагрев заготовок из углеродистой стали марки Ст3, многопроходную прокатку в валках с калибрами, охлаждение движущихся полос водой вначале на 35-40°С непосредственно на выходе из валков чистовой клети, затем их ускоренное охлаждение водой до температуры 600-650°С и окончательное охлаждение на воздухе [1]. Недостатки известного способа состоят в том, что арматурные профили имеют низкие прочностные и вязкостные свойства. Это снижает их качество и выход годного. Известен также способ производства стального арматурного профиля из углеродистой стали марки Ст3сп, включающий нагрев заготовки, многопроходную прокатку с коэффициентом вытяжки в последнем проходе µ=1,20, ускоренное охлаждение движущихся полос водой и последующее охлаждение на воздухе [2]. Указанный способ также не обеспечивает высоких прочностных и вязкостных свойств арматурных профилей, что снижает их качество и выход годного. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства круглого высокопрочного сортового проката из низколегированной стали следующего химического состава, мас.%:
Способ включает нагрев заготовок, многопроходную прокатку на 10-клетевом стане 300-3 в валках с калибрами, ускоренное охлаждение водой движущихся полос непосредственно на выходе из валков чистовой клети вначале до температуры 770-850°С, затем до температуры 750°С и последующее охлаждение на воздухе за два этапа, причем время охлаждения регламентируют в зависимости от содержания в стали легирующих элементов [3]. Недостатки указанного способа состоят в том, что полученные при его использовании высокопрочные арматурные профили имеют низкие качество и выход годного вследствие недостаточных пластических, вязкостных свойств и свариваемости. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества и выхода годных арматурных профилей. Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства высокопрочных свариваемых арматурных профилей из низколегированной стали, включающем непрерывную разливку и нагрев заготовок, многопроходную прокатку в валках с калибрами, ускоренное охлаждение движущихся полос водой и последующее самопроизвольное охлаждение на воздухе, согласно изобретению, заготовки нагревают до температуры 1150-1250°С, прокатку ведут с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 15 и завершают при температуре 900-1100°С, а ускоренное охлаждение водой производят до температуры 200-570°С со скоростью 50-150°С/с. Низколегированная сталь имеет следующий химический состав: 0,04-0,17% углерода; 0,15-0,35% кремния; 1,30-1,95% марганца; не более 0,08% ниобия; не более 0,07% титана; не более 0,08% ванадия; железо и примеси – остальное; которую подвергают непрерывной разливке в заготовки при температуре 1520-1570°С со скоростью 0,6-0,9 м/мин. Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. Требуемое сочетание механических свойств свариваемых арматурных профилей (таблица 1) осуществляется одновременной оптимизацией химического состава стали, режимов ее непрерывной разливки и деформационно-термической обработки в совмещенном процессе прокатки и последующего термического упрочнения. Благодаря тому, что дополнительное упрочнение достигается путем диспергирования микроструктуры стали в процессе многопроходной прокатки и закалки свежедеформированного аустенита, обеспечивается возможность снижения степени ее легирования. Это позволяет при обеспечении высокой прочности готовых арматурных профилей повысить их свариваемость, вязкость и пластичность. Экспериментально установлено, что нагрев непрерывно литых заготовок из стали предложенного химического состава до температуры ниже Та=1150°С не обеспечивает полного растворения карбидов в аустените. Это снижает прочность термоупрочненных арматурных профилей. При увеличении Та более 1250°С не исключается пережог и окисление границ зерен непрерывнолитых заготовок, что увеличивает окалинообразование и снижает выход годного. Степень механической проработки литой структуры заготовки определяется коэффициентом суммарной вытяжки , определяемым как соотношение площадей поперечного сечения заготовки и готового арматурного профиля. При суммарном коэффициенте вытяжки менее 15 снижается степень «проработки» микроструктуры непрерывнолитой заготовки. В результате микроструктура арматурных профилей содержит неразрушенные грубые фрагменты кристаллитов, образовавшихся в процессе кристаллизации жидкой стали. Это приводит к резкому снижению вязкостных и пластических свойств стали, снижению выхода годного. В случае завершения прокатки при температуре Ткп ниже 900°С замедляются процессы рекристаллизации деформированного аустенита. Последующая закалка с прокатного нагрева не обеспечивает необходимой степени термического упрочнения арматурных профилей. Увеличение Ткп более 1100°С приводит к огрублению микроструктуры, неравномерному росту аустенитных зерен, снижению вязкостных, прочностных и пластических свойств арматурных профилей. Ускоренное охлаждение движущихся полос водой до температуры выше Тз=570°С (прерванная закалка) приводит к их разупрочнению в процессе самоотпуска. Это снижает качество арматурных профилей и выход годного. При уменьшение Тз ниже 200°С арматурные профили имеют низкие вязкостные и пластические свойства (особенно в малых сечениях), что ухудшает их качество. При скорости охлаждения Vз, превышающей 150°С/с, готовые арматурные профили имеют неравномерную микроструктуру и низкую пластичность. В случаях, когда Vз ниже 50°С/с, термоупрочнение сортовых профилей недостаточно, что ухудшает их качество и снижает выход годного. Непрерывная разливка заготовок из стали предложенного состава при температуре Тр выше=1570°С и скорости разливки Vр выше 0,9 м/мин ухудшает их макроструктуру, увеличивает балл неметаллических включений, количество сегрегации, неравномерность химического состава и выход годных арматурных профилей. В то же время, снижение Тр ниже 1520°С или скорости разливки Vр менее 0,6 м/мин приводит к образованию несплошностей, огрублению макроструктуры. Это отрицательно сказывается на качестве высокопрочных арматурных профилей и выходе годного. Углерод в предложенной низколегированной стали является основным упрочняющим элементом, поэтому при его концентрации менее 0,04% прочностные свойства снижаются, что ухудшает качество арматурных профилей. В то же время, увеличение концентрации углерода более 0,17% приводит к потере вязкостных и пластических свойств, ухудшает свариваемость высокопрочных арматурных профилей. Кремний вводят в качестве раскислителя и упрочняющего элемента. Однако увеличение содержания кремния более 0,35% приводит к увеличению количества неметаллических включений в микроструктуре, снижению пластических и вязкостных свойств термоупрочненных арматурных профилей. Снижение содержания кремния менее 0,15% приводит к потере прочностных свойств. Все это снижает качество и выход годных арматурных профилей. Марганец одновременно повышает прочность и прокаливаемость стали за счет уменьшения скорости превращения аустенита при охлаждении. При его содержании 1,30-1,95% он упрочняет сталь, не снижая вязкостных и пластических свойств. Увеличение содержания марганца сверх 1,95% ведет к потере пластичности стали в термоупрочненном состоянии. Снижение содержания марганца менее 1,30% вызывает снижение прочностных и пластических свойств стали. И в том, и в другом случае имеет место снижение качества и выхода годных арматурных профилей. Ниобий, титан и ванадий являются элементами, оказывающими положительное влияние на свойства арматурных профилей. При содержании ниобия не более 0,08%, титана не более 0,07% и ванадия не более 0,08% они способствуют измельчению зерна микроструктуры, повышают прочность и пластичность стали, но ведут к удорожанию производства высокопрочных арматурных профилей. В то же время, увеличение концентрации ниобия более 0,08%, титана более 0,07% и ванадия более 0,08% удорожает себестоимость производства высокопрочных арматурных профилей, ухудшает их свариваемость. Это приводит к снижению выхода годного. Примеры реализации способа Выплавку сталей различного химического состава производили в электродутовой печи. Для раскисления и легирования сталей в расплав вводили ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, феррованадий, ниобий. Химический состав выплавленных сталей приведен в таблице 2.
Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке при температуре Тр=1545°С в заготовки квадратного сечения 100×100 мм. Скорость разливки поддерживают равной Vp=0,7 м/мин. Непрерывнолитые заготовки из низколегированной стали с составом 3 нагревают в методической печи сортопрокатного стана 350 до температуры аустенитизации Та=1200°С и осуществляют многопроходную горячую прокатку арматурных профилей диаметром 28 мм. Прокатку ведут с суммарным коэффициентом вытяжки =16,25. Последний проход осуществляют при температуре Ткп=1000°С в круглом калибре с винтовыми канавками для формирования периодического арматурного профиля. Прокатанный арматурный профиль пропускают через трубчатые холодильники, в которых осуществляют его ускоренное охлаждение водой (закалку) от температуры Ткп=1000°С до температуры Тз=340°С со скоростью Vз=100°С/с. Скорость охлаждения регулируют расходом и давлением воды, подаваемой в трубчатые холодильники. Окончательное охлаждение закаленного арматурного профиля от Тз=340°С до температуры окружающей среды проводят на воздухе. В процессе охлаждения на воздухе происходит самоотпуск закаленной стали. Микроструктура термоупрочненного арматурного профиля по всему поперечному сечению состоит из мартенсита, нижнего и частично верхнего бейнита. Для такой микроструктуры характерно сочетание высокой прочности, пластичности, ударной вязкости. Благодаря этому достигается повышение качества и выхода годных высокопрочных свариваемых арматурных профилей. Варианты реализации способа и показатели их эффективности приведены в таблице 3. Данные, представленные в таблице 3, свидетельствуют о том, что при реализации предложенного способа (варианты 2-4) достигается наиболее высокое качество высокопрочных свариваемых арматурных профилей при одновременном повышении выхода годного. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5), а также способа-прототипа (вариант 6) качество и выход годных высокопрочных профилей снижаются, их свариваемость из-за высокой степени легирования становится неудовлетворительной. Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что одновременная оптимизация химического состава стали и параметров деформационно-термической обработки обеспечивают повышение комплекса механических свойств, точное выполнение формы поперечного сечения арматурного профиля. В результате повышается качество (механические свойства, свариваемость) и выход годных Q арматурных профилей. Использование предложенного способа обеспечит повышение уровня рентабельности производства высокопрочных свариваемых арматурных профилей на 10-15%.
Источники информации 1. Патент РФ 2197340, МПК В21В 1/16, 2003 г. 2. Патент РФ 2254179, МПК В21В 1/16, 2005 г. 3. Патент РФ 2212458, МПК C21D 8/06, C21D 1/02, 2003 г. – прототип.
Формула изобретения
1. Способ производства высокопрочных свариваемых арматурных профилей из низколегированной стали, включающий непрерывную разливку, нагрев заготовок, многопроходную прокатку в валках с калибрами, ускоренное охлаждение движущихся полос водой и последующее самопроизвольное охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что заготовки нагревают до температуры 1150-1250°С, прокатку ведут с суммарным коэффициентом вытяжки не менее 15 и завершают при температуре 900-1100°С, а ускоренное охлаждение водой производят до температуры 200-570°С со скоростью 50-150°С/с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сталь имеет следующий химический состав, мас.%:
3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что непрерывную разливку заготовок производят при температуре 1520-1570°С со скоростью 0,6-0,9 м/мин.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||