Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОКАТКИ СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при прокатке сортовых профилей из труднодеформируемых сталей для изделий ответственного назначения.

Известен способ производства проката, включающий получение непрерывно литых заготовок, нагрев заготовок до температуры аустенитизации 1150-1280°C, черновую прокатку с суммарной степенью обжатия 40-92%, и чистовую прокатку с суммарной степенью обжатия 50-70% и температурой конца прокатки 680-1050°C [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не обеспечивает высокого качества профилей из труднодеформируемых сталей, следствием чего является снижение выхода годного.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства сортовых профилей, включающий нагрев, непрерывно литой заготовки до температуры аустенитизации, многопроходное обжатие в валках с калибрами при черновых и чистовых проходах с регламентированной суммарной вытяжкой от 4 до не менее 15 (в зависимости от группы стали) и температурой конца прокатки 860-1000°C [2].

Недостатки известного способа состоят в низком качестве сортовых профилей из труднодеформируемых сталей, что проявляется в виде трещин, разрывов, невыполнений профиля. В результате снижается выход годного.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении качества и выхода годных профилей из труднодеформируемых сталей.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей из труднодеформируемых сталей, включающем нагрев непрерывно литой заготовки до температуры аустенитизации, многопроходное обжатие в валках с калибрами при черновых и чистовых проходах с регламентированными суммарной вытяжкой и температурой конца прокатки, согласно изобретению, прокатку в черновых проходах ведут в температурном диапазоне от 1140-1290°C до 1000-1100°C с суммарной вытяжкой λ=2,2-8,4 при соотношении величин максимального и минимального относительных обжатий заготовки в каждом из проходов, составляющем не менее 1,2 и не более 1,6.

На фигуре 1 в качестве примера изображена схема преобразования поперечного профиля заготовки в системе калибровки «квадрат»-«овал». Заготовка квадратного сечения изображена пунктирной линией. На фигуре 2 показана эпюра распределения относительных обжатий е по ширине В овального калибра при обжатии по схеме на фиг.1.

Сущность изобретения состоит в следующем. Непрерывно литая заготовка из труднодеформируемой стали структурно состоит из крупных кристаллитов и характеризуется низкой технологической пластичностью. Для подавления негативного влияния литой структуры на качество готовых сортовых профилей необходимо увеличивать вытяжку в черновых проходах. Однако увеличение вытяжек приводит к появлению трещин и поперечных разрывов в прокатываемом металле, имеющего низкую технологическую пластичность.

В процессе экспериментов были определены условия деформирования в черновых проходах заготовок из труднодеформируемых непрерывно литых сталей, при которых одновременно обеспечивалось как разрушение кристаллитов и диспергирование микроструктурных составляющих, так и исключалось образования трещин и разрывов в металле. Установлено, что в температурном интервале от 1140-1290°C до 1000-1100°C при соотношении величин максимального и минимального относительных обжатий заготовки в каждом из проходов, составляющем не менее 1,2 и не более 1,6, за счет появления дополнительной сдвиговой компоненты деформации регламентированной величины интенсифицируется механическое измельчение кристаллитов без необходимости увеличения вытяжки, приводящей к появлению дефектов. В то же время, при указанном деформационно-термическом воздействии в стали протекают процессы динамической и статической рекристаллизации деформированных аустенитных зерен. Границы рекристаллизованных зерен сохраняют высокую прочность и не подвержены образованию зародышевых трещин и разрывов. Чередующаяся по черновым проходам многоцикловое деформационно-термическое воздействие со сдвиговыми компонентами деформации обеспечивает последовательное диспергирование и гомогенизацию исходной микроструктуры. В результате после достижения при черновых проходах суммарной вытяжки λ=2,2-8,4 труднодеформируемая сталь приобретает повышенную технологическую пластичность. Благодаря этому имеет место повышение качества и выхода годных профилей.

Экспериментально установлено, что если температура начала черновой прокатки Т_н будет выше 1290°C, то это не исключает окисления межкристаллитных границ литой труднодеформируемой стали. Это приводит к образованию трещин и разрывов при прокатке. При температуре Т_н ниже 1140°C в стали сохраняются нерастворенные в аустените крупные неметаллические включения, что снижает ее пластичность и механические свойства сортовых профилей.

При температуре окончания черновых проходов Т_кч ниже 1000°C труднодеформируемая сталь имеет низкую технологическую пластичность, что приводит к невыполнению профиля в калибрах. Повышение Т_кч более 1100°C способствует увеличению разнобалльности микроструктуры, снижению комплекса механических свойств сортовых профилей.

Если суммарная вытяжка λ после черновых проходов будет менее 2,2, то в микроструктуре стали готовых профилей сохранятся фрагменты литых кристаллитов, произойдет ухудшение их качества. При λ более 8,4 не исключается появление на заготовке трещин и разрывов.

В случаях, когда соотношение величин максимальных ε_max и минимальных ε_min относительных обжатий в калибре будет менее 1,2, сдвиговые деформации не достаточны для разрушения фрагментов кристаллитов. При отношении ε_max к ε_min более 1,6, неравномерность деформации в калибре приведет к образованию трещин и разрывов заготовки, снижению качества и выхода годного.

Примеры реализации способа

Непрерывно литую заготовку квадратного сечения 150×150 мм из труднодеформируемой жаропрочной стали марки 40X10C2M (ГОСТ 5945-95) нагревают в методической печи с газовым отоплением до температуры аустенитизации Т_н=1215°C и выдают на печной рольганг сортопрокатного стана 350. Затем нагретую заготовку транспортируют к черновой 5-клетевой группе осуществляют ее многократное обжатие в валках с системой калибров «квадрат»-«овал» (Фиг.1) с суммарной вытяжкой λ=5,3. В каждом из овальных и квадратных калибров заготовку прокатывают с переменным обжатием ε по ширине В калибра. Величина максимального обжатия в калибре составляет ε_max=14%, а минимального ε_min=10%. При этом соотношение максимального и минимального относительных обжатий заготовки равно:

ε_max:ε_min=1,4

Требуемые значения ε_max и ε_min задают глубиной врезов ручьев на валках, образующих калибр.

Переменная величина обжатия λ, по ширине B калибра обеспечивает рост сдвиговой компоненты пластической деформации заготовки, которая способствует механической проработке литой структуры, измельчению и гомогенизации структурных составляющих.

Черновую прокатку завершают при температуре Т_кч=1050°C. В температурном диапазоне черновой прокатки от Т_н=1215°C до Т_кч=1050°C за счет измельчения микроструктуры от действия сдвиговой деформации и управляемой рекристаллизации обеспечивается повышение технологической пластичности труднодеформируемой жаропрочной стали, исключается образование трещин и разрывов, достигается выполнение заданного профиля.

После завершения черновой прокатки полученную полосу овального сечения задают в чистовую группу клетей, в которых обжимают в системе калибров «овал»-«круг» в полосу круглого поперечного сечения диаметром 20 мм.

Готовая полоса характеризуется высокой точностью размеров, отсутствием дефектов в виде трещин и закатов, высокими механическими свойствами, обусловленными мелкозернистой гомогенной микроструктурой трудно-деформируемой стали. В результате достигается повышение выхода годного до величины Y=99,6%.

Варианты реализации предложенного способа прокатки профилей из труднодеформируемых сталей и показатели их эффективности приведены в таблице.

Сортовые профили, не удовлетворяющие по механическим свойствам требованиям, предъявляемым к жаропрочной стали марки 40X10C2M, используют для изделий менее ответственного назначения.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение качества и выхода годных профилей из труднодеформируемых сталей. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также в способе-прототипе (вариант №6) имеет место снижение качества и выхода годного.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что реализация предложенных деформационно-термических режимов с применением экспериментально определенных значений неравномерности обжатия по ширине калибра, способствует появлению дополнительных регламентированных сдвиговых деформаций, улучшающих проработку литой структуры стали, что повышает качество сортовых профилей из труднодеформируемых сталей и выход годного. Побочным эффектом является расширение сортамента прокатываемых профилей из непрерывно литых заготовок в сторону увеличения площади поперечного сечения готовых профилей.

В качестве базового объекта принят известный способ [2]. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортовых профилей ответственного назначения на 15-20%.

Литературные источники

1. Патент РФ №2041962, МПК B21B 1/46, 1995;

2. Патент РФ №2243834, МПК B21B 1/46, 2005.