Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРУГЛЫХ СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ В БУНТАХ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на сортопрокатных станах при изготовлении арматурной углеродистой стали и катанки в бунтах.

Известен способ производства проката из углеродистой стали, включающий получение заготовки из стали с содержанием углерода С=0,1-0,7%, горячую прокатку заготовки и охлаждение, по которому охлаждение осуществляют за два этапа, сначала до t₁=935+1050/100°C со скоростью 10-40 град/с, а затем до t₂=725+1750/100°С со скоростью 50-120 град/с [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что готовый прокат имеет высокие прочностные характеристики и недостаточную пластичность и вязкость. При этом его производство характеризуется высоким расходным коэффициентом металла.

Известен также способ изготовления проката, согласно которому катанку из стали 70 прокатывают при температуре 900-1100°С, выдерживают в течение 0,45 с, циклически охлаждают водой до 800-950°С, дополнительно выдерживают при этой температуре в течение (10-15)d² с, где d - диаметр проката, после чего окончательно охлаждают с обдувом воздухом [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что катанка имеет неравномерные механические свойства по длине, в результате чего снижается выход годного.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства круглых сортовых профилей в бунтах, включающий многопроходное обжатие заготовок с регламентированной температурой конца прокатки, свертывание круглого сортового профиля в витки и транспортирование витков на транспортере, причем перед свертыванием среднюю часть профиля охлаждают водой, тогда как концы перед свертыванием не охлаждают. Это необходимо для надежного транспортирования концов круглого сортового профиля через охлаждающее устройство [3] - прототип.

Недостатки известного способа состоят в том, что круглые сортовые профили имеют низкие и неравномерные механические свойства по длине. Неохлажденные концевые участки профиля, имеющие недостаточную прочность, вырубают и переводят в брак. Это снижает выход годного.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении выхода годного и механических свойств круглых сортовых профилей.

Для решения поставленной задачи в известном способе производства круглых сортовых профилей в бунтах, включающем многопроходное обжатие заготовок с регламентированной температурой конца прокатки, свертывание круглого сортового профиля в витки и транспортирование витков на транспортере, по которому перед свертыванием среднюю часть профиля охлаждают водой, согласно предложению температуру конца прокатки поддерживают равной 990-1100°С, а охлаждение средних частей профиля ведут со скоростью 10-20°С/с до температуры 740-800°С. Кроме того, концевые участки круглого сортового профиля, не подвергнутые охлаждению водой, дополнительно охлаждают на транспортере от температуры конца прокатки до температуры 400-580°С со средней скоростью 4-8°С/с.

Сущность изобретения состоит в следующем. При температуре конца прокатки 990-1100°С углеродистая сталь находится в однофазном аустенитном состоянии, поэтому принудительное охлаждение средних частей профиля водой до температуры 740-800°С со скоростью 10-20°С/с приводит к формированию структуры зернистого перлита, возникновению значительных термических и фазовых напряжений. При дальнейшем самопроизвольном замедленном охлаждении витков от температуры 740-800°С имеет место релаксация термических и фазовых напряжений, снижение прочностных и повышение пластических свойств до уровня: σ_в=510 МПа, δ₄=20%.

Для надежного транспортирования передние концы круглого сортового профиля до свертывания в витки не охлаждают водой. Концевые участки профиля, не подвергнутые охлаждению водой перед свертыванием в витки, принудительно охлаждают после свертывания в витки от температуры конца прокатки 990-1100°С с меньшей скоростью (4-8°С/с), чем была охлаждена средняя часть профиля (10-20°С/с). Но благодаря тому, что принудительное охлаждение концевых участков ведут до более низкой температуры, равной 400-580°С, сталь после принудительного охлаждения разупрочняется в меньшей степени и прочность концевых участков «подтягивается» до уровня прочности средней части профиля, достигая значения σ_в=510 МПа при δ₄=20%. Таким образом достигается повышение механических свойств круглого сортового профиля, их выравнивание по длине и увеличение выхода годного.

Экспериментально установлено, что при температуре конца прокатки Т_кп выше 1100°С прочность круглых сортовых профилей недостаточна. Снижение Т_кп ниже 990°С не позволяет сформировать структуру зернистого перлита, что ухудшает пластические и вязкостные свойства.

Увеличение скорости охлаждения водой выше 20°С/с, как и снижение температуры окончания охлаждения водой ниже 740°С, приводит к росту прочности и снижению пластичности в средних частях круглых сортовых профилей, что ухудшает их качество и не позволяет выровнять свойства по длине. Снижение скорости охлаждения водой менее 10°С/с или повышение температуры его окончания выше 800°С снижает прочностные свойства круглых сортовых профилей и выход годного.

Снижение скорости принудительного охлаждения концевых участков круглых сортовых профилей на транспортере ниже 4°С/с или повышение температуры окончания этого охлаждения выше 580°С разупрочняет сталь, не обеспечивает выравнивание свойств по длине круглого сортового профиля. Увеличение скорости принудительного охлаждения более 8°С/с, как и снижение температуры его окончания ниже 400°С, увеличивает прочность концевых участков более, чем прочность средней части круглого сортового профиля. Это снижает выход годных сортовых профилей круглого сечения.

Пример реализации способа.

Заготовку квадратного сечения 100×100 мм из стали марки Ст3сп нагревают до температуры 1280°С и прокатывают на проволочном стане 250 за 17 проходов в круглый арматурный профиль диаметром 8 мм с регламентированной температурой Т_кп=1000°C. Передний конец профиля транспортируют через водяной трубчатый холодильник к виткообразователю. Во время движения переднего конца круглого сортового профиля для надежного его прохождения через водяной трубчатый холодильник подачу охлаждающей воды отключают. После образования в виткообразователе первых 3-х витков, веерно укладываемых на транспортер, включают подачу воды в водяной трубчатый холодильник и производят охлаждение средней части круглого арматурного профиля со скоростью V_c=15°C/c до температуры Т_с=770°С. В дальнейшем средняя часть профиля охлаждается самопроизвольно на воздухе.

Неохлажденный передний конец профиля, витками уложенный на движущемся транспортере, в процессе движения охлаждают водовоздушной смесью от температуры Т_кп=1000°С до температуры Т_к=490°С со средней скоростью 6°С/с. Среднюю скорость охлаждения регулируют изменением соотношения воды и воздуха в водовоздушной смеси.

Веерообразно разложенные на транспортере витки круглого арматурного профиля собирают в бунт.

В таблице 1 приведены варианты реализации предложенного способа, а в таблице 2 - показатели их эффективности.

Из таблиц 1 и 2 следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-№4) достигается повышение выхода годного Q и механических свойств круглого сортового профиля (арматуры) в бунтах. При этом одновременно с повышением механических свойств достигается их выравнивание в средней и концевых частях. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) выход годного и механические свойства круглых сортовых профилей в бунтах снижаются. Также более низкие выход годного и механические свойства, в особенности их равномерность, имеют место при реализации способа-прототипа (вариант №6), при котором некондиционные концевые участки полос приходится вырубать.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа состоят в том, что охлаждение витков на транспортере со скоростью 4-8°С в температурном интервале от 990-1100 до 400-580°С позволяет сформировать повышенные механические свойства, причем такие же, как и в средней части круглого сортового профиля, охлажденной водой в трубчатом холодильнике со скоростью 10-20°С/с в температурном интервале от 990-1100 до 740-800°С.

Благодаря этому достигается повышение выхода годного и механических свойств круглых сортовых профилей.

В качестве базового объекта при определении экономической эффективности предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложения обеспечит повышение рентабельности производства арматурной стали в бунтах на 12-15%.

Источники информации

1. Патент РФ №2075865, МПК С 21 D 8/04, С 21 D 8/06, 1997 г.

2. Патент РФ №2025502, МПК С 21 D 1/02, С 21 D 8/06, 1994 г.

3. К.Ф.Стародубов и др. Термическое упрочнение проката. М., Металлургия, 1970, с.180-188 - прототип.