Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ УГЛОВОГО ПРОФИЛЯ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к прокатному производству, и может быть использовано при ускоренном охлаждении углового проката из низколегированной стали 09Г2С с прокатного нагрева в потоке непрерывных среднесортных станов.

Известен способ термической обработки фасонных профилей проката при изготовлении швеллеров и балок из различных марок сталей, включающий предварительное ускоренное охлаждение тонких элементов профиля со скоростью 150-300°С/с до среднемассовой температуры 750-600°C с последующей прерванной закалкой всего профиля и охлаждение на воздухе (SU №933736, кл. C21D 8/00, 1/02, опубл. 07.06.1982, БИ №21).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ изготовления прокатных изделий углового профиля, включающий аустенизацию, горячую прокатку, подстуживание вершины уголка до температуры самоотпуска 500-750°С, выдержку не менее 30 с, подстуживание всего изделия до температур 700-950°С и охлаждение на воздухе (SU №440426, кл. C21D 1/02, 7/14, 9/06 опубл. 25.08.1974, БИ №31).

Недостатком известных способов является невозможность обеспечить сочетание повышенной прочности, пластичности и сопротивление хрупкому разрушению профиля из низколегированной стали 09Г2С. Кроме того, известные способы не обеспечивают высокой надежности профиля, работающего в конструкциях ответственного назначения, например в судостроении, вагоностроении, в химическом и нефтяном машиностроении, в трубопроводах с температурой эксплуатации от минус 60°С до плюс 350°С.

Задачей заявляемого изобретения является получение у профиля высоких прочностных свойств при повышении пластических характеристик и ударной вязкости при отрицательных температурах для обеспечения высокой надежности при применении его в ответственных и уникальных конструкциях, работающих, в том числе, в условиях низких зимних температур.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления прокатных изделий углового профиля, включающем нагрев заготовки, горячую прокатку, формирование готового профиля, предварительное ускоренное охлаждение отдельных элементов профиля с температуры конца прокатки, последующее принудительное охлаждение всего изделия до температуры 730-760°С и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению прокатку осуществляют при температуре 1080-1120°С, а предварительное ускоренное охлаждение вершины углового профиля осуществляют одновременно с внутренней и внешней стороны в течение 0,2-0,3 с, после чего в течение 0,3-0,4 с проводят принудительное охлаждение всего профиля.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение у готового проката углового профиля высокой прочности при повышении пластических свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах, которые можно достичь, управляя процессами термической обработки после пластической деформации в условиях высокоскоростной прокатки на современных непрерывных станах.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что прокатку осуществляют при температуре 1080-1120°С, а предварительное ускоренное охлаждение вершины углового профиля осуществляют одновременно с внутренней и внешней стороны в течение 0,2-0,3 с, после чего в течение 0,3-0,4 с проводят принудительное охлаждение всего профиля.

Предлагаемый способ изготовления прокатных изделий углового профиля с указанной совокупностью признаков, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении одинаково высоких прочностных и пластических свойств готового проката углового профиля из низколегированных марок сталей при обеспечении повышенной ударной вязкости при отрицательных температурах.

Для формирования требуемых геометрических размеров у готового изделия прокатку необходимо вести при температуре не ниже 1080°С. В связи с тем, что высокоскоростной режим прокатки приводит к дополнительному деформационному разогреву проката углового профиля, короблению его из-за малой площади поперечного сечения и, соответственно, забуриванию в клетях стана, прокатку необходимо вести при температуре не выше 1120°С.

Известно, что при температурах выше 1000°С процесс первичной рекристаллизации занимает доли секунд и быстро развивается процесс собирательной рекристаллизации, что приводит к быстрому росту зерна, соответственно, к разупрочнению металла и снижению его пластических характеристик. В связи с этим, сразу после формирования готового профиля необходимо провести предварительное ускоренное охлаждение в течение не менее 0,2 с наиболее массивного элемента профиля - вершины уголка одновременно с внутренней и внешней стороны. Для исключения неравномерного теплового сжатия различных объемов стали и создания одинаковой скорости охлаждения всего изделия предварительное охлаждение вершины уголка должно быть не более 0,3 с.

Процесс принудительного охлаждения всего изделия обеспечивает ускоренный отъем тепла от центральных слоев всех элементов профиля при охлаждении в течение времени не менее 0,3 с, что позволяет достичь температур 730-760°С равномерно по всему профилю и равномерной мелкозернистой структуры по всему сечению, обеспечивающей высокие прочностные свойства при высокой пластичности. Принудительное охлаждение всего профиля в течение времени более 0,4 с приведет к появлению закалочных структур в наиболее тонких элементах профиля (стенках) из-за недостаточного внутреннего тепла, температурным напряжениям между элементами профиля, короблению готового изделия и отсутствию равномерности свойств по длине проката. Кроме того, для обеспечения ударной вязкости при - 70°С не менее 60 Дж/см² принудительное охлаждение всего профиля должно быть не более 0,4 с.

Реализация способа изготовления прокатных изделий углового профиля осуществлялась следующим образом.

Пример. Промышленные испытания заявляемого способа изготовления углового профиля проводили в среднесортном цехе ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» на стане 450 при изготовлении уголка 90 из стали 09Г2С промышленной плавки. Для этого осуществляли горячую прокатку непрерывнолитых заготовок сечением 150×150 мм при температуре 1100°С, затем сразу после формирования готового профиля проводили предварительное ускоренное охлаждение вершины уголка одновременно с внешней и внутренней стороны в течение 0,25 с, с последующим принудительным охлаждением всего изделия в течение 0,35 с до температуры 740°С, а окончательное охлаждение проводили на воздухе.

По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение диапазона температур прокатки, изменение времени предварительного ускоренного охлаждения вершины уголка и принудительного охлаждения всего изделия перед окончательным охлаждением на воздухе в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. Режимы осуществления предлагаемого способа приведены в таблице 1.

После осуществления указанных режимов определяли временное сопротивление разрыву σ_В, предел текучести σ₀₂, пятикратное удлинение δ₅ и ударную вязкость при - 70°С KCU. Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.

Так, при достижении временного сопротивления разрыву 490-520 Н/мм² получен уголок с высоким пятикратным удлинением и ударной вязкостью, составляющими 33-36% и 78-87 Дж/см² соответственно, что практически в 1,3-1,5 раз выше в сравнении с прототипом.

Из данных таблиц видно, что при изготовлении углового профиля по предлагаемому способу получены лучшие результаты по пластическим характеристикам и ударной вязкости при отрицательных температурах при высоком уровне прочности, чем по прототипу.

Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих фасонный прокат сложного профиля. Например, реализация заявляемого способа изготовления высокопрочного и пластичного уголка на сортопрокатном непрерывном стане 450 ОАО «ЗСМК» показала высокую эффективность технологии и позволила получить высокие пластические характеристики и ударную вязкость при отрицательных температурах при сохранении прочностных характеристик и равномерности их распределения по длине проката углового профиля из низколегированных сталей.

В настоящее время уголок пользуется высоким спросом в сельскохозяйственном машиностроении, вагоностроении и нефтяной отрасли.