Спосіб безперервної термомеханічної обробки катанки

Реферат: Спосіб термомеханічної обробки катанки включає гарячу прокатку катанки і її двостадійне охолодження, в процесі якого на першій стадії виконують охолодження водою до температур аустенітного стану, а на другій стадії здійснюють подальше поетапне повітряне охолодження витків катанки під теплоізолювальними кришками. На першій стадії охолодження водою виконують зі швидкістю 125-625 °C/с. Повітряне охолодження здійснюють за двома етапами: на першому - вентиляторним повітрям зі швидкістю 1,2-1,7 °C/с, а на другому проводять витримку витків катанки протягом 600-1000 с за температурами інтервалу 550-700 °C для уповільненого охолодження зі швидкістю не більше 0,03 °C/с. UA 80277 U (12) UA 80277 U UA 80277 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема до виготовлення катанки із легованої сталі зварювального призначення, виробленої шляхом її гарячої прокатки і термомеханічної обробки з прокатного нагріву, і може бути використана на високошвидкісному безперервному стані мілкого сорту та дроту, оснащеному блоком чистових клітей та лінією Stelmor двостадійного охолодження катанки. Відомий спосіб виготовлення катанки із легованої сталі (Взаємозв'язок режимів термічної обробки зі структурою і властивостями катанки зі сталі/ В.В. Парусов, А.Б. Сичков, О.В. Парусов, С.Ю. Жукова, М.А. Жигарев. - Теорія і практика металургії.-2006, - № 6, - С. 59-63), який включає гарячу прокатку катанки при температурі 1050-1150 °C і наступне охолодження за двома стадіями, що включають її охолодження водою на першій стадії до температур аустенітного стану 900-850 °C зі швидкістю не більше 700 °C/с і наступне повітряне охолодження на другій стадії в два етапи: на першому - вентиляторним повітрям зі швидкістю 2,0-5,0 °C/с, а на другому - на вільному повітрі зі швидкістю 1,0-1,5 °C/с. Однак, при цьому способі формуються незадовільні структура та властивості катанки, а саме: значна кількість зміцнюючих складових типу бейніту та мартенситу зумовлює надто високий рівень її міцності. Поєднання високої міцності та низької пластичності призводить до необхідності застосування декількох пом'якшуючих термічних обробок катанки при волочінні, що значно підвищує вартість готової металопродукції - дроту зварювального призначення. Найбільш близьким за технічною суттю і результату, що досягається, є спосіб термомеханічної обробки катанки (Патент України № 82257, МПК C21D 1/02, C21D 9/52 опубл. 25.03.08), який включає гарячу прокатку катанки і її двостадійне охолодження: на першій стадії водою до температур аустенітного стану і наступне повітряне охолодження витків катанки на другій стадії під теплоізолювальними кришками. У відомому способі катанку на першій стадії охолоджують водою до температур аустенітного стану - 950-900 °C зі швидкістю до 700 °C/с, а на другій - уповільненим повітряновентиляторним охолодженням протягом 1000-1200 с зі швидкістю 0,29-0,38 °C/с під теплоізолювальними кришками стану мілкого сорту та дроту. Однак, при обробці за цим відомим способом підвищення технологічної пластичності катанки при волочінні в дріт з достатньо високим сумарним ступенем відносної деформації не досягається, оскільки в її структурі зберігаються бейніто-мартенситні ділянки (БМД) зміцнення, які зумовлюють досить низьку технологічність переробки на метало-виробному переділі (відносно високу обривність катанки та дроту під час волочіння). Тобто, цей відомий спосіб зумовлює знижений рівень техніко-економічних показників (ТЕП) метало-виробного переділу при виробництві зварювального дроту. Задачею запропонованого способу безперервної термомеханічної обробки катанки зварювального призначення є підвищення її споживчих ТЕП шляхом удосконалення процесу охолодження і зниження таким чином кількості негативних БМД зміцнення, що забезпечує підвищення технологічної пластичності та виключає можливість обривності катанки й дроту в разі їх переробки за значними ступенями деформації під час волочіння без проміжних термічних обробок. Задача вирішується тим, що в способі безперервної термомеханічної обробки катанки, який включає гарячу прокатку катанки та її двостадійне охолодження, згідно з корисною моделлю, на першій стадії катанку охолоджують водою до температур аустенітного стану 1000-950 °C зі швидкістю 125-625°С/с, а на другій стадії - двоетапним повітряним охолодженням під теплоізолювальними кришками на лінії Stelmor двостадійного охолодження стану мілкого сорту та драгу, а саме: розкладені на рольґангу лінії витки катанки на першому етапі охолоджують вентиляторним повітрям зі швидкістю 1,2-1,7 °C/с, а на другому етапі проводять додаткову витримку витків катанки протягом 600-1000 с для уповільненого охолодження зі швидкістю не більше 0,03 °C/с. Після водяного охолодження, що реалізується безпосередньо після гарячої деформації та деякої тимчасової витримки (до 0,2 с) при температурі 950-1000 °C, перед повітряним охолодженням формується структура рівноважного рекристалізованого аустеніту без значних дефектів кристалічної будови. Подальше прискорене повітряне охолодження на першому етапі вентиляторним повітрям зі швидкістю 1,2-1,7 °C/с дозволяє отримати оптимальний температурний діапазон 550-700 °C переохолодження цього низькодефектного аустеніту, а на другому етапі зі швидкістю не більше 0,03 °C/с під час тривалої (600-1000 с) квазіізотермічної витримки за температурами інтервалу 550-700 °C внаслідок розпаду аустеніту за феритним та евтектоїдним механізмами - сприятливу для переробки волочінням ферито-перлітну структуру без БМД зміцнення. 1 UA 80277 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Завдяки заключному охолодженню катанки на першому етапі вентиляторним повітрям зі швидкістю 1,2-1,7 °C/с, а на другому етапі зі швидкістю не більше 0,03 °C/с досягається підвищення технологічної пластичності катанки та виключення обривності катанки, призначеної для виробництва зварювального дроту шляхом її переробки за значними ступенями деформації під час волочіння без проміжних термічних обробок. Суть корисної моделі пояснюється рисунками, де на Фіг. 1 показана термокінетична, а на Фіг. 2 структурна діаграми перетворень аустеніту в сталі Св-08Г2С (С - 0,07 %; Мn-1,79 %; Si-0,78 %); на Фіг. 3 наведена термокінетична, а на Фіг. 4 структурна діаграми перетворення аустеніту в сталі марки Св-08ГНМ. Спосіб здійснюється наступним чином. До складу прокатного обладнання Молдавського металургійного заводу (ВАТ ММЗ) входить сучасний двонитковий стан 320/150 мілкого сорту та дроту, дротяна складова якого оснащена модернізованою лінією Stelmor водно-повітряного (двостадійного) охолодження. Саме на цьому стані і була здійснена перевірка запропонованого способу. З безперервно-литої заготівки сталей Св-08Г2С, Св-08ГНМ, Св-08Г1НМА, Св-08ХГ2СМФ, хімічний склад яких наведено в табл. 1, в системі калібрів стану (всього - 26 клітей) формували катанку діаметром 5,5 мм. Прокатку проводили при температурі 1150-900 °C, причому після зниження температури розкату до 900 °C температура катанки підвищується за рахунок деформаційного розігріву металу, в результаті чого після закінчення деформування температура кінця прокатки досягає значень 1050-1150 °C. Після прокатки здійснюють охолодження катанки водою до 1000-950 °C, а потім повітряно-вентиляторним обдуванням розкладених на рольгангу лінії Stelmor витків катанки до температур витримки (550-700 °C з диференціюванням по марках сталей) та з наступною витримкою цих витків протягом 600-1000 с під теплоізолювальними кришками з підігрівачами з забезпеченням швидкості їх охолодження не більше 0,03 °C/с. Для сталі Св-08Г2С витримку здійснюють в діапазоні температур 550600 °C, а для сталей марок Св-08ГНМ, Св-08ПНМА, Св-08ХГ2СМФ - в діапазоні 600-700 °C. У цьому випадку в катанці з сталей марок Св-08Г2С, Св-08ГНМ і Св-08Г1НМА БМД в структурі взагалі не спостерігаються, а в катанці зі сталі Св-08ХГ2СМФ формується феритно-перлітна структура з об'ємною часткою БМД не більше 7 %. Спосіб повітряного охолодження катанки зварювального призначення, диференційований за марками сталі, був розроблений за результатами лабораторного моделювання процесів двостадійного охолодження катанки при тривалій ізотермічній витримці на лінії Stelmor та аналізу термокінетичних діаграм (ТКД) структурних перетворень при безперервному охолодженні катанки (на Фіг. 1-4 наведені ТКД сталей Св-08Г2С і Св-08ГНМ, відповідно, а в табл. 2 - результати лабораторного моделювання структуроутворення в легованих сталях зварювального призначення). Реалізація запропонованого способу пояснюється прикладом, у якому згідно з даними лабораторного моделювання структуроутворення визначаються температурно-швидкісні режими водно-повітряного охолодження катанки зварювального призначення на лінії Stetmor стану 320/150 мілкого сорту та дроту ВАТ ММЗ. Температура та тривалість ізотермічної або квазіізотермічної (при певних температурних змінах) витримки диференціювались з врахуванням хімічного складу зварювальних марок сталей, що наведений у табл. 1, за допомогою ТКД перетворення аустеніту цих сталей при безперервному охолодженні. Так, наприклад, за представленими на Фіг. 1-4 ТКД перетворення аустеніту при безперервному охолодженні сталей Св-08Г2С і Св-08ГНМ відповідно були попередньо встановлені оптимальні температурно-часові параметри формування найкращої в аспекті забезпечення високої пластичності ферито-перлітної (карбідної) структури: - 550-600 °C для катанки зі сталі Св-08Г2С з її витримкою в цьому інтервалі протягом приблизно 1000с; - 600-700 °C для катанки зі сталей Св-08Г1НМА та Св-08ГНМ з тією ж витримкою близько 1000 с; - 600-700 °C для катанки зі сталі Св-08ХГ2СМФ з витримкою 1200 с. В катанці зі сталі Св-08Г2С в разі температури витримки 550-600 °C (швидкість повітряного охолодження приблизно 0,30 °C/с) тривалістю 1000-1200 с формується структура з 75-85 % фериту, 25-15 % перліту та середньою мікротвердістю HVcp. 142-160 од., а для сталей Св08Г1НМА та Св-08ГНМ в разі температури витримки 600-700 °C за тих же умов охолодження ферито-карбідна структура без БМД та середньою мікротвердістю HVcp. 230-248 од. (табл. 2). В структурі катанки зі сталі Св-08ХГ2СМФ в разі температури витримки 600-700 °C та тривалості 2 UA 80277 U 5 1200с спостерігається ферито-карбідна структура з БМД у кількості не більше 7 % у середньому по перетину зразків та середньою мікротвердістю HVcp.150-168 од. (табл. 2). Таким чином, завдяки запропонованому способу в катанці, призначеній для виробництва зварювального дроту, забезпечується одержання однорідної ферито-перлітної (феритокарбідної) структури з невеликою кількістю БМД (не більше 7 % - катанка зі сталі марки Св08ХГ2СМФ) або з повним їх виключенням (катанка зі сталей марок Св-08Г2С, Св-08ГНМ та Св08Г1НМА), що суттєво підвищує один з найважливіших показників її якості - ефективність її переробки в зварювальний дріт волочінням за значними ступенями деформації без проміжних термічних обробок. 10 Таблиця 1 Хімічний склад сталі для дослідної катанки діаметром 5,5 мм № Марка сталі п/п 1 Св-08Г2С Св2 08ХГ2СМФ* СВ3 08ПНМА 4 Св-08ГНМ С/Мn 0,07/1,79 Масова частка хімічних елементів, % Si/P S/Cr Ni/Cu N/B 0,79/0,018 0,008/0,04 0,09/0,17 0,0080/0,0084 B/N/Mo 1,05/0,015 0,05/0,92 0,26/0,015 0,011/0,66 0,067/0,11 0,0090/0,0069 0,77/0,454 0,05/1,13 0,33/0,009 0,005/0,03 0,562/0,16 0,0060/0,0089 1,48/0,70 0,04/0,78 0,24/0,008 0,004/0,03 0,596/0,15 0,0060/0,0087 1,45/0,965 Примітка. * - вміст ванадію 0,155 % Таблиця 2 Pежими ізотермічної витримки лабораторних зразків Температура ізотерми, °C № п/п, Марка 500 550 600 650 700 (750) сталі Тривалість ізотермічної витримки, с 1200/1800 1200/1800 1200/1800 1200/1800 1200/1800 1 2 3 4 5 6 1. Св-08Г2С Ф/П/БМД Ф/П Ф/П Ф/П/БМД а)700 °C: 70/15/15 %; 85/15 %; 75/25 %); 75/0/25 %; Ф/БМД АЗАЛ. = До 2 %; HVcp=142 од. НVcp=160 од. НVср=159од. 65/35 %; HVcp=175 од. Ф - № 7, 8, 9 Ф - № 7, 8, 9 НVБМД=447 НVср=169 од. НVБМД= 380 од. оптимум поверхня, од. НVБМД=464 од. Ф - № 8, 9, 10 № 7, 8, 6 Ф - № 7, 8, 6 Ф - № 8, 7 серцевина поверхня, №№ 7, 8, 6 серцевина; б) 750 °C: Ф/БМД 50/50 %); HVcp=161 од. НVБМД=311 од. Ф - № 8, 9 поверхня, № 7, 8 серцевина; 2. СвФ/П/БМД Ф/П/БМД Ф/П/БМД Ф/П/БМД Ф/П/БМД 08ХГ2СМФ 60/0/40; 65/0/35; 75/0/25; 94/0/6; 85/0/15; НVcр=185 од. НVср=180 од. HVcp=162 од. HVcp=155 од. HVcp=168 од. НVБМД=600 од. НVБМД=550 од. НVБMД=446 од. НVБМД=450 НVБМД=560 од. Ф - № 11, 12, 10 Ф - № 11, 12, 10 Ф - № 11, 10, 12 од. Ф - № 11, 10 Ф - № 11, 10, 12 3 UA 80277 U Продовження таблиці 2 1 3. Св-08ПНМА 4. Св-08ГНМ 2 ФК/БМД НVcp=256 од. HVБM=536 од. Ф - № 11, 10 ФК/БМД НVcp=390 од. НVБМД=560 од. Ф - № 11, 10 3 4 5 6 ФК/БМД ФК ФК ФК HVcp=256 од. НVcp=30 од. НУcр=230 од. HVcp=230 од. HVБM=536 од. Ф - № 11, 10, 12 Ф - № 11, 10, 12 Ф - № 11, 10, 12 Ф - № 11, 10 ФК/БМД ФК ФК ФК НVcp=380 од. НVср=248 од. HVcp=230 од HVcp=244 од. НVБМД=540 од. Ф - № 11, 10, 12 Ф - № 11, 10, 12 Ф - № 10, 11, 9 Ф - № 11, 10 Примітка. Умовні позначення: Ф - ферит; П - перліт; ФК - ферито-карбідна структура проміжні продукти розпаду аустеніту з рівномірно розподіленими карбідами; А ЗАЛ. ~ залишковий (не перетворений) аустеніт; БМД - бейніто-мартенситні ділянки зміцнення; HV мікротвердість структурних складових за Вікерсом; № - номер (розмір) зерна фериту ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб термомеханічної обробки катанки, що включає гарячу прокатку катанки і її двостадійне охолодження, в процесі якого на першій стадії виконують охолодження водою до температур аустенітного стану, а на другій стадії здійснюють подальше поетапне повітряне охолодження витків катанки під теплоізолювальними кришками, який відрізняється тим, що на першій стадії охолодження водою виконують зі швидкістю 125-625 °C/с, а повітряне охолодження здійснюють за двома етапами: на першому - вентиляторним повітрям зі швидкістю 1,2-1,7 °C/с, а на другому проводять витримку витків катанки протягом 600-1000 с за температурами інтервалу 550-700 °C для уповільненого охолодження зі швидкістю не більше 0,03 °C/с. 4 UA 80277 U 5 UA 80277 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6