Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

УДК 621.771: 621.78

Кривые самоотпуска для некоторых арматурных сталей

В.Т.Худик, И.А.Гунькин, М.И.Костюченко, И.И.Журавлев

ОАО КГГМК "Криворожсталь"

Приведены результаты исследований влияния температуры самоотпуска термомеханически упрочненного в потоке стана арматурного проката на его сдаточные механические свойства. Исследованы стали марок Ст3пс, Ст5пс и 35ГС. Кроме этого приведен анализ неоднородности механических свойств арматурного проката в мотках массой 500 кг.

Приведенi результати дослiджень впливу температури самовiдпускання термомеханiчно змiцненого в потоцi стана арматурного прокату на його здавальнi механiчнi властивостi. Дослiдженi сталi марок Ст3пс, Ст5пс и 35ГС. Крiм цього наведен аналiз неоднорiдностi механiчних властивостей арматурного прокату в мотках масою 500 кг.

The results of researching the influence of final rapid cooling of rods hardened in the rolling mill streamline upon their mechanical properties were presented in the work. St3ps, St5ps, 35GS grades of steel were researched. Besides, analysis of non-uniform mechanical properties of rods in 500 kg coils was presented in the work.

Версия для печати (doc)

В течении ряда лет на комбинате “Криворожсталь” проводили исследования влияния температуры самоотпуска (температуры конца ускоренного охлаждения) термомеханически упрочняемого проката на его сдаточные механические свойства. Публикуемые данные получены на непрерывном проволочном стане 250‑3 (ПС 250‑3) при производстве арматурного проката диаметром 6 и 8 мм в мотках массой 500 кг. Основной особенностью исследований является то, что применяемая на ПС 250‑3 технология формирования мотка позволяет определять температуру самоотпуска с достаточно высокой точностью ‑ ± 15 ºC. При производстве проката в стержнях или с использованием линии “Стелмор” температура поверхности раската, фиксируемая пирометром, может быть существенно ниже среднемассовой [1, стр. 27 ‑ 28]. А использование при исследованиях специальных средств [2] усложняет процесс работ, в результате чего приходится ограничиваться малыми объемами информации. К сожалению, особенности технологии ПС 250‑3 имеют и свои недостатки. Так, проблематично организовать смотку металла в мотки при температуре самоотпуска ниже 550 ºC. Кроме этого, в мотках происходит неравномерное охлаждение проката по их сечению [3, стр. 51], в результате чего наблюдается неоднородность механических свойств по сечению мотка.

Исследования проводили при прокатке арматурных сталей марок Ст3пс, Ст5пс и 35ГС. Химический состав исследуемых сталей приведен в таблице 1. Скорость прокатки при производстве арматуры диаметром 6 мм составляла 36 ÷ 38 м/с, диаметром 8 мм ‑ 24 ÷ 27 м/с. Температура конца прокатки лежала в диапазоне 1140 ÷ 1190 ºC. Температуру самоотпуска определяли пирометром ТЕРА‑50. Пробы отбирали с наружных и с внутренних участков мотка (см. рис. 1). Кроме этого отдельно рассматривали пробы, отобранные с различных (1, 2, 3 и 4) наружных участков мотка. Зависимость механических свойств проката от температуры самоотпуска (св-ва = f(tº_со)) изучали на образцах, отобранных с внутренних участков мотков. Роль образцов, отобранных с наружных участков будет показана позже.

Рис. 1. Схема отбора проб с наружного и внутреннего участков мотка. Различные (1, 2, 3 и 4) наружные участки мотка.

Рис. 2. Зависимость механических свойств арматурного проката диаметром 6 мм из стали марки Ст3пс от температуры самоотпуска

На рис. 2 показаны результаты механических испытаний 480 образцов арматурного проката (по 40 образцов с 12 мотков), отобранных с внутренних участков мотков, охлажденных до температур 600 ÷ 870 ºC. Диаметр проката ‑ 6 мм, марка стали ‑ Ст3пс. Аналогичные зависимости были получены для проката диаметра 6 и 8 мм изготовленного из сталей марок Ст3пс, Ст5пс и 35ГС. Во всех случаях температура смотки лежала в интервалах от 550 до 900 ºC. Пробы отбирали от каждого мотка с внутренних участков (по 40 штук) и от различных (1, 2, 3 и 4) наружных участков (по 10 штук от каждого участка). Средние значения и среднеквадратичные отклонения различных выборок сравнивали между собой [5]. Прочностные свойства сравнивали с точностью ± 10 Н/мм², пластические ‑ ± 1 % (абс.)

Влияние диаметра проката (6 и 8 мм) на зависимость св-ва = f(tº_со) не обнаружили. На основании этого исследуемые выборки для каждой марки стали объединяли. Влияние температуры самоотпуска на предел текучести σ_т, временное сопротивление σ_в и относительное удлинение (пятикратное δ₅ и равномерное δ_р)  показано на рис. 3. Для всех исследуемых зависимостей можно выделить ряд особенностей.

Рис. 3. Влияние температуры самоотпуска на механические свойства арматурного проката, изготовленного из исследуемых марок стали

Эффект упрочнения начинается при достижении некоторой температуры начала термомеханического упрочнения. Для исследуемых марок стали эта температура лежит в районе 720 ÷ 740 ºC. Проведенные исследования микроструктуры образцов позволяют предположить, что процесс бездиффузионного распада аустенита начинается при более высоких температурах самоотпуска, т.е. явление подкала (подкалки) должно предшествовать началу термомеханического упрочнения. И наоборот ‑ организовать при одностадийном охлаждении термомеханическое упрочнение без образования в структуре проката продуктов бездиффузионного или промежуточного превращения невозможно.

При снижение температуры самоотпуска с температуры конца прокатки до температуры начала термомеханического упрочнения сдаточные свойства арматурного проката не отличаются от свойств проката в горячекатаном состоянии. Эта особенность показана, например, в работе [2]. При дальнейшем снижении температуры самоотпуска прокат начинает упрочняться. Для исследуемых марок стали в исследуемом диапазоне прирост прочности практически одинаковый и составляет, грубо, 130 ÷ 150 Н/мм² на каждые 100 ºC снижения температуры самоотпуска. По-видимому это соотношение характеризует закаливаемость стали. Для сталей марок Ст5пс и 35ГС закаливаемость практически одинаковая, для Ст3пс ‑ несколько ниже. В отличие от [2] температура начала термомеханического упрочнения составила 720 ÷ 740 ºC, вместо 850 ºC. Закаливаемость также не совпадает: 130 ÷ 150 Н/мм² на каждые 100 ºC вместо 100 Н/мм² на каждые 100 ºC. Однако факт того, что зависимость прочности от температуры самоотпуска можно считать линейной подтверждается. От температуры начала термомеханического упрочнения до 600 ÷ 550 ºC зависимость св‑ва = f(tº_со) практически линейная. Дальнейший ход упрочнения исследовать не удалось. Остаточное среднеквадратичное отклонение для предела текучести и для временного сопротивления составляет 12 ÷ 16 Н/мм², для относительного удлинения ‑ 1.0 ÷ 1.2 %.

Полученные кривые самоотпуска позволяют разрабатывать новые режимы термомеханического упрочнения проката в потоке стана или производить анализ существующих режимов.

В первом приближении, можно порекомендовать следующую упрощенную методику разработки или анализа режимов:

1. В горячекатаном состоянии арматурные стали обеспечивают прочности, приведенные в таблице 2.

Знак ≈ означает, что механические свойства горячекатаного проката из рассматриваемой марки стали в большинстве случаев обеспечивают получение требуемых свойств, но вероятность их невыполнения выше требуемых 5 %.

2. Охлаждение проката до температуры 750 ºC не приводит к заметному повышению прочности арматурного проката.

3. Дальнейшее снижение температуры самоотпуска приводит к упрочнению металла примерно в линейной зависимости 150 Н/мм² на каждые 100 ºC. Относительное удлинение уменьшается на 2 % (абс.) на каждые 100 ºC.

Описываемые закономерности характерны до температуры самоотпуска 550 ºC. Отметим, что приведенные закономерности описывают изменение средних значений механических свойств. Для разработки технологии необходимо обеспечить определенный запас свойств, обусловленный их неоднородностью и принятым уровнем надежности.

Помимо исследований зависимости св-ва = f(tº_со) проведены исследования неоднородности механических свойств по сечению мотка. Изучение неоднородности механических свойств термомеханически упрочненного арматурного проката по сечению мотка производили путем испытаний образцов, отобранных с различных участков мотка (см. рис. 1). Величины механических свойств образцов, отобранных с различных (1, 2, 3 и 4) наружных участков мотка значимых различий (точность ± 10 Н/мм²) не имели. Разница между уровнем свойств внутренних и наружных участков мотка оказалась значимой ‑ внутри мотка прочностные свойства проката в среднем ниже на 40 ÷ 60 Н/мм². Следует отметить, что влияния температуры самоотпуска на этот показатель не обнаружили. Для примера на рисунке 4 показана разница между средними значениями величины предела текучести образцов арматурного проката, отобранных от наружных участков мотка и от внутренних для различных температур самоотпуска. Марка стали ‑ Ст3пс, диаметр проката ‑ 6 мм. Примерно такая же картина наблюдается для прочностных свойств арматурного проката диаметра как 6, так и 8 мм для всех исследуемых марок стали. Исследования неоднородности пластических свойств по сечению мотка не позволило выявить значимого (точность ± 1 %) различия в величинах пятикратного относительного удлинения в месте разрыва и равномерного относительного удлинения.

Рис. 4. Разница между значениями предела текучести наружных и внутренних витков арматурного проката диаметром 6 мм из стали марки Ст3пс

Описываемые закономерности характерны до температуры самоотпуска 550 ºC. Отметим, что приведенные закономерности описывают изменение средних значений механических свойств. Для разработки технологии необходимо обеспечить определенный запас свойств, обусловленный их неоднородностью и принятым уровнем надежности.

Таким образом, в результате неоднородности охлаждения арматурного проката по сечению мотка, прочность внутренних участков в среднем на 50 Н/мм² меньше, чем наружных. Эта величина остается практически неизменной для температуры смотки в интервале 600 ÷ 900 ºC и для сталей марок Ст3пс, Ст5пс и 35ГС.

Выводы

1. Исследованы зависимости предела текучести, временного сопротивления, пятикратного и равномерного относительного удлинения арматурного проката от температуры конца ускоренного охлаждения. Полученные зависимости предложено называть кривыми самоотпуска.

2. Показано существование некоторой температуры начала термомеханического упрочнения. Ускоренное охлаждение проката до более высоких температур не приводит к заметному изменению механических свойств. Охлаждение до температур ниже температуры начала термомеханического упрочнения приводит к росту прочностных и снижению пластических свойств.

3. Для исследованных марок стали Ст3пс, Ст5пс и 35ГС температура начала термомеханического упрочнения составила 720 ÷ 740 ºC. Рост прочностных свойств составил 130 ÷ 150 Н/мм², снижение пластических ‑ 2 % (абс.) на каждые 100 ºC снижения температуры самоотпуска.

4. Исследована неоднородность механических свойств арматурного проката диаметром 6 и 8 мм по сечению мотка массой 500 кг. Показано, что прочностные свойства проката в середине сечения мотка в среднем на 50 Н/мм² выше, чем на поверхности. Зависимость этой величины от температуры самоотпуска, диаметра проката и марки стали не обнаружена.

Библиографический список

1. И.Г.Узлов, В.В.Парусов, Р.В.Гвоздев, О.В.Филонов Управляемое термическое упрочнение проката. ‑ К.: Технiка, 1989. ‑ 118 с.

2. Исследование влияния температуры конца прокатки и температуры поверхности раската в период охлаждения на свойства / В.Т.Худик, В.Т.Черненко, В.А.Шеремет и др. // Теория и практика металлургии. ‑ 2001. ‑ № 2. ‑ С. 41 ‑ 42.

3. В.И.Губинский, А.Н.Минаев, Ю.В.Гончаров Уменьшение окалинообразования при производстве проката. ‑ К.: Технiка, 1981. ‑ 135 с.

4. Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г.Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. ‑ 640 с.

5. Таблицы математической статистики. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. ‑ М.: Наука, 1983. ‑ 416 с.

Опубликовано:

Формирование температуры самоотпуска в некоторых арматурных сталях / В.Т.Худик, И.А.Гунькин, М.И.Костюченко, И.И.Журавлев // Металлургическая и горнорудная промышленность. ‑ 2004. ‑ № 3. ‑ С. 74 ‑ 77.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)