Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

2. Оборудование и технология термического упрочнения арматурной стали с прокатного нагрева в проточной воде

  

 

Общая характеристика способов и устройств для охлаждения проката в потоке станов

Осуществление процесса термического упрочнения проката с использованием тепла прокатного нагрева в потоке современных мелкосортных станов имеет ряд технических и экономических преимуществ в сравнении с его упрочнением с отдельного нагрева. К техническим преимуществам такого процесса относятся высокая производительность (до 100 т/ч), поточность производства, уменьшение расхода металла в окалину, возможность улучшения комплекса конечных свойств готовой продукции за счет возникновения особого структурного состояния металла при его быстром охлаждении после горячей пластической деформации в последней (чистовой) клети стана (эффект ВТМО).

Использование тепла прокатного нагрева является одним из наиболее перспективных и целесообразных способов уменьшения затрат электроэнергии и топлива на нагрев металла для термической обработки. В этом случае отпадает необходимость в дополнительном расходе электроэнергии или топлива для нагрева проката под термообработку, снижаются трудовые затраты, сокращаются внутрицеховые и внутризаводские транспортные операции, улучшаются условия труда на стане и экологическая обстановка. Поэтому организации охлаждения (подстуживания) и термического упрочнения проката на металлургических предприятиях про- мышленно развитых стран уделяется серьезное внимание.

Анализ патентных материалов и литературных данных показывает, что мировая техника в области создания и совершенствования устройств и систем для охлаждения и упрочняющей термической обработки сортового проката из углеродистых и низколегированных сталей на мелкосортных станах с использованием тепла прокатного нагрева развивается в основном в трех направлениях:

охлаждение проката в камерах (емкостях) с проточной водой;

струйное (форсуночное) охлаждение водой и водо-воздушной смесью в открытых и закрытых камерах в потоке станов; охлаждение движущегося проката сплошным потоком воды в закрытых камерах (проводках) иод избыточным давлением охладителя.

 


 

При первом способе охлаждения прокат проходит через одну или несколько емкостей в виде каналов, в которые подается охладитель (вода) с организацией при помощи форсунок повышенного давления водяных завес по торцам камер для предотвращения попадания воды в проводки стана. В случае термообработки мерных прутков осуществляют их охлаждение в закалочной ванне в зажатом состоянии с регулированием уровня погружения с целыо достижения минимального коробления *. Закалку осуществляют также в специальных баках с наклонными направляющими  или оборудованных устройствами для подачи и непрерывного вывода проката из закалочной жидкости и поддержания в ванне равномерной температуры'

Применительно к решению задачи термоупрочнения проката движущегося со скоростью до 20 м/с первый способ охлаждения является малоэффективным, поскольку не позволяет получить высоких скоростей охлаждения и требует в связи с этим длинных охлаждающих трасс, что часто бывает практически неприемлемым.

При втором способе охлаждения прокат проходит сквозь души-' рующие устройства в открытых или закрытых камерах, расположенных последовательно в виде секций. Хотя этот способ охлаждения обеспечивает более высокий теплосъем в сравнении с охлаждением в каналах с водой, тем не менее он оказывается эффективным лишь при относительно невысоких скоростях прокатки (^10 м/с) и может применяться для уменьшения окалино- образования, регулировки температуры конца прокатки (смотки), а также для получения закаленного и высокоотпущенного поверхностного слоя.

При третьем способе охлаждения движущийся прокат проходит через ряд последовательно расположенных камер в потоке воды, подаваемой на него под давлением в направлении его движения в охлаждающих проводках. Такой способ обеспечивает высокие скорости охлаждения (^500°С/с) и его гидротранспортирование в ритме работы стана без применения тянущих роликов (трайбаииаратов),— вызывающих частое «забуривание» металла, особенно при изготовлении сортового проката небольшого диаметра (10—14 мм). Способ позволяет осуществить глубокое охлаждение проката (арматуры) до температур, обеспечивающих по его сечению мартенситное или бейнитное превращения при высоких (до 20 м/с) скоростях прокатки с последующим самоотпуском после прекращения интенсивного охлаждения, и достигнуть в тер- моупрочненном прокате высокого сочетания прочности и пластичности. Именно такой способ термоупрочнения движущегося проката разработан впервые в СССР и послужил основой организации массового производства термоупрочиенной арматуры с прокатного нагрева на предприятиях отрасли.

Выбор температурно-временных параметров термоупрочнения с прокатного нагрева

На современных непрерывных прокатных станах при высокой температуре нагрева под прокатку (— 1150 °С) в структуре металла образуется гомогенный аустенит. Вследствие многократных обжатий, следующих друг за другом через короткие (порядка долей секунды) промежутки времени, зерно аустенита значительно измельчается. При этом с увеличением степени деформации до 25% измельченность зерна возрастает, а с дальнейшим увеличением степени деформации зерно изменяется незначительно. При стабильной работе стана температура конца- прокатки колеблется в сравнительно небольшом диапазоне и составляют 1050— П00°С в зависимости от диаметра арматуры, скорости прокатки и марки стали. Следовательно состояние аустенита после прокатки на современных непрерывных станах полностью обеспечивает возможность последующей термической обработки. Однако для выбора схемы термического упрочнения и ее конструктивного воплощения, особенно на станах с малой длиной отводящего рольганга между последней клетью и холодильником (^15 м), необходимо знать в диапазоне каких температурно-временных параметров можно практически осуществить технологический процесс термического упрочнения с прокатного нагрева, обеспечив при этом достаточную стабильность и повторяемость его результатов. Такие исследования провели К. Ф. Стародубов и Ю. 3. Борковский

Изучение кинетики роста зерна аустенита после горячей деформации на стали 45 показало, что время после окончания деформации можно разделить на три периода. В первый период после окончания деформации наблюдается лишь незначительный рост зерна . Этому периоду соответствует максимальная твердость закаленной стали. Границы зерна аустенита после окончания деформации в этих временных пределах выявляются плохо. Границы удается выявить более четко лишь по окончании этого периода, в течение которого протекают процессы возврата, поли- гонизации и рекристаллизации обработки. К концу первого периода зерно аустенита становится мелким и равноосным. Далее наступает второй период, соответствующий интервалу между 6 и 60 с; рост зерна аустенита не происходит.Зависимость величины зерна и механических свойств стали 45 от продолжительности пыдержки между окончанием горячей деформации и закалкой

Третий период после 50 с соответствует развитию собирательной рекристаллизации и характеризуется неравномерным ростом зерна аустенита, что может приводить уже к заметной изменчивости конечных свойств металла. Для получения стабильных результатов термоупрочнение необходимо осуществлять по крайней мере через отрезок времени, не превышающий длительность второго периода, т. е. не позже, чем через 60 с после окончания деформации. Этот период может зависеть от специфики химического состава и технологии раскисления стали, но для обычных низкоуглеродистых и низколегированных сталей это время близко к указанному.

При соблюдении приведенных выше условий в результате термического упрочнения с прокатного нагрева (например, арматуры диаметром 14 мм из стали 35ГС) можно достигнуть удовлетворительной стабильности механических свойств

Сохраняющееся при этом мелкое (7—9 балл по ГОСТ 5639—65) зерно аустенита дает возможность получить вполне удовлетворительное сочетание прочности и пластичности в термоупрочнен- ном металле. Закалку с прокатного нагрева можно осуществлять при любой температуре в интервале от температуры конца деформации до точки Лс3. Снижение температуры начала закалки ниже Асз приводит к выделению структуры свободного феррита, т. е. к образованию двухфазного состояния с существенно более худшими свойствами

Приведенные теоретические предпосылки и экспериментальные данные явились основой для разработки технологического процесса термического упрочнения арматуры среднего сорта с прокатного нагрева в спокойной воде

Оборудование и технология термоупрочнения проката в спокойной воде

К технологии и оборудованию для осуществления термического упрочнения сортового проката, в частности арматурной стали с прокатного нагрева, предъявляются следующие основные требования:

1.         Прокат следует упрочнять сразу же после окончания деформации в последней клети стана или через некоторое время после завершения первой стадии рекристаллизации, но не превышающее время до начала собирательной рекристаллизации упрочняемой стали

2.         Технология и оборудование должны обеспечить ноточность производства.

3.         Работа установок термического упрочнения должна быть синхронизирована с работой прокатного стана. Оборудование установок должно состоять из доступных и сравнительно недорогих агрегатов и механизмов, быть несложным в изготовлении, эксплуатации и ремонте. Необходимо предусматривать обязательный контроль технологических параметров термоупрочнения (скорость прокатки, давление и расход воды, температура воды, температура металла, время охлаждения и др.) и возможность управления технологическим процессом термообработки.

4.         В качестве охлаждающей среды следует применять по возможности техническую воду оборотного цикла без специальных затрат на ее тонкую очистку. Использование других охлаждающих сред (масло, растворы солей, щелочей и др.) в условиях массового поточного производства термоупрочненного проката нетехнологично, дорого и требует осуществления дополнительных мер по охране окружающей среды, технике безопасности, противопожарной технике и др.

5.         При термическом упрочнении не должно быть существенного коробления, поскольку правка термоупрочненного проката существующими на металлургических заводах правильными средствами практически исключена.

6.         Установки должны быть приспособлены к термическому упрочнению металла различного диаметра и на различные уровни прочности. При изготовлении высокопрочного проката (ав = = 1600-^-1800 МПа) или продукции специального назначения следует предусматривать возможность проведения отпуска (электроконтактного, индукционного, скоростного печного или др.).

В 1964 г. институтом черной металлургии (г. Днепропетровск), Донецким политехническим институтом и Макеевским металлургическим комбинатом разработана оригинальная конструкция опытно-промышленной установки. Эту установку расположили параллельно отводящему рольгангу холодильника стана 350-2. На этой установке осуществляли процесс термического упрочнения арматуры (диаметром 18—22 мм) с прокатного нагрева путем прерванной закалки в поднимающихся ваннах с водой.

Остановленный в приемном желобе горячий раскат с исходной длиной около 54 м разрезали дисковыми пилами на прутки длиной 13,2 м, которые закаливали в горизонтальном положении с фиксацией их по длине прижимами для предотвращения коробления. На этой установке возможно осуществлять термоупрочнение до 10 тыс. т в год.

Для повышения объема производства и расширения сортамента термоупрочненной арматуры Макеевским металлургическим комбинатом в содружестве с Институтом черной металлургии и Донецким политехническим институтом в начале 80-х годов была построена установка, расположенная рядом с холодильником стана и предусматривающая термическое упрочнение всей плавки, а не выборочно — отдельными заготовками, как на ранее действующей. На установке возможно упрочнять арматурную сталь всего сортамента стана диаметром 18—32 мм; производительность 50 тыс. т/год, расходы воды 6 м'3/т. Схемы установки и отдельных ее узлов приведены на  7 и 8.

Затем с помощью основного вала 4, вращаемого от общего привода, через "прорези в желобе 1 поднимают рычаг 13 с арматурным прутком 17, который при дальнейшем вращении вала прижимной

Выходящий из чистовой клети раскат барабанными ножницами разрезают на прутки длиной 42±1,5 м, которые один за другим с отводящего рольганга 1 стрелкой 2 направляют с помощью трайбаппаратов Зу 5, 7 по желобам 9 в установку, состояющую ИЗ четырех закалочных линий. Стрелка 4 служит для распределения упрочняемых прутков по всем охлаждающим линиям установки, а стрелки 6 — по I—II и III—IV линиям. Трайб аппараты 7 за счет их работы в режиме самоторможения обеспечивают точную остановку арматурных прутков в приемных желобах соответствующих охлаждающих линий установки. Остановленный в желобе 1 пруток охлаждают на воздухе до определенной температуры закалки, контролируемой сфокусированным на планкой 11 с помощью пружин 12 жестко фиксирует по его длине и по пути в закалочный бак 2 разрезают дисковыми пилами 3 на мерные длины

Прутки закаливают в проточной воде определенное время, извлекают на воздух, выдерживают в зажатом состоянии для уменьшения коробления, после чего освобождают от прижимов и по сбрасывающим рычагам 8 направляют в сборный карман 5. Время от конца деформации в последней клети стана до закалки не превышает 60 с, когда собирательная рекристаллизация деформированного аустенита еще заметно не развивается. Весь процесс от подачи проката в установку до закалки, включающий фиксацию арматуры в захватах, порезку, закалку и выдачу прутков в сборный карман, осуществляется последовательно путем поворота рычагов с захватами на 270° и обратно.

Таким образом, по принятой технологии термическое упрочнение арматуры осуществляют путем прерванной закалки, т. е. в зависимости от продолжительности охлаждения, диаметра арматуры и марки стали получают различную толщину закаленного слоя по периметру прутка вплоть до его сквозной закалки.

Прервав охлаждение и выдерживая арматура на воздухе проводят самоотпуск за счет тепла более горячей сердцевины. Если к моменту прекращения охлаждения в воде закалка происходит не на всю глубину изделия, то нераспавшийся к этому времени аустенит при дальнейшем охлаждении прутка на воздухе будет превращаться в бейнит, троостит, сорбит и феррит в зависимости от вида термокинетической диаграммы упрочняемой марки стали и сообразно скоростям охлаждения в соответствующих объемах по сечению арматуры.

Время охлаждения в воде при термоупрочнении выбирают в зависимости от требуемого класса прочности, диаметра арматуры и температуры закалки.

Видно, что с увеличением диаметра арматуры температура закалки повышается. Это связано, во-первых, с тем, что с ростом диаметра арматуры возрастает температура конца прокатки и,

во-вторых, с тем, что при термоупрочнении нужно выполнить ранее рассмотренное условие: подстуживание не должно превышать времени начала собирательной рекристаллизации аустенита во избежание неравномерного роста его зерна и возможного ухудшения качества готовой продукции. Кроме того, увеличение периода подстуживания влечет за собой повышение окалинообра- зования и снижение производительности установки термоупрочнения.

Отметим, что на модернизированной установке впервые в СССР получена термоупроч- ненная с прокатного нагрева в промышленных условиях арматура диаметром 28—32 мм класса Ат—V—Ат—VII. Такая арматура, например, диаметром 32 мм класса Ат—V имеет четко выраженные три зоны: поверхностный слой толщиной 0,3—0,5 мм; промежуточный слой глубиной 3—4 мм; центральная зона, обладающая более светлым характером травления.

Поверхностный слой состоит из отпущенного мартенсита с сохранением ориентации карбидных частиц по бывшим пластинам мартенсита. Этот слой обладает наибольшей микротвердостыо (Нц2оо = 3580 МПа). Промежуточный слой характеризуется смесью нижнего бейнита и отпущенного мартенсита. Микротвердость этого слоя несколько ниже: оо = 3470 МПа.

Центральная зона состоит в основном из троостита, верхнего бейнита и выделений избыточного феррита. Микротвердость этой зоны имеет наименьшее значение: Я,х2оо = 2970 МПа. Тем не менее, в целом по сечению микротвердость изменяется в относительна небольших пределах: 4000—2800 МПа.

В случае закалки арматуры диаметром 32 мм на класс Ат—VIE структура по всему сечению состоит из мартенсита, нижнего и частично верхнего бейнита.

Для изготовления термоуирочненной арматуры с особыми свойствами (повышенной сопротивляемостью коррозионному растрескиванию и усталостной прочностью) на Макеевском металлургическом комбинате применяют операцию индукционного поверхностного отпуска арматуры с использованием машинных генераторов ОПЧ 250/10. Цель обработки — получить высокоотпу- щенный, мягкий поверхностный слой глубиной до 0,3 мм по впадине, что приводит на стали 35ГС-кс значительному {на два порядка) повышению стойкости против крррозирнного растрескива

ния, увеличению и стабилизации значений равномерного удлинения не ниже 2% в сравнении с состоянием, полученном после прерванной закалки с самоотпуском. Усталостная прочность при этом также улучшается.

При коэффициентах асимметрии цикла р = 0,2 и - 0,7 предел выносливости термоупрочнеиной арматуры диаметром 1G мм из стали 35ГС на базе 2 млн. циклов после такой обработки повышается соответственно на 18 и 32%. Такой эффект поверхностного индукционного отпуска обусловлен тем, что на поверхности после нагрева до 700—760 °С образуется высокоотпущенный слой со структурой сорбита отпуска твердостью не более 260 НВ, а также происходит снятие остаточных растягивающих напряжений на поверхности прутков, которые могут достигать в термоупрочнеиной арматуре до 350 МПа (диаметром 22 мм из стали 35ГС), за счет возникновения в этих слоях остаточных напряжений сжатия

Сталь марки 35ГС, термообра- ботанная с применением операции индукционного поверхностного отпуска, поставляется потребителю в качестве стойкой против коррозионного растрескивания термически упрочненной арматуры для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций. Параметры индукционного отпуска приведены в табл. 16.

Движение прутков в индукторе осуществляют протяжным механизмом, обеспечивающим плавное регулирование скорости перемещения в пределах 200—800 мм/с (в среднем 400 мм/с). Производительность участка индукционного нагрева составляет около 10 тыс. т/год. Расход электроэнергии составляет около 40 кВт-ч/т.

Весь металл, поступающий на индукционный отпуск, подвергают 100% контролю с помощью электромагнитных дефектоскопов для отбраковки прутков с закалочными трещинами. Арматура класса Ат—VK может быть использована с применением электро- термического способа натяжения.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Высокопрочная арматурная сталь

 

Смотрите также:

    

Арматура. Назначение и виды арматуры

Горячекатаная арматурная сталь с площадкой текучести на диаграмме (мягкая «таль) обладает значительным удлинением после разрыза-до 25% ( 1.18,а)...

 

АРМАТУРА. Стали для арматуры. Механические свойства арматурных...

Арматурная сталь должна обладать достаточной пластичностью, характеризуемой величиной относительного удлинения при растяжении...

 

...АРМАТУРЫ. При монтаже арматуры. Класс арматурной стали

Класс арматурной стали определяется по профилю стержней и по окраске их торцов. Так, арматурная сталь класса А-l имеет гладкий профиль; класса А-И...

 

АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ. Стержневая арматурная сталь

Стержневая арматурная сталь делится на классы от A-I до A-VII. В настоящее время класс арматуры обозначается также гарантированной величиной предела текучести...

 

Классификация и сортамент арматурной стали. Горячекатаная...

Горячекатаная арматурная сталь классов A-I и А-Н предназначена для употребления в качестве ненапрягаемой арматуры в обычных железобетонных конструкциях.

 

Арматурная сталь и полуфабрикаты. Арматурная проволока. Заводы...

§ 2. Арматурная сталь и полуфабрикаты. Арматурную сталь делят на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную.

 

Профили арматурной стали. Арматурная сталь из углеродистой...

Маркировка арматурной стали должна содержать

Прокат арматур и изделий из стали. Стержневая арматурная сталь

Стержневая арматурная сталь представляет собой горячекатаные стержни диаметром 6...80 мм. В зависимости от марки стали и соответственно...

 

...напрягаемых арматурных элементов. Поверхность арматурных сталей....

Допускается для напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций использовать арматурную сталь следующих видов

 

Арматурная сталь механически упрочненную в холодном состоянии...

Арматурная сталь выпускается в стержнях или мотках: сталь класса А240 (A-I) изготовливают гладкой, сталь классов АЗОО (А-И), А400 (А-Ш), А600 (A-IV), A800 (A-V), A1000 (A-VI)...

 

Арматурная сталь в бухтах

Арматурная сталь в бухтах применяется в основном для заводского изготовления арматурных каркасов. Арматура. Заготовка и установка арматуры - круглая арматурная ...

 

Виды арматурных сталей и изделий для армирования железобетонных...

Арматурную сталь изготовляют с периодическим профилем согласно ГОСТ 5781-82 или ГОСТ 10884-94. Стержневую арматуру, упрочненную вытяжкой...

 

АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ. Горячекатаная стержневая арматура

Стержневая арматурная сталь в зависимости от класса и диаметра стержней изготавливается из углеродистой и низколегированной стали.

 

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ. В сортамент арматурных сталей входят...

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ. Классификация и сортамент арматурной стали. … Арматурная сталь винтового профиля

 

СТАЛЬ АРМАТУРНАЯ. Механические свойства арматурной стали

Арматурная сталь классов прочности Ат800, Ат1000 и Ат1200 должна выдерживать без разрушения 2 млн циклов напряжения...

 

Основные свойства арматурной стали

Сталь, используемая в качестве арматуры железобетонных конструкций, должна иметь
Для арматурной стали наиболее типична работа под действием растягивающих сил.

 

Арматура. Производство установка натяжение арматуры. Монтаж...

§ 26. изготовление и установка арматуры. Арматурная сталь, применяемая для армирования железобетонных конструкций...

 

Арматурная сталь винтового профиля Контроль качества упрочненной...

Арматурная сталь винтового профиля, как правило, должна поставляться в комплекте с соединительными элементами (муфтами, анкерными гайками и контргайками).

 

Арматурная сталь и изделия из нее

Арматурная сталь и изделия из нее. Общие сведения об арматуре. Сопротивление бетона растяжению в 10...

 

Классификация арматурных сталей. Марки арматурной стали

Классификация арматурных сталей. Арматуру, вводимую в бетонные конструкции для восприятия растягивающих усилий (при изгибе, растяжении...

 

Последние добавления:

 

ОСАДКИ СТОЧНЫХ ВОД    Вторичные ресурсы   Теплоизоляция  Приливные электростанции  

Справочник агронома  ШЛИФОВКА И ПОЛИРОВКА СТЕКЛА Производство комбикормов  Соболь   Меховые шапки  Арматура и бетон 

Облицовочные работы — плиточные и мозаичные   Огнеупоры  Древесные отходы   Производство древесноволокнистых плит

  Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков   Плотничьи работы Паркет   Деревянная мебель