Высокопрочная арматурная сталь

Раздел: Учебники

При термическом упрочнении по методу прерванной закалки с самоотпуском в спокойной воде температура поверхности изделия, например, арматуры диаметром 16 мм быстро снижается до 100 °С и до окончания интенсивного охлаждения остается практически лостоянной. Через 3—4 с после прерванной закалки температура по сечению такого проката выравнивается с установлением •среднемассовой температуры, которую называют температурой •самоотпуска. Поскольку при закалке поверхность изделия очень «быстро приобретает температуру кипения воды, считают, что весь процесс охлаждения протекает при постоянной температуре поверхности.

Показано, что при прерванной закалке проката возникают две структурные зоны с различной кинетикой распада аустенита: наружная зона, которая оценивается по обычным термокинстиче- •ским диаграммам, и центральная, где процесс распада аустенита после окончания интенсивного охлаждения водой происходит на [воздухе по усложненной кинетике. Если химический состав и сечение стального изделия обеспечивают в результате превращения при закалке стали образование в наружной зоне мартенсита, то на транице мартенсит—аустенит достигается вполне определенная температура, равная температуре начала мартенситного превращения, и не зависящая от скорости охлаждения.

Если прекратить закалку при некоторой глубине закаленного слоя, то по сечению изделия устанавливается определенное распределение температур, которое будет закономерным образом гвлиять и на температурный градиент центральных слоев металла. Поскольку градиент температур в металле зависит от глубины превращенного (закаленного) слоя, то после окончания охлаждения в воде устанавливающаяся в изделии температура самоотпуска также зависит от глубины слоя, в котором прошло у-+а превращение.

Следовательно, при прерванной закалке между количеством мартенсита (условной глубиной закаленного слоя) и температурным полем (среднемассоврй температурой по сечению) существует однозначная взаимосвязь. В силу этого представляется возможным контролировать и управлять процессом упрочнения стали путем прекращения охлаждения в воде в момент достижения определенного соотношения между количеством превращенного аустенита в наружных слоях и нераспавшегося аустенита в центральной зоне.

Так как возникающий при закалке в поверхностных слоях изделия мартенсит является в отличие от аустенита ферромагнитным, то это позволяет контролировать глубину закалки электромагнитным методом.

Указанные соображения явились основой для разработки ИИИАЧерметом и ИЧМ методики контроля и управления процессом термоупрочнеиия неподвижного проката |51]. Для этой цели Р. В. Гвоздевым в Научно-исследовательском институте автоматизации черной металлургии (НИИАЧермет) разработан специальный датчик в виде U-образной катушки, дающей возможность поперечного перемещения в ней прутка ( 17). Между наружными и внутренними витками датчика размещен магнитный экран, благодаря чему внутри U-образной катушки создается магнитное поле, аналогичное получаемому внутри обычного соленоида. Поскольку датчик в рабочем положении находится в охлаждающей ванне с водой, катушка выполнена из медной шины, изолированной стекловолокном и пропитанной кремнеорганичсским лаком.

На базе этих датчиков в НИИАЧермете разработан магнитометр типа ЭМИД-8М, позволяющий управлять процессом термоупрочнения по количеству образующейся а-фазы (мартенсита) и давать команду исполнительному механизму на прекращение закалки при достижении заданной глубины закаленного слоя арматуры соответствующего диаметра и требуемого класса прочности.

Контроль глубины закаленного слоя осуществляют по намагниченности насыщения, поскольку этот параметр пропорционален количеству а-фазы, не зависит от напряженного состояни стального материала и внешних факторов.

Промышленные испытания этого метода на установке термического упрочнения в потоке стана 350-Макеевского металлургического комбината показали его несомненную целесообразность и применимость в производственных условиях.

Разброс прочностных свойств при термоупрочнении арматуры, например, на класс Ат—V с использованием описанного метода может быть снижен до ±50 МПа.

При термическом упрочнении движущегося проката, как уже упоминалось, комплексным параметром, отражающим изменчивость различных технологических факторов и определяющим свойства металла данной марки стали, является температура самоотпуска. Поэтому именно этот параметр целесообразно контролировать и регулировать в процессе термоупрочиеиия движущихся прутков для получения заданного сочетания свойств.

Для контроля температуры самоотпуска при термоупрочнении движущихся прутков арматурной стали-НИИАЧерметом разработаны и внедрены на Криворожском и Западно-Сибирском металлургических комбинатах специальные магнитометры, работающие по принципу измерения намагниченности насыщения ферромагнитных тел. Например, на стане 250-1 комбината «Криворожсталь» установлены две проходные, последовательно соединенные электрические катушки, включенные в цепь переменного тока. Одна из катушек размещена на отводящем рольганге на расстоянии 0,4 м от конца установки, другая — вне потока стана. Выпрямленная разность э.д.с. с двух катушек регистрируется магнитометром и выдается на регистрирующий прибор пульта управления уже в виде температуры самоотпуска.

Для осуществления контроля и управления процессом термоупрочнения на основании статистических данных определяют для данной марки стали и сортамента корреляционные зависимости между механическими свойствами термоупрочнеиной арматуры, плавочным содержанием углерода в пределах марки стали и температурой самоотпуска. Полученные корреляционные уравнения используют для построения номограмм, позволяющих определить пределы температур самоотпуска, которые следует поддерживать для получения при данном плавочном содержании углерода в пределах марки стали заданного класса прочности.

Если в процессе термоупрочнения по тем или иным причинам происходит отклонение температур самоотпуска от заданных, что обнаруживает оператор по показаниям регистрирующего прибора, то это дает основание сразу же вмешаться в технологический процесс с целью восстановления температуры самоотпуска в необходимых пределах. Обычно этого достигают путем соответствующего изменения расхода и давления подаваемой в охлаждающие устройства воды. Контроль температуры самоотпуска с помощью магнитометров и возможность воздействия на нее в нужном направлении позволяет улучшить качество выпускаемой продукции и более, чем в два раза снизить долю партий металла, не выдержавших испытаний по заданному классу