|
Проведенный выше анализ
эффективности известных схем термического упрочнения арматурных марок сталей,
пригодных для производства стали класса Ат—111С позволил за основу технологии
производства такой арматуры принять прерванную закалку движущихся стержней
проката с последующим их самоотпуском, а материалом для ее производства —
углеродистую сталь марок Ст5сп и Ст5пс диаметром 10— 18 мм.
На 46 представлена технологическая схема процесса
упрочнения углеродистой стали на класс Ат—IIIC, по которой арматурные
стержни, выйдя из чистовой клети стана 1 с температурой около 1030°С,
попадают Б блок предварительного охлаждения 2, где охлаждаются водой*,
подаваемой под давлением 0,5—1,5 МПа, до температуры 900— 850 °С. Дальше
стержни режутся на раскаты длиной 80— 100 м летучими ножницами 3 и направляются рольгангом к установке в которой охлаждаются водой под давлением 1,4—2,2 МПа.
В процессе перемещения стержней от установки к
холодильнику происходит их самоотпуск. При этом поверхностные слои стержня,
подвергшиеся закалке (охлаждение по линии а), нагреваются за счет тепла
центральной зоны и претерпевают отпуск, а внутренние слои металла из-за
быстрого отвода тепла ускоренно охлаждаются (охлаждение по линии б).
При упрочнении по данной схеме (первичная закалка)
превращение большей части аустенита происходит после прекращения охлаждения
водой, и поэтому основным фактором, обусловливающим получаемые свойства,
будет уровень температуры после ее выравнивания по сечению. Эту температуру
принято называть температурой самоотпуска. Но такое определение справедливо
лишь для поверхностных слоев, которые при охлаждении в воде претерпели
мартенситное превращение и отпускаются при температуре выравнивания. Для
внутренних слоев, составляющих большую часть сечения, эта температура
является температурой распада аустенита.
Температура самоотпуска и уровень свойств термически
упрочненной арматуры зависит от нескольких технологических параметров
процесса: скорости прокатки (скорости перемещения стержней через установку);
давления воды в охлаждающих устройствах; химического состава стали. Поэтому
для обеспечения требуемого уровня свойств и возможности управления процессом
оценивали влияние основных факторов на формирование свойств углеродистой
стали класса Ат—IIIC в процессе упрочнения.
Отработку технологии проводили на установке, состоящей из
блока предварительного охлаждения (одна охлаждающая секция непосредственно за
чистовой клетью стана) и блока устройств охлаждения проката между летучими
ножницами и холодильником стана, удаленного от блока предварительного
охлаждения на 20—30 м. Охлаждающее устройство состоит из нагнетающей форсунки
с кольцевым соплом, камеры охлаждения с отверстием для сброса избыточного
давления, удаленным от сопла форсунки на- 1,2 м.
Для определения параметров технологического процесса,
обеспечивающих получение стали класса Ат—111С изучено влияние различных
факторов на формирование свойств стали марок Ст5сп и Ст5пс поточного
производства комбината «Криворожсталь». Арматурные стержни диаметром 10—18 мм
прокатывали из заготовок сечением 80X80 мм. При проведении опытов изменяли
один какой-нибудь технологический фактор (другие оставались неизменными) и
изучали его влияние на уровень получаемых свойств.
Исследовано влияние содержания углерода в пределах
марочного состава, давления воды в охлаждающих устройствах, скорости прокатки
(продолжительности охлаждения), расхода воды на формирование свойств стали
класса Ат—IIIC.
С, % . ав, МПа от, МПа б5, %
Из заготовок трех плавок стали Стбсп (0,28; 0,33 и 0,36%
С)< при практически одинаковых содержаниях марганца и кремния по
одинаковым режимам прокатали и упрочнили на класс Ат—II 1С арматурные стержни
диаметром 10 мм. Испытания образцов, отобранных от каждой плавки, показали
практически линейную зависимость механических свойств от содержания углерода
Для арматуры класса Ат—IIIC изменение содержания углерода
в стали на 0,01% вызывает изменение временного сопротивления на 10—15 МПа,
предела текучести на 10—20 МПа и относительного удлинения на 0,3—0,7%
Па охлаждение проката в данных устройствах существенное
влияние оказывает давление воды, подаваемой в установку. С его повышением
увеличивается скорость истечения воды из сопла и ее перемещение внутри камеры
охлаждения, что увеличивает скорость охлаждения стали и повышает механические
свойства арматуры. Установлено, что для надежного гидротранспортирования
проката, давление в форсунках должно быть 1,2—2,2 МПа (в зависимости от
диаметра стержней).
Изменения давления воды с 1,2 до 1,6 МПа в процессе
упрочнения на класс Ат—IIIC стержней диаметром 12 мм из стали Ст5пс (0,31% С; 0,72% Мп; 0,12% Si) при скорости прокатки 15,5 м/с, расходе воды на
термоустановку 320 м3/ч, температуре воды 32 °С и длине трассы охлаждения 7,8 м способствовало увеличению временного сопротивления на 70—100 и предела текучести на 60—110 МПа
(в среднем соответственно с 690 до 790 и с 540 до 650 МПа). Можно принять,
что прочностные свойства арматурной стали изменяются на 15—28 МПа на 0,1 МПа
давления воды. Свойства по длине 100 м стержней достаточно стабильны: разброс временного сопротивления не превышает 50 и предела текучести 60 МПа.
При термическом упрочнении движущихся стержней в потоке
стана при постоянной длине трассы охлаждения величина продолжительности
времени охлаждения оказывает влияние не только на уровень, но и на
равномерность свойств арматуры, и определяется скоростью прокатки — скоростью
перемещения стержней через установку. Так, повышение скорости прокатки на 1,1
м/с (с 13,5 до 14,6 м/с) при упрочнении стержней 14 мм (Стбсп —0,32% С; 0,62% Мп и 0,18% Si) вызвано в среднем снижением прочностных свойств на 100
МПа и повышение пластичности на 1%. При этих скоростях прокатил упрочненная
сталь имеет прочностные свойства, превышающие
на 150—250 МПа нижнее допустимое (для арматуры класса
Ат—IIIC) значение этих характеристик. По длине упрочненных стержней отмечено
повышение однородности свойств: при скорости прокатки 14,6 м/с по Ов разброс
составляет 40, по ат = 30—50 МПа и по б5 не более 1,5%.
Упрочнение арматурной стали с 0,34% углерода диаметром 10
и 14 мм на класс Ат—IIIC при скорости прокатки 15 и 13,5 м/с показало, что
изменение расхода воды на 10 м'3/ч в пределах 170—240 м3/ч для стержней
диаметром 10 мм изменяет прочностные свойства на прочностные свойства на 16
МПа и относительное удлинение на 0,6%
Повышение температуры охлаждающей воды до 50—65 °С при
термическом упрочнении арматурной стали вызывает понижение среднего уровня и
увеличение разброса показателей ее механических свойств. Поэтому при
отработке технологии упрочнения арматурной стали на класс Ат—IIIC температуру
воды ограничили на уровне 40°С.
В процессе отработки технологии были выпущены и поставлены
потребителям опытно-промышленные партии (свыше 1000 т) арматуры класса
Ат—IIIC диаметром 10—18 мм. При выпуске партий проводили отбор проб каждого
диаметра в количестве до 1000 шт. для статистической оценки изменения
механических свойств от состава стали и условий упрочнения.
Оценка приращений значений показателей свойств стали при
изменении факторов в указанных интервалах позволяет определить значимость
каждого фактора. Так, наибольшее изменение временного сопротивления (до 140
МПа) вызывается варьированием расхода воды, несколько меньше (до 130
МПа)—скорости прокатки, еще меньшее (до 100 МПа)—содержание углерода. Такое
же влияние факторов имеет место и в отношении остальных характеристик свойств
стержневой арматуры. Полученные результаты дают основание при упрочнении
углеродистой стали на класс Ат—IIIC для уменьшения разброса свойств
рекомендовать ограничение колебания прежде всего расхода воды и скорости
прокатки.
Проведенные исследования позволили определить оптимальные
параметры технологического процесса упрочнения углеродистой стали марок Ст5сп
и Ст5пс диаметром 10—18 мм на класс Ат—111С и организовать массовое
производство стали класса Ат—II 1С на Криворожском металлургическом
комбинате.
С целью определения надежности технологии упрочнения
арматурной стали па класс Ат—II 1С был проведен статистический анализ
результатов испытания образцов, отобранных от различных промышленных партий
арматуры, прокатанных и упрочненных по обеим ниткам стана 250-1 комбината
«Криворожсталь» в течение одного года.
На 48 приведены графики накопления (кумулят) на
сетке шкалы вероятностного распределения. На них по оси абсцисс отложены
значения характеристик механических свойств металла (временного
сопротивления, предела текучести и относительного удлинения), по оси ординат
— процентные значения частот куму- ляты. Поскольку полученные значения
характеристик исследуемых свойств для всех диаметров стержней расположились
по прямой линии, можно считать частотное распределение показателей 6. 98.
близким к нормальному. В этом случае законы нормального распределения можно с
уверенностью применять и для оценки распределения полученных
экспериментальных данных.
Анализ полученных и представленных на графиках данных
показывает, что механические свойства стержней промышленных партий стали класса
Ат—III марки СтЗсп с доверительной вероятностью 95—99,7% отвечают
требованиям, предъявляемым к арматуре данного класса. Поскольку анализу
подвергли результаты испытания образцов, отобранных от различных партий
металла, то полученные результаты свидетельствуют о достаточной надежности
технологии упрочнения стержней и стабильности их свойств. Сталь класса
Ат—IIIC по сравнению со сталью класса А—III характеризуется повышенными
прочностными свойствами: так, для стержней диаметром 14 мм среднее значение временного сопротивления равно 780 и предел текучести 620 МПа при
относительном удлинении 18,0%.
Среднеквадратические отклонения характеристик механических
свойств практически не зависят от диаметра упрочняемых стержней и составляют
для временного сопротивления 35—45 МПа, предела текучести 32—66 МПа и
относительного удлинения 1,8— 1,9%. При этом нижняя граница области
доверительной вероятности 95% для стержней диаметром 10—14 мм составляет по
временному сопротивлению 670—710 МПа, пределу текучести 480—560 МПа и относительному
удлинению 14,4—15,7% и лежит выше значений свойств, оговоренных для стали
класса А—III.
|