СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВОГО ПРОКАТА ВИНТОВОГО ПРОФИЛЯ
PROCEDURE FOR FABRICATION OF ROD OF SCREW PROFILE

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению стального термомеханически упрочненного стержневого проката винтового профиля с использованием тепла прокатного нагрева, и может быть использовано при изготовлении термомеханически упрочненного винтового проката в потоке мелкосортных станов.
Известны способы термической обработки проката при изготовлении арматурных профилей из различных марок сталей. Например, известен способ изготовления арматурных профилей из низколегированных сталей с использованием тепла прокатного нагрева, включающий горячую прокатку в два этапа с суммарным обжатием 60-77% от площади поперечного сечения раската на каждом этапе с выдержкой 19-26 с после первого и 12-17 с после второго этапа с предварительным охлаждением раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов равным двум в течение времени (0,017-0,020)Д с в первом цикле и (0,05-0,06)Д с во втором цикле с промежуточным отогревом в течение 0,2-0,3 с и окончательным отогревом поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, где Д - диаметр проката в мм (RU 2340684, кл. C21D 8/08, 2008 г.).
Известен также способ термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры, с использованием тепла прокатного нагрева, являющийся наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату, включающий горячую прокатку, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов равным двум в течение времени (0,04-0,10)Д с в первом цикле и (0,015-0,05)Д с в режиме выравнивания во втором цикле с промежуточным и окончательным отогревами поверхности до температур ниже точки Ac1 при промежуточном отогреве в течение времени 1,0-1,8 с и окончательное охлаждение на воздухе, где Д - диаметр проката в мм (RU 2081189, кл. C21D 8/06, 1997 г).
Недостатком известных способов является невысокий уровень нормируемых потребительских свойств и механических характеристик. Кроме того, использование известных способов не позволяет получать требуемого значения крутящего момента при повышенных нагрузках и увеличение усилия разрыва при растяжении стержней с винтовым профилем, используемых при изготовлении анкерной крепи для горной промышленности.
Задачей заявляемого изобретения является возможность увеличения усилия разрыва при растяжении и сохранения требуемого значения крутящего момента на стержневом прокате с винтовым профилем, предназначенным для использования в горной промышленности, в том числе для изготовления анкерной крепи.
Поставленная задача достигается тем, что в способе термической обработки проката с использованием тепла прокатного нагрева, включающем циклическое охлаждение поверхности в течение времени (0,04-0,07)Д с в первом и (0,030-0,03 5)Д с во втором цикле охлаждения, промежуточный и окончательный отогрев поверхности до температур ниже точки Ac1 и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению, перед циклическим охлаждением проводят деформацию с единичным обжатием 22,5-23,5% от площади поперечного сечения раската, при этом промежуточный отогрев поверхности проводят в течение времени (0,03-0,06)Д с, а окончательный отогрев поверхности проводят в течение 5,0-6,5 с, где Д - диаметр проката в мм.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение высоких прочностных характеристик при одновременном повышении значений крутящего момента у готового проката винтового профиля, которые можно достичь, управляя процессами структурных превращений в стали, начиная с формирования готового профиля с помощью горячей деформации и проведения режима термической обработки.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что прокатку проводят с единичным обжатием, в последней чистовой клети, 22,5-23,5% от площади поперечного сечения раската, после чего проводят циклическое охлаждение с промежуточным отогревом поверхности в течение времени (0,03-0,06)Д с и окончательным отогревом поверхности в течение 5,0-6,5 с, где Д - диаметр проката в мм.
Предлагаемый способ изготовления стержневого проката винтового профиля с указанной совокупностью признаков, последовательностью выполнения операций и выбором интервалов значений признаков в указанном диапазоне их изменений обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении высоких значений усилия разрыва при растяжении и повышение величины крутящего момента у стержня для анкерной крепи из обычных углеродистых сталей.
Техническая сущность изобретения заключается в следующем.
Экспериментально установлено, что для подавления процессов динамической рекристаллизации и роста зерна необходимо перед началом процесса термоупрочнения провести деформацию раската с единичным обжатием не менее 22,5%. Для получения требуемого значения крутящего момента единичное обжатие перед циклическим охлаждением должно быть не более 23,5%. Кроме того, установлено, что для получения в поверхностном слое структуры высокоотпущенного мартенсита, обеспечивающего высокие прочностные характеристики при одновременном сохранении пластичности, промежуточный отогрев поверхности необходимо проводить в течение времени не менее 0,03Д с, где Д - диаметр стержня. Промежуточный отогрев поверхности в течение времени более 0,06Д с и окончательный отогрев поверхности более 6,5 с приведет к снижению прочностных характеристик проката. При окончательном отогреве менее 5,0 с не происходит полная релаксация структурных напряжений после второго цикла охлаждения, что приводит к снижению пластических характеристик и ухудшению показателей крутящего момента.
Реализация способа изготовления стержневого проката винтового профиля осуществлялась следующим образом:
Пример. В сортопрокатном цехе ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» на стане 250-2 проводили промышленные испытания предложенного способа изготовления стержневого проката винтового профиля при прокатке винтовой арматуры №20 из стали марки Ст3пс промышленной плавки.
Для этого заготовки сечением 100×100 мм нагревали, прокатывали на мелкосортном стане 250-2 с единичным обжатием в последней клети стана 22,6% при температуре 1020±30°C, затем проводили циклическое охлаждение поверхности раската в течение 0,86 с и 0,66 с в первом и втором циклах соответственно. Промежуточный и окончательный отогревы поверхности до температуры 650°C составляли 1,1 с и 5,5 с соответственно. Окончательное охлаждение проводили на воздухе.
По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение величины единичного обжатия в последней клети стана, времени промежуточного и окончательного отогревов поверхности раската в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. Режимы осуществления предлагаемого способа приведены в таблице 1.
Таблица 1
Режимы осуществления предлагаемого способа изготовления стержневого проката винтового профиля
№ примера
Единичное обжатие в последнем проходе, %
1-й цикл охлаждения, с
2-й цикл охлаждения, с
Время промежуточного отогрева поверхности, с
Время окончательного отогрева поверхности, с
1
22,5
0,8
0,7
0,6
6,5
2
22,6
0,86
0,66
1,1
5,5
3
23,5
1,4
0,6
1,2
5,0
4
22,4
0,7
0,71
0,5
4,9
5
23,6
1,5
0,59
1,3
6,6
После осуществления указанных режимов определяли усилие разрыва при растяжении и крутящий момент при нагрузке 30 кН. Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства стержневого проката винтового профиля
№ примера
Усилие разрыва при растяжении, кН
Крутящий момент, Н/м
Предлагаемое решение
1
190
280
2
230
300
3
210
270
4
160
210
5
180
230
Прототип
170
190
Так, у стержня винтового профиля, имеющего максимальное усилие разрыва при растяжении, получен крутящий момент 300 Н/м при нагрузке 30 кН, что практически в 1,6 раза выше, чем у стержневой арматуры винтового профиля, изготовленной по известному способу.
Из данных таблиц видно, что при изготовлении стержневой арматуры винтового профиля по предлагаемому способу получены лучшие результаты по крутящему моменту при высоком уровне разрушающей нагрузки.
Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих стержневой прокат диаметра различного назначения. Например, применение указанного способа изготовления стержневого проката при прокатке стержневой арматуры винтового профиля на сортопрокатном непрерывном стане 250-2 ОАО «ЗСМК» показало высокую эффективность технологии. Кроме этого, стержневой прокат винтового профиля имеет самый высокий спрос в горнорудной и строительной отрасли, особенно при изготовлении анкерной крепи для крепления кровли выработок шахт в горной промышленности.