СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ УГЛОВОГО ПРОФИЛЯ
MANUFACTURING METHOD OF ROLLED PRODUCTS OF ANGLE SECTION

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к прокатному производству, и может быть использовано при ускоренном охлаждении углового проката из низколегированной стали 09Г2С с прокатного нагрева в потоке непрерывных среднесортных станов.
Известен способ термической обработки фасонных профилей проката при изготовлении швеллеров и балок из различных марок сталей, включающий предварительное ускоренное охлаждение тонких элементов профиля со скоростью 150-300°С/с до среднемассовой температуры 750-600°C с последующей прерванной закалкой всего профиля и охлаждение на воздухе (SU №933736, кл. C21D 8/00, 1/02, опубл. 07.06.1982, БИ №21).
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому положительному результату является способ изготовления прокатных изделий углового профиля, включающий аустенизацию, горячую прокатку, подстуживание вершины уголка до температуры самоотпуска 500-750°С, выдержку не менее 30 с, подстуживание всего изделия до температур 700-950°С и охлаждение на воздухе (SU №440426, кл. C21D 1/02, 7/14, 9/06 опубл. 25.08.1974, БИ №31).
Недостатком известных способов является невозможность обеспечить сочетание повышенной прочности, пластичности и сопротивление хрупкому разрушению профиля из низколегированной стали 09Г2С. Кроме того, известные способы не обеспечивают высокой надежности профиля, работающего в конструкциях ответственного назначения, например в судостроении, вагоностроении, в химическом и нефтяном машиностроении, в трубопроводах с температурой эксплуатации от минус 60°С до плюс 350°С.
Задачей заявляемого изобретения является получение у профиля высоких прочностных свойств при повышении пластических характеристик и ударной вязкости при отрицательных температурах для обеспечения высокой надежности при применении его в ответственных и уникальных конструкциях, работающих, в том числе, в условиях низких зимних температур.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления прокатных изделий углового профиля, включающем нагрев заготовки, горячую прокатку, формирование готового профиля, предварительное ускоренное охлаждение отдельных элементов профиля с температуры конца прокатки, последующее принудительное охлаждение всего изделия до температуры 730-760°С и окончательное охлаждение на воздухе, согласно изобретению прокатку осуществляют при температуре 1080-1120°С, а предварительное ускоренное охлаждение вершины углового профиля осуществляют одновременно с внутренней и внешней стороны в течение 0,2-0,3 с, после чего в течение 0,3-0,4 с проводят принудительное охлаждение всего профиля.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение у готового проката углового профиля высокой прочности при повышении пластических свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах, которые можно достичь, управляя процессами термической обработки после пластической деформации в условиях высокоскоростной прокатки на современных непрерывных станах.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что прокатку осуществляют при температуре 1080-1120°С, а предварительное ускоренное охлаждение вершины углового профиля осуществляют одновременно с внутренней и внешней стороны в течение 0,2-0,3 с, после чего в течение 0,3-0,4 с проводят принудительное охлаждение всего профиля.
Предлагаемый способ изготовления прокатных изделий углового 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 одинаково высоких прочностных и пластических свойств готового проката углового профиля из низколегированных марок сталей при обеспечении повышенной ударной вязкости при отрицательных температурах.
Для формирования требуемых геометрических размеров у готового изделия прокатку необходимо вести при температуре не ниже 1080°С. В связи с тем, что высокоскоростной режим прокатки приводит к дополнительному деформационному разогреву проката углового профиля, короблению его из-за малой площади поперечного сечения и, соответственно, забуриванию в клетях стана, прокатку необходимо вести при температуре не выше 1120°С.
Известно, что при температурах выше 1000°С процесс первичной рекристаллизации занимает доли секунд и быстро развивается процесс собирательной рекристаллизации, что приводит к быстрому росту зерна, соответственно, к разупрочнению металла и снижению его пластических характеристик. В связи с этим, сразу после формирования готового профиля необходимо провести предварительное ускоренное охлаждение в течение не менее 0,2 с наиболее массивного элемента профиля - вершины уголка одновременно с внутренней и внешней стороны. Для исключения неравномерного теплового сжатия различных объемов стали и создания одинаковой скорости охлаждения всего изделия предварительное охлаждение вершины уголка должно быть не более 0,3 с.
2
Процесс принудительного охлаждения всего изделия обеспечивает ускоренный отъем тепла от центральных слоев всех элементов профиля при охлаждении в течение времени не менее 0,3 с, что позволяет достичь температур 730-760°С равномерно по всему профилю и равномерной мелкозернистой структуры по всему сечению, обеспечивающей высокие прочностные свойства при высокой пластичности. Принудительное охлаждение всего профиля в течение времени более 0,4 с приведет к появлению закалочных структур в наиболее тонких элементах профиля (стенках) из-за недостаточного внутреннего тепла, температурным напряжениям между элементами профиля, короблению готового изделия и отсутствию равномерности свойств по длине проката. Кроме того, для обеспечения ударной вязкости при - 70°С не менее 60 Дж/см принудительное охлаждение всего профиля должно быть не более 0,4 с.
Реализация способа изготовления прокатных изделий углового профиля осуществлялась следующим образом.
Пример. Промышленные испытания заявляемого способа изготовления углового профиля проводили в среднесортном цехе ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» на стане 450 при изготовлении уголка 90 из стали 09Г2С промышленной плавки. Для этого осуществляли горячую прокатку непрерывнолитых заготовок сечением 150×150 мм при температуре 1100°С, затем сразу после формирования готового профиля проводили предварительное ускоренное охлаждение вершины уголка одновременно с внешней и внутренней стороны в течение 0,25 с, с последующим принудительным охлаждением всего изделия в течение 0,35 с до температуры 740°С, а окончательное охлаждение проводили на воздухе.
По предлагаемому способу было испытано несколько режимов, предусматривающих изменение диапазона температур прокатки, изменение времени предварительного ускоренного охлаждения вершины уголка и принудительного охлаждения всего изделия перед окончательным охлаждением на воздухе в заявляемом диапазоне их изменений с выходом за граничные значения. Режимы осуществления предлагаемого способа приведены в таблице 1.
В
02
5
После осуществления указанных режимов определяли временное сопротивление разрыву σ, предел текучести σ, пятикратное удлинение δ и ударную вязкость при - 70°С KCU. Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 1
Режимы осуществления предлагаемого способа изготовления изделий углового профиля
№ примера
Температура прокатки, °С
Предварительное охлаждение вершины уголка, с
Охлаждение всего изделия, с
Температура после охлаждения всего изделия, °С
1
1080
0,30
0,30
760
2
1100
0,25
0,35
740
3
1120
0,20
0,40
730
4
1070
0,35
0,45
710
5
1130
0,18
0,25
780
Таблица 2
Механические свойства углового проката
№ при мера
Временное сопротивление разрыву σ<sub>В</sub> Н/мм<sup>2</sup>
Предел текучести σ<sub>0,2</sub>, Н/мм<sup>2</sup>
Пятикратное удлинение δ<sub>5</sub>, %
Ударная вязкость при - 70°С KCU, Дж/см<sup>2</sup>
Предлагаемое решение
1
490
360
36
87
2
500
370
34
82
3
520
380
33
78
4
540
390
27
58
5
480
320
30
74
Прототип
560
350
24
53
2
2
Так, при достижении временного сопротивления разрыву 490-520 Н/мм получен уголок с высоким пятикратным удлинением и ударной вязкостью, составляющими 33-36% и 78-87 Дж/см соответственно, что практически в 1,3-1,5 раз выше в сравнении с прототипом.
Из данных таблиц видно, что при изготовлении углового профиля по предлагаемому способу получены лучшие результаты по пластическим характеристикам и ударной вязкости при отрицательных температурах при высоком уровне прочности, чем по прототипу.
Предложенный способ промышленно применим на металлургических предприятиях, имеющих непрерывные сортопрокатные станы и выпускающих фасонный прокат сложного профиля. Например, реализация заявляемого способа изготовления высокопрочного и пластичного уголка на сортопрокатном непрерывном стане 450 ОАО «ЗСМК» показала высокую эффективность технологии и позволила получить высокие пластические характеристики и ударную вязкость при отрицательных температурах при сохранении прочностных характеристик и равномерности их распределения по длине проката углового профиля из низколегированных сталей.
В настоящее время уголок пользуется высоким спросом в сельскохозяйственном машиностроении, вагоностроении и нефтяной отрасли.