Технология режима термической обработки изделия
Термическая обработка сортовой стали является одним из самых перспективных способов упрочнения сортового проката. В настоящее время является термомеханическая обработка в технологическом потоке за чистовыми клетями станов. Полосы периодического профиля арматурной стали диаметром 10 мм из низколегированной марганцовистой стали 25 ГС в результате термомеханической обработки в потоке имеют предел прочности, равный 115—130 кгс/мм2 (повышается в два раза), и относительное удлинение 10—13%.
Ускоренное охлаждение металла непосредственно после прокатки в потоке станов улучшает его структуру (механические свойства) и уменьшает окалинообразование и обезуглероживание. Регулируемое и ускоренное охлаждение водой прокатного нагрева имеет особое значение для улучшения качества катанки, скорость прокатки которой на современных станах весьма высока. Этот процесс позволяет получать пластичный металл со структурой мелкодисперсного перлита (сорбита), что способствует большим вытяжкам при волочении. Ускоренное охлаждение катанки после чистовой клети проволочных станов перед смоткой в бунты резко сокращает расход металла в окалину и выгорание углерода. Исследования показали, что если на линейных проволочных станах при температуре конца прокатки 800—850° С, скорости прокатки до 8 м/с и массе бунтов до 80—90 кг образуется 15—18 кг окалины на 1 т металла, то на непрерывных проволочных станах при температуре конца прокатки 1000—1050° С, скорости прокатки 25—30 м/с и массе бунтов до 300—350 кг на 1т металла приходится около 30 кг окалины. Отсюда и большой расход кислоты при травлении катанки, поступившей с непрерывных станов (42 кг на 1 т металла), по сравнению с расходом кислоты при травлении катанки, поступившей с линейных станов (25 кг на 1 т металла). Поэтому ускоренное охлаждение металла на непрерывных станах трудно переоценить. Чаще всего охлаждение катанки на непрерывных станах осуществляется водой в направляющих трубах при котором готовые раскаты поступают от чистовых клетей к моталкам.
Упрочняющая термическая обработка сортового проката с отдельного нагрева в термических отделениях прокатных цехов из-за значительного коробления менее развита, чем термическая обработка листового проката. Однако и сортовой прокат (круглую, квадратную, угловую, периодического профиля арматурной стали и другие профили) целесообразно подвергать термической обработке. Упрочняющий режим термической обработки сортовой стали может состоять в нагреве прутков в непрерывных печах с роликовым подом в зависимости от марки стали до 800—900° С, закалке водовоздушной смесью в камере с роликовым подом и отпуске в печи при 400—550° С.
Оборудование для проведения термической обработки изделия
Сортовой прокат общего назначения производят диаметром или стороной квадрата от 5 до 250 мм в прутках длиной 1,5 до 12 м, или а бунтах (катанка) различной массы. Он изготавливается из углеродистых и легированных конструкционных сталей, инструментальных углеродистых и легированных сталей, коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и других сталей специального назначения.
Сортовой прокат получают горячей прокаткой с нагревом 1150-700 °С, то есть значительно выше температур критических точек сталей. Это вызывает перегрев заготовок, что ведет к образованию в их структуре грубых выделений избыточных фаз и крупнопластинчатого перлита или сорбита с трооститом. В большинстве случаев целью термической обработки сортового проката является понижение твердости до величины НВ 230-260, чтобы обеспечить последующую обработку резанием или давлением или подготовить структуру к дальнейшей термической обработке, а также для уменьшения внутренних напряжений.
Основными видами термической обработки сортового проката является отжиг и высокий отпуск, хотя возможно применение и других видов термообработки, что связано с назначением проката и требованиями к нему. В зависимости от требований нормативной документации к прокату могут регламентироваться следующие параметры: механические свойства, глубина обеуглероживания, величина зерна, микроструктура, макроструктура, прокаливаемость.
Прокат из конструкционных углеродистых сталей с содержанием до 0,3% С и низколегированных (15Х, 20Х и др.), после охлаждения на воздухе с температуры окончания прокатки имеет невысокую твердость и применяется без смягчающей термической обработки. Высоколегированные конструкционные стали бейнитного и мартенситного класса (Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, CrNi-W) при охлаждении после прокатки подкаливаются из-за повышенной устойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области и имеют твердость до НВ 500 и выше.
Снижение твердости сталей достигается высоким отпуском при температурах 660-700 °С с выдержкой 0,45-0,75 ч на 1 т садки. Такая же термическая обработка используется и для конструкционных углеродистых сталей при содержании в них углерода выше 0,3 %. Структура сталей перлитного класса после высокого отпуска представляет собой феррит и смесь пластинчатого перлита с зернистым, а для сталей бейнитного и мартенситного класса – сорбит, при этом твердость находится в пределах НВ 187-229.
При необходимости перекристаллизации структуры, полученной после прокатки (грубый перлит, строчечность, видманштетт), проводят или неполный отжиг при 750-770 °С с выдержкой 1 ч, охлаждение со скоростью 30-60 °С/ч до 600 °С. Иногда для получения требуемых свойств проводят нормализацию с высоким отпуском или без него или улучшение (закалка + высокий отпуск). Эти операции термической обработки чаще всего выполняются в садочных камерных печах с выдвижным подом.
Рессорно-пружинные стали после горячей прокатки имеют ферритоперлитную структуру и твердость НВ 285-321,что превышает требования ГОСТ 14959-79 (НВ 229-285). Данные стали склонны к обезулероживанию и графитизации, поэтому не рекомендуется применять высокотемпературные нагревы. Оптимальными режимами смягчающей термической обработки для этих сталей является высокий отпуск или неполный отжиг. Температуры обработки выбираются в зависимости от марки стали и находятся в интервале 700-760 °С время выдержки при отпуске 4-5 ч, при отжиге 1 ч.
Углеродистые инструментальные стали (У7-У13) после прокатки имеют структуру пластинчатого перлита различной степени дисперсности в зависимости от поперечного сечения заготовки и повышенную твердость до НВ 340. Понижение твердости и улучшение обрабатываемости этих сталей достигается за счет получения зернистого перлита. Для этого данные стали подвергают отжигу с нагревом ваше температуры точки Ас1 на 10-20 °С с применением последующего регламентированного охлаждения со скоростью 20-50 °С/ч до 600 °С и затем на воздухе. Выдержка при температуре отжига определяется из расчета 0,45 -1,05 ч/т. Твердость проката после отжига с соблюдением оптимальных параметров находится в интервале НВ 187-217.
Коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и теплоустойчивые стали, имеющие мартенситную, ферритомартенситную и перлитную структуру, подвергают отжигу чаще всего отжиг проводят при температуре Ас1+(40-60 °С) с медленным охлаждением 25-40 °С /ч до температуры 650700 °С. Стали аустенитного класса для снижения твердости подвергают высокотемпературной закалке с охлаждением в воде или на воздухе. Стали ферритного класса проходят высокий отпуск с быстрым охлаждением с целью повышения пластичности и вязкости.