CC BY
159
nr^TCz г г,г^гггг7ггггг /1qq
-3 (67), 2012/ IvU
Aadvanced mode of valves № 14, 16 500 class thermostrengthening, allowed to increase the productivity of the mill 320 without degradation of mechanical properties, reduce the energy used to produce steel.
м. а. муриков, п. а. бобков, в. в. гордиенко, а. в. русаленко, ОАО «БМЗ»
УДК 669.24
усовершенствование режима термоупрочнения арматуры № 14, 16 класса 500 в условиях мелкосортного стана 320 оао «бмз»
В настоящее время термически и термомеха-нически упрочненный прокат является одним из самых эффективных и массовых видов продукции в черной металлургии. Широкий ассортимент и качество термоупрочненной арматуры производства ОАО «БМЗ» позволяют занимать достойное место на мировом рынке. Учитывая потребности и возможности рынка, коллектив предприятия стремится не только снизить себестоимость и увеличить производительность выпускаемой продукции, но, вместе с тем, сохранить высокие качественные характеристики готового проката. Одним из основных требований, предъявляемых к термически упрочненной арматуре, является высокая однородность и стабильность механических свойств как в пределах конкретных партий, так и в генеральной совокупности. Решение этой задачи возможно лишь при контроле и автоматическом управлении фазовыми превращениями в процессе охлаждения, так как именно они ответственные за формирование структурного состояния, обеспечивающего получение требуемого комплекса механических свойств.
В условиях наращивания объемов производства термоупрочненной арматуры в 2009 г. на стане 320 остро встал вопрос сохранения качества готового проката периодических профилей № 14, 16 класса 500. Данная продукция прокатывается слиттинг-процессом в три нитки из исходных заготовок двух форматов (сечениями 140x140 и 125x125 мм) марки СтЗсп, а также свариваемой стали с содержанием марганца до 1,6 %. Для охлаждения арматуры используется трасса термоупрочнения, состоящая из двух секций. Секции имеют по две автономные зоны охлаждения - 1, 2 и 3, 4, работу которых можно сочетать в разных комбинациях. В каждой зоне установлено по 10
охлаждающих устройств. До недавнего времени термоупрочнение арматуры № 14, 16 класса 500 осуществлялось одностадийным охлаждением по схеме «прерванное охлаждение» [1, 2]. Данный процесс состоит из нескольких периодов. Первый период - быстрое охлаждение, начинающееся сразу же после выхода прутков (3-х ниток) из последней чистовой клети. В течение этого периода в каждом из прутков происходит закалка поверхностного слоя на некоторую глубину, при этом сердцевина находится в аустенитном состоянии. На втором периоде процесса прутки покидают зону быстрого охлаждения водой. Благодаря теплопроводности тепло из внутренних слоев передается к поверхности, нагревая ее. К концу этого периода происходит выравнивание температуры по сечению прутков с установлением среднемас-совой температуры, которую принимают за температуру самоотпуска. Во время второго периода происходит отпуск закаленного приповерхностного слоя. Длительность данного процесса зависит от диаметра прутков и условий охлаждения на первом периоде. Таким образом, изменяя продолжительность охлаждения, можно управлять формированием структуры и свойств стали.
Рост производительности стана при производстве арматуры № 14, 16 класса 500 (рис. 1, 2) обеспечивался за счет увеличения скорости прокатки и, следовательно, удлинения зоны охлаждения. Как известно, ускоренное охлаждение арматурных стержней непосредственно за чистовой клетью стана вызывает в металле значительные термические напряжения, которые в сумме с напряжениями прокатного происхождения и микронапряжениями вокруг неметаллических включений способствуют образованию микрополости, которая под действием растягивающих усилий перерастает
194
ми г: гшшгггта
3 (67), 2012-
Рис. 1. Производство арматуры № 14, 16 класса 500 за период 2008-2010 гг.
сначала в микротрещину, а затем и макротрещину. При аттестационных испытаниях арматуры на растяжение в зоне разрыва образцов обнаруживались дефекты прокатного происхождения в виде трещин и пустот (рис. 3, 4), при этом полученный комплекс механических свойств и испытания на изгиб соответствовали требованиям нормативной документации для класса 500. Изготовленные поперечные шлифы прутков арматуры № 14 имели кольцо самоотпуска толщиной 1,3-1,4 мм, арматуры № 16 -толщиной 1,70-1,80 мм. В центре исследуемых образцов наблюдалась структура феррито-перлитная, у поверхности - структура отпуска.
Отечественные и зарубежные стандарты на арматурную сталь косвенно предъявляют требования к макроструктуре проката. В данном случае оговариваются требования к испытаниям на усталостную прочность, которая, как известно, зависит от наличия концентраторов напряжений. Кроме того, потребители обращают внимание на товарный вид и качество продукции.
С учетом накопленного опыта в 2009 г. на стане 320 были усовершенствованы и в 2010 г. доработаны схемы настройки трассы термоупрочнения для производства арматуры № 14, 16 класса 500. С целью уменьшения внутренних напряжений в области температур мартенситного превращения,
Рис. 2. Рост производительности стана при производстве арматуры № 14, 16 класса 500 за период 2008-2010 гг.
а также для повышения производительности стана без ухудшения качественных характеристик (механических свойств, макро и микроструктуры) готового проката термоупрочнение данных профилей на класс 500 в настоящее время осуществляется методом двухстадийного охлаждения по схеме «прерывистое охлаждение» (рис. 5).
По принятой схеме термообработки между участками охлаждения имеется промежуточный участок отпуска, на котором устанавливаются трубы с заглушенными форсунками. Это способствует снижению максимального перепада температур между центром тела и поверхностью настолько, что в заключительный момент охлаждения суммарные напряжения (температурные, структурные и прокатного происхождения) снижаются до уровня, заметно меньшего пределов прочности и текучести.
Термоупрочнение арматуры № 14, 16 на класс 500 методом двухстадийного охлаждения позволило исключить образование внутренних дефектов прокатного происхождения (рис. 6, а, б). В лабораторию металловедения для металлографического исследования были представлены образцы данного вида проката. Изготовленные поперечные шлифы прутков арматуры имели два слоя кольца самоотпуска, при этом на № 14 - общей толщиной от
Рис. 3. Макроструктура образцов арматуры № 14 класса Рис. 4. Микроструктура в зоне дефектов в поперечном сече-А500С при термоупрочнении по схеме «прерванное охлаж- нии образцов арматуры № 14. Травление в реактиве Обер-дение» гоффера. Ликвационные полосы отсутствуют
/тг:тгг^ г: гшт^тита
-3 (67), 2012
/195
Рис. 5. Схема «прерывистого охлаждения» арматуры № 14, 16 на класс 500
Рис. 6. Макроструктура образцов арматуры класса 500 при термоупрочнении по схеме «прерывистое охлаждение»: а - профиль № 14; б - профиль № 16
1,45 до 1,60 мм при среднем значении 1,54 мм; на № 16 - общей толщиной от 1,70 до 1,90 мм при среднем значении 1,78 мм. В центре исследуемых образцов наблюдалась структура феррито-перлит-ная, у поверхности - структура отпуска.
Снижение энергоресурсов на производство является одним из факторов, позволяющих предприятию динамично развиваться в сложных экономических условиях и высокой конкуренции на рынке металлопродукции. Перед инженерными и технологическими службами технического управления и сортопрокатного цеха ОАО «БМЗ» была поставлена задача по сокращению затрат на производство арматуры № 14, 16 класса 500, так как в результате перехода на двухстадийное охлаждение данного вида проката общий и удельный расход воды в трассе термоупрочнения увеличились в среднем соответственно при термоупрочнении арматуры № 14 - на 240-250 м3/ч и примерно на 1 м3/т; при термоупрочнении арматуры № 16 - на 150-200 м3/ч и примерно на 0,8 м3/т.
Существенным вкладом в снижение энергозатрат при термоупрочнении арматуры № 16 явилась замена в 2009 г. используемых ранее рабочих труб внутренним диаметром 38 мм на трубы внутренним диаметром 29 мм, что позволило в условиях двухста-дийного охлаждения снизить общий расход воды примерно на 100 м3/ч относительно данных 2008 г.
Кроме того, для решения данного вопроса в зоне охлаждения трассы термоупрочнения наряду со стандартными охлаждающими трубами, имеющими длину до 1,0 м, в зависимости от диаметра арматуры устанавливаются 1 или 2 охлаждающие трубы длиной до 2,1 м. Использование «длинных» охлаждающих труб позволяет уменьшить расход воды в трассе термоупрочнения в среднем на 100-150 м3/ч.
Таким образом, усовершенствованный режим термоупрочнения арматуры № 14, 16 класса 500 позволил увеличить производительность стана 320 без ухудшения качества механических свойств, макро-и микроструктуры готового проката и снизить энергозатраты на производство данного вида продукции.
Литература
1. Производство арматурной стали / Л. Н. Левченко, А. С. Натапов, Л. Ф. Машкин, Ю. Т. Худик, С. Л. Баскин М.: Металлургия, 1984.
2. Высокопрочная арматурная сталь / А. А. Кугушин, И. Г. Узлов, В. В. Калмыков, С. А. Мадатян, А. В. Ивченко. М.: Металлургия, 1986.
