Технические науки

Канаев А.Т., Бакижанова Д.С

Евразийский Национальный Университет им. Л.Н.Гумилева

Регулируемое охлаждение равнополочных угловых профилей из низкоуглеродистой стали

Реализация принципа термической правки требует определения температурных режимов регулируемого охлаждения для максимального снижения термических напряжений, возникающих в остывающем прокате. В процессе ускоренного охлаждения угловых профилей от температур конца прокатки до температуры самоотпуска можно выделить области упругого и пластического состояния металла. На температурную границу этих состояний металла определяющее влияние могут оказать величины максимальных термических напряжений и предела текучести материала. Для угловых профилей 50×50×50 из стали Ст.3сп эта граница находится в пределах 620-630°С [1]. При обеспечении равномерного распределения температуры по сечению углового профиля к этой границе (620-630°С) с последующим охлаждением на воздухе в стали не будут накапливаться остаточные напряжения (деформации), так как возникающие в упругой области напряжения являются временными и исчезают с остыванием металла на холодильнике.

Для обеспечения равенства температур по сечению углового профиля в момент перехода металла из пластичного состояния в упругое использовали устройство ускоренного и регулируемого охлаждения, состоящее из двух последовательно соединенных между собой струйных блоков, снабженных 164 соплами, расположенными в 3 верхних и 3 нижних коллекторах. Такое охлаждающее устройство позволяет надежно регулировать скорость охлаждения различных участков уголка и имеет высокую маневренность. Это обеспечивается тем, что кроме индивидуального подвода в струйном блоке, стенки коллектора одновременно являются направляющими для движущегося проката, что позволяет образовывать канал, соответствующий форме поперечного сечения уголка и тем самым центрировать движущийся прокат относительно охлаждающих потоков [2].

При термической правке уголков с целью эффективного устранения разности температур, которая в значительной степени определяется неравномерностью охлаждения различных элементов профиля, первый по ходу прокатки струйный блок, снабженный 27-30 соплами, использовали для избирательного охлаждения массивных элементов профиля путем подстуживания вершин уголка сверху и участка сопряжения полок снизу до температуры полок, а второй струйный блок, снабженный 42-62 соплами, служил для общего равномерного охлаждения по всему периметру до температуры перехода в упругое состояние; далее раскат направлялся на стеллажи холодильника, где он охлаждался до температуры воздуха цеха. Такая схема охлаждения оказалась необходимой для предотвращения прогиба концов полос на холодильнике внизу, происходящее обычно в случае, когда вершина уголка значительно переохлаждается относительно полок.

В процессе прокатки и охлаждения раската контролировалась температура конца прокатки, после первой и второй стадии охлаждения и на первой приемной плите холодильника. Измеряли температуру вершины уголка и полок, стрелу прогиба на длине раската 6 м, а также кривизну на 1 п.м. углового проката.

Результаты замеров температуры вершины и полок угловых профилей 50×50×5 и 63×63×6, температур конца прокатки, а также после первой и второй стадий охлаждения приведены в таблице 1:

Таблица 1. Двухстадийный режим охлаждения уголков 50×50×5, 63×63×6

Профиль проката	Давление воды, МПа	Охлаждаемый профиль проката	Температура,°С
			Конца прокатки	После 1-й стадии охлаждения	После 2-й стадии охлаждения
50×50×5	0,48	полки	900	880	610
	0,41	вершина	960	870	660
63×63×6	0,62	полки	950	940	620
	0,50	вершина	1020	910	680

Как показали результаты исследований, при дальнейшим охлаждении на первой приемной плите холодильника, вследствие более интенсивного охлаждения полок и передачи тепла от вершины к полкам, температура уголка выравнивается и составляет 620-630°С. Возникающие при охлаждении от 620-630°С до 20-25°С напряжения оказываются упругими и не вызывают остаточной деформации уголка, что подтверждается низкими значениями стрелы прогиба и кривизны проката.

Параметры угловых профилей после термической обработки приведены в табл.2

Результаты измерения стрелы прогиба уголков длиной 6 м после регулируемого охлаждения в сравнении с их величиной по действующей технологии показывают уменьшение стрелы прогиба в среднем в 3,5 раза. Величина кривизны не превышает 0,4% от их длины, что отвечает требованиям ГОСТ 8509-86 по прямолинейности (4 мм на 1 п.м.).

Таблица 2. Параметры уголков после термической правки

Показатели	Действующая технология	Термоправка с прокатного нагрева
Профиль проката	50×50×5 63×63×6	50×50×5 63×63×6
Марка стали	Ст 3 сп Ст 3 сп	Ст 3 сп Ст 3 сп
Стрела прогиба на длине 6 м, мм	88,0 89,9	22,8 23,7
Кривизна на 1 п.м.	11,9 11,6	3,8 3,9
Механические свойства
, МПа	489 485	511 500
, МПа	343 338	354 349
, %	27,9 29,2	27,0 28,3
HRC	79,6 78,3	82,3 81,4

В горячекатаном состоянии микроструктура уголка представляет собой смесь феррита (светлотравящийся) и перлита (темнотравящийся). Обращает внимание то, что соотношение феррита и перлита на полках и вершине уголков разное. Видно, что на полках перлита значительно больше, чем в вершине, по-видимому, это связано с различной скоростью охлаждения различных элементов уголка в процессе перемещения их на реечном холодильнике. После деформационно – термического упрочнения структура полки представляет распавшийся малоуглеродистый мартенсит. В структуре вершины наряду с малоуглеродистым мартенситом встречается тонкая сетка феррита (светлые), которые, вероятно, остались из-за недостаточной скорости охлаждения или низкой температуры ускоренного охлаждения (между точками Ас1 и Ас3 ).

Исследования микроструктуры ускоренно охлажденных угловых профилей показало, что термическая правка низкоуглеродистой стали с толщиной полок 5-6 мм приводит к частичному или полному предотвращению структурно-свободного феррита и получению перлита очень тонкого строения[3]. Если структурно-свободный феррит и выделяется, то не в виде отдельных зерен, что имеет место при охлаждении на воздухе, а в виде тончайших прослоек игольчатой или иглообразной формы по границам и внутри зерен, т.е. структура очень напоминает видманштеттову. Однако вследствие равномерного распределения феррита и перлита, а также очень тонкого строения перлита пластичность и вязкость структуры, получаемой в результате ускоренного регулируемого охлаждения низкоуглеродистой стали оказывается высокой в отличие от аналогичной структуры, получающейся при медленном охлаждении литой или перегретой прокатанной стали, имеющей низкую вязкость.

Список литературы:

1. Узлов И.Г., Савеньков В.Я., Поляков С.Н. Термическая обработка проката. Киев, Техніка, 1991, 159 с

2. Канаев А.Т., Канаев А.А. Термомеханическая обработка низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Астана, Изд.-во ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, 1999, 235 с

3. Теория и практика термической обработки проката. Тематический сборник. Москва, Металлургия, 1984, 79 с