автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и освоение ресурсосберегающих технологических процессов прокатывания экономнолегированных полуспокойных арматурных сталей повышенной мощности

Національна академія наук України Інститут чорної металургії ім. 3.1.Некрасова

; Г Б С1,

2 7 ОКТ 1998 УДК 669:15-194.3:621.771.23:33.083.133.

Любі.мов Іван Михайлович

РОЗРОБКА ТА ОСВОЄННЯ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ПРОКАТУВАННЯ ЕКОНОМНОЛЕГОВАНИХ НАПІВСПОКІЙНИХ АРМАТУРНИХ СТАЛЕЙ ПІДВИЩЕНОЇ МІЦНОСТІ

Спеціальність 05.03.05 "Процеси та машини обробки тиском"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 1998

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім. З.І.Некрасова Національно

академії наук України

Науковий керівник -

доктор технічних наук НОГОВІЦИН Олексій Володимирович, Інсти чорної металургії ім. З.І.Некрасова НАН України , провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор КОМАРОВ Олександр Миколайои Державна металургійна академія, професор кафедри обробки металів -ком

Кандидат технічних наук ГОРБАНЬОВ Аркадій Олексійович Інститут чорної металургії ім. З.І.Некрасова НАН України, провідний науковий співробітник.

Провідна установа : Український науково-дослідний інститут чорних металів, Міністерство промислової політики України, м. Харків

Захист відбудеться " ІЗ " КОХСр'Я- 1998 р. о іп годині на засіданні спі ціалізованої вченої ради К 08.23 ] .01 в Інституті чорної металургії ім. З.І.Некрасова НАН України за адресою: 320050, м. Дніпропетровськ, пл. Ака деміка Стародубова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту чорної металургії НАН України.

Автореферат розісланий" £ " ОЯІиЯЇМшг р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найважливішою задачею чорної металургії України є зниження енергетичних та матеріальних витрат на виробництво металопродукції. Одним з найбільш ефективних і технологічно підготовлених енерго- та ресурсозберігаючих засобів при виробництві прокату, в тому числі і арматурного, с заміна спокійних сталей на на-півспокійні аналоги. Не дивлячись на це, впритул до 90-х років найбільш масовими сталями для виробництва арматури залишались гарячекатані низьколеговані спокійні сталі 35ГС та 25Г2С. Тому було визнано доцільним розробити та освоїти низьколеговані напівспокійні сталі типу 35Гпс та 25Г2пс для арматури підвищеної міцності.

Ефективність заміни низьколегованих спокійних сталей на низьколеговані напівспокійні в багато чому залежить від вирішення питань вибору оптимальної технології на прокатних переробах. Тому для рішення цієї задачі необхідно було розробити комплексну технологію виготовлення арматурного прокату підвищеної міцності з марганцевистих на-півспокійних сталей з низьким вмістом кремнію.

Зв'язок роботи з науковими планами. Дисертаційна робота виконана в Інституті чорної металургії при розробці та освоєнні ресурсозберігаючих наскрізних технологій виробництва арматурного прокату підвищеної міцності з нових низьколегованих напівспокійних сталей на комбінаті "Криворіжсталь" відповідно з координаційними планами науково-дослідних робіт Мінчормету СРСР та Мінпрому України за напрямками "Прокатне виробництво", тематичними планами Інституту.

Мета та задачі дослідження. Розробка та впровадження ресурсозберігаючої комплексної технології виготовлення арматурного прокату підвищеної міцності з середньовуглецевих низьколегованих напівспокійних сталей, яка включає в себе раціональні режими обтискувань зливків для заварювання внутрішніх порожнин та запобігання утворення поверхневих дефектів на заготовці і оптимізований режим перерваного охолодження готового прокату в лінії безперервного стану для одержання арматури класу А400С.

Задачі досліджень: дослідження макроструктури та хімічної неоднорідності зливка, заготовки і арматурного прокату з напівспокійних сталей 35Гпс та 25Г2пс; дослідження методами математичного моделювання процесу пластичної деформації зливка при прокатуванні на блюмінзі; вибір раціональних і температурних режимів прокатки зливка, які забез-

печують суцільність внутрішніх та зовнішніх шарів заготовки з урах ванням технічних і технологічних можливостей обтискуючого стану; е периментальне дослідження опору деформації напівспокійних марок ст лей 35Гпс, 25Г2пс і їх спокійних аналогів (35ГС, 25Г2С); досліджені методом комп'ютерного моделювання впливу прискореного охолоджені на механічні властивості арматурного прокату; дослідження фізик-механічних та службових властивостей арматури і освоєння з впрова, женням наскрізної ресурсозберігаючої технології виробництва арматур класу А400С з низьколегованих напівспокійних сталей.

Наукова новизна. Вперше встановлено, що напружений стан в зо! деформації, необхідний для заварювання усадочної раковини в зливко низьколегованої напівспокійної сталі, забезпечується при величині оі тискування, іцо перевищує 100 мм, на блюмінзі. При цьому ж обтиск; ванні забезпечуються мінімальні розтягуючі напруження в поверхневі: шарах зливка, який прокатується.

Показано, що порушення суцільності поверхневого шару зливка пр

прокатуванні пов'язано з втратою його пластичності внаслідок наклеіг вання аустеніту при багаторазовій деформації. Визначено, що крнтичі температура металу, при якій аустеніт низьколегованої напівспокійні сталі починає інтенсивно наклепуватися, дорівнює 950°С.

Визначені термомеханічні коефіцієнти для розрахунку опору ді формації низьколегованих напівспокійних та спокійних арматурних сті лей, що дозволило виконувати розрахунки напруженого стану металу зоні деформації при прокатуванні.

Показано, що величина розширення зливка при прокатуванні йог на блюмінзі залежить від відношення вязких (динамічна вязкість) і пластичних (опір чистому зсуву) властивостей сталі: чим більше і відношення, тим менше розширення.

Запропоновані формули для розрахунку форми бокової грані зливь після прокатування на гладенькій бочці.

Одержані теоретичні залежності міцностних властивостей арматур з низьколегованих напівспокійних сталей від температури кінця прискс реного охолодження прокату' в потоці стану, за допомогою яких ви: начено оптимальний режим термообробки арматури.

Практична цінність одержаних результатів. Розроблено метод розрахунку напружень в зливку при його деформації на обтискуючом стані і оцінки величини наклепування аустеніту в поверхневому ша{ зливка, що прокатується. Визначено опір деформації низьколеговани

з

напівспокійних арматурних сталей. Побудовані залежності міцностних властивостей арматури з нових сталей від режиму термообробки.

Розроблена, освоєна та впроваджена комплексна технологія виготовлення арматури підвищеної міцності з низьколегованих напівспокійних сталей класу А400С в умовах комбінату "Криворіжсталь".

Впровадження нових арматурних сталей і розроблених технологічних процесів забезпечило значну економію легуючих феросплавів, металу та затрат праці, сприяло зниженню собівартості прокату.

Обгрунтовані в роботі технологічні режими прокатування і термообробки нових напівспокійних сталей внесені в наскрізні технологічні інструкції комбінату.

На арматуру з економнолегованих напівспокійних сталей розроблені нові технічні умови ТУ У 322-4-383-95 і ТУ У 322-4-393-96.

Річний економічний ефект від впровадження роботи склав 513 млрд. крб. (в масштабах цін 1995 р.).

Особистий внесок здобувача. Здобувачем розроблені методики прогнозування суцільності металу в осьових та поверхневих шарах зливка і досліджені закономірності впливу обтискування і температури металу на напружено-деформовзний стан в зливкові при прокатуванні на блюмінзі; запропонована концепція вибору перспективного сортаменту арматурного прокату з низьколегованих напівспокійних сталей та обгрунтована технологія його термічної обробки в потоці прокатного стану; створена і впроваджена наскрізна промислова технологія виробництва арматурного прокату з нових марок сталей; досліджено якість, властивості і ефективність використання продукції, що одержують.

В дисертації не використані ідеї інших авторів, які викладені в спільно опублікованих роботах.

Апробація та публікація результатів роботи. Результати роботи доповідались і обговорювались на Всесоюзних і республіканських конференціях та координаційних нарадах по прокатному виробництву в 1985

- 1997 рр. За темою дисертації опубліковано 6 статей, одержано 3 авторських свідоцтва СРСР та 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків та додатків. Повний обсяг дисертації - 150 сторінок машинописного тексту. Дисертація вміщує 31 рисунок, ЗО таблиць, 1 додаток, перелік використаних літературних джерел з 103 найменувань загальним обсягом 10 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Дослідження особливостей будови зливка, хімічної неодш рідності та механічних властивостей прокату з низьколегованої ні півспокійної сталі.

Задача розробки ресурсозберігаючої технології виробництва арм< тури з нових низьколегованих сталей полягала в реалізації основної пер< ваги зливка напівспокійної сталі, що грунтується на наявності закрите усадочної раковини в його головній частині. При цьому технологія, іц розроблялась, повинна була забезпечити на прокатному перерос нівелювання недоліків, притаманних зливкові напівспокійної сталі.

Дослідження макробудови зливка вагою 12,5 т з сталі 35Гпс провс дено на осьовому поздовжньому темплеті. Після вирізанні підстругування та шліфування темплета були зняті сірчаний відбиток т проведена топографія пустот.

Аналіз досліджень показав, що зливок низьколегованої т півспокійної сталі характеризується бульбашковим металічним "мостом завтовшки 250 мм (10,1 % висоти зливка від верхнього торця) зконцея трованою усадочною раковиною висотою 293 мм (до 22% висоти зливк від поверхні) і шириною до 250 мм, усадочною пористістю довжино* 365 мм.

Усадочна раковина, бульбашки металічного "мосту" та усадочне дірчастості в зливкові низьколегованої напівспокійної сталі мають бли скучі неокислені стінки. Це створює передумови для заварювання ци: дефектів при подальшому прокатуванні.

В поверхневому шарі по усій висоті зливка спостерігалис: підкіркові бульбашки, ширина зони яких складала 3-7 мм. Наявністі зони бульбашок створювала передумови отримання дефектів поверхні н: заготовці.

Вміст ліквуючих елементів в заготовці та готовому прокаті з стал 35Гпс змінювався за характерною для напівспокійних сталей законо мірністю: ріст їх масової частки від периферії до осі зливка в верхній йо го частині; збільшення, а потім зниження - в нижній його половині.

У співставних умовах на металі дослідних плавок досліджували ме ханічні властивості гарячекатаної арматури діаметром 16 мм з на півспокійних сталей 35Гпс та 25Г2пс і їх спокійних аналогів - 35ГС т; 25Г2С. Характер зміни властивостей арматури за горизонтами розкатії зливків кореспондував зміні хімічного складу металу. Максимальні міцність та мінімальна пластичність металу відмічені на ділянках з мак

симальним вмістом в сталі вуглецю. Як і очікувалось, низьколеговані на-півспокійні сталі з 0,05 - 0,07 % кремнію в гарячекатаній арматурі мали більш низьку міцність (стн _ на 15 - 135 ІІ/мм2, стт - на 16 - 71 ІІ/мм2) і підвищену пластичність (05 - на 1 - 6 %), порівнюючи з спокійними сталями, що містили 0,58 - 0,68 % кремнію. Тому рівень тимчасового опору гарячекатаної арматури з низьколегованих напівспокійних сталей на окремих плавках був нижче вимог до арматури класу А400С. При цьому по однорідності хімічного складу та механічних властивостей арматури по довжині розкатів зливків порівнювані сталі майже не відрізнялися.

На основі одержаних даних вибрані такі основні напрямки досліджень: вивчення закономірностей процесу пластичної деформації зливків при прокатуванні на блюмінзі, визначення на цій основі оптимальної технології їх прокатки, яка забезпечує суцільність металу у внутрішніх та поверхневих шарах; дослідження впливу режимів термообробки з прокатного нагрівання на механічні властивості арматури з низьколегованих напівспокійних сталей і визначення раціональної технології перерваного охолодження прокату в лінії стану.

2. Дослідження напружено-деформованого стану металу при прока-

'тптп'їтіїп пглттлч

і^ииііііі олниди.

Кількісний прогноз деформацій та напружень для конкретних умов прокатки і нових марок сталі виконано шляхом математичного моделюВаННЯ.

Математична модель пластичної течії металу при прокатуванні заснована на рішенні краєвої задачі механіки суцільного середовища. Для випадку плоскої течії необтискуваного середовища його параметри визначаються трьома компонентами тензора напружень (сх,су, •%) та двома компонентами вектора швидкості (Ух,Уу).

Компоненти тензора напружень повинні зодовольняти диферен-ційним рівнянням рівноваги:

+ = + (1)

& 4- & $

а компоненти вектора швидкості повинні забезпечувати умови необтис-

куваності:

дх ду (2).

Для замикання системи рівнянь відносно п'яти невідомих функці (стх, сту, тху , Ух,Уу) використовували модель вязкопластичного середові ща, яка зв'язує компоненти девіатора напружень з компонентами тензор швидкостей деформації:

стей деформації.

Числове рішення рівнянь (1) - (3) дозволяє одержати значення ко? поненту швидкості течії в точках зони деформації (вузлах різносн сітки) і далі за рівняннями вязко-пластичного середовища (3) розрахує ти напруження. В процесі вирішення рівнянь визначали границі зон ко зання та прилипання. Одержані рішення тестували на експериментальні даних.

За допомогою математичної моделі досліджували течію металу пр прокатуванні зливка для умов блюмінга 1250. Для проведені обчислювальних експериментів вибрали 1, 6, 10 та 13-й проходи, в які відносне обтискування було рівним відповідно 5, 12, 22 та 24 %. Пар метр І а/Иср складав відповідно 0,18; 0,34; 0,54 та 0,65.

Аналізували розподіл по зоні деформації поздовжніх швидкосте течії в безрозмірній формі ух = (\'х -х’е) /\\ (хе, - окружна швидкість ва ка), еквівалентній швидкості деформації є та накопиченій деформації е

Аналіз епюр швидкостей показав, що чим вища прокатувана штаб тим більшою мірою деформація локалізується біля контактної поверхні утворенням зони поп'ятної течії металу. Для випадку прокатування (■аМер = 0,18 нерівномірність течії зконцентрована на 1/4 напівтовіцш штаби.

(3)

0* + С7\ • - • • де р=----------=— гідростатичний тиск; (і - динамічна вязкість метал

швидкості деформації; Я = + £* - інтенсивність швидкі

- інтенсивність ШВИДКІ

Характер ешор швидкостей поздовжньої течії кореспондував формі бокових граней в поперечних перерізах розкату, досліджених експериментальним шляхом.

Найбільш яскраво нерівномірність деформації проявилась на епюрах накопиченої деформації. Так, для випадку прокатки з є = 5 % при-контактні шари металу накопичували деформацію до величини 0,3, тобто в 6 разів більшу, ніж в центральній частині прокату. По мірі збільшення обтискувань нерівномірність деформації зменшувалась. Так, при є = 24 % деформація приконтактного шару дорівнювала 0,48, тобто нерівномірність за товщиною штаби складала Кн= 1,6.

Узагальнюючі результати про вплив геометрії зони деформації на нерівномірність деформації за висотою штаби свідчили про те, що стрімкий ріст нерівномірності деформації ( Кн > 2,5) починається при зменшенні величини обтискувань нижче 10 %.

Викопано розрахунок поздовжніх напружень. При малому обтискуванні (в = 5 %) мала місце різнознакова схема напружень. Розтягуючі напруження спостерігалися в осьовій частині зони деформації на вході і виході з зони деформації. Поздовжні розтягуючі напруження мали місце також в контактних шарах вихідного перерізу. Зі збільшенням обтискувань область дії розтягуючих напружень на вході в зону деформації звужувалась. Але вони залишались в центральній частині розкату та в при-контактних шарах вихідного перерізу.

Заварювання усадочних дефектів в зливкові напівспокійної сталі може бути забезпечено достатніми напруженнями стискувань неокнеле-них стінок усадочної раковини з зусиллям, яке перевищує опір деформації металу.

Механічні властивості низьколегованої напівспокійної сталі і їх спокійних аналогів при температурах прокатування досліджували на кулачковому пластометрі. Параметрами деформації вар'ювали в таких діапазонах: температура (^: 900 - 1000°С; ступінь деформації (є): 10 -40 %; швидкість деформації (е): 2,5 - 30 с'1. Відповідно з одержаними даними, опір деформації досліджуваних сталей підвищується в 1,3 - 1,4 рази зі збільшенням швидкості деформації від 2,5 до 30 с'1 і в 1,2 - 1,3 рази зі збільшенням ступеню деформації від 10 до 40 %. Підвищення температури деформації з 900 до 1100°С приводило до зниження опору деформації приблизно в 1,7 разів.

Значення термомеханічних коефіцієнтів опору деформації приведені в таблиці 1.

Таблиця ]

Термомеханічні коефіцієнти залежності а = Аг‘йь ехр(-сГ)

Марка сталі Коефіцієнти

А а Ь с

35ГС 1533 0,197 0,138 0,0026

35Гпс 1563 0,196 0,137 0,0026

25Г2С 1540 0,196 0,137 0,0026

25Г2пс 1490 0,196 0,139 0,0025

Експериментами встановлено, іцо в реальних умовах виробництв; максимальний діапазон вар'ювання обтискувань спостерігається в 1-М] калібрі (ДЬ = 55-И45 мм). Тому визначали вплив обтиску в 1-му калібр на величину поперечних напружень в осьовій частині розкату.

Показано (рис.1), що градієнт росту' напружень зі збільшенням величини обтискувань понад 100 мм зменшується і має максимальне значення в області малих обтисків.

■ 50 <00 150

■ 05тискд£ания, мм

Рис. 1 . Вплив обтискування на вертикальні напруження стискання в

осьовій зоні зливка.

При збільшенні обтискувань втричі (з 50 до 150 мм) поперечні стискуючі напруження в осьовій зоні зливка зростають в 3 рази в 7-му проході і всього вдвічі — в 10-му проході.

Одночасно зі збільшенням обтиску від 50 до 100 мм відбувається різке зниження поздовжніх розтягуючих напружень по осі зливка в області вход)' в зону деформації (рис.2). Характерно, що збільшення обтиску понад 100 мм практично на впливає на величину поздовжніх розтягуючих напружень. Так, якщо при збільшенні обтискувань з 50 до 100 мм поздовжні розтягуючі напруження в 7 - 9 проходах знижувались

приблизно вдвічі (з 48 ^ 53 Н/мм2до 23 + ЗО ІІ/мм2), то при подальшому збільшенні обтискувань вони залишались практично незмінними, хоча мали тенденцію до зростання.

Рис. 2 Вплив обтискування на поздовжні розтягуючі напруження в осьовій зоні розкату при прокатуванні в 1-му калібрі

Ураженість підкіркового шару зливка напівспокійної сталі бульбашками та поява розтягуючих напружень в поверхневих шарах зливка при прокатування створюють передумови для появи поверхневих дефектів па розкаті. Ця тенденція посилююсться тим, що при багатопро-хідній прокатці метал зміцнюється від проходу до проходу, якщо температура металу недостатньо висока, а пауза не довготривала.

Процеси зміцнення (наклепування) та знеміцнення при деформації пов'язані зі змінами структури металу: деформацією та рекристалізацією аустенітного зерна сталі. Ступінь первинної рекристалізації оцінювали теоретичним шляхом, розраховуюючи частку рекристалізованого зерна (X) за рівнянням Авраамі:

А' = 1 - ехр

(4)

де р, п - константи; т — мЬісдеформаційна пауза; тг - час первинної рекристалізації.

Час первинної рекристалізації, який залежить від температури металу (Т), ступеню деформації (б) та діаметра зерна аустеніту (<10) перед деформацією, розраховували за залежністю:

т„ = г^КГ’Х’є-4 ехр(& /дг), (5)

де <2г - ефективна енергія активації первинної рекристалізації; N - постійна Больцмана.

Для обліку зміцнення в черговому циклі деформації, що залишається в металі, фактичний ступінь деформації (є) замінено еквівалентною ступі ншо деформації (їг):

Є = Є,. + АС; ,, (6)

де Лі',,, - ступінь деформації, еквівалентна зміцненню аустеніту, що залишився перед і-м обтискуванням.

Величину Л£;_, розраховували за такою формулою:

&£„=£,(7).

Наклепування аустеніту оцінювали за величиною параметра АєПш Розрахунками встановлено, що наклепування аустеніту починає різке зростати при температурі металу, який деформується, нижче 950°С. Так якщо при 1000°С Дєпах = 0,30, а при 950°С Аєта* = 0,37, то при 900°С Афінах різко зростає до 0,5о.

Одержані дані були покладені в основу розробленого способу прокатування зливків на блгомінзі, метою якого було збереження температури прокатуваного металу за рахунок запобігання попадання води на прокатуваний зливок (а.с. СРСР 1607987). Суть розробленого способ) полягає в тому, що при проходженні металу в валках відключається подавання охолоджуючої води на калібр верхнього валка за допомогок спеціального електромеханічного пристрою. Ефективність розроблепогс способу оцінювали на основі результатів огляду заготовок дослідно (1760 шт) та контрольної (1825 шт) партій. Результати досліджень показали, що частка заготовок, які направлялись на зачищення поверхневи> дефектів (тріщин, рванин, плівок), одержаних з використанням розроблених технологій та пристрою, знизилась в 1,3-2 рази ( з 6,5 - 22,0 де 4,3- 11,9%).

3. Розробка технології прискореного охолодження арматури з низь-колегованої напівспокійної сталі.

При виробництві дослідних плавок сталей 35Гпс та 25Г2п( термічне зміцнення стержнів проводили за режимами, що прийняті аю одержування арматури класу Ат-ІІІ з сталі Ст5пс. Технологія передбачала прискорене охолодження прокату в лінії стану до температури са-мовідпуску ї с ~ 550 - 570 °С. Результати статистичної обробки механічних властивостей термозміцненої арматури показали, що застосування вказаного режиму термозміцнення забезпечує гарантоване одержування арматури класу А400С. При цьому міцностні показники металу особливо арматури малих діаметрів, значно перевищували необхідні рівень властивостей. Оскільки при виробництві арматури з низьколего-ваних напівспокійних сталей стояла задача лише компенсації втрат

и

міцності через знижений вміст кремнію, то необхідно було уточнити режими термообробки арматури.

Проведені дослідження впливу температури самовідпуску на міцностні властивості арматури з сталей 35Гпс та 25Г2пс. Дослідження виконано за допомогою комп'ютерної програми прогнозування мікроструктури та механічних властивостей сталей ферито-перлітного класу. Програма розроблена на основі сучасних математичних моделей структурних та фазових перетворень в сталі. В неї входили модулі для розрахунку температури прокату в установці прискореного охолодження; еволюції зерна аустеніту при багатоциклічній деформації та рекристалізації; об'єм}' фаз, які утворюються при безперерпому охолодженні деформованого аустеніту; дисперсності структури сталі.

Обчислювальні експерименти виконували з урахуванням зміни хімічного складу сталей 35Гпс та 25Г2пс в межах марочних норм. Встановлено, що зниження і с від 1000°С (гарячекатаний стан) до 600°С несуттєво впливає на механічні властивості арматури з досліджуваних сталей. Інтенсивне зміцнення відбувалося при подальшому зниженні температури ^ с < 600°С).

Характерно те, що чим вищим був вміст вуглецю в сталі, тим більшим був градієнт кривої термічного зміцнення. Так, для сталі 35Гпс градієнт складав - 2 Н/мм2/°С, тобто зменшення температури і с на

кожні 10°С приводило до збільшення от на 20 ІІ/мм2. Для сталі 25Г2пс градієнт • Дат/Д І с = -1 Н/мм2У°С, тобто був удвічі нижчим, ніж в сталі 35Гпс (рис. 3,4).

Температура, С -

Рис.З. Вплив температури самовідпуску на границю текучості арматурної сталі 35Гпс

1 - норма для арматури класу А400С; 2 - хімічний склад сталі .на верхній межі;

З - хімічний склад на нижній межі.

Підтверджено, що температуру кінця прискореного охолодженії арматури необхідно призначати залежно від хімічного складу ста (вуглецевого еквіваленту Сс). Прийнятий режим термообробки для стиі Ст5пс 0 с = 550 - 570°С), як видно з аналізу розрахункових даних, забе: печував одержування арматури класу А400С для усього діапазону змі хімічного складу сталей 35Гпс та 25Г2пс ( 400Н/мм2). Але мав міси значний розкид (нестабільність) властивостей як через коливанн хімічного складу, так і параметрів охолодження. Так, для сталей 35Ги та 25Г2пс зміна хімічного складу в межах норм ТУ приводила до колі вань середнього значення стх в діапазоні 450 - 580 Н/мм2.

^ 650

#■ 600

550

§ 500

? 450

н 400

« 350

І 300 о

*5-

Тенперотуро, С

Рис. 4. Вплив температури самовідпуску на границю текучості ар матурної сталі марки 251'пс

1 - норма для арматури класу А400С; 2 - хімічний склад сталі н верхній межі;

З - хімічний склад на нижній межі.

Дослідження, виконані за допомогою математичної моделі прогне зування механічних властивостей, дозволили встановити, що процес тер мообробки арматури класу А400С з дослідних малокремнистих стале слід здійснювати за більш "м'якими", ніж це прийнято для сталі Ст5пс(А

- III), режимами, тобто для сталі 35Гпс — І с= 580 — 600 °С, а для ста 25Г2пс - г с =600 - 620 °С.

Реалізація розроблених рекомендацій дозволила суттєво ст; білізувати механічні властивості арматури.

Досліджені службові властивості та зварюваність терміни зміцненої арматури. Показано, що прокат з сталей 35Гпс та 25Г2пс термічно зміцненому стані за механічними властивостями по ви ієн

відповідає нормам ГОСТ 5781 до арматури класу А400С (А-ІІІ) і характеризується більшим запасом міцності, високою холодостійкістю та необхідною витривалістю та зварюваністю. Це забезпечує високий комплекс експлуатаційних властивостей елементів залізобетонних конструкцій при використанні арматури з низьколегованих напівспокійних сталей.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу властивостей вуглецевих напівспокійних сталей та сучасного рівня технології виробництва арматурного прокату на металургійних підприємствах показано, що розробка ресурсозберігаючої технології виготовлення арматури підвищеної міцності з середньовуглеце-вих низьколегованих напівспокійних сталей типу 35Гпс та 25Г2пс с актуальною задачею.

2. В результаті експериментальних досліджень деформаційних та енергосилових параметрів прокатування зливків, теоретичного аналізу напружено-деформованого стану металу в зоні деформації визначені раціональні режими прокатки зливків низьколегованої напінспокійної сталі на обтискуючому стані.

3. Встановлено, що найбільш сприятливі умови для заварювання закритої усадочної раковини створюються при окремому обтискуванні зливка низьколегованої напівспокійної сталі, що перевищує 100 мм. Ця ж величина деформації забезпечує мінімальні розтягуючі напруження в металі, що сприяє збереженню суцільності внутрішніх та поверхневих шарів заготовки.

4. На пластометрі досліджено опір деформації низьколегованих напівспокійних (35Гпс, 25Г2пс) і відповідних спокійних (35ГС, 25Г2С) марок сталей в широкому діапазоні температурних, швидкісних та деформаційних параметрів. Показано, що в умовах гарячої прокатки величини опору деформації досліджуваних сталей близькі між собою. Одержані експериментальні дані представлені у вигляді аналітичних залежностей і використані при теоретичних дослідженнях напружено-деформаційного стану металу в процесі прокатування.

5. В промислових умовах досліджено поширення металу при прокатуванні на гладенькій бочці. Встановлено, що грані зливка мають 2 екстремуми і кореспондують характеру течії металу, який визначено шляхом розрахунків. Експериментально показано, що середнє по висоті перерізу зливка розширення у низьколегованих сталей більше , ніж у вуглецевих. Ця закономірність обумовлена більш високим співвідношенням вязких

(динамічна вязкість) і пластичних (опір чистому зсуву) властивост гарячого металу.

6. За допомогою розробленої математичної моделі еволюції аусі ніту при багаторазовій деформації досліджували його наклеп в иоверхі вому шарі зливка. Встановлена залежність величини наклепування і температури металу. Показано, що інтенсивне зміцнення аустеніту ни: колегованої напівспокійної сталі починається при зниженні температу] металу нижче 950°С в зв'язку з гальмуванням його рекристалізації.

7. З метою запобігання охолодження поверхні прокатуваного злив розроблені спосіб та пристрій (а с. СРСР № 1607987), що передбачаю відключення подавання охолоджуючої води на калібр верхнього вал блюмінга, в якому знаходиться зливок при прокатуванні. Застосувані цієї технології дозволило зменшити в 1,3-2 рази кількість заготовок поверхневими дефектами.

8. Методом комп'ютерного моделювання одержані залежное міцностних властивостей арматури з низьколегованих напівспокійш марок сталей від режиму термообробки (температури самовідпуску Аналіз цих залежностей та результатів промислових експериментів до волив визначити оптимальні режими термообробки, які забезпечую-одержання необхідних та стабільних міцностних властивостей арматур класу А400С.

9. Розроблена та освоєна комплексна ресурсозберігаюча технолог] виробництва зварюваної арматури класу А400С, яка включає в себе пре катку зливків з регламентованими обтискуваннями та з регульованою пс дачею охолоджувача на валки, термообробку арматури в лінії прокатног стану за оптимізованими режимами. Технологія впроваджена в нромі слову практику комбінату "Криворіжсталь", що дозволило зменшити віп рати феросплавів при виплавленні сталі і металу під час виробництва зі готовок, знизити собівартість арматури.

10. Фактичний сумарний річний економічний ефект від воровал ження результатів роботи склав 2,6 трлн. крб. в цінах 1995 р. (частк автора- 513 млрд. крб.).

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Разработки по изысканию экономичных составов и ресурсосберегающи:

технологий производства новых арматурных сталей / Вихлевщук В.А.

Омесь Н.М., Боровиков Г.Ф., Любимов Й.М., Худик Ю.Т., Кондрашкиї

B.А., Поляков В.А., Кекух А.В.// Металл и литье Украины. - 1996.-№ ]-2. -

C.11-15.

2. Ноговицын А.В., Любимов И.М. Исследование влияния режима деформации на заваривание внутренней полости в слитке низколегированной полу-спокойной стали // Металлургическая и горнорудная промышленность 1997,-№4.-С. 42-46.

3. Ноговицын А.В., Любимов И.М. К вопросу прогнозирования и залечивания поверхностных дефектов при прокатке крупных стальных слитков низколегированной полуспокойной стали // Производство проката - 1997 -№ 1. -С.42-46.

4. Исследования процесса прокатки слитков в калибрах, не охлаждаемых в период контакта с металлом / Г.Ф.Онушкевич, В.А.Токарев, С.С.Тильга, И.М.Любимов // Черная металлургия. Наука - технология - производство, -М.: Металлургия, 1989. -С.187-191.

5. Онушкевнч Г.Ф., Любимов И.М. Разработка и исследование технологии прокатки слиткоз с контролируемой подачей охладителя на рабочие валки блюминга // Труды Всесоюзной научно-технической конференции “Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции”.-4.1.-Челябинск. - 1989 -С.29-34.

6. Любимов И.М. Исследование влияния термообработки с прокатного нагрева на прочностные свойства арматуры из низколегированных малокремнистых сталей // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1998 -№ 1. -С.46-49.

7. Пат. 6797 Украина, М11К5С22С 38/18, 38/40, 38/50, 38/54. Полуспокоиная сталь. Варианты / Вихлевщук В.А., Тильга С.С., Макаров Г.А., Нечепоренко

B.А., Омесь Н.М., Поляков В.А., Кузьмичев М.В., Любимов И.М., Кекух А.В., Полуновский И.Е., Пятецкий Ю.В., Шеремет В.А., Крускаль Л.М. (Украина).-№ 94061679; Заявл. 29.06.94; Опубл. 29.12.94; Бюл. № 8-1.

8. А.с. 1607987 СССР, МКИ В21В 27/10. Способ охлаждения валков блюминга и устройство для его осуществления / Г.Ф.Онушкевич, М.Д. Куцыгин,

A.С.Недрега, В.А.Токарев, Е.Я.Подковырин, А.П.Купенко, И.М.Любимов,

C.С.Тильга, В.Г.Логвинов, В.Г.Найдис (СССР). -№ 4369485/27-02; Заявл. 28.01.88; Опубл. 23.11.90.; Бюл. № 43. - 2с.

9. А.с. № 1405927 СССР, МКИ В21В 27/10. Устройство для охлаждения валков проката / В.Г.Чупейдо, А.Н.Минаев, В.А.Нечепоренко, А.П.Куценко,

B.К.Спиняков, Г.Д.Стрельников, П.П.Криворучко, Я.М.Рейтман,

И.М.Любимов (СССР). - № 4168527/31-02; Заявл. 26.12.86; Опубл. 30.06.88; Бюл. № 24. - 2 с.

10. А.с. № 1405926 СССР, МКИ В21В 27/10. Способ охлаждения калиброван-

ных прокатных валков / В.Г.Чупейдо, А.Н.Минаев, В.А.Нечепоренко, В.К.Спиняков, В.Г.Стрельников, П.П.Криворучко, Я.М.Рейтман,

И.М.Любимов (СССР). - № 4167831/31 -02; Завл. 22.12.86; Опубл. 30.06.88; Бюл. № 26. - 2 с.

Любімов І.М. Розробка та освоєння ресурсозберігаючих техн логічних процесів прокатування економнолегованих напівспокійних ар матурних сталей підвищеної міцності. Дисертація на здобуття вченог ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 "Процеси т машини обробки тиском", Інститут чорної металургії НАН Україш Дніпропетровськ, 1998 р.

Виконані теоретичні та експериментальні дослідження процес; прокатування зливків з низьколегованих напівспокійних арматурних ста лей. Розроблені методи прогнозування утворення та заліковування внут рішніх та зовнішніх дефектів суцільності заготовки. Створена і освоєні комплексна ресурсозберігаюча технологія прокатки та термообробки но вих низьколегованих напівспокійних сталей, яка включає в себе прокату вання зливків в неохолоджуваних калібрах блюмінгу та термообробк; арматури з прокатного нагрівання за оптимізованими режимами. Впро вадження результатів роботи забезпечило рссуреозаощадливе одержаны: арматури класу А400С з економнолегованих напівспокійних сталей.

Ключові слоеэ.! низьколсговянй нсшівспокійнз стйль прокйткз ні блюмінзі, дефекти суцільності, зона деформації, напружено деформований стан, арматура, термообробка.

Любимов И.М. Разработка и освоение ресурсосберегающих техно логических процессов прокатки экономнолегированных полуспокойньо арматурных сталей повышенной прочности. Диссертация на соисканш ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05. -’’Процессы и машины обработки давлением”, Институт черной металлур гии НАН Украины, Днепропетровск, 1998 г.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования про цесса прокатки слитков из низколегированных полуспокойных арматур ных сталей. Разработаны методы прогнозирования образования и за лечивания внутренних и наружных дефектов сплошности заготовки. Соз дана и освоена комплексная ресурсосберегающая технология прокатки і термообработки новых низколегированных полуспокойных сталей включающая прокатку слитков в неохлаждаемых калибрах блюминга і термообработку арматуры с прокатного нагрева по оптимизированны.ч режимам. Внедрение результатов работы обеспечило ресурсосберегаю

щсе получение арматуры класса А400С из экономнолегированных полу-спокойных сталей.

Ключевые слова: низколегированная полуспокойная сталь, прокатка на блюминге, дефекты сплошности, очаг деформации, напряженно-деформированное состояние, арматура, термообработка.

I.M. Lubimov. Development and introduction of energy saving technologies in rolling processes intended for production with hightened strength from low-alloyed semi-killed reinforcing steels . The Dissertation for defending of the degree of Candidate of Technical Science on the specialty 05.03.05 “Processes and machineiy to be used in pressure processsing of metals”.- Iron & Steel Institute of National Academy of Science ofUkraine, Dnepropetrovsk, 1998.

The theoretical and experimental study of the rolling process of low-alloyed semi-killed reinforcing steel ingots have been performed. The methods for prediction of formation of internal and surface defects of solid homogeneity of the billets and defect curing techniques have been developed. The complex energy saving rolling technology as well as heat treatment technology intended for producing low-alloyed semi-killed steels including rolling of the ingots in blooming mill non-cooled passes and the heat treatment of reinforcing steel from as-rolled temperature using the optimized temperature patterns have been developed and put into practical use. The practical use of investigation results has permitted to found high-efficient energy saving process technology for production of reinforcing steel bars of A400C grade from low-alloyed semi-killed steels.

Keywords : low-alloyed semi-killed steel, blooming, rolling , defects of solid homogeneity, deformation zone, pre-stressed deformed state, reinforcing steel bars, heat treatment.

Сдано в набор 07.09.98 г. Подписано к печати 08.09.98 г. Формат 60x80 1/16. Объем 1,2 уел п л. Тираж 110 экз. Заказ № 22367.

ООО ПФ «Сервис», 320005, пр. Гагарина, 21.