автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка новых, экономичных и экологически чистых технологических процессов и оборудования для производства стальной проволоки высокого качества

ДОНЕЦКИЙ ГО СУ ДА РСТВ Е Н11Ы Я ТЕХ Н И Ч ЕС К.. Я У П И ГЗ Е Р С ИТЕТ

Р Г Б ОД

- 2 ОПТ '

На правах рукописи

ШАПОВАЛОВ Сергей Иванович

РАЗРАБОТКА НОВЫХ, ЭКОНОМИЧНЫХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВНОБОРУДОВАНИЯ для ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНОЙ ПИОЙОЛОКИ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА

Д н (С с с р т а ц и я на соискание ученой степкни доктора технических наук в форме научного доклада

Специальноеп> 05.10.(Л — «шск^лловеденме " и термическая обработка металлов»

\

Донецк — 1995

Диссертация является'научным докладом Работа выполнена в Донецком политехническом института

Официальные оппменты:

член~корр. HAH Украины, докт.техн.наук, проф;

донт.техн.лаук, пг эф.

ГШШЕБКО Вита: ий Лаврентьевич

ОЕКАДЕРОВ Станислав Ьетрович

докт.техн.на^к, проф.

ТКАЧЕИКО

Федор Константинович

Ведущее предприятие - Государственная научно-производственная фирма "СТАЛЬКАНАТ", г. Одесса

на заседании специалйа „ . Д 06.04.03 в Донецком

Государственной техническом университете; 340000, г.Донецк, ул. Артема, 58, 5-Я учебный корпус, аудитория 353.

С Диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого Государственного технического университета: 340^00, г.Донецк, ул."рТем.--, 58.

Защита состоится

.955 г. в

11

час._мин

Диссертация разослана

Ученый секретар специализированного дгчт. техн. наук, про!

ОйдЯ ХАРАКТШСТ/КА РЛБЛо!

Лкту.'ькосУь' .работ«. Во многих проиг одствах используется стальная лросолока и изделия из нее, например, канаты, винты, заклепки. широкое применение находят и изделия, з которых составной частью содержится стальная проволока, например, железобетонные конструкции.

Актуальность работа определяется необходимостью снижения энергоемкости, повышения качества проволоки и изделий из нее» а также необходимостью улучшения экологической обстановки. В связи с этим является необходимым выполнение исследований для получения заданных структуры и свойств при технической и тьрмомеханической обработке катанки, а также разработка соответствующих Технологических процессов и создание оборудования, обеспечивающих не только полу- . ченле необходимых структуры и свойств катанки, но и повышающих экономичность производства и улещающих экологическую обстановку.

Получение заданных структуры и свойств катанки должно сделать более экономичным процесс производства проволоки.

Насущной необходимостью является получение стальйой проволоки для предварительно напряженного железобетона с высокими механичес-* -ними свойствами и высокой релаксационной стойкостью, а также разработка экономичных, экологически чистых технологических процессов и об-рудопашя для этой цели.

В-настоящее время стальНыд канаты изготавливают* из углеродистой гповолс -и, обладающей низкой износостойкостью, при ¡этом используется вредная для обслуживающего персонала технология. Решение вопроса изготовления износостойкой стальной проволоки Для канатоа по экономичной и экологически чистой технологии Является важйой задачей.

Уменьшение энергоемкости ¡1 повышение качества холодловысадоч-ноН проволоки яоляется очень важной задачей, так как потребность в кренечшнх изделиях п машиностроении велика.

Решению этих актуальных проблем посвящена настоящая работа, которая выполнена в соответствии с государственными отраслевыми программами Ыинчер^ети и Госплана СССР и УССР.

Ц^ь_оаСотч. Установление закономерностей й особенностей етруктурообразоваякя при де^оиноцйоний-термической и термической

обраоотках катанки и проволоки, создание новьзс, экономичных и экологически чистых технологических процессов и оборудования для производства стальной катанки " проволоки различного назначения.

Мего^_исслолования_^_обосновение ноло-

¡¡сениЯ и Выводов, В процессе исследований применялись комплексны« методу, ректгеноотрук,гурный анализ, магнитометрический, резистомет-рический 1.:сгодь!, методы количественной металлографии, математическое планирсгамие эксперимента, статистическая, обработка результатов вкспериментсз. "сследогиш и испытания ¡выполнялись с применением стандартных повух приборов и методик, Приборы подвергались тщательно?, проверке, юстировке и градуировке. Достоверность экспериментов проверялась повторением экспериментов 0 использованием различных марок сталей, сравнением результатов экспериментов при их выполнении с использованием проьйшяекных к сий?етИческйх сплавов, Полученных из чистых материалов. Полученные резуль*а'й>1 проверялись в опытно-лромьшеиньгх, промыйленных условиях( промышленном произ ЙоДс'гвом и показали хорошую сходимость4

Изложенной дает основание считать результаты исследований достоверными»

Теоретическая ценность работу заключается й доказательстве Необходймсс№ проведения двухстадийного процесса термообработки ка-1ган£Ы с Прокатного.^нагрева | й доказательстве значения перегрева ауЬтенИтй для ¡зыделения при его изотермическом распаде грубодисперс-ного верхнего бейнита ; в доказательствб роли кристаллизации грубо-диСперсйого верхнего бейнита При образовании второго мш шума устойчивости при изотермическом распаде аустенита углеродистой стали в установлении причкнь! повышений условное предела текучести при механик0¥ермичесй0й обработке уг-.^родистой проволоки ; в установлении влияния температуры изотермичьского распада аустенита й причини влияния марганца на структурообразование и свойства марганцовистой ПрЬеолоки;

..Науйад, новизна. Установлены закономерности формирования струк« туры катаг.ки И Механических свойств проволоки, протянутой из катгч--ки, ПатеНтированной о прокатного нагрева, по сравнению со структурой катанки и механическими свойствами проволок", протянутой из катанки, патентованной со специального нагрева: микроискажения и области когерентного рассеяния меньше, а плотность дислокаций больше у катанки, патентированной с Прокатного нагрева, что приводит к

неоольаям отлачкгм механических соойстз катанки я приведена поел.? рчалйчних спосоОои патентиронакия катанки.

У стон о злен о, что в патеКтаровашоВ поило прогул*;;; с высоко i-за-г;":С£турнь,м нагреаом углеродистой катанке наряду s сорбитом образуется грубодигпэренкй горхний бейнит, патентированной после прокатки с ииокотешюратурним narpenou катанке з этом температурном интервале патентирч. зон и я грубсдислерак.й верхииД бейнит не образуется

образуется только сорбит, сгт;;огичпо* структурообразонзние наблюдается после высоко- и назкотемкеротурлой аустенитизации и изотермического распада аустенита углеродисто;* стали без прокатки.

Установлено» что с образованием Црубодисперсного верхнего бей-нита при изотс-рмлч'Зсном распаде аустенита после высокотемпературной аустенитлзации связано наличие второго киниыуиа устойчивости аустн-нита на диаграмма изотермического распада аустенита углеродистой стали.

Установлено, что псвш;сн.,а предела текучести и релаксационной стойкости стальной проволоки длД Предварительно Напряженного железобетона после игеханйкотермачесясЙ обработки (стабилизации}* ПО главней;,¡о с этими величинами холоднотянутой й подвергнутой дОрекристал-лизационному отжигу просолокй, происходит вследствие выделения в феррите .болев значительного количества дисперсного цементита без его размещения ка границах а ерей *

Комплексным исследованием установлены закономерности изотермического распада аустенита в сталях с различным содержанием марганца (до 1,46%). С увеличение^ содержания Марганца а стали оптимальная температура изотермического распада аустенита, при которой образуется наиболее дисперсный сорбит, повивается, кежппастиночноа расстояние сорбита при оптимальной температуре изотермического распада аустенита уменьшается и становится минимальным при 1,2$ КшрГанцй; а при дальнейшем увеличении содержания марганца до 1,46% - увеличивается. Максимальное содержание цементита в сорбите соответствует максимальной дисперсности сорбита. При нагрево холоднотянутой проволоки, полученной из заготовки( патентированной при оптимальной для данного содержания марганца температуре, продолжается распад аустенита, происходивший при холодном волочении проволоки, максимальное его количество распадается при температуре 150 °С независимо от содержания марганца в с^али, прекращается распад цементита при температурах 250-420 °С в зависимости от содержания марганца в стали. Минимальная температура 250 °С, при которой прекращается

распад аустенита при нагреве холоднотянутой проволоки, соответствует максимальной дисперсности сорбита, образующегося при содержании марганца в стали 1,2:*. Нагрев холоднотянутой проволок.. вьше Температур, при которых прекращается распад цементита, вплоть до БСО °С, вызывает кр:.-:Таллкзациы цементита. Наименьшее количество цеме гита, которое и распадается, к крис.аллизуется по мерс повышения температуры нагрева холоднотянутой проволоки от 20 до 500 °С, Наблюдается у проволоки, содержащей 1,2% У£ .5 ганца.

Установлена более ъ. .окая живучесть канатов по марганц вистой проволоки, по сравнении с канатами из углеродистой проволоки, при практически одинаковых стандартных свойствен углеродистой и марганцовистой провело; ] и канатов, что объясняется более высокой износостойкостью и эиброс ^йкость» марг.. .цовистой проес -оки, содержащей более дисперсный, чем у углеро, .ютой проволоки, сорбит.

Таким образом,-научными исследованиями обоснованы параметры ряда технологических процессов производства высококачественной стальной проволоки.

П£актаческая_ценность. В результате проведенных теоретических и експ риыентальнкх исследований разработаны:

- новые технологические процессы и новое оборудование для термической и термомеханической обработки катанки с прокатного нагрева (а.с. 263850, 377335, 309048, 651351, 629238, 1749249, 639609, 291966 , 3933Л, 500249, 255965,-216200, 1675357)';

- новые технологические процессы и новое оборудование для ме-хаНикотермичесной обработки (стабилизации) -арматурной проволоки (а*с. IГ52957-, 1636690, 1354720, 1569112) ;

- оптимальный химсостав, новый технологический процесс.и новое оборудование для производства износостойкой марганцовистой Проволоки для канатов (а.с. 1749п71) ;

- новые технологические процессы- ериообзаботки нйзкоуглеро-дистой холодновысадочной проволоки ;

- Новая патентиро вечная ванна, обеспечивающая интенсивнее переохлаждение аустенита проволоки до температуры распада при патен-ифовании (а.с. 615142) ;

- новый агрегат для патентирования проволоки (а.с. 706456) ;

- новый волочильный инс-чумзнт, о Слад ощий повышенной долго- " вечностью (а.с. 799854 , 984548) ;

- ювые экспериментальные приборы (.с. 9112^2, 947709, /12, 48/).

Разработанные новые технологические процессы позволяют получить проволоку высокого качества, более экономичны, чем известные, и являются экологически чистыми, а оборудование более совершенное, чем существующее.

Новые технологические процессы и новое оборудование опробованы в лабораторных или опытно-промышленных условиях и часть их внедрена в производство с экономическим эффектом в 1973-79 гг. - 85С,6 тыс.руб.,'в 1992 г. - 1,036 млн. крб. .

Основные результаты и положения работы доложены и обсуждены на конференциях, семинарах, совещаниях, организованных Донецким политехническим институтом, Министерством черной металлургии УССР, Институтом черной металлургии СССР.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 108 работ. Диссертация составлена -по 76 работам, в том числе по 52 статьям и 24 авторским свидетельствам на изобретения.

1. Результата исследования особенностей структурообразования катанки в зависимости от режима термообработки с прокатного и специального нагревов.

2. Результаты исследования особенностей структурообразования при изотермическом распаде аустенита в углеродистых сталях в зависимости от температуры аустенитизации.

3. Результаты исследования особенностей структурообразования и свойств проволоки для предварительно напряженного железобетона в зависимости от способа обработки.

4. Результаты исследования особенностей структурообразования и свойств марганцовистой проволоки в зависимости от температуры изотермического распада аустенита и содержания марганца в стали.

5. Результаты исследования влияния содержания марганца и температуры нагрева холоднотянутой марганцовистой проволоки на структурные превращения.

6. Результаты исследования свойств канатов из марганцовистой и углеродистой проволоки.

7. Новые экспериментальные приборы для изучения фазовых превращений и износостойкости сплавов.

8. Новые технологические процессы и оборудование:

- для термической и термомеханической обработки катанки с прокатного нагрева ;

- для механикотермической обработки (стабилизации) проволоки для предварительно напряженного железобетона ;

- для производства износостойкой и вибростойкой проволоки / для стальных канатов ;

- для производства и термической обработки холодновысадочной и других видов цроволоки.

■ I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ. ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАТАНКИ С ПРОКАТНОГО НАГРЕВА И ПРОВОЛОКА ИЗ НЕЕ

' 1.1. Влияние патентирования катанки с прокатного и специального нагревов на механические свойства проволоки

При производстве стальной проволоки заготовка для волочения проволоки подвергается патентированию с целью улучшения деформируемости и повышения механических свойств проволоки. Представляет интерес патентирование с прокатного нагрева. Наиболее простым методом улучшения структуры и свойств катанки является подстуживание водой, но подстуживание катанки водой после прокатки перед сматыванием в бунт не приводит к получению структуры сорбита, наиболее благоприятной для волочения проволоки, что подтверждено и нашими исследованиями /I/.

Патентирование катанки с прокатного нагрева в соляных или свинцовых ваннах нетехнологично, но может служить моделью для разработки технологии и оборудования, пригодного для промышленного использования. Исследования /2-7/ проводили с целью сравнения механических свойств катанки и проволоки, полученной из катанки, патен-тированной в соляной ванне с прокатного и специального нагревов. Для экспериментов использовали катанку из сталей 55, 60, 70, 80, 85, предназначенных для производства канатной и арматурной проволоки. Патентирование с прокатного нагрева выполняли в специально изготовленной селитровой ванне, патентирование со специального нагрева выполняли по заводской технологии.

Проволоку подвергали механическим испытаниям с определением предела прочности вй , условного предела текучести 6~о г , относительного удлинения- В , числа перегибов пг и числа скручиваний

В результате механических испытаний было установлено, что из катанки, патентированной с прокатного нагрева, может быть получена удовлетворяющая требованиям стандартов канатная и арматурная (пос-

ле отпуска) проволока. Механические свойства цроволоки, протянутой из катанки, патентированной с прокатного и специального нагревов, в широком интервале обжатий и температур отпуска близки (рис.1).

а б

Рис.1. Влияние обжатия на механические свойства проволоки из стали 85: а - неотпуценная ; б - отпущенная при 350 С. Нагрев: --— прокатный, - — специальный.

Полученные результаты позволили установить закономерности изменения механических свойств канатной и арматурной проволоки, протянутой из катанки, патентированной с прокатного и специального нагревов, в зависимости от степени обжатия и температуры отпуска и легли в основу новой технологии и оборудования для воздушного патен-тирования (сорбитизации) катанки с прокатного нагрева.

В работе А.А.Баранова, А.А.Минаева, А.Л.Геллера, В.П.Горбатен-ко (1985 г.) показано, что низкотемпературной нагрев и низкотемпературная прокатка доэвтектоидаых углеродистых конструкционных сталей улучшает микроструктуру и механические свойства проката по сравнению с высокотемпературной прокатной. Сведения о влиянии низкотемпературного нагрева, низкотемпературной прокатки и србитизации" с прокатного нагрева на структуру катанки и свойства канатной и

арматурной проволоки в литературе отсутствуют.

Для исследования /8/ взяли сталь 80 в виде заготовки диам. 5,7 и б мм, которую прокатывали на диам. 5 мм. Изучали влияние температуры нагрева заготовки для прокатки до 800 и 950 °С, степени обжатия заготовки при прокатке на 23 и 30охлаждения катанки на воздухе после прокатки и повторного нагрева до 950 °С для патенти-рования. Время нагрева заготовки равнялось б мин. Катанку патента- " ровали в соляной ванне с выдержкой в течение 2 мин при температуре 470 °С (нагрев для прокатки 800 °С) и 460 °С (нагрев для прокатки 950 °С), чем достигался распад аустенита примерно при одной температуре.

При изучении микроструктуры катанки под электронным микроскопом виден сорбит, а в режимах обработки с нагревом до 950 °С - и небольшое количество грубодисперсного верхнего бейнита (рис.2).

Режимы обработки, структура катанки и механические свойства

холоднотянутой и отожженной проволоки показаны в табл. I, в которой все данные в зависимости от режима обработки расположены по уменьшению межпластиночного расстояния сорбита. Из табл.1 видно,что с межпластиночнмм расстоянием сорбита наиболее четко коррелирует предел

прочности холоднотянутой проволоки. Кроме увеличения дисперсности сорбита, предел прочности проволоки зависит от степени деформапии при прокатке и от других факторов.

Снижение температуры прокатки катанки по сравнение с традиционной и патентирование ее с прокатного чагуева,как модель сорбитизации, показало, что при этом мокет бить получгм-i канатная и арматурная проволоке с механическими еюЯгтнями, г'ньчгтг-ьно цреяшкшцими требования ГОСТ 737,9-79 и ГОСТ 734P-F1.

Рис.2. Грубодисперсный верхний бчйнит и сорбит, х 5000

' ' Таблица I

Режимы обработки, структура катанки и механические свойства холоднотянутой и отожженной проволоки

Ре?, лмы прокатки И термообработки катанки

режима

Наград до 600 °С, ; Нагрев до 950 °С,''Нагрев до 950% пат. 470 °С ! пат. 460 °С прокатка £* 30%i

------------------.------------------'.охл. на воздчп

прокатка 'нагрев до 950°С>

------__п-----------------.■-----------¡-пат. 4600с

£=23%; £=23^; е= зо% ,

__1____£__2___;____3___ :__4_ : _ 5_ _

Меяпластиноч- 0,088 0,002 0,074 0,058 0,052

нов расстоян. >1>> >

сорбита*,мкм

Наличие верхнего бейнита ~ "

Хол?даотяну-. .1М0 1784 1%0 ^^ 2052

Ов, Н/мм2

Отожженная3 ,

0» , Н/мм2 2006 1844 . 1880 . 2044 1932

Н/мм2 1770 1697 1718 1806 ■ 1715

1. Определяли методом секущих. Доверительная вероятность смежЙЫх значений, полученная сравнением средних, более 95%»

2. Волочение с диаметра 5 ш на диаметр 2,5 мм.

3. Дорекристаллиэационный отжиг й селитре 350 °С, 15 с.

Полученные результаты позволили установить особенности структу-рообразования при патентировании катанки в зависимости от температуры нагрева заготовки и подтверждают целесообразность разработки технологического процесса й оборудования для сорбитизации катанки с прокатного нагрева.

1.2. Тонкая структура, физические свойства и расПад аустенита в зависимости от способа патентирования и от температуры аустенитизации стали

Изучение влияния патентирования с прокатного (высокотемпературного) и специального (обычного, низкотемпературного) нагревов на механические свойства катанки ¡1 прттлоки из.нее показало наличие

определенной разницы в механических свойствах как катанки, так и проволоки, полученной при различных способах патентирования катанки /2-0/, Для установления при^чн различий была изучена тонкая структура катанки, построены диаграммы изотермического распада аустенита, Изучены структура и свойства продуктов изотермического распада аус-т?чита вксокоугдерсдисгих сталей в зависимости от способа патентирования и от теиператуг.:: аустенитизации стали.

Рентген^структурноо исследование /9/ показало, что микроискажения и области к' ^ерентн^о рассеяния больше, а плотность дислокаций меньше у катанки, пате.чтарованной со специального (' Зычного) нагрева, по сравнению с катанке?,, яатентированной с прокатного (высокотемпературного) нагрева, что объясняется горячей пластической деформацией при прокатке, ..следствие которой размножаютдислокации и дробятся области когерентного рассеяния.

Был изучен изотермический распад аустенита стали 85 после аус-*енитизацкк при температурах 1100, 760 и 800 °С /10,1Т/.

В работо /II/ построение диаграмм изотермического распада аустенита выполнили прк помогу индуктивного магнитометра высокой чувствительности /12/ с ванной /13,51/, обеспечивающей быстрое переохлаждение аустенита. Исследования показали, что после высокотемпературной аустенитизации на диаграммах изотермического распада аустенита выявляется двр минимума устойчивости переохлажденного аустенита, т.е. ка диаграммах,разделяется верхний и средний субкритические интервалы , что ка углеродистой стали впервые наблюдалось нами (рис.3).

После высокотемгкратурной аустенитизации (1100 °С) гчдны три интервала образования структур: пласти"чатых (Aj- 525 °С), смесей пластинчатых и промежуточных 525-4 У- °С) и промежуточных (440 °С - М^,).

После аустенитизации при 800 °С в результате распада аустенита в районе 700 °С ^бразуг"1-ся продукты с цементитом, по форме приближающимся к зернистому.

Рис.3. Диаграммы изотермического Изучение микроструктур, образо-распада аустенита стали Гб.Аусте* вавши:.^я п mm 'вале иэотерми- . нитизация:- П00°С ;--- 800 С чесного расПада ^^ oQ

, ^ iti

j /prirti'/etU! ; I i i'!;1

jrt—p'ftt^''-

(. и

ле бксоко- и ¡ ¡ и 3i:cTw;.'vtcpa'r;/pi i о ч аустсгатхзац;!;:, nt азало, uto лро-мег.утсшак структура, образовавшаяся з о у.и ин?е?сале после рчсоко-температурнсй аустепитпозцли, имеет болс-а грубое строение, ччм пластинчатая, п предшествует образовании последней. После низкотемпературной аустенитизации грубопласгпк^атай верхний бейнит п продуктах изотермического распада аустенита отсутствует»

Образование "месэй пластинчатых и прс.\.с-чуточных структур в определенном температурном интервала г» углеродистых сталях наблюдали и -другие авторы (А.Н.Гардин и А.Л.Гуляев (1253 г.), Л.И.Koran и Р.К.Энтин (1962 г.) н да.), но они не установили различий з структу-рообразовании продуктов распада лустенита, так как не выполняли сравнительных исследований высоко- и н"зкотемперя?урноЙ аустенитизации .

На рис.4 видны и систематическое сходство в изменении одних л

- тех жэ свойств при изменении темпера-,tJ0\ туры изотермического распада, аустени-та после высоко- и низкотемпературной аустенитизации, и систематические от--5Л7-\| личия в свойствах продуктов изотермического распада аустенита, вызванные различными температурам! аустенитиэй-ции. Исключением является микротвер-. дость продуктов изотермического рас-| пада аустенита, в изменении которой К после высоко- и низкотемпературной 20 4 аустенитизации Нет полной аналогии.

Средняя микротвердость продуктов изотермического распада аустенита после высокотемпературной аустенитизации возрастет при уменьшении температуры

изотермического распада от Ат до

Рис.4. СвоПства продуктов изотермического оаспада аустенита стали fe. Лусте-

нйтизация:о-о; ;00 °С ,

9---в 800°С. I - минротвер-

дость ; 2 - удельное электросопротивление ; 3 - термо-ЭДС ; 4 - травимость.

535 °С,

затем понижается при понижении последней до 450 °С (пунктирная кривая мевду точками О- - 2 ) и далее вновь возрастает. Раздельное измерение величины микротвердости пластинчатых и промежуточных структур в интервале температур их совместного образования показало, что микротвердость структур, образовавшихся при одной температуре распада аустенита,

значительно отличается: пластинчатые (участок Л), ввиду их бсльцей дисперсности, имеют более высокую мякротвердость, <гем промежуточные (участок где ).

л'инротвердесть продуктов изотермического распада аустенита после низкотемпературно?, аустенитизации о понижением температуры ' распада непрерывно возрастает. Темпвозрастания микротвердости увеличивается поело распада аустенита при температуре ниже 350 °С, что соответе';'1 :.<;/образованию нижнего бейпита с повышающейся степенью пересыщения тзе до го р" -.-г вора.'

Пссле изотермического распада аустенита при 7С3-650 °С микротвердость одинакова ддг. обеих температур аустенитизации, Такое равенство гжкротвердоегей наблюдается при определенных соотношениях радиуса :<ор5;;дно.'; ча„г;:ць; в зернистом перлите и толщины пластинки цементита з пластинчато.*/ перлите. Более высокая микротвердость продуктов изссеруичеелого распада аустенита в интервале 650-550 °С и 400-300 °С поело высокотемпературной пустенитиаации может быть объяснена повьианнея ::лот:-:ссгьи дислокаций, возможным увеличением дисперсности продуктов распада и большим пересыщением феррита. Блияннек указанных факторов объясняется более высокое удельное электросопротивление и белее низкая термо-ЗДС продуктов распада посла высокотемпературная аустенитизации.

Болев низкая травлмость продуктов распада аудтенита после высокотемпературной густекигизации йвлкется следствием превалирующего влияния пересечения феррита, что, вероятно, снижает межэлектродный потенциал микрогальвешческих пар феррит-цементит.

Исследовали /14/ влияние высоких и низких температур аустени-тизации на мякротвердость продуктов изотермического распада аустенита сталей 70, Б5 и цементованного ар.«ко- ;елеза. Цементованное •армкочкелеэо служило эталоном жел-зо-углеродистого сплава с незначительным количеством примесей. На всех трех сталях наблюдали изменение микротвердости в зависимости от температуры аустенитизации аналогичное /II/» Это является свидетельством того, что образование второго минимума устойчивости аустенита при кристаллизации грубо-дисперсног'1 верхнего бейнита пос^з высокотемпературной ауст нитиз~-ции происходит и в железоуглеродистом сплаве, не содержащем легирующих элементов или значительнее количеств постоянных примесей. И без легирующих элементов или значительного количества постоянных примесей при переохлаждении аустенита часаь его пр<^ращается в грубодисперсный верхний бейнит, приводящий к образованию второго

минимума устойчивости на диаграмме изотермического распада аустенита.

Изучение особенностей распада аустенита зысокоуглеродистой катанки диам. 6,5 мм при патентировании с прокатного нагрева, по сравнению с патентировакием после высокотемпературного нагрева без горячей прокатки, показало /15/, что распад вустенита пластически деформированной катанки начинается раньше, чем недеформированной, и в обоих случаях вьше температуры ванны, т.е. протекает неиэотер-мИчесни.

При йодстуживакии катанки водой перед патентированием и сорбитизацией следует ожидать, что раегчд аустенита будет в большей мере приближаться к изотермическому.

Полученные результаты позволили установить особенности микро-и Тонкой структуры катанки, Патентированной с прокатного и специального нагревов, особенности изотермического распада аустенита посла высокотемпературной аустеНитизацил и ауотенитизации при обычных температурах, и подтвердили целесообразность разработки новой технологии и оборудования для сорбитизации катанки с прокатного Нагрева.

1.3. Новые технологические процессы и оборудование для сорбитизации катанки с прокатного нагрева и проволока Из сорбитизйровакной катанки

Впервые разработан Новый технологический процесс и Новое технологическое оборудований для сорбитизации катанки о прокатного ' нагрева, 1ри этом катанку непосредственно посла прокатки охлаждают о две стадии. Для двухстадийного охлаждения катанки с целью получения однородной структуры сорбита по всей 'длине раската были предлб-жены технологический процесс /62/ и оборудование /53-61/. Сухость технологического Процесса заключается в следующем. После ёыхода из последней, клети пронатного стана катанку сначала охлаждают попеременно водой и воздухом, затем свивают в вертикальную цилиндрическую спираль с разобщенными витками ; спираль, во время ее движения вниз вплоть до укладки в бугт, обдувают воздухом или распыленной в воздухе водой. Обдувание спирали катанки охлаждающей средой обеспечивает распад аустенита близкий к Изотермическому. В эток4 способе важным является факт сматывания катг ;ки В цилиндрическую спираль о разобщенными витками после понижения температуры, но до начала распада аустенита, так как катанку, содержащую пластичный аустекит, мот го

сравнительно легко свить в спираль, чего невозможно сделать в мо-(уа^ке типа Эденборна после распада аустенита.

Этот способ был ооущеог злен посредством устройства для термомеханической обработки проката /53/. Базовым для устройства /53/ является устройство /54/. Устройство /53/ универсально, на нем мож-' но выполнять как термомеханическую обработку, так и сорбитизацию катанки.

Устройство /53/ показано на рис, 5, Оно содержит полый вал I о укрепленным ¡к нем вр: дающимся конусом 2, смонтированными в крышке 3, В кр-ллке смонтированы также узколопастные шнепи, состоящие из втулок 4 и,лопастей 5, приводимые во вращение посредством валов б р зубчатых пар 7 к 8 от вала I. Узколопастные щнеки служат для удержания проката в виде цилиндрической спирали с разъединенными витками в течение необходимого для термообработки времени, транспортировки свитого в цилиндрическую спираль, проката вниз и укладки его э бунт. Ынеки могут быть однозаходовыми или двухзаходовыми. В последаем случае число оборотов ¡шеков должно быть уменьшено в 2 раза по сравнению с числом оборотов конуса 2. Поддон 9 служит для укладки на Нем сматываемого.бунта. Выступ, имеющийся на дне 10, увеличивает скорость движения охлаждающей среды в закалочном баке II В связи с уменьшением его объема. Дно 10 неподвижно скреплено с балкой 12 к ч^рез нее о пневомприводами (на рис, не показан^). 8ана-йочный бак II, крьша 3 и выталкиватель 14 смонтированы в корпусе ^ 16. Патрубок I1? предназначен Для подвода охлаждающего воздуха или распыленной в воздухе йоды в закалочный бак II.

Вра1дающиеся На осях упорь' 19 служат для предотвращения Полного закрывания закалочного бака поддоном 9 и дном 10 при Охлаждении катаний воэдухом иди водововдушной смесью.

При работе устройства с использованием в качестве охлаждающей средь! Ьоздуха или распыленной в воздухе' йоды упЬры 19 устанавливаются в НоЛоженйе, предотвращающее полное закрывание закалочного байа йоддпчом й дном. Клапаны.18 прй этом йакрытш1 Катанка, пооту-Пчй через враЩающИйсй бай I на коНуо 2» Ьбрасынаётск с ЙОсЛеднегй в биде Шков На цилиндрический отражатель крышки й далее Надает на аерхнйе витки лопастей вращающихся шнеков 4 прикрепленных к птул-. паи 4 а приводимых £о вращение Через валы б и зубчатые пары 7 и 8 от вала I; Ёращйющимися лопастями шнеков витки катанки удерживаются в вид« цилиндрической спйрали, которая перемещаем Их через закалочный бак II. В закалочный бак II через Патрубок "IV Подсетей воз-

дух или водовсздуинал смесь, которая, охладив витку, катанки, выходит в зазор метду стенкой закалочного бакь и дном. По окончании сматывания и охлаждения бун'та поддон 9 вместо с дном 10 и балкой 12 опускают с помощью вневмоприводов» Бунт выгружают выталкйватё-лем 14 черег окно корпуса 15»

4

>л

Рис. 5. Устройство для сорбитизации и термомеханической обработки катанки: а - продольный, 6 - поперечный разрезы, в - узколопастный шнек

Устройства /55,56/ с горизонтально йли наклонно установленными сматывающим механизмом и шнеками также служат для сорбитизации и ускоренного охлаждения катанки.

В устройствах дЛя термообработки катанки с прокатного нагрева, в которых образование витков цилиндрической спирали катанки осуществляется по принципу моталки Эденборна, невозможно свивать в цилиндрическую спираль катанку, подстуяенНую для сорбитизации до температуры ниже 700-750 °С, так как катанка становится чрезмерно жесткой и в спираль не свивается. В предложенном устройстве для термообработки проката /57/ катанку для сорбитизации можно свивать в цилиндрическую спираль при любой сколько угодно низкой температуре, так как для образования витков цилиндрической спирали катанки применен роликовый механизм виткообразования.

В процессе сорбитизации перед воздушным охлаждением катанку следует подстудить водой посредством форсунок. Для поддержания постоянной температуры конца подстуживания разработана форсунка /58/,

обеспечивающая безунерционность процесса регулирования температуры подстумсивания катанки.

При цодстуживанки катг :ки форсунками о осевыми отверстиями для прохода катанки, □ заднее отверстие последующей форсунки попадает нагретая вода из предыдущей форсунки, что снижает интенсивность охлаждения катанки. Для предотвращения этого нежелательного явления разработаны отсекатели отработанного охладителя /59-61/.

С цедьи получения сорбита на установке /53/, смонтированной На стане 250-1 1акеевс: iro металлургического заве, ,а, был выполнен двухстадийный реким охлаждения катанки /16-16/. На 1-й стадии катанку охлаждали мекду после,иней клетью прокатного стана И устройством /53/ водой при помощи форсунои до 700-740 °С. На второй стадии катанку охлаждали воздухом, подаваемым Вентилятором* с расходом 0, 3,8 и 6,7 м3/с но время движения ее в виде цилиндрической спирали в устройстве /53/.

Исследовали канатные, пружинные и арматурные стали 40, 50, "). Из сталей 50 Й 40 прокатывали катанку диам. 6,5 мм, а из сталей 80-диам. 8,0 tot. После выхода катанки из валков последней прокатной клети ее охлаждали по указанным выше режимам, а затем волочили проволоку на Харцызском стаЛепроаолочно-канаТном заводе по промышленной технологии.

В катаНп из стали 50, охлажденной с расходом воздуха 6,7мэ/с, доля сорбита составляет 85-100%, перлита - 5-0% и структурно~свободного феррита - 16-0$, е обычно охлажденной в бунтах на спокойном воздухе катанке доля сорбита составляет 15-20%, грубиг-астинчатого перлита - 45-Ь0% и феррите, в видб сплошной сетки и масскиных участков - 30-ЗБ$4 В катанке из стали 60, охлажденной с расходом воздуха 6,7 мэ/с< доля сорбита составляет 96-100^, в обычно охлажденной ' катанке - лишь 40-5С$ (остальное - грубопластинчатый перлит), Раз-кица в микроструктуре после сорбишзации по селению бунта и по селению катанки несущественна, так как распад аустенита заканчивается до уКячдки катанки а бунт.

Сорбитизированная катанка из сталей 40 и 50 успешно волочила ь на диам. !,8 мм (обжатие 92,3$), а из сталей 80 - на диам*С,0 мм (Обжатие 86$), при этом обрывов не наблюдалось. При волочении обычно охлажденной после прокатки катанки из тех же сталей обрывы наблюдались при обжатиях свыше 75-78,6%i

Проволока из сталей 40 и 50, проТйнутая из со^битизированной ' катанки, обладает при равных обжатиях более высоким комплексом ме-

ханических свойств,'чем проволока из обычно охлажда-./ой катанки, и удовлетворяет требованиям ГОСТ 7372-79 Нл стальную"канатную и ГОСТ 9389-75'на пружинную проволоку»

Механические свойства проволоки из стали 50 диам.4,1 и 3,0 мм из обычно ох ¡ажденной А и сорСитиэированной Б катанки показани -.в табл.2.

Таблица 2

Механические свойства проволоки из обычно охлажденной А и сорбитизированной Б катанки

Режим

охлажДения * воло-катанки [ ______(.

, нее " ё§ний -

ки,

мм

4,1 3,0 Начало I140-1190 1320-1350 1172 1336 6-6 5-6 6,0 5,8 19-29 19-31 24 24

к 4,1 3,0 Центр 1080-1180 1320-1350 1140 1330 3-6 6-9 5,2 7,6 25-30 30-35 28 32

4,1 3,0 Конец 1130-1200 . 1340-1370 . • 1174 1356 6-7 7-Й 6,4 7,4 12-17 22-33 14 27

4,1 3,0 Начало 1290-1310 1430-1500 1300 1454 12-13 12,6 П-П 11,0 31-34 25-26 32 25

Б '4,1 з;о Центр 1280-1310 1490-1520 1296 1508 11-12 11(9 10-11 10,5 30-34 23-26 32 "24

4,1 3,0 Конец 1320-1330 1500-1560 1322 1544 11-12 11,8 8-9 8,6 29-31 23-26 29 25

Механические свойства проволоки диам. 4,0 и 5,0 мм Из сорбитизированной катанки из стали 80 после отпуска в селитре при 330340 °С в течение 30 с показаны В табл.3.

Отпущенная проволока диам. 4,0 и 5,0 мм из сорбйтИзИрованНой катанки удовлетворяет требованиям ГОСТ 7348-81 на стальную круглую Проволоку для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Таким образом, предложейные технология й оборудование позволили получить в промышленных условиях сорбйтизйроваНную катанку, а из нее также в промышленных условиях - качественную квНатйуп( Пружинную и арматурную проволоку, удовлетворяющую требованиям стандартов.

Таблица 3

Механические свойства арматурной проволоки из сорбитизированной катанки

Диа- ; )Тбор : б^ , К/"ял2 I Н/..Д-Д \ \с.,% ": Пг

метр пооб '--------------'---------------—-------:--------

про- : от мот- поедели 5 сред-£ пределы : сред- 'поед.: : преД воло-, Ков ■ колебаний - нее . колебаний, нее #оле- 4 коле Ч*-к,и, ' " ' . ' бан. : баг :

ММ т • * . . « ; г ;

4,0 Край 1835-1865 1848 1650-1700 1674 4- -5 4,4 7-9 8

Центр 1875-1915 1899 1720-1750 1738 4- •Q • 4,6 7-4 8

5,0 Край 1700-1730 Í7I4 1460-1580 1512 4- -5 4,4 6-9 7

Центр 1700—1720 1710 1^0-1510 . 1488 4- -5 4,6 Б-б 5

1.4. Новые технологические процессы и оборудование для термомеханической обработки ка$анки

Высокотемпературная термомеханическая обработка стали приводит к существенному йовышению комплекса ее механических свойств и может быть примейейа в процессе Производства катанки с использованием тепла прокатного нагрева.

В работах /19-22/,была получена проволока для холодной высадки, Для воздушных линий связи,,для канатов и канаты из низкоуглеродис-' той катанки, закаленной с прокатного нагрева! т.е. 1кдр<зргнутой, высокотемпературной термомеханической обработке.

Разработай способ /62/ ускоренного охлаждения мелкосортового проката, который отличается тем, что, выходящая из последней клети •прокатного стайа^катанка Непрерывно свййаетсй в вертикальную цилиндрическую ctiap&Ahi опускающуюся в охлаждающую среду и двйжующуюся в ней вниз в течение времени, Необходимого для охлаждения, при этом происходит непрерывно-последовательное Охлаждение ,• обеспечивающее постойНостёо уславий охлаждения по всей дяине катанкй, и, как следствие store, однородность свойств. Способ /62/ мдже>? быть апущестр-лен в устройствах /53,54,63/.

Способ /64/ заключается í том, что, непосредственно после выхода проката из последней клети прокатного стана, с целью повышения технологической пластичности йроката, охлаждению подвергают поверхностные слои проката на глубину 10-20$ от размера поперечного сечения до температуры на 450-250 °С ниже точйи со скоростью-выше крити-

ческой для получения мартенсита, затеи охлаждение покрапают и после выдержки для нагрева поверхности прс„ата внутренним теплоМ до Ь00-б80 °0, поддерживают температуру поверхности в указанном интервале охлаждением поверхности водой, при этом происходит распад мартенс^а с образованием пластичного сорбита отпуска. При понижений температуры поверхности ниже 500 °С охлаждение водой лрен-раг^ают.

И при сорбитизации, и при термомеханической обработке катанки используется тепло прокатного Нагрева, уменьшается обезуглероживание поверхности катанки и вторичное окалииообразованйе, уменьшается количество травильной кислоть) .• время травления при Подготовке катанки к переделу, улучшаются условия груда в прокатйом Цехе Вследствие быстрого снижения Температуры катанки после Прокаткй*

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ Г^ОЦЕССЫ Й ОБОРУДОВАНИЕ ДНЯ-ШАШКОТЕРЖЧЕСЖМ ОБРАБОТКИ (СТАБИЛИЗАЦИИ)

АРМТУРНОй ПРОВОЛОКИ

2.1. МеганМкотермическая обработка (стабилизация)

арматурной прсЫлоКй

Агрегаты Для отпуска арматурной Прбволоки содержат ванны Ь расплавами солей, что ухудшает экологическую обстановку в цехе. • Разрабо.танНая /23,24/ экологически Листай *ехйолОГИя Ьтйуска В воздушной среде обеспечивает получение свойств» которые Достигаются при отпуске в соляных ванНах.

Стабилизация арматурной ПрОйОлокй зайлЫаеФся в небольшой её продольной пластической деформации, совмещенной Ь Нагревом» й Позволяет получить Проволоку с высоким пределом Прочности, условным Пределом текучести и высокой релаксационной стойкостью» Йревосходящими эти свойства в отпущенной проволоке!

2.2. Изменения б структуре прй дорекрйсталлизаЦиоНном отжиге (отпуске) й мехаНйкотермйЧеской обработке

арматурной проволоки

В литературе отсутствуют экспериментально обоснованные объяснения причин повышения механических свойств и релаксационной стойкости стальной проволоки, Подвергнутой механйкотермической обработке.

Для установления структурных изменений» происходящих а холоднотянутой проволоке при дорекристаллизационНом отжиге и стабилизации, изучили намагниченность насыщения проволоки (табл.4). Из нее видно,

Таблица 4 Намагниченность насыщения проволоки

Обработка про- 1 Нама: у.кченность волоки : насыщения, усл«ед.

Холоднотянутая 22,45

Отожженная . . 17,68

Стабилизированаi 15 75 -

дислокаций и образованием большого количества новых, обоообле; ,шх кристаллов цементита в феррите, в еще большей мере этот процесс ¡происходит при стабилизации холоднотянутой проволоки,

В работах I.I.В,Белоуса и Б.Т.Черепииа (1961,1962 ГГ.) было пока-вано, что при холодной пластической деформации стали со структурой пластинчатых продуктов распада аустенита происходит распад цемент»,- • та с переносом атомов углерода из решетки цементита к дислокациям в феррите. Распад цементита сопровождается Повышением намагниченности Насыщения стали вследствие увеличения'количества ферромагнитной фа-sк - феррита,

Образование новых, обособленны* кристаллов цементита, а не рост имеющихся крйс .'аллов, нами объясняется одновременным влиянием температуры нагрева И пластической деформации при механикотермической об-j работке (стабилизации) арматурной проволоки.

Таким образом, установлено, что при механикотермической обработке (стабилизации) стальной проволоки происходит выдельше в феррите значительного количества дисперсной фазы цементита. Дисперсный цементит образуется И при дорекристалйиэ&ц..онном отаиге, но й меньшем количестве, Чем при механикотермической обработке..

Описанные изменения в структуре Приводят к' повышению условного предела текучести и релаксационной стойкости проволоки.

2.3. Определение параметров стабилизации арматурной проволоки

При стабилизации арматурной проволоки получить механические свойства и релаксационную сто?. ость, удовлетворяющие требованиям стандарта, можно только при поддержании на необходимом уровне степени вытяжки при пластической деформации и температур . Проволоки, поэтому целью исследования /25/ являлось определение влия! 1я степени

что намагниченность насыщения ниже (17,68) у отожж иной и еще ниже (15,75) у стабилизированной проволоки, по орав-» кек.'.а с холоднотянутой (22,45),. Понижение намагниченности на- | скщен»ч проволоки после от- : жига, по сравнению с холоднотянутой, объясняется выходом ьтомов углерода из атмосфер

вытяжки £. в процессе пластической девиации и та .ературы t при стабилизации арматурной проволоки посредет .ом механккотермической обработки (ыГО) проволок:; на силу разрыва ij , соотвгтстаующутэ временному сопротивлению, на силу Pt¡l , соответствующую условному пределу текучести, на относительное удлинение и число перегибов П/г проволоки для предварительно напряженного железобетона. ,.ос-ве"ным критерием дп определения релаксационной стойкости проволоки являлось отношение Р„2 /Р8 . При Рв1 f¡\ ¿0,92 релаксация напряжений за 100 ч испытаний при предварительном напряжении 0,86¿ составляет менее 2%, что является свидетельством высокой релаксационной стойкости проволоки.

Для исследования взяли круглую, нег^офилированну» проволоку диам- 3 мм из стали 75. Эксперименты выполняли на опытной установке.

Было выполнено математическое планирование эксперимента. На опытной установке проволоку н-гревали ДО температур 220 и 330 ^С и подвергали осевой пластической деформации На 1,5 и 2,2% с последующим охлаждением в напряженном состоянии (по Пять повторений). Действующим .'Чяторами были £ -х, й t -хг а параметрами оптимизации - pt » po,í Д» и П-г •

Были получены 'следующие уравнения регрессии в кодовом масштабе!

Р{ я 14480 - 422 x¿ , Pdi2 * 13743 + 228 щ - 516 x¿ , 8¡M я 3,6 - 0,5 x¿ +• í,4 x¿ , ixr - 32,8 + 2,2 x¿ - 2,5 x^ .

Из п.лученных уравнений видно, что, в выбранных пределах действия факторов, Pg увеличивается с Понижением температуры МТО, а степень деформации значительного влияния не оказывает, так как коэффициент при - статистически неэНачнм; Р„г увеличивается с повышением степени пластической деформации и с понижением температуры МТО ; увеличивается с понижением стапеНи пластической Деформации и с повышением температуры »¡ТО ; УЬГ увеличивается с йовышением температуры МТО, а. степень деформации существенного влияния но оказывает, хотя во взаимо, зйствий оба эти фактора оказывают статистически значимое влияние. Число Перегибов арматурной проволоки, установленное стандартом ( 9), значительно ниже toro, которое фактически получается в подвергнутой Í.1T0 Проволоке.

Лучшие значения параметров оптимизации P¿¡ , Рлг , а также Í^/Pg будут получены, если факторы £ и t удерживать на уровнях* при ко-

торйх устойчиво и не намного превыиает 4% (минимум по стандарту)

•j

Это условие выполняется, если факторы £ и ¿ установить на верхних уровнях Матрицы планирования; £ я 330 °С.

Таким образом, устанос- ены оптимальная степень осевой деформации и температура нагпева проволоки, обеспечивающие высокое ее качество при МТО (стабилизации),

2.4. Стабилизация арматурной проволоки на опнтно-промышленном агрегате

После вьшг-нения технологических исследований, давших положительные результаты стабилизации проволоки, выполнил-' работу /26/ по разработке технологии и созданию опытно-промышленного агрегата стабилизации арматурной проволоки.

Для исследовали.. На агрегате взяли профилированную проволоку диам. 3 мм из внсокоуглеродистык сталей 70, 75, 80 И 65.

При стабилизации температуру нагрева проволоки изменяли в пределах 240-360 °С, скорость движения проволоки была равной 220 и/мин. На готовой проволоке Определяли Механические свойства. Испытания на релаксацию проводили при начальном напряжении 0,86^ в течение 100 ч. Для .равнения характера кривых растяжения и релаксации напряжений, проволоку из стали 75 Подвергали дорекристаллизационному оТАйгу При 360 ^ 10 °С в течение 12 с по заводской техночогии.

Ниже показаны механические свойства проволоки (средние значения) после стабилизации при Нагреве до 330 °С и осевой деформации

Ш:

Сталь 70 75 .ВО 85

1835 1890 . 2009 •¿V 4

0ц ,Н/ММ2 М'* вмА* 1776 1852 1961 2080

' 4,3 ' 4,0 . 4,2 4,0

0,939 0,950 0,965 . 0,964

Свойства Проволоки соответствуют требованиям ТУ .14-4-1401-86 с превышением этих требований по бд и Щг , которые существ :нно-вс растак.: от стали 70 к стали 85, Возрастает также и' Отношение Уц/бв > что свидетельствует о повышении релаксационной стойкое!и проволоки с у-сличением в ней содержания углерода.

Из приведенных на рис.6,р диаграмм рас-чжения проволоки I т стали 75 видно, что стабилизированная проволока .га сравнению с проволокой. подвергнутой дорекристаллизационному отжигу, обладает повышенными пределами пропорциональности и текучести.

б-ИМ то

№

то

" е,ч о,в ав 1,о ¿х ц {о юо,ч

а б

Рис. 6. Диаграммы растяжения (а) И релаксации

Напряжений (б) проволок! } I - стабилизация, 2 - дорекристаллизационный отжиг

Из рис.б,б видаю, что -•елаксацИй напряжений Лр значительно ■ ниже у стабилизированной проволоки* ием у отожженной, снижение релаксации Напряжений повышает ФрещйнОстойкость железобетона И экоНо-мчт до 8$ стали по сравнению с отожженной арматурной проволокой*

Для промышленного использования изготовили гчртию (86 т) стабй-лизиройанной арматурйой проволоки Периодического профиля диам» 3,0 мм» Свойства проволоки соответствовал1- требованиям ТУ 14-4-1401-£6.

•Таким образом» получены положительное результаты, которые МО-гул служить основанием для разработки новых^рациональных технологических процессов и оборудований для стабилизации арматурной проволоки.

2.5. Новые разработки технологии И оборудования для стабилизации арматурной проволоки

В процессе работы над технологией И оборудованием для стабилизации арматурной проволоки были выполнены следующие новое разработки технологий и оборудования'.

Способ обработки арматурной проволоки /65/, включающий ПатеН-тирование, холодное во: >ЧеНиб, скоростной объемный Нагрев до 250-400®С и деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и пластичности проволоки при сохранении релаксационной стойкости, после скоростного нагрева производя, дополнительный нагрев поверхностного слоя проволоки до 350-450 °С. Скоростной объемный и дополнительный поверхностный нагревы проволоки выполняют в течение 0,2-4 е.. При ыои дополнительный нагрев поверхностного слоя проволоки ведут На глубину. 5-1Й& от диаметрч проволоки.

Z'i

Устройство для изготовления стабилизированной арматурной проволоки /66/, которое содержит размоточный механизм, вытяжные шайбы, приводной двигатель, нагреватель, охладитель, намоточный механизм и отличается упрощением конструкции и улучшение.-,; условий обслуживания.

устройство для электроконтактного нагрева протяжных изделий /57/, которое содерх'ит олектроконтактныа ролики, обеспечивающие надежный электрический контакт с нагреваемой проволокой.

Устройстве для ре?"и длинномерного материала /68/ представляет собой оригинальные летучие покницы, содержание мез. лизм для безостановочной резки и передачи проволоки поочередно в один из пвух намоточных механизмов, что увеличивает производительность агрегата для стабилизации арматурной проволоки.

Таким образом, разработаны новые, рациональные технологические процесса г. оборудование для стабилизации арматурной проволоки на уровне Изобретений, которые могут быть применены при разработке прошал енк о го а 15 era та.

2.6. Промышленный агрегат для стабилизации арматурной проволоки

Получение промышленных партий стабилизированной арматурной проволок'«*, удовлетворяющей требованиям стандарта, на опытно-промышленном агрегате И новые разработки технологии и бборудования послужили основанием для разработки промышленного агрегата.

Был спроектирован, изготовлен и введен в эксплуатацию промышленный ггрегг-1 для стабилизации круглой и профилированной арматурной проволоки диаметром З мм /27/, который является новым конструкторским решением, так как включает новые разработки /66-68/. Агрегат содержит устройства для изматывания, пластической деформации, Нагрева, охлаждения и НаматываН: я проволоки в моток. Нагрев npOBi 'юки выполняется эДек'гроконТактным способом. Применение этого способа нагрева проволоки обеспечило ряд достоинств, важнейы..ми ' ил которых являются следующие: наиболее высокий КПД по сравнению j другими способами нагрева проголоки, экологическая чистота процесса, достаточно простая и надежная система управления, простая электрическая Часть, возможность автоматич ?кого поддержания .'ехно ■логической температуры в широком диапазоне скоростей.

Техническая характеристика агрегата

1. Диаметр проволоки, мм 3

2. Скорость движения проволоки, м/мин 240

3. Занимаемая агрегатом плоцадь, м^ 300

4. Максимальная температура нагрева проволоки,°С 400

5. Степень деформации проволоки, % 2

6. Вес, катушки на размотке, т 2

7. Вес мотка готовой проволоки, T 0;4

8. Средний диаметр мотка, мм 1200

9. Производительность, т/час 0,8 10. Норма обслуживания, чел. ' I

Механические и реологические свойства с*абклйзйрованной арматурной проволоки, изготовленной на агрегате (средние значения)) показана э табл.5.

Табяйца ь

Механические и реологические свойства стабилизированной арматурной проволоки

йли - —bi,H/JH^T£iJirir; ьр>% Tsg|§a,

мм/м

70 круглая 193? 1660 4,6 19 liZl 10 '

7F 1998 1956 4,5 24 1,Г7 8 «

80 2129 ' 2017 4,3 23 ' 1,06 ' 9

70 профилир» 1839 1760 4,5 21 Г,12 8

75 1895 1860 4,3- IB 1,14 9

80 2017 1969 4,3 19 1,09 8

Релаксационную стойкость проволоки (потерй напряжений от релаксации Др ) определяли за 100 ч при Начальном напряжении, рав'-ном 0,8 б? . Проволока соответствует требованиям ГОСТ 7348-81 и ' ТУ 14-4-Г401-86 на стабилизированную проволоку Для предварительно напряженного железобетона со значительным превышением всех свойств у проволоки из стали 80, кроме . • ,

Вследствие нормальной расоты агрегата и получения проволоки высокого качества, на агрегате в плановом порядке производится стабилизированная арматурная проволока.

2.ЛЩ

3. ПРОВОЛОКА КАНАТЫ ИЗ СОРШТИЗИРОБЛННОй ШРГь!ЦОВИСТОЙ ЗАГОТОВКИ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СОРБКта?ДВДИ и ОБОРУДОВАНИЕ

3,1, Проволока из сорбитиэированной марганцовистой заготовки

Проволока и канаты из марганцовистой стали,обладают рядом достоинств, но патентирование марганцовистой этотовки, необходимое при производстве канатной проволоки, трудго осуществить вм дствие увеличения времени распада переохлажденного аустекита в легированной марганцем стали, поэтому патентирование марганцовистой заготовки рационально г менять воздушной сорбитизацией или воздушьой сорбитизацией с термосатированием, что упраздаит спяные ванны, а вместе с нами и расход соли, с ектроэнергии, вода, обслуживание ванн и улучшит экологическую обстановку в цехе.

В результате проведенных исследований было установлено, что хоролео сочетание прочностных и пластических свойств в охлажденной на воздухе (сорбитиэированной) заготовке из стали 65Г можно получить варьг'^ованием содержания углерода, марганца и температуры аустенйтпэации /28/. Это послужило основанием для проведения экспериментов с Цель» получения холоднотянутой проволоки из сорбитиэированной марганцовистой заготовки, изготовленной на промышленном оборудовании.

Для исследований '/29,30/ использовали катанку диам.6,5 -.-и из стали 65Г нескольких плавок. По принятой на Харцыэсчом сталепрово-лочно-г'натн*м заводе технологии катанку протянули на заготовку. Сорбитизацию выполняли на промышленных непрерывных термотравильных агрегатах! При•сорбитизации Нагретую до 910-940 °С заготовку, выходящуй из печи, пропускали нед патеНтировочНоЙ ванной. Температуры нагревательных печей по зонрч и т "Шературно-концентрационные параметры вйНИ подготовь' >верхйостИ заготовки к волочению были такими же, как и при пате-лировании» Скорости движения заго эвки { .лителиость Пребывания а печи) при сорбитизации были такими же, Как и при патеНтировании заготовки аналогичных диаметров из углеродистой стали 1

Сорбитизированную заготовку протягивал- по заводской техколопн) на проволоку» Проволока из сорбитиэированной заготовки диам» 3,01,1 мм удовлетворяла требованиям стандарта на канатную проволоку.

Для изготовления тонкой проволоки первое и второе патентирова-ния были заменена сорбитизацией на воздухе /31/, при этом была по-

лучена про^влока диам. 0,7 и 0,6 км, удовлетворяющая требованиям стандарта на канатную проволоку,

3 результате воадуаной сорбитизации марганцовистой заготовки .в Ней был получен сорбит, Еще лучших пезультатов следует ожидать при воздушно;, сорбитизации с термостатированием, так как при тер-мостатировании, которое осуществляется протягиванием сорбктизируе-moi. заготовки череь печь, нагретую до определенной температуры, процесб распада аустенита во время сорбитизации будет приближаться к изотермическому. С этой целью были изучены /32/ микроструктура и механические свойства проволочной заготовки диам.3,0-6,5 мм из опытных плавок сталей, содержащих 0,57-0,77% С и 0,51-1,41$ Мп, после аустенитизации при 925-1075 °С и бездушной'сорбитизации о термостатиропалием при 450-700 °С. СорбитНал структура получается в заготовках диам.3,0-6,4 мм из плавок с содержанием 0,66-0,68$ С, 1,02-1,24?, Мп, и диам. о,5 мм из плавок с 0,75-0,77$ С и 0,99 -1,41$ Мп при температурах аустенитизации 925-975 °0 И температурах термостата 500-550 °С. При понижении содержании углерода И повг:::е-нш! температуры термостата в микроструктуре появляется струкТурно-свободнкй феррит.

Из сорбитиоированной с: воздушным термостатированием заготовки диам. 3,0-6,5 мм из сталей о содержанием угЛ.рода 0,60-0,77$ и марганца 0,99-1,4$ волочением полнена проволока диам. i,I-3,0 мм, удовлетворяющая требованиям стандарта^

Ъи.л разработан /33,34/ оптимальный режим сварки марганцовисТЬЙ проволоки И послесварочной термообработки зону термического влияния, обеспечивающий бег,обрывное в зоне сварки волочение проволоки.

Проведенные исследования дают основание для разработки агрегата для сорбитизации с термостатированием проволочной заготовки И для исследований и промышленных испытаний канатов из маргаМцовистой проволоки.

3.2. Новый агрегат для сорбитизации с термостатированием стальной проволоки

После получения положительных результатов термостатИрования во премя воздушной сорбитизации маргаицсгистой заготовки бил разработан агрегат /69/ (рие.7), который содержит размоточное? устройство I, нагревательную печь 2, термостат с изотермическими секциями 3, намоточное устройство 4, нагревательные секции содержат крышки 5 и нагревательные элементы 6. Агрегат отличается тем, что, с целью рас'лирсния технологических возможностей, повышения экономичности,

ynpt.-'ñHU- конструкции и обслуживания агрегата, устр йство для изотермической выдержки выполнено в виде термостата с изотермическими секциями, с автономными выключателями ; верхние час-я изотермических секций выполнены в виде-крышек ' каждая изотермическая секция выполнена с установленными в нижней или нижней и боковых ее час.дх нагревательными элементами.

Агрегат для воздушной сорбитизации проволоки с термостатированном является окологичеони чистым вследствие отсутствия вредных для вдоровья селитровых ванн и более экономичным вследствие упразднения дорогостоящей селитры, которая непрерывно выносится из ванн, прилипай к нагретой проьолоке»

3.3. КанаТй йв сорбитиэироваНной марганцовистой , и патентирогаИйой углеродистой проволоки

После Получения из сорбйтйзйроЬанной Марганцовистой заготовки канатной Проволоки, удЬвяи'вЬряадей Требованиям стандарта, были выполнены сравнительные лабораторные Исследования и промышленные испытаний канатов а эксплуатации на Шахтах Донбассе.

KaHatbi были изготовлены из сарбя'ЭДэй.ровайной марганцовистой и патентиройанной углеродистой провйлокй. Опытные канаты из марганцовистой проволоки'были изготовлены из с^али ВЫ* (А)« а серийные -из стали 60-70 (Б) /35-37/. Диаметр fecex канатов был равен 25,5 мм, лонструкДйй 6xI9(t+9+9)+I О. с. Их 'изгоняли п соьтветствий с требован ййми стандартов.

Выносливость канатов при испытании ka переменный изгиб и постоянным наряжением ¡эпредеяяли на машине МЙК tí Гаметой перегибания 44 Цйкла в Минуту; Образцы рабе .ей длиной 1400 мм устанавливали на секторах рад.,усом 450 мм. Нагрузки При испытании На Переменный из-fHÍ соответствовали йратност -м запаса прочности Ц, = 3 ¡ 4,5 j 6 и ó. Выносливость канатОй при пульсирующей растягивающей (с шестикратным эanaco:■ прочности) нагрузке определяли на- машине ГРМ-2 с использованием образцов рабочей длиной 1000 мм. Минимальная я максимальная

Рис,7, Схема агрегата для термообработки стальнй проволоки: а - вид -сверху, б - поперечный разрез.

пульсирующие нагрузки составляли соответствешш б и Ю т, а число пульсаций - 335 циклов в минуту.

Суммарное и агрегатное разрывные усилия опытных А и серийных Б канатов близки!

Канаты

Разрывное усилие каната,кг А Б

суммарное 43373 42284

агрегатное ЗШОО 38100

Из следующих данных видна выносливость опытных и серийных канатов!

Канаты А Б

срепняя выносливость канатов при изгибе ( Л=3;4,5{6) до потери нагрузки,циклы 103400 64600

средняя выносливость канатов при ;ульсирующей нагрузке ( И. = 6) до потери нагрузки,

циклы 510700 320100

Выносливость у всех образцов каната А знач тельно выше, чем у образцов каната Б. Так, число циклов изгибания, выдержанных канатом А при П = 6 в процессе испытания на переменныг изгиб и пульсирующую нагрузку, примерно в 1,6 раза больше числа циклов, выдержанных канатом Б (по средним значениям испытаний /35/ и в 1,95 раза больше по средним значений« йспытаний /37/).

Осмотр образцов канатов. Испытанных переменным изгибом При постоянном натяжении, в участке расТяжекия и'В участке растяжения с изгибом показал, что разрушение канатов происходит в участке изгиба каната» В пределах, участка разрушения на прйволоках наружного слоя дйам. 2,0 мм Имеются изношенные площади йлАийт^ческой формы. . В этих места* после осуществления определенного количества циклов Нагружений происходит излом проьолок.

Результаты измерения протяженности й глубины Изношенных мест на образцах проволоки Дйам. 2,0 ш, взятых йз аЬНы разрушения каната, свидетельствует о том, что эти вьлйчины мейьше у сорбитизйро-ванной марганцовистой проволоки, чем у патентованной углеродистой.

Для промышленных испытаний бгчо изготовлено 60 т опытных канате э из марганцовистой проволоки, которые работали на наклонных, подъемах шахт Донбасса. Эксплуатация опытных канатов показала повы-шени . их эксплуатационной стойкости в 1,4-1,8 раза.

зс

Таким образом, лабораторные И промышленные испытания канатов из марганцовистой .проволоки показали их более высокую выносливость при лабораторных испытаниях и более высокую эксплуатационную стойкость при промышленных испытаниях по сравнению с канатами из углеродистой проволоки.

3.4. Влияние Марганца н^ структуру и свойства стальной проволоки

Значительно более высокая износостойкость низколегированной марганцовистой Проволоки требует объяснения.

Нами впервые /75,38/ установлены причины повышения небольшим количеством марганца в стали износостойкости проволоки и установлено содержание марганца, обеспечивающее максимальную ее износостойкость. Эти сведения в литературе отсутствуют.

Было Изучено влияние марганца аа микроструктуру патентированной проволочной заготовки, микротвердость заготовки и проволоки, намагниченность насыщения 1 износостойкость проволоки.

Марганцовистые стали, выплавленные в промышленной электропечи, содержали 0,67-0,6® углерода и 0,52г1,4б% марганца /38/, а синтетические стали, выплавленные в атмосфере аргона из чистых материалов, - 0,72$ углерода и 0,0-1,4$ марганца /76/, Патентиро ванне проволочной заготовки выполняли;при оптимальной для каждого содержания марган.,а температуре» которую определяли экспериментально, так как марганец существенно повышает температуру патентирования, при которой Образуется наиболее дисперсный сорбит с на. более высоким комплексом механических свойств..

Ранее исследователи изучали влияниз марганца на износостойкость стальной проволоки, но "е уделяли внимания выбору температур патентирования проволочной заготовки с различными содержаниями марганца. Так как патентирование проволочной заготовки выполняли не при оптимальной для конкретного содержания марганца температур? в проволочной заготовке после патентирования не получали наиболее дисперсный сорбит с наиболее высоким комплексом механических свойств, поэтому и холоднотянутая проволока не обладала наиболее высоким комплексом свойств. Очень существенным является и тот факт что не было' проведено систематических исследований марганцовистых сталей со Сравнительно небольшими содержаниями^ марганца.

Патентированную заготовку диам.5 мм волочили на проволоку диа» 2,5 мм. На электронном микроскопа исследовали микроструктуру па тег-

тированной проволочной заготовки, а также микротвердость патенти-рованной заготовк! и проволоки. Проволоку испытывали на износ /70/, при нагрузке I кг определяли число циклов, за которое суммарный износ др-,х проволок составляет 0,1 мм (цикл - относительное движение двух истирав!,мх друг о друга проволок при их козвратно-пост. пательном движении). Исследование намагниченности насыщения проволоки выполняли на магнитных весах в магнитном поле напряженностью 79*10^ А/и, в котором образцы намагничивались до насыщения. Намагниченность насыщения изучали в холоднотянутой проволоке, а также после нагоева до температур 60-600 °С в течение 2,5-60 мин. После каждой выдержки образцы охлаждали в воде, а затем взвешивали на магнитных весах. Результаты взвешивания (показанные в граммах) пропорциональны намагниченности насыщения образцов проволоки.

Установлено, что между ыежплгстиночным расстоянием сорбита заготовки и намагниченностью насыщения холодиотя утой проволоки, с одной стороны, и микротвердостью заготовки, проволоки и износостойкостью проволоки, с другой стороны, наблюдается обратная корреляция в зависимости от содержания марганца с экстремумами при

Повышение микротверг,эсти заготовки и проволоки и повышение'износостойкости проволоки при увеличении содержания марганца до 1,2$ и снижение этих величин чри дальнейшем увеличении содержания марганца до 1,4$ объясняется аналогичным изменением дисперсности сорбита заготовки и проволоки, но повыше/ше твердости и износостойкости проволоки с максимумом при 1,2% марганца объясняется еще и тем, что содержание цемектита в сороиФе тем больше, чем дисперснее сорбит.

стойкоить К I. намагниченность . Изменение намагниченности насы-насыщенид проволоки ., щения холоднотянутой проволоки

(^ис.З) при изменени! содержания ' : марганца вызвано распадом различного количества цементита при волочении проволоки с различной дисперсностью сорбита. Понижение намагниченности насыщения проволоки при увеличении сб^ержания марганца

^ »114 I .

И,

' > уЛ

дч 1

Рис.8. Влияние марганца на межпластиночное расстояние сорбита А , микротвердость патентиро. анной заготовка Н,; мик~6твердость «„.износо-

до 1,2% объясняется уменьшением количества распавшегося при волочении проволоки цемен.тйта, которое затем увеличивается при дальнейшем увеличении содержания марганца до 1,4%.

Изменение Количества распавшегося цементита при волочении проволоки с различной дк л1ерсностью сорбита объясняется образованием различного количества скоплений дислокаций в пластинках феррита различней толщины. При увеличении дисперсности сорбита и утонении пластинок феррита количество скоплений дислокаций в феррите уменьшается, поетому уменьшается и количество распавшегося цементита, и наоборот: при утолщении пластинок феррита количество скоплений дг :локаций в нем увеличивается и увеличивается количество распавшегося Цементита.

Таким образом, определеш й вклад в повышение твердости и износостойкости проволоки вносит и тем большее содержание цементита в сорбите,'чем дисперсное сорбит.

Изучение влияния температуры нагрева и выдержки в течение I ч холоднотянутой проволоки диам.2,5 мм с различным содержанием марганца на намагниченность Насыщения после охлаждения до комнатной температуры показало (рис.9), что максимальная намагниченность ----------------------— -—; насыщения и, соответственно, максимальное количество распавшегося цементита наблюдается при нагреве холоднотянутой проволоки до 150 °С, при нагреве проволоки выше 150 °С количество продолжающего диссоциировать цемента- ■ та уменьшается, о чем свидетельствует снижение намагниченности насыщения

проволоки по сравнению с ее значениями при 150 °С. Диссоциация цементита прекращается в проволоке с марганца при температуре нагрева 250 °С, а в проволоке без марганца при температуре. 420 °С, для других изученных содержаний марганца эти температуры . занимают промежуточное положение. ■. При дальнейшем нагреве проволоки сверх указанных температур вплоть до 500 °С продолжается снижение намагниченности насыщения проволоки, что связано с уменьшением количества атомов химически свободного келеза (феррита) вследствие кристаллизации цементите. •

Рис.9. Влияние температуры нагрева и Мп на \ проволоки диам. 2,5 мм

Кроме цементита, при нагрева холоднодеформированной стали кристаллизуемся и графит (М.В.Белоуо и В.Т.Черешш, 1962 г.).

Полученный в исследованиях /76,38/ результат выходит за рамки объяснения в"сокой износостойкости марганцовистой проволоки.

Известно, что легирование стали марганцем приводит к увеличению, а кобальтом - к уменьшению межпластиночного расстояния перлита вследствие того, что легирование кобальтом увеличивает, а мар- ' ганцем уменьшает величину изменения свободной энергии при превращении аустенита в перлит по сравнению с этой величиной углеродистой стали.

Нем.нотонноо изменение межпластиночного расстояния перлита при легировании стели марганцем свидетельствует о влиянии в этом случае и других факторов

Таким образом, установлено, и^О межпластиночъ.е расстояние сорбита патштированной заготовки и намагничен:- эсть насыщения холоднотянутой проволоки минимальны, а микротвердость заготовки, проволоки и износостойкость проволоки максимальны при содержании-

марганца в стали; это количество марганца и должно' содержаться в проволоке, предназначенной для износостойких канатов.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

доволоки для холодаой высадки

4.1., Рациональные технологические процессы термической обработки низкоуглеродистой холодновыса, очной

ьроволоки 1

Холоднопысадочная проволока должна иметь структуру с глобуляр- ■ ной формой цементита.'По техническим условиям ЧМТУ 4-135-69(на пос- ! тавку холодновысадочноь проволоки кроме предела'прочности и ртно-сительного сужения регламентир>с :ся также и относительное удлинение, проволока для холодной высадки из стали 08 и 10 должна содержать зернистый цементит, допускать уд• злетворительн;у осадку до половины первоначальной г юоты образ-а и иметь следующие механические свойства: б% = 294-412 Н/мм2, Ч^бО^. Прь этом для, проволок!' дирл. более 4,0 мм относительное удлинение определяется, на расчетной длине в пя1ч диамет;->в, а для проволоки меньшего диа-> . мс!ра - на расчетной длине 100 мм. Для достижения требуемой структуры и комплекса свойств на Х'рцызском сталепроволочно-канатном за во, .з холодновысадочную проволоку, протянутую из катанки без пред-'

•верительной термической обработки, подвергали рекристяллизационно-му отжигу в электрических колпаковых печах по режиму: время нагрева 2 ч, температура 660-660 °С, выдержка 15-213 ч. Для такого длительного режима отжига требуется значительный расход электр энергии, но получения в структуре зернистого цементита при э;ж часто че обе<. лечивается, а в проволоке диаг. менее 4,0 мм, как правило, не достигается минимально необходимая ве.^ :чина относительного удлинения. Кроме того, после такого отжига Нередко наблюдаются случаи образования трещкн при осадке проб» особенно при осадке до 1/3 и 1/4 Первоначальной высоты. , ,

Несмотря на Известное мнение о том, что получить зернистый цементит и механические свойства, удовлетворяющие требованиям стандарта i в проволоке для холодной высадки из доэвтектоидных, тем более малоуглеродистых, сталей затруднительно, нами на основании исследований /39-41/ был разработан режим, лишенный отмеченных выше недостатков зекристаллк ационноГо отжига и более рациональный для промышленного применения.

В результате проведенного Исследования.было установлено, что получение цементита fi скоаГулироваПной .форме^наилучшим образом обеспечивается при режиме Изотермического отжига с исходным нагревОм выше точки Act » на 20-40 °С И выдержкой ниже точки Аг1 на 20-40 °С. Оптимальный. Комплекс механических свойств, исключая fruw , и хорошая осадка достигались после изотермического отжига и Изотермического отжига с предварительной закалкой проволоки.

Механические'свойства и осадка проволоки в зависимости от режима термообработки показаны в табл.6, из которой видно, что результаты осадки предварительно закаленной проволоки после изотермического отжига несколько лучше, че„. после изотермического отжига холоднотянутой Проволоки, но для улучшения осадки следует повысить качество поверхности проката в прокатных цехах /42/, так как ника>' кие режимы термообработки не обеспечивают удовлетворительную осадку проволоки при наличии на поверхности катанки трещин.

Таки ■ образом, изотермическим отжигом получена доброкачественная холодновысадочная проволока из низкоуглеродистой стали, имеющая структуру^ зернистого перлита и свойства, соответствующие требованиям технических условий ЧМТУ 4- 135-69 со значительным превьплэ^. нием требований технических условий по 8у и > исключая 8|0,> (на проволоке из стали 08 кп удовлетворяет требованиям технических условий). ЧМТУ 4-I3jp-69 были заменены на ТУ I4-4-I35-73,

в которых отсутствует.

Таблица б

Механические .свойства а осадка проволоки до 1/2-1/4 высоты в зависимости от режима термообработки

Механические свойства1 ! Осадка пог икительна, %

.о.а : ф.Н/мм2 :1/2 , т ]УЗ , 1/<

I 393/416 44/45 -/26 72/76 94 ' 88 64

II 388/40? 46/48 -/28 74/75 99,5 93 84

111 405/409 41/39 -/21 75/73 100 97 94

1.Диаметр проволоки, мм: числитель - 5,0, знаменатель - 3,6,

2. I - рекристаллизационный отжиг ; II - изотермический отжиг }

10 - закалка в воде от 920 °С и изотермический отжиг.

Новым и существенно важным результатом исследования является установление нерациональности оценки качества холодшовысадочной проволоки по относительному удлинению, так как и при пониженном удлинении наблюдается удовлетворительный результат при испытании проволоки на осадку.

На Харцызском сталепроволочно-канатном заводе выполнили в производственных условиях изотермический отжиг проволоки диам. 3,п-5,8 мм из стали 10 и 08кп /39-41/. Проволоку отж тали в Мотках по 100 кг. Масса каждой садки составляла около I т. Садку нагревали до 750-770 °С в течение 2-2,5 ч, выдерживали 2 ч, охлаждали до 660-680 °С в течение 0,5 ч (снятием колпака), вздергивали при этой температуре в течение Г -4 ч и охлаждали под муфелем. Цементит в изотермически отожженной прово: г>ке присутствовал в скоагулирЬван-ной форме. По механическим свойствам вей проволока удовлетворяла требованиям технических условий (относительное удлинение определяли на расче'яой длине равной пяти диаметрам). Вся изотермически отожженная'проволока показала удовлетворительные резулг-'аты пр испытании на -. садку, за исключением тех случаев, когда на ней имелись поверхностные дефек-"н.

Изотермический отжиг холодновысадочной проволоки экономичнее рекристаллияационнлго отжига по расходу электроэнергии и затратам . труп более чем в два раза. '

4.2. Технологический процесс скоростной термической обработки холодновысадочной проволоки

Изучили /43/ возможность скоростной термической обработки проволоки для холодной высадки, движущейся нитью в проходных печах (агрегатах). Исследовали проволоку из стали 10 диам.5,0 и 3,6мм В результате проведенных исслеяоь ний разработан новый технологический процесс скоростной термообработки ниокоуглеродистчй холод-новысадочной проволоки нитью, включающий полную (920 °С) и неполную (760 °С) закалку в воде. После термообработки в проволоке содержится феррит и неравновесные продукты распад ? аустенита. Механические свойства и осадка удовлетворяют требованиям ГОСТ 5663-79 со значительным превышением по , механические свойства проволоки диам. 5,0 и 3,6 мм соответ-твенно равны: - 524 и 520 Н/мч*\ : У - 73 и 77%, (по ГОСТ 5563-79 55%), осадка на 1/2, 1/3 и 1/4 высоты положительная.

Разработанный технологический процесс термообработки экономичнее закалки с высоким отпуском, так как время нагрева для Цепочной закалки в 6-7 раз меньше времени нагрева для высокого отпуска вследствие того, что при полной закалке низкоуглсродистмх сталей образуется Не мартенсит, а неравновесные продукты распада аустенита или их смесь с мартенситом, при этом сфероидизация цементита происходит значительно медленнее,' чем сфероидизация цементита в результате распада карте*сйта, поэтому при использовании проходной нагревательной Печи для отпуска, она должна быть в раз длиннее •печи-для неполной закалки:.60-70 м, что совершенно не реально, а это•Вынуждает выполнять отпуск проволоки в колпаковых почах, в которых время Нагрейа больше, чем-при нагреве проволоки нить».

4.3. Влияние химического .состава'и диаметра на

качество холодновысадочной проволоки из стали 10

При испытаниях холодновысадочной-проволоки наблюдались случаи брака, не поддающиеся объяснению. Это побудило выполнить настоящие . исследогяния. /На 129 плавках исследовали влияние химического состава стали 10 в пределах'марочного на образование трещин при холодной-осадке проволоки /44/. Образцы осаживали на половину высоты. При статис- . тической обработке определяли критерий ,4оценюающий различие или идентичность совокупностей, в выборках из которых,'различающихся содержанием одного из элементов (С, 51 , Мп, 5 ,,Р), наблюдалось разное количество брака.

■ По найденному значению определяли уровень значимости И наличие влияния, на бреч по осадке содержания изучаемого элемента в стали. При оценке результатов принимали 5%-нь>й уровень значимости (доверительная вероятность 95%),

Исследованием впервые)'установлено, что повышение содержания в стал« 10 углерода, марганца и кремния уменьшает браи по осадке, хотя общеизвестно, что при этом повышается прочность и снижается пластичность. Это можно объяснить уменьшением склоннисти стали к растрескиванию в результате более полного раскисления, что компенсирует снижение пластичности. Повышение содержания серы значительно увел"чивает ирак по' осадке, что связано с увеличением количества сернистых.включений в стали,'снижающих ее пластичность.

Полученные результаты дают основание рекомендовать отбор катанки из стали ГО при назначении ее для производи 'ва холодновыса-дочной проволоки.

Был выполнен и анализ качества холодновысадочной проволо.ки в зависимости от диаметра также с использованием статистического критерия У,1 /45/. Аналогичный анализ п литературе отсутствует. Для анализа использовали результаты производственных испытаний проволоки диам, 1,5-6,5 мм из ЮВ плавок мартеновской и конверторной стали Ю. Проволоку диам. менее 6,5 мм протягивали иэ катанки диам. 6,5 мм (мартеновская сталь), а проволоку диам. более 5,5 мм -из катанки диам. 8 мм (конверторная сталь).

Технология производства холодновысадочной проволоки заключалась в волочении заготовки с с жатием 30-90$ и намотке на катушки массой I т из катанки в горячекатакнои! состоянии, отжиге, волочении проволоки с разматыванием на мотки и калибрующим обя^тие^ 15-2255,

Браковку мотков прг-зводили по следующим признакам! предел прочности меньше 422 Н/мм^ - Бь : предел прочности больше 618 Н/мм^-Бв ; образование трещин при осадке - BQ } прочие дефекты, например, риски на поверхности - Б . Доверительная вероятность более 99%'. ..

Зависимость количества бракованных мотков По видам брака от\ диаметра приволоки приведена на рйсЛО. Сложная зависимость об1,зго. количества брркованных мотков обусловлена неодинаковы?/ влиянием •'' диаметра „ров- локи на отдельные виды брака. ■'••;• •

. Брак по пониженному, пределу прочности монотонно возрастает -с увеличением диаметра проволоки. 3ío обусловлено получением пониженного предела прочности проволоки при волочении из горячекатанной заготовки вследствие уменьшения, суммарного обжатия и в связи с -

¡5 т ?,5 здзз «о 45 5.0 5,3 60 «5 Рминяр про1о"ом. «м

Рис.10. Брак проволоки: БеуМ-общиЙ, па осадке ; В9 - по верхнему (Г, 4 Бн - по нижнему 64 ; Бп - по прочим" видам

этим получением пониженного предела прочности при отжиге, не возрастающего до ми-нимал! 'ш необходимого значения при калибровке вследствие недостаточного обжатия.

Распределение брака п< повышен"ому значению предела прочности выражается кривой с мак' мумом, наибольшее количество брака наблюдается на диаметрах 3,5 -4,5 мм.

Количество мотков,.бракованных вследствие образования трещин при осадке, немонотонно изменяется с увеличением диаметра проволоки. Образование минимума на кривой брака по осадке при диаметрах проволоки 4,5-5,5 мм обусловлено неодинаковым обжатием проволоки при волочении из катанки .диаметром 6,5 и 8,0 мм и разным качеством мартеновской и конверторной стали.

Как известно, пластичность ноиверториой стали ниже, чем мартеновской. ?

Брак проволоки по прочим дефектам невелик и не носит систематического характера. Химические элементы в оцениваемых группах диаметров распределены достаточно равномерно, и ожидать их влияния на брак проволоки в зависимости от диаметра нет оснований.

Таким образом,1 установлено наличие связи между диаметром холодно высадочной проволоки и видами ее брака. Брак по пониженному и повышенному значениям предела прочности можно устранить путем контролирования этой величины после сгжига и применения оптимального обжатия при калибровке, но лучшим способом устранения брака (или существенного его уменьшения) является переход на скоростной режим термообработки ^солодновысадочной проволоки, описанный«в п.4.2.

I

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ

5.1./Влияние марганца на свойства патентированной / углеродистой заготовки и проволоки из нее

Так как /повышение содержания марганца в стали увеличивает ус-. , » тойчивость и время полного распада переохлажденного аустенита, это

должно учитываться при назначении температурыо-временных условий

патентирования. <

Проволока из стали с повышенным содержанием марганца по ряду свойств превосходит содержащую обычное количество марганца, однако влияние марганца на технологические и механические показатели проволоки изучено недостаточно полно, поэтому было изучено влияние колебаний содержания марганца в пределах 0,4-0,7% на свойства заготовки и проволоки из нее на плитках текущего производства /46/.

При выполнении одной серии опытов принятую технологию патенти-рования и волочения не изменяли, температура патентировсной ванны независимо от содержания марганца составляла 475-485 °С. Результ^ -ты механических испытаний заготовки и проволоки были статистически обработаны.

В другой серии опытов изучили влияние содержания углерода, мерганца, температуры и скорости патентирования на качество патен-тированной заготовки и проволоки из нее.

Влияние содержания марганца в плавках текущего производства на средние значения и границы гарантированных полей допуска механических свойств заготовки диам. 4,8 ш и проволоки из нее диам. 2,2 мм показано на рис.Н, из которого видно, что гк-зышение содержания

мапганца в пределах марочного приводит к сниж шю средних значений, верхних и нижних границ гарантированных полей допуска временного сопротивления и росту всех этих характеристик для относительного сужения, числа перегибов и числа скручиваний заготовки. У относительного удлинения повышаются только среднее значение и верхняя, граница поля Допуска, а нижняя граница поля допуска снижается, т.е. увеличивается'разброс; аналогичное явление, но в значительно более слабой фооме, наблюдается И для относительного сужения. Характер изменения средних значений и границ гарантированных полей допуска для временного сопротивления, числа перегибов, и числа скручивания готовой про-' волоки о ростом содержания мар-

0,41- ОЛЬ- ¿,07-о,5п ца>- 0,10

* 1Е0} о /501т, Ф1-0Л1- 0,616,51) 0,10 Ц71) Содержание марганца

Рис.II. Влияние Мп на механические свойства заготовки диам.4,8 мм (а) и канатной, проволоки из нее диам.2,2 мм (б), заштрихованы .'арантированные поля допуска, пунктирные линии - средние значения

Ганца аналогичен характеру изменения тех же свойств для заготовки. Снижение прочности готовой проволоки'выражено значительно резче, чем для заготовки.

Растворяясь большей частью в феррите, марганец упрочняет его. " Однако упрочнение ста; ч при изотермической обработке определяется не только леги. эванностью феррита и твердостью карбидов, но и дис-персност'го фаз. Наблюдавшееся снижение; прочности проволоки с повышением содержания марганца может быть обусловлено образованием при данной температуре патентирования некоторого количества верхнего бейнита, менее дисперсного, чем структура ¡'теней части перлитного интервала. Температуры патентирования, при которых образуются промежуточные структуры, зависят от содержания марганца и от суммарного содержания кремния ,- хрома,; никеля и. других элементов.

При данном химическом составе свойства заготовки и проволоки можно регулировать изменением температуры патентирования заготовки. Варьируя содержание углерода: температур^ и скорость патентирования; .можно получить Практически одинаковые свойства при разног содержании марганца. ,

Таким, образом, исследованием установлена, что заготовка из сталей с повышенным в пределах марочного содержания марганца может .быть успешно переработана на качественную' проволоку без какого-ли-' бо существенного изменения технологии производства.. Производительность 'гермотравильных агрегатов при термической обработке заготовки изученных диаметров^может быть повышена (в том чио'.е и при па" тентировании стрлей с более высоким содержанием мгоганпа).

5.2. Распад аустенита в'стальной углеродистой проволоке в зависимости от хими* эского состава.и температуры ванны

В предыдущем параграфе (5.1) была высказана мысль о том, что ' марганец, повышает температуру образования грубодислёрсного верхн'с-■■ го бейнита, которая Требует подтверждения, кроме тогогдля теории .и практики патентирования представляет, интерес .знание устойчивости и-длительности распада аустенита в проволоке промышленного производства, отличающейся колебаниями всех химических элементов,'и наличием' рбс'зуглероженн'ого 'слоя.

Нами был изучен, распад аустенита в проволоке1 из сталей проммш-. ленной выплавки в „зависимости »от содержания углерода и марганца ./47/. Для этого был сконструирован вибрационный магнитометр./48/. Чувствительность магнитометра составляет 0,5$-ферромагнитной фапы

в образце на любой стадии распада аустенита.

Распад аустенита-изучали в пределах: по содержанию углерода -0,50-0,9055, по содержанию марганца - 0,45-0,653?.

Поверхностный слой образцов проволоки не удалили, Температура аусгенитизэции образцов составляла 910-930 °С, а длительность выдержки, включая и время нагрева-I ,лин на I мм диаметра. Температура расплава селитры составляла 450-550 °С.

Установлено, что устойчивость переохлажденного аустен та, в зависимости от содержания углерода и температуры ванны, оцениваемая по времени распада аустенита, слабо меняется с изменением содержа- хя углерода и температуры ванны и составляет 1-2 с-, это выз-.вано тем, что презрыцзме начинается в поверхностных обезуглеро-жев.,ых слоях проволоки, ито, в свою очередь, инициирует дальнейший распад. Однако с понижением температуры вант, разница в устойчивости аустенита в зависимости от содержания углерода несколько возрастает: наибольшей устойчивостью обладает аустенит , содержащий 0,7$ углерода. Длительность 50 и 100^-го распада'аустенита при температурах ванны 550-500 °С также слабо изменяется с изменением содержания углерода и температуры. При более низких температурах (475 и 450 °С) длительность распада аустенита возрастает и, • таким образом, интервал превращения расширяется. . 1

Установлено, что с увеличением содержания марганца в стали по-выиается температура образования верхнего бейнита, который отрицательно влияет на предел прочности и условный предел текучести проволочной заготовки и проволоки. Это следует учитывать при1,производстве проволоки.

\

5.3. Улучшение качества заготовки и проволоки

перемешиьанием патентировочного расплава \

Однородная сорбитная структура без выделений избыточных фаз в патентированной заготовке из дозвтект'оидных и заэвтектоидных сталей может бить получена при поддержании необходимой постоянной, температура распада переохлажденного аустенита, что обеспечивается постоянством температуры патентировочного расплава в объеме ванны. Однако исученче распределения температур по о&ьему производствен-^ ных патентировочных ванн показало, что в месте входа чагретой заготовки в ванну температура патентировочного расплава превышает заданную. Повышенная по сравнению с заданной температура расплава сохраняется на расстоянии, равном примерно 0,5 м от точки входа нагретой заготовки в ванну. Распад аустлита начинается в пределах

зоны перегрева ванны, и, следовательно, эти продукты распада по строению и свойствам отличаются от оптимальных," получаемых на более поздних стадиях распада.

Перемешивание расплава способствует выравниванию температуры по объему ванны. Однако устройства, применяемые для перемешивания рас. лава являются либо сложными, гчбо малоэкономичными. Исследования И промышленное опробывание двухвш лого патентированкя с целью более глубокого Переохлаждения аустенита показали, что этот метод в производственных условиях сложен.

Для перемешивания расплава был сконструирован шнековый вал /49/, устанавливаемый на входе нагретой заготовки в патентировочнук) ванну, который значительно Проще и экономичнее известных устройств, применяемых для перемешивания расплавов в патентировочных .ваннах.

В ваннах со шнековым валом и с гладким валом патентировали две партии (по 10 т каждая) заготовок диам. 4,8 мм из стали 65 для канатной пров( локи /49/. ;атентированную заготовку диам. 4,8 мм по заводской технологии проткгиьаяи на проволоку диам. 2,2 мм.

Изучение Микроструктуры заготовки показало, что в-заготовке, патентированной в ванне со шнековым валом, количество структурно- ■ свободного феррита меньше, чем В заготовке, патентированной в ванне с гладким валом, что свидетельствует о большем переохлаждении аустенита в заготовке без его распада. Получили следующие средние значения механических свойств проволоки, протянутой из заготовки, патентированной с гладким и шнековым валами соответстяенно; б( -1638 и 1765 Н/мм2, / Пг - 10 и II, П«- 38 и 39. Патентование заготовки со шнековым валом обеспечивает получение более высоких механических свойств проволоки и меньший их равброс.

Заготовку диам. 6,5 мм из стали 85 для арматурной проволоки , патентировали на ,трех агрегатах, оборудованных соответственно: двумя ваннами, оДной ванной со шнековым валом и одной ванной с при->•' жимной скобой /50/. Патентиро ванную заготовку волочили1' по принятой на заводе технологии.на проволоку диам. 5 мм.

В ис ытаннУх партиях образцов проволоки, протянутой из катанки, патентированной в двух ваннах, требованиям стандарта не удовлетворяли 2,1% все^ образцов, а из патентированной в одной ванне с прижимной скобой - все образцы проволоки, протянутой из катании,' . патентированной в ванне со шнековым валом, удовлетворяли требованиям стандарта.

Нследс.т'вие аффективной, работы шнекопого вала [штентирошшия толе сой чаготовки в двух гяниах "илг по» ~|гч>« на Хярш'тком стало-

лроволочно-канатном заводе патентированием в одной ванне, оснащенной шнековым валом.

О целью интенсификации охлаждения до температуры ванны, в устройстве для обработки проволоки /71/ шнековый вал был усовершенствован.

5.4. Усовершенствованное оборудование

Было разработано прогрессивное оборудование: агрегат для патен-тирования проволоки /72/ и инструмент для волочения аровс они /73,74/.

Агрегат для патентирования проволоки /72/ содержит размоточное устройс.во, нагревательную печь, ванну и намоточное устройство. Агрегат отличается тем, что ванна имеет возможность горизонтально перемещаться поперек продольной оси агрегата, что облегчает обслуживание и повышает производительность.

Сборная волока /73/ содержит корпус, встав^нную в корпус-зажимную втулку с упорным буртом, рабочую и напорную волоки, запре-сованные в зажимную втулку и гайку для прижима напорной болоки. Волока отличается выполнением зажимной втулки разъемной, что позволяет повысить долговечность сборных волок, ■

Инструмент для волочения проволоки /74/ содержат установленную в корпусе волоку и отличается тем* что, с целью повышения долговечности, на волону навита многослойная обмотка из металлической высокопрочной проволоки. При волочеНИИ проволоки усилие, возникающее в волоке, передается многослойной обмотке из высокопрочного материала, суммарная прочность которого превышает возникающие напряжения. \

Разработанное оборудование дает возможности удешевить й интенсифицировать произе дство проволоки. \

\

к *

* \

Предложенные автором новые технологические процессы и оборудование опросоваНы в опытно-промышлекн'.гх и промышленных условиях,\ часть технологий и оборудования внедреНа в производство с экономическим э'фек'-ом в 1973-*?9 гг. - 055,б тыс.руб, в 1992 г. - 1,036 , млн.крб. На новые разработки технологий И оборудования автором по-• лучено 24 авторских свидетельства На изобретения. Новые разработки автора используютсй в учебном процессе при чтении курсов "Металловедение" ,"Термическая обработка металлов", а также при выполнении ■ • научно-исследовательских работ.

ВЫВОДЫ

1. Впервые установлена основа для создания пршцалиапъно но-вых технологических продесоов и принципиально новых видов технологического оборудовании для рациональной термической и термомеханической обработки катак:л с использованием тепла пркатного нагрева в процессе производства катанкп на проволочных прокатных станах при ее дглжешш после прокатки. Сущность новых•технологических процессов и новых ввдов технологического оборудования заключается в том, что термическая и термомеханическая обработка катанки выполняется в две стадии: на первой стадии'- движущейся'прямолинейной нити кат нкл, на втрой стадии - движущейся свитой в цилиндрическую спираль нити катанки до укладки ее в бунт.

Для разработка промышлеш jH технология л создания промышленного оборудования, основанной на новых принципах термической обработки катанки с прокатного нагрева, были выполнены исследования с цельк выявления особенностей струк'-урообразования и установления различий в механических свойствах катанки, полученных с применением изе-сгяых и новых способов термообработки катанки.

2. Установлены отличительные особенности структуры катанки, па-твотированной с прокатного и специального нагревов., объясняющие небольшие различия механических свойств катанки и проволоки в зависимости от спосс^а патентирования, заключающиеся в том, что микроискажения и области KÀrepeHTHoro рессеяния меньше, а плотность дислокаций больше у катанки, патентированной с прокатного ьагрева.

3. Комплексным исследованием изотермического распада аустенита • установлено образование только после высокотемпературной аустенити-запии (950 °С и ваше) в одном температурном интервате грубодисперс-ного верхнего бейнита я сорбита, если перегрев аустенита незначителен - грубодисперсный верхний бейнит в продуктах изотермического распада аустенита отсутствует. Установлено также, что в углеродистой стали при образовании грубодисперсного верхнего бейнита наблюдается второй минимум устойчивости переохлажденного аустенита.

В научно-технической литературе сложилось неправильное представление об изотермическом распаде аустенита углеродистой стали, при известных услЬвиях в углеродистой стали могут наблюдаться два минимума устойчивости при изотермическом распаде аустенита.

4. Показано положительное влияние снижения температуры нагрева заготовки для .прокатки катанки с последующим ее патеитлрованием с -прокатного.нагрева и переделом затем в канатную и арматурную- право-

гоку; исследования показали, что полученная при этом канатная и ар~ атурная проволока обладают механическими свойствами, значительно ¡ревышающими требования стандартов.

5. Исследованием показано, что причиной повышения условного ¡редела текучести и релаксационной стойкости стальной проволоки

шя предварительно напряженного железобетона, подпег гнутой механико-термической обработке (стабилизации), по сравнению с проволокой, юдеергнутой дорекристаллизационному отжигу (отпуску;, яе яется сристаллизация в феррите значительно большего количества дисперс-юй фазы цементита при механикотермической обработке, чем при до->екрист. ялизационном отжиге,

6. Комплексным исследованием показаны причины наиболее высокой [зимостойкости низколегированной марганцовистой проволоки при содержании 1,2$ марганца, этому содержанию марганцг в проволочной за-■отовке при оптимальной температуре патентироврчия соответствует |бразование наиболее дисперсного сорбита с наибольшим содержанием

I нем цементита ; показано также, что при изотермическом распаде аус-'енита с повышением содержания марганца ь стали повышается темпера-■ура образования наиболее дисперсного сорбита и температура образо-1вния грубодисперсного верхнего бейнита. В научно-технической лите-'атуре установилось неправильное представление о том, что марганец ■величивает межпластиночное расстояние продуктов верхнего субкрити-:еского интервала изотермического распада аустенита. Это утвер^це-ив для небольшого, содержания марганца не соотве ствует действи-ельности.

7. Статистическим исследованием результатов испытаний холодно-ысадочной проволоки из стали 10 на осадку установлено положительное влияние на осадку пвышения содержания б пределах марки''углеро-а, марганца и кремния, раскисляющее действие которых в данном слу-ае является более сильным, чем упрочняющее их действие на феррит.

8. Разработаны новые экспериментальные п-'иборы для научнь)х сследовани'".: высокоточный магнитомер для изучения распада пербох-ажденного аустениТа в сталях с малой его устойчивостью. орйги"аль-ыс вакм к п;;иборам для изучения фазовых превращений ч сплавах/' озволяюаде ыстро охлаждать или нагревать Образцы до необходимой емпературы, и изучать превращения в нескольких образцах одновремен-о, а также прибор.для изучения износостойкости проволоки, позволяю-ий изучать износ проволоки в широком диапазоне диаметров, и позвг-. яющий непрерывно наблюдать величин.' износа в процессе выполнения ксперимента.

9. На базе новых идей и полученных новы/ результатов разработаны следующие новые технологические процессы и новое оборудование:

- новый технологический процесс и новое оборудование у. г я сорбитизации катанки из пружинных, канатных и аркатурн' 'с сталей с ис-пол»эованием тепла прокатного нагрева по двухстадийному ре-килу:

на первой стадии катанку охлаждают вод^й в охлаждающих проьодках при помощи форсунок для переохлаждения аустснитз, а на второй стадии катанку, свитую в 'цилиндрическую спираль с разобщенными витками, охлаждают обдувкой воздухом, на второй стадии охлаждения происходит распад переохлажденного аустенита с образование« заданной структуры сорбита, которая является исходной для нолочепич проволоки, поэтому при волочении сорбитизированио!-, с прокатного нзгрена катанки исключается из технологического рроо'са кроиаьошьтвв проволоки патентироваНие катанки ;

- новы'" технологические процессы и новое оборудование для высокотемпературной термомехан! <еской обработки катанки с использованием тепла прокатного нагрева, при яточ мо^ет быть применен дь„, х-стадийный режим охлаждения, на первой стадии которого катанку ол-лаждают водой в охлаждающих проводках при помощи форсунок, а из второй стадии катанку, свитую в цилиндрическую спираль с разобщенными витками, охлаждают водой или. другим, кидким охладителем, при высокотемпературной термомеханической обработке может быть применен и одностадийный, режим охлаждения катанки, свитой в цилиндрическую спираль с разобщенными витками, водой или другим нидком охладителем ; и при сорбитизации, и при термоилеханическо« обработка катанки утилизируется тепло, оставшееся после прокатки, уменьшается

обе 'углероживание поверхности к .танки, уменьшается количество вторичной окалины и, следовательно, уменьшается количество кислоты для удаления окалыш с поверхности катанки травлением и сокращается время травления при подготовке катанки к переделу в проволоку, улучшаются условна труда в прокатном цехе вследствие быстрого снижения температуры катанки после прокатки ;

- новый технологический процесс высокотемпературной термомеханической обработки поверхностных слоев проката с самоотпуском с использованием тепла прокатного нагрева, обеспечивающий повышение, технологической пластичности поверхностных слев п.оката, что устраняет брак/по трещинам при изготовлении изделий изгибом, например, пружин, кроме того, утилизируется тепло прокатного нагрева, уменьшается количество вторичной окалины, уменьшается количество'кислоты для травления проката и улучшаются условия труда в цехе ;

- новый технологический процесс и новое оборудование для меха-никотермической ог:'(;ботки (стабилизации) проволоки для предварительно напряженного железобетона, обеспечивающие производство гладкой

и профилированной проволока с высокой релаксационной стойкостью ; в результате использования стабилизированной проволоки повышается треи'.чостолкость железобетона и достигается экономии стали до В% по сравнению с применением отпущенной проволоки, при замене отпуска арматурной проволоки стабилизацией значительно повышается КПД обработки, так как в новом оборудовании нагрев движущейся проволоки проиэьодится наиболее экономичным кондуктивным способом, новое оборудован.<е для стабилизации проволоки делает технологический процесс экологически чистым вследствие отсутствия солитровых ванн, испарения которых вредны для здоровья; отсутствие многотонных селитровых ванн с очень большой площадью теповыделения улучает условия труда в цехе ;

- новый технологический процесс и ноьое оборудование для безванного ттентиронания (воздушной сорбитизации) низколегированной марганцовистой износостойкой и вибростойкой проволоки для канатов ; разработан также химический состав марганцовистой проволоки с высокой вибро- и износостойкостью, превышающей эти показатели углеродистой проволоки в раза ; новая технология и новое оборудование дл. без ванного патенгирования (воздушной сорбитизации) делает производство проволоки экологически чистым ;

- новый технологический процесс скоростной .ермической обработки низкоуглеродистой холодновыеадочной проволоки в проходттх печах, освобождающий технологический процесс производства проволоки от калибровки после термической обработки, что упрощает рроизводство, делая процесс волочения . епрернвкш, более производительным и.более экономичным.

Таким образом, новые технологические процессы обеспечивают получение проволоки высокого качества, *олее экономичны, чем существую, тие, и эно;.^гячесии чистке, а новое оборудование конструктивно' более рационально, чем существующее.

К. К0П1 з разработки автора используются в учебк'м процессе при чтении курсов "¡.!ета -¡сведение", "Термическая обработка", а так-при выполнении няучт... исследований. На новые разработки получено 21 авторских с^детельств? на изобретения, внедрение в производств нопнх ртрпботок дэло экономический аффект в 1973-79 гг. - . . тмс4уб, в 1992 г. - 1,030 м.-1.крб.

Изложенная работа была выполнена при участии директоров ХСПКЗ Н.И.Дроздова, С.Ф.Коровэйного, гм.инженера А.С.Щербака, сотрудников кафедры В.И.Алимова, ...В.Прикметы и Н.М..Манохи, которым автор, выражает свою признательность.

ПУБЛИКАЦИИ .'аОЛСШШЫЕ Р ОСНОВУ ДИССЕРТАЦИИ

1. 12? по валов С.И., Алимов В.И. Влияние ускоренного охлаждения с прокатного нагрева на свойства катанки//}! овое в обработке металлов давлением.- Киев: Техн1кэ, 1974,- С.163-166.

2. Шаповалов С.И., Стычинский Л^П., Алимов Е'.И. Влияние патентирования катанки с прокатного нагрева на механические свойства Проволоки//Сталь.- 1965, JJ6.- С.570-572.

3. Шаповалов С.И., Стычинг-ий Л.П., Алимов В.И. и др. Влияние патентирования катанки с прокатного и специального нагревов на механические свойства арматурной проволоки//Сталь,- 1966, Ml.-' C.I058-I059.

; 4. Шаповалов С.П., Стычинский JI.II., Алимов В.И. и др. Арматурная проволока из катанки, патентированной с прокатного и специального нагревов//Упрочняющая термическая и термомеханическая обработка проката.- Вып.2.-,Киев: 1968'.- С.41-48.

5. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Патентирование катанки из стали 55 с прокатного нагрева//Улучпение качества проката.- Донецк: Донбасс, 1968.- С.48-53.

6. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Слюсарев В.Ю. Кан-.тная проволока из катанки, патентированной с прокатного нагрева/Деталлургичес-кая и горнорудная промышленность.- 1979, №5.- С.51-53.

7. Шаповалов d.U., Стычинский Л.П., Алимов В.И;Влияние способа патентирования, степени обжатия и отпуска на механические свойства проволоки//Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1969, №1.- С.54-57. /

8. Шаповалов С.И., Еньшин A.B. Влияние режима прокатки и патентирования катанки на ее структуру и механические свойства проволо-т/№эв.пуз-. Черная металлургия.- 1993, №5.- С.59-61.

9. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Луцяк В.Г. Свойства катанки в зависимости от способа патентирования//Изв.вуз. Черная металлургия. 1971, №5— С/143-145.

10. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Особенности изотермического распада после высокотемпературной аустенитизации углеродистой ствли//Изв.'вуз. Черная металлургия.- 1972, №9.- C.I30-I3I,

11. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Влияние температуры аустенити-зации на изотермический распад углеродистой стали/Д1зв. вуз. ..Дедная_ металлургия.- 1974, №6.- С.86-69.

12. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Сенько В.Ф. Прибор для изучения изотермического распада аустенита в слабых магнитных полях звуковой- частоты//Совершенствование технологии производства черных металлов.- Киев: ТехнГка, 1975.- С.82-86.

13. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Нляхин H.H. Ванна к приборам для изучения фазовых превращений//Заводская лаборатория.- 1972.-т.38, №10.- С.1286.

14. Шаповалов СЛ., Ал1мов B.I. Про вплив температури аустен1-т1эац11 на м1кротверд!сть продукт1в 1зотерм1чного розпаду аустен1-ту//Зо'1рник наукових праць в галуз! металург!йно1 промисловост1.-Донецьк: 1972.- С.229-233.

15. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Особенности распада аустенита при патентировании катанки после прокатки на непрерывном проволочном стане//Совершенствование технологии производства черных металлов.- Киев: Техн1ка, 1975.- С.94-96.

16. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Эстрин B.C. Катанка, сорбити-зированная ускоренным двухстадийным охлаждением с прокатного нагрева, и проволока из нее//Бюл.ин-та Черметинформация.- 1973, №3.-C.4G-47.

17. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Эстрин D.C. Сорбитизировакная с прокатного нагрева катанка и арматурная проволока из нее//Сталь.-1974, №6.- С.567-569.

18. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Эстрин К.С. Сорбитизация углеродистой катанки в потоке непрерывного прокатного стана/Д1роблемы производства черных металлов,-Киев: Техн1ка, 1974.-'С.143-150.

19. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Пелепейко М.В. Холодновысадоч-ная проволока из катанки, закаленной с Прокатного нагрева/Детал-лургическая и горнорудная промышленность.-1974, M.-X.5I.52.

20. Шаповалов СЛ., Ал1мов B.I. Телеграфний др1т з катанки, за-гартовано! з прокатного нагр1вання//3б1рник наукових праць в галу-з1 металург1йно1 промисловост1.- Донецьк, 1972.- С.241-246.

21. Шаповалов С.И., Стычинский Л.П., Алимов В.И. и др." Проволока из низкоуглеродистой катанки, закаленной с прокатного нагрева// Сталь.- 1969, №4.- С.372,373.

22. Шаповалов С.И., Алимов В.И. О возможности изготовления проволоки из стали 10Г2 методом закалки с прокатного нагрева с

последующим отпуском нехолодной деформацией//Сборник научных трудов. Теория и практика метизного производства.- Магнитогорск: 1974.- С.57-62.

23. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Покровков Н.И. и др. Отпуск арматурной проволоки в печах с воздушной атмосферой//Бюл.ин-та Чер-метинфорыация'.- 1975, №14.- С.42-45.

24. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Иванов A.M. Бессолевой отпуск арматурной проволоки/Дермическая обработка металлов.- М.: Металлургия,1978— С.29,30.

25. Шаповалов С.И., Прикмета A.B. Определение параметров стабилизации арматурной проволоки//Изв.вуз. Черная металлургия.-1994, JK2.- С.39-41.

26. Шаповалов С.И., Щербак A.C., Прикмета A.B. Стабилизация арматурной проволоки на опытно-промышленном агрегате//Сталь.- 1991, №5.- С.60,61.

27. Шаповалов С.И., Щербак A.C., Прикмета А-.В. Промышленный агрегат для стабилизации арматурной проволоки//Черная металлургия. Бюл.ин-та НТИ.- 1992, №3.- С.40,41.

28. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Влияние температурь, аустенити-зации и воздушного охлаждения на свойства проволочной заготовки

из стали 65Г//Теория и практика производства метизов.- Свердловск; УПИ, 1979.- С.97-104.

29. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Дроздов Н.И и др. Изготовление канатной проволоки из сорбитизированной заготовки//Бюл.ин-та Черметинформация.- 1975, №8.- С.47-50.

30. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Протопопова Н,В. и др. Прого-лона из стали 65Г для износостойких канатов//Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1977, №3.- С.22,23.

31. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Олифиренко В.В. Влияние сорбитизации и волочения на свойства тонкой канатной проволоки из стали 65Г//Геория и практика метизного производства.- Свердловск: УПИ, 1976.- С.93-97.

32. Шаповалов С.И., Алимов В.И. Влияние воздушного охлаждения на свойства проволоки из низколегированной стали//Изв.вуз. Черная металлургия.- 1982, »6.- С.156.

33. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Иванов A.M. Влияние режима сварки и термической обработки на свойства канатной проволоки// Сталь.- 1977, №3.- C.25I-254.

34. Шаповалов С.И,, Алимов В.И., Иванов A.M. Оптимальные режимы сварки проволоки из сталей 65Г и 65 перед волочением//Черная металлургия. Бюл.ин-та НТИ.- 1977, №2.- С.43,44.

35. Шаповалов С.И.,_ Алимов В.И., Иванов A.M. и др. Качество -канатов из проволоки, протянутой из сорбитизированной марганцовистой и патентированной углеродистой сталей//Еюл.ин-та Черметинформа-ция.— 1975, №17.- С.49-52. -

36. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Иванов A.M. Свойства канатной проволоки из низколегированной марганцовистой стали 65Г//Теория'и практика производства метизов.- Свердловск: УПИ, 1978.- С.93-98.

37. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Иванов A.M. Сравнительные свойства углеродистых и марганцовистых канатов для шахтного подъма// Уголь Украины.- 1978, №7,- С.41,42.

38. Шаповалов С.И., Гарсиа О.Х. Влияние марганца и температуры патентирования проволочной заготовки на износостойкость проволоки// Изв.вуз. Черная металлургия.- 1992, J2.- С.93,94.

39. Шаповалов С.И., Семкин А.Т., Скрипниченко В.И. и др. Свойства низкоуглеродистой холодновысадочной проволоки в зависимости от режима термической обработки//Сталь.- 1973, JP9.- С.852-855.

40. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Эстрин D.C. и др. Оптимизация режима отжига проволоки для холодной высадки//Бюл.ин-та Черметинфор-мация.- 1973, М5,- С.43,44.

41. Шаповалов С.И., Скрипниченко В.И., Алимов В.И. и др. Влияние режима термообработки на механические свойства проволоки для -:.'' холодной высадки//Геория и практика метизного производства.- Магнитогорск: МГМИ, 1974.- С.69-73.

42. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Скрипниченко В.И. и др. Оценка пригодности стали к холодной высадке испытанием на осадку//Т5ш. ин-та Черметинформация.- 1974, >Я2.- С.49,60.

43. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Дроздов Н.И. и др. Влияние ускоренных режимов термической обработки на свойства холодновысадочной проволоки//Сталь.- 1975, №3.- С.257,258.

44. Шаповалов С.И., Алимов Б.И., пелепейко i:i.B. Влияние колебаний химического состава стали 10 на качество холодновысадочнс;; ироьолоки//Сталь.- 1973, «5.- С.467,408.

45. Шаповалов С.И., Алимов Б.И. Влияние диаметра на качество холодно дочкой проволоки из стали Ю/Д1етаЛлургическая и горнорудная промышленность.- I97u, ?,"2.- С.31-33.

46. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Дроздов А.И. и др. Влияние марганца На свойства патентированной углеродистой заготовки и проволоки из нее//Сталь.- 1975, №9.- С.839-841.

47. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Сенько В.Ф. Распад аустенита

в стальной углеродистой проволоке//Геория и практика метизного производства.- Свердловск: УПИ, 1976.- С.43-48.

>48. Шаповалов С.И., Сенько В.Ф., Алимов В.И. Вибрационный магнитометр для высокотемпературных исследований/заводская лаборатория— 1976, №3- С.297,258.

49. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Чернышев А.Д. и др. Улучшение качества патентированной заготовки и проволоки из нее путем перемешивания патентировочного расплава//Бюл.ин-та Черметинформация.-1974, № 14.- С.48-49.

50. Шаповалов С.И., Алимов В.И., Покровков Н.И. и др. Влияние перемешивания расплава при патентировании на механические свойства* катанки 'и арматурной проволоки//Металлургическая и горнорудная промышленность.- 1975, №3.- С.50-52.

. 51. A.c. 9II272. Ванна к приборам для изучения фазовых превращений в сплавах/С.И.Шаповалов, В.И.Алимов. Опубл. 07.03.82. Бюл.№9.

52. A.c. 253860. Способ патентирования стальной кат&нки с использованием тепла конца прокатки/С.И.Шапрвалов, В.И.Алимов. Опубл. 07.10.69. Бюл. »31.

53. A.c. 377335. Устройство для термомеханической обработки проволоки/С.И.Шаповалов. Опубл. 17.04.73. Бюл. №18.

54. A.c. 303048. Устройство для термомеханической обработки про-ката/С)И.Шаповалов. .Опубл.09«07.71. Бюл. »22.

55. A.c. 55I38I. Устройство для сорбитизации и ускоренного охлаждения катанки/С.И.Шаловалов. Опубл.25.03.77. Бюл. №11.

56. A.c. 629238. Устройство для сорбитизации и ускоренного охлаждения катанки/С.И.Шаповалов. Опубл. 25.10.78. Бюл. »39.

57. A.c. 1749249. Устройство для термообработки проката/С.И.За-повалов. Опубл. 24.07.92. Бюл. №27.

58. A.c. 639609. Форсунка для охлаждения движущегося проката/ С.И.Шаповалов. Опубл. 30.12.78. Бюл. №48

59. A.c. 291966. Отсекатель для сброса отработанного охладите-' ля/С.И.Шаповалов, С.М.Буйневич, Е.А.Демидович и др. Опубл.06.01.71. Бюл. №4.

60. A.c. 393321. Устройство для отсекания отработанного охладителя/С.И.Шаповалов, С.М.Буйневич, Е.А.Демидович и др. Опубл. 10.08.

| 73. Бюл. №33.

61. A.c. 500249. Отсекатель отработанного .охладителя/С.И.Шаповалов, С.М.Буйневи", Е.А.Демкдович и др. Опубл. 25.01.76. Еюл. Ш.

62. A.c. 255965. Способ ускоренного охлаждения мелкосортового проката/С.И.Шаповалов, В.А.Любимов, В.И.Шкворец. Опубл.04.II.69. Бил. №34.

А3. A.c. 218200. Устройство для термомеханическ^Л обработки проката/С.К.Шаповалов, Б.А.Любимов, Б.Н.Шкворец. 0публЛ7.05.68, Бюл. 1Я7. ■ 1 .

64. A.c. 1675357. Способ высокотемпературнойтермомеханическои обработки проката/С.И.Шаповалов, В.В.Олифиренко.'Опубл.07.09.91. Бюл. 531. \ ;

65. A.c. II52967. Способ обработки арматурной проволоки/С.И. Шаповалов, З.Н.Гриднев, К.В.Михайлов и др. Опубл.30.04.85.Бюл. №16.

66. A.c. 1638890. Устройство шя изготовлени: ртабилизирован-ной арматурной проволоки/С.И.Шаповалов, С.Ф.Коговайный, А.В.Прикме-та, Т.ИЛамедов.

67. A.c. 1354720. Устройство для электроконтактного нагрева протяжных изделий/С.И.Шаповалов, К.И.Покровкоь, А.В.Прикмета, В.А. Зубанов.

68. A.c. I569II2. Устройство для резки длинномерного материала/В.С.Гопелик, С.Fi.Шаповалов, А.В.Прикмета. Опубл. 07.06.90. Бюл. № 21.

69. A.c. I74927I. Агрегат для термообработки стальной пров^ло-ки/С.И.Шаповалов. Опубл.21.07.92. Бюл. У 27.. ■

70. A.c. 947709. Устройство для испытания материалов на износ/ С.'Л.Шаповалов (СССР), О.Х.Гарсиа (Куба). Опубл.30.07.82.Б0л. №28.

71. A.c. 6I5I42. Устройство для обработки прово^оки/С.Й.Шаповалов, В.И.Алимов. Опу'я.15.07.78. Бюл. Кб.

72. А.С.706456. Агрегат дл i патентирования проволоки/С.И.Шаповалов, В.И.Али? -в. Опубл.30.01.79. Бюл. JM8.

73. A.c. 799854. Сборная Еолока/С.И.Шаповалов, В.И.Алимов; И.Т.Воронин и др. Опубл.30.01.81..Бюл. №4.

74. A.n. 984548. Инструмент для волочения проволок.''/С.И. Ше.ло-валов, '5.Я.А.-шов. Опубл.30.12.82.. Бюл. JM8.

75. Ыапо^адов С.И., 1ньшин A.B. Об изменениях в структуре при дспекристаллизацианном с жиге и механикотермической обработке арматурной прополони//ь>п. в ин-те Черметинформация. 10.07.92, №5692.

. 73. Ша новалоп С.И. Исследование влияния легирования марганцем свойства стальной прополоки//Деп в ин-те Черметинформация 30.08.91. )!* 5793.

каповадов C.I. Роэроока нових, вконом!чних та вколог1чно чиотих технолоИчних nponeciß та обладнання для виробкицтла оталевого дрогу високо'х якост!. Наукова допов!дь.

Дисертацхя на эдобуття наукоаого отупеня доктора тэхн1ч~ них наук по стшцхалььастх 05.16.01 - Металознавство та тармхчна оброока мвтализ, ДонДТУ, 1995,.

Дисерта^я мЬтить в oo6i доол1дження терм1чнох обробки оталевого дроту. Установлено структуроутворення при патентовать оталевого мврганцэвиотого та. при м8ханхкг\терм1чнхй обвобцх оталевого вугленцввисого дроту. Роэроблэно парамотри тэрмхчнох обробки,"встановлвко оптймвлький ххм1чний оклад. Сконотруйовано технологично обладнання. Реалхзацхя цих роэробок пхдвищуе eKOHOMiMHicTb вирооництва, як!сть дроту та покрацуо еколог!чну. обстановку.

: Клпчоах олова: кинатнии дрхт.арматураий др1т, патентуван-ня, механ!котерм1чна' обробка, твхнолог!я, технологхчнв обладнання. j .

! Sergey I. Shapdvalov. The?development of the new economical

: and ecologically-clean technological processes and equipment for production of the High-quality s^eel wire. Scientific report.

Thesis for a jiegree of Doctor of Sciences (Engineering) in speciality 05.16.01. Metal Science and Heat Treatment o' Metal, DonSTU, Donetsk, 1995.

The thesis Jontains the results of investigation of the heat t -eatraent of stebl wire. The fjrmation ot the structure under patenting of thi manganese-containing steel vire and under mechanical heat treatment/of the carbon steel wire is set up. The parameters of heat-treatment and chemical composition of wire are developed. The technological equipment for these processes is designed. The realization o,f these developments raisei the efficiency of productio; and the quality of steel wire and improves the ecological state.