Неоднородность механических свойств арматурного проката в мотках по его длине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Неоднородность механических свойств арматурного проката в мотках по его длине

Аннотация

арматурный прокат термомеханический упрочненный

Исследованы причины снижения прочности переднего и заднего концов термомеханически упрочненного арматурного проката в мотках, производимого на проволочных станах. Теоретические расчеты подтверждены результатами экспериментов.

Термомеханически упрочненный арматурный прокат периодического профиля в мотках на комбинате “Криворожсталь” производят с 1990 года. Прокат диаметром 6 и 8 мм из полуспокойной стали с содержанием углерода не более 0.37 % и уровнем предела текучести не менее 400 Н/мм2 производят на непрерывном четырехниточном проволочном стане 250_3 (ПС 250_3). На сегодняшний день возникла потребность в освоении производства проката из стали с содержанием углерода не более 0.25 % и уровнем предела текучести не менее 500 Н/мм2. Настоящая работа посвящена исследованию неоднородности арматурного проката в мотках по его длине.

Для снижения уширения на переднем и заднем концах раската на ПС 250_3 используется система автоматического натяжения раската в чистовой группе клетей [1, стр. 124]. В результате работы этой системы скорость прокатки переднего и заднего концов раската в последней клети vmax выше, чем установившаяся скорость прокатки vуст. Если установившаяся скорость прокатки обеспечивается скоростью вращения главного привода nуст, а скорость прокатки переднего и заднего концов _ повышенной скоростью вращения nmax, то величину разгона переднего и заднего концов можно охарактеризовать параметром з:

. (1)

Термомеханическое упрочнение проката производят в прямоточных устройствах проводкового типа путем охлаждения с температуры конца прокатки tєкп = 1140 ч 1190 єC до температуры самоотпуска tєсо = 620 ч 660 єC. Температура охлаждающей воды составляет tєв = 20 ч 40 єC. Для анализа процесса воспользуемся методикой расчета, основанной на предположении об обеспечении частного случая краевых условий первого рода [2, 3, стр. 62]. В этом случае температура поверхности раската tєп на протяжении всего ускоренного охлаждения можно принять равной температуре охлаждающей воды (tєп = tєв). Относительная температура конца ускоренного охлаждения Иср составит [4]

. (2)

Подставив средние значения исходных интервалов получим . Число Фурье, обеспечивающее такую относительную температуру для неограниченного цилиндра равно [4, стр. 128] Fo(Иср=0.54) = 0.0520.

Если рассматривать отдельно температуру самоотпуска при установившейся прокатке tєуст, температуру переднего и заднего концов раската tєmax и неоднородность температур Дtє = tєmax _ tєуст и, соответственно Иуст, Иmax и ДИ, можно получить

(3)

С другой стороны, для функции Иср(Fo) справедливо

, (4)

где ДFo _ изменение числа Фурье, обусловленное разгоном концов.

По зависимости Иср(Fo), приведенной в [4, стр. 128] для неограниченного цилиндра и значений средней по сечению раската относительной температуры в диапазоне 0.53 ч 0.55 находим

= -3.85,

.

Объединив (3) и (4), можно получить

.

Или, для рассматриваемого случая

. (5)

Для неограниченного цилиндра имеем , где a _ коэффициент температуропроводности, ф _ время охлаждения, R _ радиус цилиндра. Если учесть, что время охлаждения проката при установившейся прокатке составляет фуст, а на концах _ фmin, то опуская часть преобразований получим:

где LЗАО _ длина зоны активного охлаждения.

Из (1) имеем

.

Тогда .

Если учесть, что для рассматриваемого случая Foуст = 0.052, то получим

Поскольку , имеем . Окончательно для случаев з<0.20 имеем

. (6)

В работе [5] предлагается считать, что в рассматриваемом интервале температур для низкоуглеродистых сталей изменение температуры самоотпуска на 1 єC приводит изменению прочностных свойств проката (предела текучести и временного сопротивления) на 1 Н/мм2. Проведенные на ПС 250_3 исследования дают несколько другую цифру _ 1.3 ч 1.5 Н/мм2. Поскольку своим исследованиям авторы доверяют больше, примем изменение прочностных свойств на 1 єC температуры самоотпуска равным 1.5 Н/мм2. Перейдем в определении величины разгона в проценты. Окончательно из (1) и (6) получим

(7)

Отметим один существенный момент. При выводе (7) мы исключили из взаимосвязей такие показатели, как скорость прокатки, длину зоны и продолжительность активного охлаждения, размеры и теплофизические свойства проката. Использованная температура конца прокатки является типичной для проволочных станов, а для мелкосортных она на 50 ч 100 єC ниже, но существенных изменений в расчеты это не внесет. Температура самоотпуска в 620 ч 660 єC также является типичной для получения арматурного проката класса А400С из стали близкой к Ст5пс. Поэтому рассматриваемую формулу можно расширить на все случаи термомеханического упрочнения арматурного проката с уровнем прочности не менее 400 Н/мм2: снижение (увеличение) скорости прокатки на 1 % приводит к увеличению (снижению) прочности термомеханически упрочненного арматурного проката класса А400С примерно на 3.5 Н/мм2.

При производстве арматурного проката диаметром 6 мм класса А400С из стали марки Ст5пс от переднего и заднего концов мотка через каждые 2 витка отобрали пробы для механических испытаний на растяжение. Определяли предел текучести ут, временное сопротивление ув, пятикратное д5 и равномерное др относительное удлинение. Изменение временного сопротивления на концах мотка показано на рис. 1. Как видно из рисунка, снижение прочностных свойств проката на заднем конце значительно выше, чем на переднем. Временное сопротивление задних витков на 75 ч 100 Н/мм2, передних _ на 25 ч 50 Н/мм2 ниже, чем прочность основного проката. Аналогичные изменения наблюдали для предела текучести проката. Пятикратное относительное удлинение на задних концах было на 2 ч 5 % (абс.), а равномерное _ на 1 ч 3 % (абс.) выше, чем на основном участке. Величина разгона при производстве исследованного мотка составляла 15 ч 17 %. Согласно (7) недоупрочнение заднего конца должно составить 50 ч 60 Н/мм2. Заметное расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями можно объяснить тем, что исследованный моток скорее можно классифицировать как прокат класса А600С, чем А400С. Желающие могут повторить вывод (7) для арматурного проката класса А600С. Практически все данные имеются в настоящей работе. Добавим, что наши расчеты для А600С с использованием изложенной в [6] методики привели к недоупрочнению в 70 ч 80 Н/м2. В этом случае теоретический и экспериментальный интервалы перекрываются.

Рис. 1. Неоднородность прочностных свойств арматурного проката класса А400С диаметром 6 мм по длине мотка

Выводы

1. Снижение (увеличение) скорости прокатки на 1 % приводит к увеличению (снижению) прочности термомеханически упрочненного арматурного проката класса А400С примерно на 3.5 Н/мм2.

2. Используемая на некоторых проволочных станах система разгона чистовой группы клетей, применяемая для повышения точности прокатки приводит к снижению прочностных свойств проката. При разработке технологии производства термомеханически упрочненного арматурного проката величину разгона заднего конца раската следует нормировать.

Литература

1. Грудев А.П. Теория прокатки. Изд. 2-е, перераб. и доп. _ М.: Интермет Инжиниринг, 2001. _ 280 с.

2. Расчет длины устройств для охлаждения проката сплошным потоком воды. Худик В.Т., Черненко В.Т., Сиухин А.Ф., Литовченко Ю.К. _ Металлургия и коксохимия, вып. 36. Киев: Технiка, 1973, с. 68_72.

3. Высокопрочная арматурная сталь. Кугушин А.А., Узлов И.Г., Калмыков В.В. и др. _ М.: Металлургия, 1986. _ 272 с.

4. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1967. 600 с.

5. Исследование влияния температуры конца прокатки и температуры поверхности раската в период охлаждения на свойства / В.Т.Худик, В.Т.Черненко, В.А.Шеремет и др. // Теория и практика металлургии. _ 2001. _ № 2. _ С. 41 _ 42.

6. Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении / А.В.Кекух, И.А.Гунькин, Н.П.Жильцов // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 22, Часть II. _ Днепропетровск: ПГСиА, 2003. _ с. 114-117.

Опубликовано

Неоднородность механических свойств арматурного проката в мотках по его длине / И.А.Гунькин, И.И.Журавлев, Г.В.Левченко, И.И.Дубровина // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 26, ч. 1. _ Дн-вск: РИА "Днепр-VAL", 2004. - С. 250 _ 254.

Размещено на Allbest.ru