1.3.1 Технология термической обработки сортового проката

Сортамент сортового проката включает простые и фасонные профили общего и отраслевого назначения и является массовым видом продукции (более 50% всего объема проката). К простым профилям относятся профили общего назначения, сечение которых имеет простую форму: круг, квадрат, шестигранник, прямоугольник. Они служат заготовками для изготовления изделий в машиностроении. Фасонные изделия – это прокат общего назначения с поперечным сечением в виде: уголка равнои неравностореннего, швеллера, двутавра и т.д. К фасонным профилям отраслевого назначения относится строительная арматура, шахтная крепь, буровые штанги.

Сортовой прокат общего назначения производят диаметром или стороной квадрата от 5 до 250 мм в прутках длиной 1,5 до 12 м, или а бунтах (катанка) различной массы. Он изготавливается из углеродистых и легированных конструкционных сталей, инструментальных углеродистых и легированных сталей, коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и других сталей специального назначения.

Сортовой прокат получают горячей прокаткой с нагревом 1 150-700 °С. то есть значительно выше температур критических точек сталей. Это вызывает перегрев заготовок, что ведет к образованию в их структуре грубых выделений избыточных фаз и крупнопластинчатого перлита или сорбита с трооститом. В большинстве случаев целью термической обработки сортового проката является понижение твердости до величины НВ 230-260, чтобы обеспечить последующую обработку резанием или давлением или подготовить структуру к дальнейшей термической обработке, а также для уменьшения внутренних напряжений.

Основными видами термической обработки сортового проката является отжиг и высокий отпуск, хотя возможно применение и других видов термообработки, что связано с назначением проката и требованиями к нему. В зависимости от требований нормативной документации к прокату могут регламентироваться следующие параметры: механические свойства, глубина обеуглероживания, величина зерна, микроструктура, макроструктура, прокаливаемость.

Прокат из конструкционных углеродистых сталей с содержанием до 0,3% С и низколегированных (15Х, 20Х и др.), после охлаждения на воздухе с температуры окончания прокатки имеет невысокую твердость и применяется без смягчающей термической обработки. Высоколегированные конструкционные стали бейнитного и мартенситного класса (Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, CrNi-W) при охлаждении после прокатки подкаливаются из-за повышенной устойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области и имеют твердость до НВ 500 и выше.

Снижение твердости таких сталей достигается высоким отпуском при температурах 660-700 °С с выдержкой 0,45-0,75 ч на 1 т садки. Такая же термическая обработка используется и для конструкционных углеродистых сталей при содержании в них углерода выше 0,3 %. Структура сталей перлитного класса после высокого отпуска представляет собой феррит и смесь пластинчатого перлита с зернистым, а для сталей бейнитного и мартенситного класса – сорбит, при этом твердость находится в пределах НВ 187-229.

При необходимости перекристаллизации структуры, полученной после прокатки (грубый перлит, строчечность, видманштетт), проводят или неполный отжиг при 750-770 °С с выдержкой 1 ч, охлаждение со скоростью 30-60 °С/ч до 600 °С, далее на воздухе, или изотермический отжиг с нагревом выше температуры точки Ас3, охлаждение до 660-680 °С, выдержка 4-6 ч, и далее на воздухе. Иногда для получения требуемых свойств проводят нормализацию с высоким отпуском или без него или улучшение (закалка + высокий отпуск). Эти операции термической обработки чаще всего выполняются в садочных камерных печах с выдвижным подом.

Рессорно-пружинные стали после горячей прокатки имеют ферритоперлитную структуру и твердость НВ 285-321,что превышает требования ГОСТ 14959-79 (НВ 229-285). Данные стали склонны к обезулероживанию и графитизации, поэтому не рекомендуется применять высокотемпературные нагревы. Оптимальными режимами смягчающей термической обработки для этих сталей является высокий отпуск или неполный отжиг. Температуры обработки выбираются в зависимости от марки стали и находятся в интервале 700-760 °С время выдержки при отпуске 4-5 ч, при отжиге 1 ч.

Углеродистые инструментальные стали (У7-У13) после прокатки имеют структуру пластинчатого перлита различной степени дисперсности в зависимости от поперечного сечения заготовки и повышенную твердость до НВ 340. Понижение твердости и улучшение обрабатываемости этих сталей достигается за счет получения зернистого перлита. Для этого данные стали подвергают отжигу с нагревом ваше температуры точки Ас1 на 10-20 °С с применением последующего регламентированного охлаждения со скоростью 20-50 °С/ч до 600 °С и затем на воздухе. Выдержка при температуре отжига определяется из расчета 0,45 -1,05 ч/т. Твердость проката после отжига с соблюдением оптимальных параметров находится в интервале НВ 187-217.

Одним из дефектов инструментальных сталей после прокатки является цементитная сетка по границам бывших аустенитных зерен. Причиной ее образования является высокая температура окончания прокатки (900-950 °С) с охлаждением на воздухе. Для устранения этого дефекта необходимо выполнять одно из перечисленных мероприятий:

1. Поддерживать температуру окончания прокатки в интервале 800750 °С;

2. Использовать ускоренное охлаждение водой или водо-воздушной смесью с температуры конца прокатки.

Провести отжиг-нормализацию с нагревом выше точки Асm с последующим ускоренным охлаждением потоком воздуха от вентиляторов. Недостатками этого способа являются повышенный рост зерна и обезуглероживание.

Инструментальные легированные стали после охлаждения на воздухе с температуру конца прокатки имеют структуру мартенсита, троостита и сорбита. Такие структуры затрудняют или полностью исключают возможность механической обработки резанием. Это связано с высокой твердостью сталей после охлаждения НВ 255-653. Микроструктура сортового проката инструментальных легированных сталей согласно ГОСТ 5950-73 после отжига не должна иметь карбидной сетки, а твердость должна находиться в пределах НВ 197-260.

Основными легирующими элементами в этих сталях являются карбидообразующие: Cr, W, V, Mo, которые замедляют переход α→ γ и повышают критические точки при нагреве. Поэтому отжиг этих сталей проводят при более высоких температурах, чем инструментальных углеродистых. Например, быстрорежущие стали Р9, Р6М5 нагревают при отжиге до 860 °С, скорость охлаждения до температур 650-700 °С равна 25-30 °С/ч. Кроме того, для быстрорежущих сталей рекомендуется использовать изотермический отжиг. После нагрева на 860 °С проводят изотермическую выдержку при температуре 760-780 °С для распада аустенита и коагуляции карбидов. Иногда используется изотермическая выдержка с температуры конца горячей прокатки. Применение различных видов отжига инструментальных легированных сталей обеспечивает в них получение структур зернистого перлита или сорбита с обеспечением требуемого уровня свойств согласно нормативной документации.

Коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и теплоустойчивые стали, имеющие мартенситную, ферритомартенситную и перлитную структуру, подвергают отжигу чаще всего отжиг проводят при температуре Ас1+(40-60 °С) с медленным охлаждением 25-40 °С /ч до температуры 650700 °С. Стали аустенитного класса для снижения твердости подвергают высокотемпературной закалке с охлаждением в воде или на воздухе. Стали ферритного класса проходят высокий отпуск с быстрым охлаждением с целью повышения пластичности и вязкости.