Термическая обработка фасонных профилей проката
Мы будем рассматривать только группу строительных фасонных профилей — уголки, швеллеры, балки тавровые и двутавровые и др. Подавляющее большинство таких профилей поставляется заказчику в “сыром” виде. Замена обычных горячекатаных профилей на термообработанные позволяет экономить в строительных конструкциях до 20 % металла.
К настоящему времени разработано несколько технологических процессов термического упрочнения фасонных профилей. Они отличаются в основном способами их охлаждения после прокатки. Распространены такие виды охлаждения: форсуночное, спрейерное, в турбулентном потоке воды и в закалочном баке. Чаще всего применяют спрейерные установки, распыляющие водо-воздушную смесь, и системы с турбулентными потоками воды в трубах.
Спрейерные установки интересны тем, что позволяют в процессе термообработки частично выправлять сложные фасонные профили по кривизне. Например, на Коммунарском металлургическом заводе (Украина) на крупносортном стане 600 отработана технология спрейерного термического упрочнения швеллеров № 16—20 с регулируемым уровнем коробления в пределах 20— 90 мм на длине 6—7 м. Поскольку все фасонные профили после термоупрочнения подвергаются правке на правильных машинах, то более полного исправления кривизны на спрейере не добиваются. Закалка в спрейерной установке резко повышает прочностные и снижает пластические свойства металла. Низколегированные стали после закалки повышают предел текучести до 800—1000 МПа, низкоуглеродистые стали обыкновенного качества — до 700—1100 МПа при соответствующем снижении относительного удлинения до 8 = 5—10 %. Все стали при этом имеют структуру мартенсита. Для увеличения пластических свойств обычно после закалки профили подвергают отпуску при температурах от 450 до 650 °С в зависимости от марки стали и типа профиля. Как известно, закалка с таким отпуском называется термоулучшением металла, получается однородная структура глобулярного сорбита по всему сечению профиля. Так, улучшение швеллера № 20 из СтЗ гарантирует следующие свойства: от > 400 МПа, 8 = 18 %, ударная вязкость при —70 °С не менее 0,9 МДж/м2. Отпуск закаленной стали 09Г2 при температурах 500—550 °С обеспечивает предел текучести стт = 560—650 МПа при относительном удлинении не менее 8 = 17 % и ударной вязкости при температуре —70 °С не ниже 1,1—1,2 МДж/м2. При термоупрочнении снижается уровень критической температуры хрупкости до—70...—90 °С, а также повышается усталостная прочность стали, уменьшается чувствительность к концентраторам напряжений типа надрезов. Все это свидетельствует о высокой эффективности улучшения стали применительно к строительным фасонным профилям.
Спрейерные установки обладают лишь одним недостатком: из-за малых проходных отверстий спрейерные головки быстро засоряются и требуют постоянного ухода. Установки для термоупрочнения в турбулен тном водяном потоке лишены этого недостатка. Они наиболее просты по конструкции, занимают меньшую длину и позволяют проводить процесс охлаждения при закалке с большой интенсивностью. Достигаются равномерные по длине и для многих марок стали предельные механические характеристики. Работы ИЧМ, Днепропетровского металлургического института, а также опыт Нижне-Тагильского металлургического комбината доказывают высокую эффективность и надежность этого способа закалки. Например, для швеллера № 30 из СтЗкп достигается предельный уровень свойств: о,г = 990-1000 МПа, стц = 1100 МПа, 8 = 6—7 %, у = 17 %. После отпуска при 650 °С свойства становятся наиболее благоприятными для использования в строительных конструкциях: от = 420 МПа, ов = 570 МПа, 5 = 28 %, у = 73 %. При улучшении двутавровой балки № 55 из стали 09Г2Д получены свойства: от = 560 МПа, 8 = 23 %, у = 73 %. Такие свойства оптимальны в вагоностроении.
Исследования и опыт завода “Азовсталь” показывают, что оптимальный комплекс механических свойств после термоупрочнения может быть достигнут также за счет улучшения химического состава стали. Было показано, что на фасонных строительных профилях из сталей со следующим химическим составом: 0,15—0,20 % С, 1,0—1,6 % Мп, 0,4—0,7 % $> ' — можно ожидать такие механические свойства: ат = 1000-1200 МПа, 8 = 10—12 %, а+20 — 0,7—1,0 МДж/м2.
