CS195223B1 - Způsob stacionárního žíhání na měkko ocelových pásů ve svitcích a podobných polotovarů - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu stacionárního, žíhání na měkko ocelových pásů ve svitcích a podobných polotovarů z ocelí s obsahem uhlíku 0,25 až 0,90 % hmotnostních.

Uhlíkové a legované oceli, obsahující 0,25 až 0,90 % hmotnostních uhlíku, mají v nežíhaném stavu lamelárně perlitíckou strukturu s případným podílem strukturně volného feritu. Množství lamelárního perlitu ve struktuře stoupá s rostoucím obsahem uhlíku a zpravidla dalších legujících prvků v oceli a rovněž se stoupající ochlazovací ocelí z oblasti teplot, ležících nad jejich kritickým bodem přeměny Ac^.

Vyšší ochlazovací rychlost navíc zjemňuje disperzi strukturních složek perlítu, jimiž jsou ferit a lamelární karbidy. Stoupající podíl lamelárního perlítu ve struktuře uvedených ocelí a jeho větší disperze způsobují zvýšení jejich tvrdosti, křehkosti, zhoršení tvárnosti a obrobitelnosti za studená. Tato lamelárně perlitická struktura není rovněž vhodná pro kalení, nebot po austenitizačníra ohřevu před kalením se nerozpustí všechny karbidy v austenitu a jejich zbytkový podíl ve struktuře má nepříznivý lamelární tvar, zhoršující pevnost, pružnost, houževnatost a únavové vlastnosti zuŠlechtěných ocelí. Proto se většinou oceli s vyšším obsahem uhlíku před tvářením a obráběním za studená nebo před zušlechťováním kalením a popouštěním žíhají na měkko, aby se zajistila sferoidizace lamelárních karbidů do příznivého globulárního tvaru, změkčila ocel a dosáhlo se její nejvhodnější struktury pro další zpracování. Dobré vyžíhání ocelí s vyšším obsahem uhlíku a legovaných ocelí na měkko vyžaduje mnohahodinové výdrže při teplotách.v blízkosti kritického bodu přeměny žíhané oceli Ac^. Nejnižší žíhací teplota, potřebná pro účinný proces sferoidizace karbidů při žíhání ocelí s vyšším obsahem uhlíku na měkko je 650 °C, zvláště není-li ocel před žíháním nejdříve značně deformována za studená. Difuzní sferoidiza-^; ční proces karbidů pří žíhání na měkko zpomalují některé z používaných legujících přísad v ocelích, jako nikl, křemík, wolfram, mangan a zvláště chrom. Pro úspěšné žíhání uhlíkových a legovaných ocelí s obsahem uhlíku v rozmezí 0,25 až 0,90 % hmotnostních se doporučuje velmi úzká oblast nejvhodnějších žíhacích teplot, zasahujících těsně pod a nad jejich kritickou teplotu Ac^. Při žíhání nad teplotou Acj musí být oceli s vyšším obsahem uhlíku z žíhací teploty pomalu ochlazovány nejméně do teploty Ar. rychlostí kolem 10 až 20 °C/h, coz prodlužuje dobu žíhání. Bylo však zjištěno, že při dlouhodobém žíhání oceli, obsahující v množství podle.hmotnosti. uhlík 0,25 až 0,90 X, křemík 0,02 až 2,0 X a mangan 0,1.0 až 2,0 Z a dále jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci až do celkového obsahu 8 % hmotnostních legující prvky, jimiž jsou v množství podle hmot nosti chrom 0,02 až 5,0 X, nikl 0,02 až 3,0 X, molybden 0,02 až 1,0 X, vanad 0,02 až 0,30 X a wolfram 0,02 až 2,0 X, zbytek železo a běžné nečistoty, a to po dobu několika hodin při teplotách nad Ac-j nebo překročí-li dlouhodobě teplota žíhané vsázky v průběhu ohřevu teplotu Ac-j , dochází k výskytu lamelárního perlitu ve struktuře na měkko žíhané oceli. Děje se tak v důsledku překrystalizace feritu na austenit pří ohřevu oceli nad teplotu Ac^, kdy se v austenitu poměrně velmi rychle rozpouštějí nesferoidizované karbidy., zvláště obsahuje-li žíhaná ocel jen velmi málo silně karbidotvorných prvků, jako chrómu, vanadu, molybdenu nebo wolframu ,a kdy vzniká z tohoto uhlíkem bohatého austenitu v oblasti mezí teplotami kritických přeměn Ar^ až Ar^, nejčastěji při následujícím ochlazování.vsázky po žíhání, lamelární perlit. Rozpouštění karbidů v austenitu pří žíhání nad teplotou Ac-( probíhá zvlgšt rychle u nelegovaných uhlíkových ocelí s obsahem uhlíku na dolní hranici vymezeného rozmezí. Podíl feritu, transformovaného na austenit při žíhání uvedených ocelí s vyšším obsahem uhlíku nad teplotou Ac^, závisí jia chemickém složení oceli a také na teplotě a době překročení teploty Ac-j a je tím vyšší, čím je vyšší žíhací teplota a doba nad Acj a čím má ocel vyšší obsah uhlíku, způsobujícího zmenšení rozmezí mezi teplotami Ac^ a Ac3. Dojde-li při dlouhodobém žíhání uvedených ocelí nad teplotou Ac^ jen k částečné přeměně feritu na austenit, vzniká u vyžíhané oceli nehomogenní smíšená struktura sferoidízovaného á nesferoidízovaného nebo jen částečně sferoidízovaného, hrubě lamelárního perlitu se zbytky nesferoidizovaných lamel karbidů, s globulárnímí karbidy a s feritíckým zrnem nestejnoměrné velikosti. Stupeň sferoidizace perlitu, vznikajícího z překrystalizovaného austenitu, závisí na chemickém složení žíhané oceli, které ovlivňuje teploty přeměn Ατβ a Arj austenitu na ferit při následujícím ochlazení žíhané vsázky. Například u ocelí s vyšším obsahem uhlíku, legovaných manganem a niklem, mohou se snížit uvedené .kritické teploty přeměn Ar^ a Ari vlivem těchto přísad až pod teplotu 650 ^ÓC, takže vznikající lamelární perlit z překrystalizovaného austenitu zůstává ve struktuře na měkko žíhané oceli téměř 2cela nesferoídizován. Naopak u nelegovaných ocelí jsou uvedené kritické teploty Ar~ a Ar. podstatně vyšší, přibližně mezi 740 až 660 °C, v závislosti na obsahu uhlíku, takže vznikající hrubě lamelární perlit z překrystalizovaného austenitu může částečně sferoidizovat buň v době setrvání přehřáté vsázky při žíhací teplotě, nebo v průběhu jejího následujícího ochlazování. V každém případě má takto na měkko vyžíhaná ocel s vyšším obsahem uhlíku výše uvedeného chemického složení zhoršenou plastíčnost a tvárnost za studená, například způsobilost k válcování, ohýbání, lisování a kalení a zhoršené celkové mechanické vlastnosti v zušlechtěném stavu. U těchto ocelí se zvyšuje citlivost ke vzniku trhlin při tváření za studená, oceli snášejí podstatně menší celkové deformace při tváření za studená a klesá výtěžek a.stoupají zpracovací náklady při jejich výrobě. V kaleném a popouštěném stavu zhoršuje se pevnost, pružnost, houževnatost, tvárnost a odolnost proti lomu takto nepříznivě na měkko žíhaných ocelí. Zvýšené zpracovací náklady při tváření za studená jsou způsobeny vyšším přetvářným odporem nevhodně vyžíhaných ocelí, nutností opakovat jednou nebo vícekrát změkčující žíhání, jakož i snížením rozměrové přesností za studená tvářených- výrobků.

Tyto nedostatky odstraňuje způsob stacionárního žíhání na měkko ocelových pásů ve svitcích a podobných polotovarů podle vynálezu, které mají chemické složení v množství podle hmotnosti uhlík 0,25 až 0,90 %, křemík 0,02 až 2,0 %, mangan 0,10 až

2,0 % a dále jednotlivě nebo ve vzájemné kombinací až do celkového obsahu 8 % hmotnostních legující prvky, jimiž jsou v množství podle hmotnosti chrom 0,02 až 5,0 %, nikl 0,02 až 3,0 %, molybden 0,02 až 1,0 %, vanad 0,02 až 0,30 % a wolfram 0,02 až 2,0 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Podstatou vynálezu je, že se při obsahu legujících prvků do 0,50 % hmotnostních žíhají na měkko nejvýše při kritické teplotě Ac^ a při obsahu . leguj í cích prvků 0,51 až 8,0 % hmotnostních se žíhají na měkko při teplotě ležící maximálně 5 až 50 °C nad kritickou teplotou Ac^ po dobu nejvýše 20 hodin, přičemž spodní hranice žíhací teploty je 650 °C'a minimální doba žíhání 5 hod.

Předností způsobu stacionárního žíhání na měkko ocelových pásů ve svitcích a podobných polotovarů je, že ocelové pásy ve svítcích a podobné polotovary z ocelí s vyšším obsahem uhlíku a přísadou manganu a křemíku, u nichž přísady ostatních legujících prvků nepřesahují množství 0,50 % hmotnostních, se žíhají jen pod teplotou, nejvýše pří teplotě Ac^, což nevyžaduje řízené pomalé ochlazování na měkko žíhané vsázky až do teploty ACj, zkracuje se postup žíhání a zvyšuje výkon zíhacích pecí.

K bližšímu osvětlení podstaty vynálezu se dále uvádějí dva příklady provedení:

P ř í k 1 a d. 1 .

Pro výrobu za studená ohýbaných součástí tlouštky 2 mm kolem poloměru ohybu 2 mm o uhel 90°, určených k následujícímu zušlechťování kalením a popouštěním, byla použita za studená válcovaná pásová ocel tlouštky ‘2 mm v na měkko žíhaném stavu o chemickém složení v množství podle hmotnosti uhlík 0,75 %, mangan 0,25 %, křemík 0,05 X, fosfor 0,012 Z, síra 0,008%, chrom 0,15 X, va·* nad 0,06 X, zbytek železo a obvyklé příměsi.' K výrobě za studená válcovaných pásů uvedené tlouštky byly použity vymořené, za tepla vyválcované pásy tlouštky 3 mm s lamelárně perlitíckou strukturou, které byly nejdříve převálcovány postupně za studená s celkovým úběrem tlouštky 33 % na konečnou tlouštku 2 mm a potom žíhány na měkko. Žíhaná ocel měla tyto kritické teploty přeměn: Ac. = 727 °C, AC3 746 °C,

Ar^ - 695 °C a Ar^ = 657 °C. Pro stacionární žíhání pásové oceli ve svitcích na měkko v poklopových žíhacích pecích bylo stanoveno rozmezí žíhacích teplot 700 až 720 °C, doba výdrže vsázky při těchto teplotách 15 hodin a předepsáno pomalé řízené ochlazování vyžíhané vsázky v žíhací peci až do teploty 650 °C rychlostí 10 °C/h. V průběhu ohřevu vsázky na uvedené žíhací teploty došlo asi u jedné pětiny objemu vnější části žíhaných svitků k přehřátí oceli po dobu 3 hodin až na teplotu 750 °C vůči měřené teplotě uvnitř pece, která činila 710 °C. Pří této měřené žíhací teplotě v peci bylo ztlumeno vytápění pece a vsázka se v celém objemu začala postupně vyrovnávat na předepsané žíhací teploty.

V místech vsázky, v níž došlo k překročení teploty Acj žíhané oceli, vykázala vyžíhaná pásová ocel smíšenou nehomogenní mikrostrukturu z dokonale sferoidízovaného a částečně sferoidízovaného, hrubě lamelárního perlitu s nerovnoměrnou velikostí feritických zrn, zatímco struktura vyžíhané vsázky ze zbývající části svitků, kde teplota při žíhání nepřesáhla ani ve'fázi ohřevu teplotu Ac^ = 727 °C, byla stejnorodá a sestávala z rovnoměrných feritických zrn a globulárních částic karbidů stejnoměrné velikosti. Přestože tvrdost vyžíhaných pásů z vnější části svitků s nehomogenní strukturou byla poměrně nízká a činila 175 H_B, nesnesla tato ocel předepsaný ohyb za studená ó úhel 90 °C a již při ohybu .o uhel 45° vznikaly na nejvíce deformované straně ohybové zkoušky trhliny. Tato část žíháním znehodnocené vsázky musela být se značnou ekonomickou ztrátou zmetkována. Vyžíhaná pásová ocel ze zbývající části svitků, žíhaných jen pod teplotou Ac^ s homogenní strukturou 100 % objemových sferoidizovaného perlitu, měla tvrdost 150 Hg a zcela vyhověla předepsa- . ným ohybům o úhel 90 °.

Uvedené obtíže byly v souladu s vynálezem odstraněny u ocelových pásů shodného chemického složení jednak zmenšením rozmezí žíhacích teplot na 680 až 700 °C, úpravou rychlostí ohřevu vsázky a přímou kontrolou vnějších částí žíhaných svitků dotykovými termočlánky, kde byla stanovena nejvyšší možná naměřená hodnota 720 C, čímž se dosáhlo homogenní struktury 100 % objemových sferoidizovaného perlitu v celém objemu žíhané vsázky i při odstranění řízeného pomalého ochlazován-ý. vsázky až pod teplotu Ar^. Tvrdost žíhaných pásů se pohybovala kolem hodnoty 155 H_B a pásy vyhověly při ohybových zkouškách za studená předepsané velikosti ohybů, přičemž se současně zvýšil o 20 % výtěžek u vyráběné za studená válcované a na měkko žíhané pásové oceli.

Příklad2

Aby se dosáhlo změkčení struktury a zlepšila se technologická tvařitelnost za studená, byla za tepla vyválcovaná legovaná pásová ocel tloušťky 2,5 mm s výchozí strukturou lamelárního perlitu o tvrdosti 300 Hy a o chemickém složení v množství pódle hmotnosti uhlík 0,73 %, mangan 0,43 %, křemík 0,30 %, fosfor 0,012 %, síra 0,012 %, nikl 2,0 %, chrom 0,32 %, zbytek.železo a obvyklé příměsi, po vymoření a před válcováním za studená vyžíhána na měkko. Pro žíhání na měkko svitků této pásové oceli v hrncových pecích bylo stanoveno rozmezí žíhacích teplot na 700 až 725 °C, doba výdrže vsázky při těchto teplotách 10 hodin a následující řízené pomalé ochlazování vsázky v žíhací peci rychlostí 15 °C/h až do teploty 600 °C. Ohřev vsázky na předepsanou žíhací teplotu byl uskutečněn ztlumením při vytápění pece až po dosažení teploty 775 °C ve vnitřním prostoru sloupce vsázky a potom se .teplota vsázky postupně vyrovnávala až na rozmezí stanovených žíhacích teplot. Zjištěné kritické body přeměn žíhané oceli byly následující: Ac. = 695 °C, Ac₃ = 725 °C, Ar! = 615 °C a Ar₃ = 580 OC.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT V

   Způsob stacionárního žíhaní na měkko ocelových pásů ve svitcích a podobných polotovarů, o chemickém složení v množství podle hmotnosti uhlík 0,25 až 0,90 %, křemík 0,02 až 2,0 %, mangan 0,10 až 2,0 % a dále jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci až do celkového obsahu 8 % hmotnostních legující prvky, jimiž jsou chrom 0,02.až 5,0 X, nikl 0,02 až 3 ,’O X, molybden 0,02 až 1,0 X, vanad 0,i02 až 0,30 % a wolfram 0,02 až 2,0, X, zbytek železo a obvyklé příV důsledku tohoto postupu při ohřevu až na teplotu 775 °C, což je o 80 °C nad kritickou teplotu Ac^,.vznikla ve struktuře vyžíhané pásové ocelí z vnějších Částí svitků smíšená struktura zcela sferoidizovaného a téměř nesferoidizovaného perlitu s nerovnoměrnou velikostí feritických zrn s výslednou tvrdostí 230 H_v. Pásy z této Části při žíhání přehřátých svitků 80 °C nad teplotou Ac·, po dobu více než 2 hodin mely při následujícím válcování za studená velmi Špatnou technologickou tvařitelnost za studená, praskaly při ohybu pásu upínáním do bubnu navíječky válcovací stolice á snesly jen celkovou deformaci tlouštky 30 X.

   Při vetší celkové deformaci za studená již praskaly na hranách. Tvařitelnost pásů za studená se příliš nezlepšila ani opakovaným. žíháním pásů na měkko v těsné blízkosti teploty kritického bodu přeměny Acj oceli. Tato přehřátá část žíhaných svitků musela být zmetkována v množství asi 20 % objemu žíhané vsázky. Uvedené potíže byly u těchto ocelových pásů v souladu s podstatou vynálezu odstraněny postupem žíhání svitků v rozmezí žíhacích teplot 700 až 720 °C, tedy 5 až 25 °C nad teplotou Ac^ po dobu 10 hodin s následujícím řízeným pomalým ochlazováním vyžíhané vsázky v žíhací .peci až do teploty 550 °C rychlostí 15 °C/h, přičemž v průběhu ohřevu vsázky na stanovené žíhací teploty nepřesáhla teplota v žádném místě vsázky hodnotu 740 °C po dobu více než 5 hodin, který leží 45 °C nad teplotou Acj žíhané oceli. Vyžíhaná pásová ocel měla v celém objemu žíhané vsázky . stejňorodou strukturu dokonale sferoidizovaného perlitu, výslednou tvrdost 220 H_v a při následujícím válcování za studená snesla celkovou deformaci tlouštky až 75 %, aniž by na jejích hranách došlo k jakémukoliv výskytu trhlin. Rovněž při upínání žíhané pásové oceli do navíječek válcovací stolice nedocházelo k lomům pásu. Tímto opatřením se zvýšil výtěžek při výrobě této pásové oceli o 20 X, snížily se výrobní náklady, zmenšily se velikosti odchylek v tloušťce válcovaných pásů a pásová ocel vykázala po následujícím zušlechťování kalením a popouštěním zlepšené celkové mechanické a technologické vlastnosti, jako vyšší houževnatost, pružnost, řeznost, dělitelnost a odolnost proti dynamickému namáhání.

   Způsob stacionárního žíhání na měkko ocelových pásů ve svitcích podle vynálezu lze rovněž uplatnit při zpracování jiných tvářených polotovarů z uvedených ocelí.

   Y N-Á L E Z U měsi, vyznačený tím, že se při obsahu legujících prvků do 0,50 % hmotnostních žíhají na měkko nejvýše při kritické teplotě Aci a při obsahu legujících prvků 0,51 až 8,0 % hmotnostních se žíhají na měkko při teplotě ležící maximálně 5 až 50 °C nad kritickou teplotou Ac^ po dobu nejvýše 20 hodin, přičemž spodní hranice žíhací teploty je 650 °G a minimální doba žíhání 5 hodin.