Такие линии организуют для выполнения процессов, в которых нагрев при пластической деформации используется для непосредственной закалки или других термических операций.
На рис. 3.46 приведена схема линии для совмещения термообработки со штамповкой.
В состав линии входят: питатель 1, печь для нагрева под штамповку 2, пресс 3, закалочный бак 4, моечная машина 5, устройство для контроля 6 (его может и не быть) и отпускная печь 7. Поточная линия используется для заготовок, процессы обработки которых обеспечивают рациональное использование кузнечно-штамповочного и термического оборудования, а в обработанном состоянии детали соответствуют требованиям технических условий или технологической документации. Примерами таких деталей являются заготовки коленчатых валов, шатунов, балок и др.
На ряде металлургических заводов решены задачи встраивания термического участка в линию прокатки, сочетая в некоторых случаях прокатку с высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО). При сочетании прокатки с ВТМО необходимо: а) прокатку заканчивать при температуре, близкой к точке Ас3; б) до минимума сокращать период между завершением прокатки и началом закалки; в) закалку осуществлять с большой скоростью.
В линиях обработки прутков, полос и другого сортамента применяют охладители со спрейерными, струйными, душирующими устройствами, а также закалочные баки. Струйные и спрейерные устройства обеспечивают более интенсивное охлаждение. Их используют в виде секций, последовательно устанавливаемых в линию. Изделия цилиндрической формы охлаждаются преимущественно кольцевыми спрейерами; листы — группой форсунок или струйных охладителей, расположенных сверху и снизу листа (рис. 3.47). Лента роликами конвейера 1 подаётся в правильные устройства 2 и далее в охлаждающее устройство 3, где проходит через участок интенсивного охлаждения 1 и участок замедленного охлаждения 11.
Рис. 3.46. Схема линии, сочетающей термообработку со штамповкой
В каждой секции регулируются параметры охладителя: температура, давление, степень дисперсности капель и т.п. Кроме того, для форсунок (распылителей) предусматривается возможность изменения их положения в пространстве с целью осуществления дифференцированного охлаждения.
Термические участки, входящие в состав линий, располагают либо непосредственно у стана; либо недалеко от ножниц, на которых горячий прокат режут на заготовки.
Рис. 3.47. Схема охлаждающего устройства для закалки листового проката
Охлаждающие устройства могут размещаться на основном рольганге или на подвижном рольганге, расположенном параллельно основному. В первом случае проще компоновка участков и система транспортировки проката, однако, при этом осложняется ремонт и наладка как термического оборудования так и стана. При размещении охлаждающих устройств на подвижном рольганге изделия к ним передаются из стана либо по изогнутой траектории, либо с помощью поперечных транспортеров.
Термическое упрочнение движущихся со скоростью 12...17 м/с арматурных стержней осуществляют по схеме прерывистого охлаждения от температур конца прокатки 1080...1040ºС до температуры самоотпуска 300...600°С, устанавливаемой в соответствии с требуемым классом прочности. Охлаждение стержней проводят движущимся потоком воды, подаваемой под давлением в охлаждающие устройства. Избыточное давление повышает температуру кипения воды и препятствует образованию паровой рубашки. Одновременно поток воды обеспечивает перемещение (гидротранспортирование) стержней от чистовой клети к холодильнику. Перемещение стержней происходит благодаря усилию, возникающему в результате сцепления движущегося потока воды с поверхностью поперечных выступов профиля стержня.
Рис. 3.48. Схема устройства для охлаждения и гидротранспортирования арматуры
Устройство для охлаждения и гидротранспортирования стержней (рис. 3.48) состоит из приёмной воронки 1, корпуса форсунки 2 для подачи воды под избыточным статическим давлением, камеры охлаждения 4. Выходной конец приемной воронки образует сопло 5, ось которого параллельна направлению движения стержня.
Для термического упрочнения арматурных стержней применяют специальную установку, схема которой приведена на рис. 3.49. Раскат после выхода из чистовой клети стана 1, охлаждается в блоке предварительного охлаждения ІІ до 800...950°С. Предварительное охлаждение способствует частичной реализации эффекта ВТМО, благодаря фиксированию дефектов решетки в деформированном металле, образованию ячеистой дислокационной структуры и сдерживанию процессов рекристаллизации.
Рис. 3.49. Схема расположения установки для термического упрочнения
арматуры в потоке стана 250
Кроме того, предварительное охлаждение позволяет повысить стабильность свойств термически упрочненной арматурной стали. После предварительного охлаждения раскат режут на летучих ножницах ІІІ и с помощью переводных стрелок ІV направляют в блоки глубокого охлаждения, состоящие из прямоточных охлаждающих секций 1…10, ванных отсечных устройств V и противоточных воздушных форсунок VІ для снятия остатков влаги с поверхности упрочненных стержней. Уровень упрочнения стержневой арматурной стали на соответствующие классы прочности регулируют за счет изменения числа работающих секций установки.
На рис. 3.50 приведена схема двухрядной линии для ВТМО круглых профилей диаметром 10...15 мм.
Рис 3.50. Схема линии ВТМО круглых профилей
Сортамент, пройдя выходные клети стана 1, попадает в устройство предварительного охлаждения 2. Затем сортамент ножницами 3 режется на мерные заготовки и через направляющие 4 подается к секциям термоупрочнения 5, и далее к блокам глубокого охлаждения 6. Общая длина линии около 40 м, производительность — до 120 т/ч. Качество термомеханически упрочненных прутков контролируют с помощью неразрушающего электромагнитного метода. Контроль класса прочности стали проводят на электромагнитном дефектоскопе.
В Московском институте стали и сплавов под руководством М.Л. Бернштейна и В.А. Займовского совместно с работниками металлургического завода им. А.К. Серова разработана технология термомеханической обработки стали 55С2 для высокопрочного бурового инструмента по схеме ВТМизО с распадом горячедеформированного аустенита в перлитной области. Термомеханическую обработку проката для буровых штанг диаметром 25 мм осуществляли по схеме, приведенной на рис. 3.51.
Рис. 3.51. Схема установки для термомеханической обработки буровых штанг
После выхода из чистовой клети стана 1 движущийся со скоростью 4,5 м/с раскат от температуры конца прокатки 900...950°С охлаждается струями воды до 800...850ºС в блоке предварительного охлаждения 2, выполненным в виде открытого желоба; затем с помощью приводных роликов 3 раскат поступает на летучие ножницы 4 для порезки на штанги. После этого штанги, перемещаясь по рольгангу стана с установленным на нем блоком охлаждения из десяти спрейерных секций 5, охлаждаются водовоздушной смесью до 600...650ºС. Окончательное охлаждение штанг проводится на холодильнике стана.
Ускоренное охлаждение стали 55С2 обеспечивает получение по всему сечению штанги трооститной структуры с более высокими механическими свойствами по сравнению со свойствами стали в горячекатаном состоянии. Производственные испытания термомеханически упрочнённых буровых штанг показали, что их эксплуатационная стойкость возросла в 1,9..3,2 раза по сравнению со стойкостью штанг из горячекатаной стали серийного выпуска.