В 70 – 80 годы проводились эксперименты по упрочнению фасонного проката в промышленных условиях. Анализ механических свойств фасонных профилей в состоянии поставки показал, что уже в горячекатаном состоянии фасонный прокат завода «Азовсталь» находится в частично упрочненном состоянии. Можно было предполагать, что ускоренное охлаждение проката с прокатного нагрева даже с температур ниже 700°С в условиях стана 650 приведет к определенному упрочнению. Это объясняется тем, что будучи тонкостенными, данные профили уже в процессе прокатки интенсивно охлаждаются до низких температур, одновременно претерпевая значительную пластическую деформацию аустенита. Упрочнению содействует и усиленное охлаждение прокатных валков, а вместе с ними и горячего проката, водой; часть воды попадает на прокатываемые изделия и длительное время находится на них.

Получаемые в этих условиях результаты недостаточно устойчивы. Механические свойства стали после прокатки на стане 650 завода «Азовсталь» относительно высоки, но характеризуются значительным разбросом; они не могут быть строго гарантированы. В то же время дополнительное охлаждение изделий после прокатки (хотя к этому времени температура их может быть ниже критических точек) приводит не только к упрочнению, но и к получению устойчивых результатов по механическим свойствам. Для проверки этого положения были проведены опыты по упрочнению тонкостенного профиля (двутавровая балка № 16). Подвергавшиеся упрочнению заготовки из стали марки Ст.Зкп с 0,17% С отбирали от раскатов в районе пил горячей резки стана 650 и охлаждали в баке с водой от 580—700°С. Предел текучести после охлаждения балки на воздухе составлял 355 Мн/м² (36,2 кГ/мм²), после охлаждения в воде 372 Мн/м² (38 кГ/мм²) при относительном удлинении соответственно 23,3 и 20,4% (средние значения 16 опытов).

Таблица 1.3.1 - Механические свойства швеллера №8 из марки стали 3СП охлажденного со скоростью 150 °C/с

Как видно из этих данных, ускоренное охлаждение проката даже от сравнительно низкой температуры позволяет получить определенный прирост прочности. В связи с этим представлялось целесообразным проведение работы по выяснению уровня механических свойств, достигаемых в профилях различного сортамента после упрочнения их с прокатного нагрева непосредственно за чистовой клетью стана 650.

Эксперименты по термическому упрочнению крупных фасонных профилей с использованием тепла прокатного нагрева проводили на отводящем рольганге стана 650 завода «Азовсталь» с применением специального охлаждающего устройства (установка длиной 3 м). Расположение охлаждающего устройства на рольганге обеспечивало проведение термического упрочнения профилей через 10 - 15 сек после их выхода из чистовой клети стана. Избыточное давление пресной воды в коллекторе устройства при всех работающих форсунках не превышало 0,15 Мн/м² (1,5 атм).

Полосу после выхода из отделочной клети стана останавливали в тот момент, когда ее хвостовая часть находилась в зоне охлаждающего устройства. В устройство подавали воду, которая через систему форсунок охлаждала хвостовую часть раската.

После упрочнения часть полос каждого профиля проходила правку в ролико-правильной машине. Какой-либо разницы в механических характеристиках между правлеными и неправлеными полосами не наблюдалось.

Для определения температурного режима прокатки профилей различного сортамента с помощью оптического пирометра проводили измерения температуры на входе и выходе каждой клети. Приведены усредненные значения этих температур. Температуры измеряли в разных сменах, не менее пяти раз в каждом случае. Полученные данные свидетельствуют о том, что тонкостенные профили (двутавровые балки и швеллеры № 16—18) выходят из чистовой клети стана с температурой полок около 800°С, что несколько ниже верхней критической точки; при этом температура стенки профиля еще ниже.

Относительно толстостенных профилей (угловые профили) следует отметить, что температура их выхода из чистовой клети стана достаточно высока — около 860°С. Таким образом, термическое упрочнение с прокатного нагрева толстостенных профилей сомнений не вызывает. Что касается возможности термического упрочнения тонкостенных профилей, имеющих толщину отдельных элементов менее 7 мм, то, учитывая их повышенные механические свойства в горячекатаном состоянии, помимо дополнительного повышения механических свойств, необходимо было ожидать стабилизирующего влияния термического упрочнения на механические свойства тонкостенных профилей. В таблицах 1.3.1, 1.3.2 находятся результаты механических испытаний фасонных профилей после охлаждения. Рассмотрим полученные результаты для каждого профиля отдельно.