Способ получения биметаллических листов и полос
Использование. Изобретение относится к металлургии, а именно, к получению биметаллических листов и полос с плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали и основным слоем из углеродистой или низколегированной стали. Существо. В способе получения биметаллических двух- и трехслойных листов и полос, включающем получение биметаллической заготовки и ее последующую раскатку, биметаллическую заготовку получают наплавкой заготовки основного слоя из углеродистой или низколегированной стали плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали, содержащей, мас. %: углерод 0,50-2,20, марганец 0,10-2,00, кремний 0,10-2,00, хром 0,01-18,0, вольфрам до 2,00, молибден - до 2,00, ванадий -до 2,50, железо - остальное, отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления - в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500oС 1-10 ч. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению биметаллических листов и полос с плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали и основным слоем из углеродистой или низколегированной стали. Основным требования, предъявляемые к таким полосам и листам, высокие характеристики прочности соединения слоев, определенный химический состав и структура стали плакирующего слоя, обеспечивающие удовлетворительную технологичность двухслойного листа или полосы при изготовлении инструмента, высокую твердость и износостойкость плакирующего (рабочего) слоя после термической обработки инструмента, а также удовлетворительное качество поверхности после прокатки.
Известен способ получения биметаллических износостойких листов прокаткой биметаллических заготовок, полученных литейным способом [1] Такой способ не обеспечивает высокой прочности сцепления слоев в биметаллическом листе и при изготовлении из него изделий возможно появление расслоений. Известен способ получения биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя плакирующим слоем и дальнейшую ее прокатку [2] При этом не обеспечиваются стабильный химический состав и структура плакирующего слоя, а следовательно, его технологические и эксплуатационные свойства. Кроме того, при недостаточной глубине проплавления заготовки основного слоя прочность сцепления слоев может быть недостаточной для сохранения надежного соединения при изготовлении изделий и его термической обработки. Известен способ получения трехслойных полос в рулонах с двухсторонней плакировкой из коррозионностойких сталей аустенитного класса [3] включающий получение трехслойной заготовки методом наплавки и ее последующую прокатку. Недостатком этого способа также является нестабильность химического состава плакирующего слоя и прочности сцепления слоев, а также его непригодность для изготовления износостойких биметаллических композиций, так как режимы конца горячей прокатки и смотки, предложенные способом [3] не обеспечивают требуемой структуры износостойкой стали плакирующего слоя и удовлетворительного качества поверхности. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления слоев в биметаллическом листе или полосе, повышение технологичности двухслойной стали при изготовлении изделий путем создания оптимальной структуры плакирующего слоя в процессе горячей прокатки и охлаждения, обеспечение высокой твердости и износостойкости плакирующего слоя после термической обработки изделий за счет стабилизации его химического состава, а также обеспечение удовлетворительного качества поверхности листов и полос после горячей прокатки. Сущность изобретения заключается в том, что получение биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя осуществляют плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали, содержащей, мас. Углерод 0,50-2,20, Марганца 0,10-2,00, Кремний 0,10-2,00, Хром 0,01-18,0, Вольфрам До 2,00, Молибден До 2,00, Ванадия До 2,50, Железо Остальное Отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления заготовки основного слоя в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500oC. С 1-10 ч. Использование для получения биметаллической заготовки способа наплавки заготовки основного слоя из углеродистой или низколегированной стали плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали при соблюдении отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя менее 200 мм, а значения глубины проплавления не менее 2 мм обеспечивает высокую прочность сцепления слоев сопротивление сразу не менее 400 МПа. Соблюдение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления основного слоя не менее 2, а глубины проплавления не более 20 мм при выполнении требований к химическому составу стали для наплавки, в частности к содержанию углерода, марганца, кремния и хрома, указанных в формуле изобретения, приводит к стабилизации химического состава плакирующего слоя, необходимой для обеспечения его твердости и износостойкости в изделии. Дополнительное повышение износостойкости за счет образования карбидов повышенной устойчивости достигается при легировании стали плакирующего слоя вольфрама, молибденом или ванадием в количестве до 2%Указанный в формуле интервал температур прокатки биметаллических заготовок соответствует температурному интервалу удовлетворительной пластичности стали плакирующего слоя, что приводит к отсутствию дефектов на поверхности листов и полос после прокатки. Замедленное охлаждение, обеспечивающее пребывание листов и полос в интервале температур 500-800oС от 1 до 10 ч, приводит к формированию в стали плакирующего слоя благоприятной структуры, и, следовательно, к высокой технологичности биметаллического проката деформируемости и закаливаемости. Углерод является одним из основных элементов, определяющих твердость и износостойкость. Нижний предел содержания 0,50% определен тем, что при меньшем содержании углерода требуемая износостойкость плакирующего слоя не будет обеспечена. Содержание углерода выше 2,20% приводит к снижению характеристик вязкости и пластичности плакирующего слоя, что снижает технологичность биметаллического проката при изготовлении изделий. Уменьшение содержания марганца и кремния ниже 0,10% сильно повышает критические скорости охлаждения при закалке, при этом в стали плакирующего слоя не обеспечивается формирование мартенситной структуры, необходимой для получения его высокой твердости после термообработки в изделиях. Повышение содержания марганца и особенно кремния выше 2% приводит к сильному снижению вязкости плакирующего слоя, что снижает технологичность биметалла. Уменьшение содержания хрома ниже 0,01% в стали плакирующего слоя будет приводить к сильному перераспределению углерода между слоями в результате его диффузии из плакирующего слоя в основной слоя в процессе охлаждения после горячей прокатки. Увеличение содержания хрома выше 18% не приводит к повышению износостойкости и экономически неэффективно. Увеличение содержания вольфрама и молибдена выше 2,00% а ванадия выше 2,50% не приводит к дополнительному повышению износостойкости плакирующего слоя, и следовательно, не целесообразно. Увеличение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления более 200 и уменьшение глубины проплавления заготовки основного слоя менее 2 мм приводит к снижению прочности сцепления слоев. Уменьшение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления менее 2 и повышение глубины проплавления более 20 мм приводит к сильному разбавлению стали плакирующего слоя при наплавке сталью основного слоя. Полученный при этом химический состав плакирующего слоя не обеспечивает требуемую износостойкость изделия. Повышение температуры нагрева под прокатку выше 1200oС приводит к росту зерна в стали плакирующего слоя, что снижает его технологическую пластичность и приводит к образованию трещин в процессе прокатки. К появлению дефектов на поверхности плакирующего слоя приводит к снижению температуры конца прокатки ниже 800oС. Так как при этих температурах резко возрастает сопротивление деформации стали плакирующего слоя, а также снижается его пластичность. Уменьшение времени пребывания проката в процессе охлаждения после горячей прокатки в интервале температур 500-800oС менее 1 ч не обеспечивает формирования в стали плакирующего слоя благоприятной структуры в виде смеси пластинчатого и зернистого перлита. При этом снижается технологичность биметаллического проката при изготовлении из него изделий. Увеличение времени пребывания проката в интервале температур 500-800oС более 10 ч приводит к сильному перераспределению углерода между слоями. При этом может измениться химический состав слоев и сильно возрасти твердость плакирующего слоя, что приведет к потере технологичности. Пример. Двухслойные заготовки с основным слоем из стали 10 и плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали повышенной износостойкости 250-650х650-1400х1000-5000 мм с толщиной плакирующего слоя 10-200 мм были получены электрошлаковой наплавкой заготовок из стали 10 электродами из инструментальной или конструкционной стали различного химсостава. Глубина проплавления основного слоя менялась от 1 до 20 мм, кроме того, одна из двухслойных заготовок была получена литейным способом, то есть глубина проплавления в этом случае равнялась 0. Отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления стали основного слоя выдерживали в пределах от 1,5 до 200. Заготовки нагревали для горячей прокатки до температур 1150-1250oС и прокатывали на полосу толщиной 2,00-2,50 мм. Далее проводили смотку полос в рулоны при разных температурах. Значения температуры смотки и масса рулона определяли со скоростью охлаждения двухслойной стали. При этом время пребывания рулонов в интервале температур 800-500oС составляло 0,5-11 ч. На полученных заготовках и полосах исследовали прочность сцепления слоев - сопротивление срезу определяли в соответствии с ГОСТ 10885, удовлетворительными считали значения не ниже 350 Н/мм2 Химический состав наплавленного слоя определяли спектральным анализом. О технологичности двухслойной полосы судили по результатам измерения значений твердости, которые при измерении по суперроквелу шариковым наконечником должны были составлять не более 75НRТ45. Это свидетельствует о формировании в плакирующем слое благоприятной микроструктуры, состоящей из пластинчатого и зернистого перлита, которая и обеспечивает высокую технологичность двухслойной полосы. Качество поверхности двухслойной полосы оценивали визуально - удовлетворительной считали поверхность полосы, на которой отсутствуют трещины и другие поверхностные дефекты, неудовлетворительной поверхность полосы, на которой в процессе прокатки и охлаждения образуются дефекты. Об износостойкости готового изделий из двухслойной стали судили по результатам измерения твердости плакирующего слоя после его термической обработки закалки от 850oС и низкого отпуска. Твердость в этом случае определяли по Роквеллу, шкале А. Удовлетворительными считались значения не ниже 80 HRA. Значения глубины проплавления основного слоя, отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления, химический состав стали для наплавки, температуры начала и окончания прокатки, время охлаждения рулонов в интервале температур 800-500oС, а также значения указанных выше характеристик качества двухслойного металла представлены в таблице. Как следует из данных таблицы, способ производства биметаллических листов и полос наплавкой заготовок основного слоя и их последующей прокаткой, в котором наплавку заготовок основного слоя из углеродистой или низколегированной стали осуществляют электродами из инструментальной или конструкционной стали повышенной износостойкости, для наплавки используется сталь заявленного состава, при указанной глубине проплавления и соотношении между толщиной наплавленного слоя и глубиной проплавления, при заявленных температурных режимов прокатки и охлаждения обеспечивает оптимальный комплекс свойств двухслойной стали (примеры, соответствующие формуле изобретения, описаны в строках 1-11 таблицы, прототип строка 12).
Формула изобретения
Марганец 0,10 2,00
Кремний 0,10 2,00
Хром 0,01 18,00
Вольфрам До 2,00
Молибден До 2,00
Ванадий До 2,50
Железо Остальное
отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления заготовки основного слоя в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500oС 1-10 ч.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4