Способ производства сортового проката в прутках из среднеуглеродистой микролегированной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката круглого, в прутках, используемого для изготовления штоков амортизаторов. Техническим результатом изобретения является получение структуры сортового проката, обеспечивающей рациональные условия обработки резанием широкими резцами при одновременном обеспечении повышенных характеристик технологической пластичности и вязкости стали. Для достижения технического результата способ включает выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, разливку в изложницы с защитой струи, горячую прокатку слитка и получение заготовки с последующей ее прокаткой, контролируемым охлаждением и смоткой сортового проката в бунты, калибровкой проката со степенью деформации 20-25%, размотку прутков, порезку и правку прутков, специальную отделку поверхности прутков, при этом выплавляют сталь, при следующем соотношении компонентов в мас.%: углерод 0,40-0,52, марганец 0,40-0,95, кремний 0,17-0,37, хром 0,01-0,25, сера 0,020-0,045, ванадий 0,005-0,020, алюминий 0,03-0,050, кальций 0,001-0,010, азот 0,005-0,015, никель до 0,25, медь не более 0,25, молибден не более 0,10, мышьяк не более 0,08, фосфор не более 0,030. Железо и неизбежные примеси - остальное, при этом соотношение содержания кальция и серы определятся по следующей зависимости: кальций/сера≥0,065 горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050°С, далее ускоренно охлаждают до 880-900°С с последующим охлаждением на воздухе до 300°С. Из мотков горячекатаного проката получают прутки длиной до 6 метров с точностью порезки ± 5 мм. Отделка проката включает в себя операции правки, контроля поверхностных дефектов и ультразвуковой контроль внутренних дефектов, выборочную абразивную зачистку.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката со специальной отделкой поверхности, круглого, в прутках из среднеуглеродистой, микролегированной стали повышенной обрабатываемости резанием, используемого для изготовления штоков амортизаторов.

Известна конструкционная сталь, содержащая (мас.%): углерод 0,38-0,47, марганец 0,8-1,2, кремний 0,17-0,37, ванадий 0,08-0,18, бор 0,001-0,005, азот 0,005-0,025, сера 0,036-0,080, кальций 0,001-0,010, остальное при условии, что отношение марганца к кальцию составляет 100-1100 (Авторское свидетельство СССР SU 1689424 А1, С 22 С 38/60 от 07.11.1989 г., Бюл. № 41). Недостатком данной стали является относительно высокое содержание азота и отсутствие в композиции элементов защищающих бор от связывания в нитриды, что в ряде случаев не позволит достичь заявляемого авторами эффекта по повышению характеристик прокаливаемости.

Известна конструкционная сталь, содержащая (мас.%): углерод 0,42-0,50, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, серу - не более 0,040, фосфор - не более 0,035, остальное железо. Примеси: хром - не более 0,25%, никель - не более 0,30%, мышьяк - не более 0,08%, азот - не более 0,008%, медь - не более 0,30% (Марочник сталей и сплавов, под редакцией А.С.Зубченко, М., Машиностроение, 2003, стр.102). Недостатком данной стали является нерегламентированное содержание серы, что приведет к существенному ухудшению характеристик резания, снижению стойкости режущего инструмента, увеличению нагрузок на инструмент при нижнем уровне содержания серы в предложенном интервале - т.е. менее 0.012%. Также к числу недостатков следует отнести отсутствие в ее составе модифицирующих элементов, таких как кальций, что будет способствовать наличию в стали вытянутых сульфидных включений, и, как следствие, повышенной анизотропии механических свойств горячекатаного проката.

Известен способ производства сортового проката, включающий выплавку борсодержащей стали, выпуск металла, разливку, горячую прокатку, охлаждение...(Патент DE 3434744 А1, 03.04.1986 г., С 21 D 8/06, формула изобретения ).

Известен способ производства сортового проката, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки, охлаждение (RU 2156313 С1 С 21 Д 8/02, 20.09.2000 г.)

Техническим результатом изобретения является повышение характеристик обрабатываемости резанием, при одновременном повышении, характеристик прокаливаемости и обеспечении сквозной прокаливаемости сортового проката диаметром до 23 мм.

Для достижения технического результата способ производства круглого сортового проката в прутках, калиброванного круглого, из среднеуглеродистой стали включает выплавку стали в электропечи, внепечную обработку с получением стали при следующем соотношении компонентов в мас.%:

углерод	0,40-0,52
марганец	0,40-0,95
кремний	0,17-0,37
хром	0,01-0,25
сера	0,020-0,045
ванадий	0,005-0,020
алюминий	0,03-0,050
кальций	0,001-0,010
азот	0,005-0,015
никель	до 0,25
медь	не более 0,25
молибден	не более 0,10
мышьяк	не более 0,08
фосфор	не более 0,030
железо и неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношения: кальций/сера≥0,065, разливку стали в изложницы с защитой струи аргоном, горячую прокатку слитка с получением заготовки, горячую прокатку заготовки на сортовой прокат, которую заканчивают при температуре 1000-1050°С, ускоренное охлаждение проката до 880-900°С с последующим охлаждением на воздухе до 300°С, калибровку со степенью деформации 20-25%, смотку проката в бунты, размотку, порезку с получением проката длиной до 6 метров с точностью порезки ±5 мм, отделку проката путем правки, контроля поверхности дефектов, ультразвукового контроля внутренних дефектов и выборочной абразивной зачистки.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в предлагаемой стали (пруток горячекатаного сортового проката круглого диаметром до 25 мм), благоприятную пластинчатую структуру с глобулярными сэндвич-включениями, что обеспечивает, с одной стороны, повышенные характеристики резания даже широкими резцами при поперечной подаче режущего инструмента, с другой стороны - благоприятное сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0.52%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.40% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Карбонитридообразующий элемент - ванадий вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ванадий управляет процессами в нижней части аустенитной области и в межкритическом интервале температур (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α- превращения. Ванадий способствует также упрочнению стали при термоулучшении. Верхняя граница содержания ванадия - 0,02%, обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец и хром используются с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы существенно повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0.95% и хрома - 0.25% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний, марганца - 0.40% и 0.01% хрома соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию-0.17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0.040%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а. нижний предел (0.020%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

Алюминий используется в качестве раскислителя стали и элемента, обеспечивающего формирование мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. Верхний предел (0.050%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.030%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением однородной зеренной структуры стали.

Кальций - элемент модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел, (0.010%) как и в случае серы, обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0.001%) предел вопросами технологичности производства.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содердания азота - 0.015% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел -0.005% вопросами технологичности производства.

Соотношение кальций/сера≥0.065% определяет условия образования глобулярных неметаллических включений (сульфидов). Если выполняется данное соотношение, то сульфиды глобулярные, в противном случае в стали присутствуют вытянутые сульфиды, что повышает анизотропию свойств стали и ухудшает соотношение прочность-вязкость. особенно сильно в поперечном направлении проката.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного.

Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "существенные отличия".

Пример осуществления слое способа:

Выплавку исследуемой стали (химический состав в мас.%: углерод - 0.48, марганец - 0.72, кремний - 0.32, хром - 0.10, ванадий - 0.01, сера - 0,034, алюминий -0.037, кальций - 0.0025, азот - 0.010 проводили производили в шахтной электропечи «Фукс». Использовали шихтовку плавки жидким чугуном до 40% от общего объема шихты. Окислительный период предусматривал высокие скорости окисления углерода в пределах 0,05-0,07%/мин. Электрический режим предусматривал отключение печи при содержании углерода на 0,2-0,4% выше нижнего предела по заданному, додувку по углероду производят без электродуги. Температура выпуска из печи 1640-1680°С. Ввод ферросплавов, обработка стали для удаления неметаллических включений производилась на установке печь-ковш, оборудованной системой электроподогрева или химподогрева. Температура стали перед разливкой на 60°С выше температуры ликвидуса марки. Разливка стали производилась в уширенные к верху изложницы. Масса слитка 7,85 т. Для обеспечения заданного содержания азота при разливке производили защита струи металла аргоном через специальное кольцевое устройство. Нагрев слитков в обжимном цехе производили в рекуперативных колодцах до температуры начала прокатки 1250-1270°С. Прокатку слитков проводили на блюминге (стан 1300) и далее на непрерывном заготовочном стане на заготовку сечением 100×100 мм. Для снятия образовавшегося при нагреве слитков обезуглероженного слоя заготовки подвергали абразивной зачистке. Затем производили горячую прокатку полученной заготовки на проволочном стане 150 или мелкосортном стане 250 в диаметрах от 5,5 до 23 мм в мотках. Для обеспечения величины обезуглероженного слоя не более 1% от диаметра ограничен темп выдачи заготовок из печи не менее 100 т/час для стана 150 и не менее 56 т/час для стана 2.50. Температура начала прокатки заготовок 1220-1240°С для стана 250 и 1270-1290°С для стана 150. Горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050°С, с этой температуры ускоренно охлаждают до 880-900°С и далее на воздухе до 300°С. Подвергают прокат калибровке со степенью деформации 20-25%, производят смотку проката в бунты. После размотки проката ведут порезку проката с получением прутков длиной до 6 метров с точностью порезки ±5 мм. Отделку проката осуществляют вне потока в следующей последовательности: правка, контроль поверхностных дефектов, ультразвуковой контроль внутренних дефектов, выборочная абразивная зачистка.

В результате горячей прокатки и последующей отделки поверхности получаем сортовой прокат 022,5 мм, длиной - 5900 мм, кривизна прутков - не более 0.7 мм/м. Структура пластинчатого перлита, обезуглероденный слой глубиной 0.05 мм, балл действительного зерна - 7, твердость заготовки 229-241 НВ, временное сопротивление разрыву 680 МПа, относительное удлинение 9%, относительное сужение 42%

Соотношение

кальций/сера= 0.074 содержание кальция - 0.0025%, серы - 0,034%

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из среднеуглеродистой стали повышенной обрабатываемости резанием, обеспечивающего получение двухслойных сэндвич-неметаллических включений, гарантирующих, с одной стороны, обеспечение повышенных характеристик резанием, с другой стороны - благоприятное соотношением прочности пластичности и вязкости стали.

Способ производства калиброванного круглого сортового проката в прутках из среднеуглеродистой стали, включающий выплавку стали в электропечи, внепечную обработку с получением стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,40-0,52
Марганец	0,40-0,95
Кремний	0,17-0,37
Хром	0,01-0,25
Сера	0,020-0,045
Ванадий	0,005-0,02
Алюминий	0,03-0,05
Кальций	0,001-0,010
Азот	0,005-0,015
Никель	До 0,25
Медь	Не более 0,25
Молибден	Не более 0,10
Мышьяк	Не более 0,08
Фосфор	Не более 0,030
Железо и
неизбежные примеси	Остальное

при выполнении соотношения кальций:сера≥0,065, разливку стали в изложницы с защитой струи аргоном, горячую прокатку слитка с получением заготовки, горячую прокатку заготовки на сортовой прокат, которую заканчивают при температуре 1000-1050°С, ускоренное охлаждение проката до 880-900°С с последующим охлаждением на воздухе до 300°С, калибровку со степенью деформации 20-25%, смотку проката в бунты, размотку, порезку с получением проката длиной до 6 м с точностью порезки ± 5 мм, отделку проката путем правки, контроля поверхностных дефектов, ультразвукового контроля внутренних дефектов и выборочной абразивной зачистки.