Сортовой прокат круглый из легированной пружинной стали
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката круглого в мотках из пружинной стали для производства пружин ответственного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств проката, благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимального уровня анизотропии свойств сортовой прокат получен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%: углерод 0,53-0,58, марганец 0,60-0,80, кремний 1,40-1,60, хром 0,60-0,80 алюминий 0,005-0,025, азот 0,005-0,008, мышьяк 0,0001-0,03, олово 0,0001-0,002, свинец 0,0001-0,01, цинк 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное, при соотношении As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07. Примеси в мас.%: медь не более 0,08, ванадий не более 0,005, никель не более 0,10, титан не более 0,03, молибден не более 0,10, сера не более 0,015, фосфор не более 0,015, кислород не более 0,002. Прокат горячекатаный имеет феррито-перлитную микроструктуру, мартенсит не допускается, общую глубину обезуглероженного слоя не более 0,2 мм на сторону. Временное сопротивление разрыву 900-1150 Н/мм2, относительное сужение не менее 35%. По неметаллическим включениям сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 2,5 балла по каждому виду включений. Сортовой прокат обеспечивает рациональные условия навивки пружин. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката круглого в мотках из пружинной марки стали для производства пружин ответственного назначения.
Известен сортовой прокат круглый из легированной стали, выполненный горячекатаным из стали, содержащей углерод и легирующие элементы, и имеющий заданные параметры металлургического качества по неметаллическим включениям, структуре, механическим свойствам, прокаливаемости (RU 2180277 С1, 10.03.2002).
Известен сортовой прокат круглый из пружинной стали, выполненный горячекатаным из стали, содержащей углерод и легирующие элементы, и имеющий заданные параметры металлургического качества по неметаллическим включениям, структуре, механическим свойствам, прокаливаемости (RU 2092257 C1, C21D 8/06, 10.10.1997).
Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий навивки пружин при одновременном обеспечении повышенных характеристик потребительских свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры.
Поставленная задача решена тем, что известный сортовой прокат круглый из пружинной стали, выполненный горячекатаным и имеющий заданные параметры структуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости, согласно изобретению изготовлен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:
| углерод | 0,53-0,58 |
| марганец | 0,60-0,80 |
| кремний | 1,40-1,60 |
| хром | 0,60-0,80 |
| алюминий | 0,005-0,025 |
| азот | 0,005-0,008 |
| мышьяк | 0,0001-0,03 |
| олово | 0,0001-0,02 |
| свинец | 0,0001-0,01 |
| цинк | 0,0001-0,005 |
| железо и | |
| неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении следующего соотношения сумма (мышьяк + олово + свинец + 5 × цинк)≤0,07; сортовой прокат имеет феррито-перлитную микроструктуру, мартенсит не допускается, общую глубину обезуглероженного слоя не более 0,2 мм на сторону, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация - не более 3 балла по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, механические свойства после закалки с низким отпуском, временное сопротивление разрыву 900-1150 Н/мм2, предел текучести 680-1300 Н/мм2, относительное удлинение не менее 10%, относительное сужение не менее 35%, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 2,5 баллов по каждому виду включений. В качестве примесей сталь дополнительно содержит в мас%: медь не более 0,08, ванадий не более 0,005, никель не более 0,10, титан не более 0,03, молибден не более 0,10, сера не более 0,015, фосфор не более 0,015, кислород не более 0,002.
Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии однородную мелкодисперсную структуру с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.
Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,58) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,53 - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.
Кремний относится к ферритообразующим элементам и способствует обеспечению необходимого уровня упругости материала. Нижний предел по кремнию - 1,40% обусловлен необходимостью обеспечить требуемые параметры упругости стали. Содержание кремния выше 1,60% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.
Марганец и хром используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0,80% и хрома - 0,80% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний марганца - 0,60% и 0,60% хрома соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.
Алюминий используется в качестве раскислителя стали и элемента, обеспечивающего формирование мелкодисперсной, зеренной структуры. Верхний предел (0,025%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0,005%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением однородной зеренной структуры стали.
Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,008 обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.
Мышьяк, олово, свинец и цинк - цветные примеси, определяющие общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% по каждому элементу соответственно) обусловлен технологией производства стали, а верхний (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.
Соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.
Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - обеспечение рациональных условий навивки пружин при одновременном обеспечении повышенных характеристик потребительских свойств, металлургического качества: низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры.
Пример осуществления изобретения. Выплавку исследуемой стали, химический состав в мас.%: углерод - 0,56%, марганец - 0,65%, кремний - 1,44%, хром - 0,62%, алюминий - 0,021%, азот - 0,007%, мышьяк - 0,007%, олово - 0,008%, свинец - 0,006%, цинк - 0,001%) производится в 150-ти тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП) с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производится в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводка металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергается вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. Разливка производится на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6÷0,7 м/мин с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950°С и заканчивают при температуре 740-850°С, при деформации в последних проходах не менее 20% и подвергают термообработке: закалка в масло и низкий отпуск.
В результате горячей прокатки получили прокат диаметром Ø13 мм со структурой феррита и пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 7. Общая глубина обезуглероженного слоя - 0,05 мм на сторону. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 1 балл, оксиды точечные - 1 балл, оксиды строчечные - 0,5 балла, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 0,5 балла. Механические свойства после закалки с низким отпуском: временное сопротивление разрыву 1050 Н/мм2, предел текучести 830 Н/мм2, относительное удлинение 12%, относительное сужение - 45% (As+Sn+Pb+5×Zn)=0,026.
Внедрение предложенного сортового проката из легированной пружинной стали обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низком содержании неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.
1. Сортовой круглый прокат из пружинной стали, выполненный горячекатаным и имеющий заданные параметры структуры, неметаллических включений, механических свойств и прокаливаемости, отличающийся тем, что он выполнен из стали, содержащей компоненты, мас.%:
| углерод | 0,53-0,58 |
| марганец | 0,60-0,80 |
| кремний | 1,40-1,60 |
| хром | 0,60-0,80 |
| алюминий | 0,005-0,025 |
| азот | 0,005-0,008 |
| мышьяк | 0,0001-0,03 |
| олово | 0,0001-0,02 |
| свинец | 0,0001-0,01 |
| цинк | 0,0001-0,005 |
| железо и | |
| неизбежные примеси | остальное, |
при выполнении соотношения сумма (мышьяк + олово + свинец + 5 · цинк)≤0,07, при этом сортовой прокат имеет феррито-перлитную структуру без мартенсита, общую глубину обезуглероженного слоя не более 0,2 мм на сторону, механические свойства закаленного проката: временное сопротивление разрыву 900-1150 Н/мм2, предел текучести 680-1300 Н/мм2, относительное удлинение - не менее 10%, относительное сужение - не менее 35%, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация - не более 3 баллов по каждому виду, ликвационные полоски - не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные - не более 2,5 баллов по каждому виду включений.
2. Сортовой прокат по п.1, отличающийся тем, что в качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: медь не более 0,08, ванадий не более 0,005, никель не более 0,10, титан не более 0,03, молибден не более 0,10, сера не более 0,015, фосфор не более 0,015, кислород не более 0,002.
