Сортовой прокат из низкоуглеродистой хромсодержащей стали для холодного выдавливания

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката диаметром 20-50 мм для изготовления методом холодного выдавливания поршневых пальцев. Для обеспечения рациональных условий высадки поршневых пальцев при одновременном повышении технологической пластичности и низкого уровня деформационного упрочнения прокат получают из стали, содержащей, мас.%: С 0,12-0,18, Mn 0,40-0,60, Si 0,15-0,25, Cr 0,70-1,15, N 0,005-0,010, S 0,005-0,035, O₂ 0,001-0,010, As 0,0001-0,03, Sn 0,0001-0,02, Pb 0,0001-0,01, Zn 0,0001-0,005, железо и примеси, при соотношениях As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07; 0,19≤(C+Mn/6)≤0,27, при этом прокат имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-9 баллов, холодную осадку не менее 1/3 его высоты, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформирующимся со средним баллом не более 3,0 по каждому виду, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, твердость не более 207 НВ, σ_в не более 500 МПа, δ не менее 18%, ψ не менее 55%. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката диаметром 20-50 мм, круглого, как со специальной отделкой поверхности, так и горячекатаного, производимого из низкоуглеродистой хромсодержащей стали повышенной прокаливаемости, используемого для изготовления методом холодного выдавливания поршневых пальцев.

Известен сортовой прокат из низкоуглеродистой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, ниобий, серу, алюминий, кальций, азот, железо и примеси, имеющий заданные параметры неметаллических включений по сульфидам, оксидам, силикатам, нитридам, однородную сфероидизованную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, холодную осадку не менее 1/3 высоты, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, временное сопротивление разрыву не более 520 МПа, относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 65% (RU 2262538 C1, C21D 8/06, 20.10.2005).

Известен сортовой прокат из низкоуглеродистой хромсодержажей стали, включающей углерод, марганец, кремний, серу, хром, никель, ниобий, титан, бор, алюминий, азот, железо и примеси, имеющий заданные параметры неметаллических включений по сульфидам, оксидам, силикатам, нитридам, однородную сфероидизованную структуру, размер действительного зерна 5-10 баллов, холодную осадку не менее 1/3 высоты, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, временное сопротивление разрыву не более 520 МПа, относительное удлинение не менее 20%, относительное сужение не менее 65% (RU 2249624 C1, C21D 8/06, 10.04.2005).

Техническим результатом изобретения является обеспечение рациональных условий высадки поршневых пальцев при одновременном обеспечении повышенных характеристик технологической пластичности и низкого уровня деформационного упрочнения.

Для достижения технического результата сортовой прокат из низкоуглеродистой хромсодержащей стали, имеющий заданные параметры неметаллических включений, структуры, механических свойств, прокаливаемости технологической пластичности, выполнен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,12-0,18
марганец	0,40-0,60
кремний	0,15-0,25
хром	0,70-1,15
азот	0,005-0,010
сера	0,005-0,035
кислород	0.001-0.010
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 следующих соотношений:

(As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07;

0,19≤(C+Mn/6)≤0,27,

прокат имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-9 баллов, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, неметаллические включения - средний балл по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформируемым - не более 3,0 каждому виду включений, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат - не более 3 балла по каждому виду, подусадочная ликвация - не более 3 балла; ликвационные полоски - не более 1 балла, твердость не более 207НВ, временное сопротивление разрыву не более 500 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 55%.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: никель - не более до 0,20, медь - не более 0,20, сера - не более 0,015, фосфор - не более 0,025.

При содержании в стали, мас.%: углерода 0,12-0,18, хрома 0,70-1,0, серы - 0,005-0,015 прокат со специальной отделкой поверхности имеет твердость не более 207НВ, временное сопротивление разрыву - не более 500 МПа, относительное удлинение - не менее 18%, относительное сужение - не менее 55%.

При содержании в стали, мас.%: углерода 0,15-0,18, хрома 0,85-1,15, серы - 0,015-0,035 горячекатаный прокат имеет твердость 137-197 НВ, временное сопротивление разрыву - не более 480 МПа, относительное удлинение - не менее 20%, относительное сужение - не менее 60%.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в прокате благоприятную структуру, обеспечивающую получение заданных параметров прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,18%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,12% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости 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 - 0,60% и хрома - 1,15% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,40% и 0,70% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0,15% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,25% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0,035%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,010% - обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.

Кислород, образуя оксидную пленку на сульфидах, способствует повышению обрабатываемости стали резанием при одновременном сохранении высокого комплекса потребительских свойств стали. При этом верхний уровень содержания кислорода - 0,010% обусловлен необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,001% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и обрабатываемости резанием стали.

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.

Соотношения:

Соотношение As+Sn+Pb+5×Zn≤0,05 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Соотношение 0,19≤С+Mn/6≤0,27 определяет характеристики вязкости и пластичности стали.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного введением новых компонентов - и соотношением:

As+Sn+Pb+5×Zn≤0,07; 0,19≤C+Mn/6≤0,27.

Примеры осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения

Выплавку исследуемых сталей с химическим составом, мас.%:

пример 1: углерод 0,14, марганец 0,55, кремний 0,16, хром 0,81, сера 0,007, азот 0,009, кислород 0,008, мышьяк 0,009, олово 0,005, свинец 0,003, цинк 0,001;

пример 2: углерод 0,17, марганец 0,56, кремний 0,17, хром 0,99, сера 0,031, азот 0,009%, кислород 0,008, мышьяк 0,011, олово 0,008, свинец 0,009, цинк 0,002 проводили в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП-150, мощность трансформатора 80 мВа) с использованием в шихте 60% металлизованных окатышей и 40% металлического лома, 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 проводили в ковше при выпуске из ДСП (Выпуск в ковш перекисленного металла. Раскисление металла - при выпуске алюминием, ферросилицием - раскисление, легирование - FeMn(SiMn), FeCr). После выпуска проводили продувку металла аргоном через донный продувочный блок 5-7 мин. Затем вакуумирование на порционном вакууматоре, при этом производится легирование (тонкое) - углерод, марганец и кремний. После вакуумирования - обработка на печи-ковше. За 15-30 минут до окончания обработки вводится окислитель, в данном случае - окисленные окатыши. Затем снова вводили алюминий (проволокой). За 10-15 минут обработка порошковыми проволоками с силикокальцием и чистой серой. Разливку стали проводили на сортовой УНРС радиального типа в НЛЗ 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6-0,7 м/мин. При разливке осуществлялась защита струи от вторичного окисления следующим образом: стальковш-промковш - погружная труба с подачей аргона; промковш - шлакообразующая смесь; промковш-кристаллизатор - погружной стакан (корундографитовый); в кристаллизаторе - шлакообразующая смесь. После разливки и пореза на мерную длину непрерывнолитые заготовки охлаждали в печах контролируемого охлаждения. Далее слитки прокатывали на стане 700 в заготовку (квадрат 170 мм). Вся исходная заготовка подвергалась правке, очистке от окалины, контролю поверхности. Нагрев заготовки перед прокаткой производили в двух методических печах с шагающим подом. Температура нагрева заготовки 900°С, что обеспечивает снижение энергозатрат на 15% и значительно снижает обезуглероживание проката. Окалину с поверхности заготовки удаляли водой высокого давления на установке гидросбива окалины. Прокатку вели в непрерывных линиях - мелкосортной и среднесортной. Высокая жесткость клетей, автоматическое согласование скорости клетей, система петлерегулирования в чистовой группе мелкосортной линии позволили получить прокат высокой точности. Отделку проката осуществляли вне потока. Отделка включала в себя операции правки, контроля поверхностных дефектов и ультразвуковой контроль внутренних дефектов, выборочную абразивную зачистку, сплошную абразивную шлифовку, обточку прутков круглого проката. Точность проката после обточки соответствует квалитету h11. На установке "БУНТ-ПРУТОК" из мотков горячекатаного проката получают обточенные прутки длиной до 6 метров с точностью порезки ±5 мм.

Пример 1. В результате горячей прокатки и последующей отделки поверхности получаем сортовой прокат ⊘22,5 мм, длиной 5900 мм, кривизна прутков - не более 0,7 мм/м.

Структура пластинчатого перлита, обезуглероженный слой отсутствует, балл действительного зерна - 7. Сульфидные включения глобулярные с оксидной оболочкой. Макроструктура: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 0,5 балл, подусадочная ликвация - 0,5 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 2 балл, оксиды точечные - 1 балл, оксиды строчечные - 2 балл, силикаты хрупкие - 1 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформирующие - 1 балл.

Твердость заготовки 197НВ, временное сопротивление разрыву 460 МПа, относительное удлинение 20%, относительное сужение 62%. Величина холодной осадки 1/3 высоты

As+Sn+Pb+5×Zn=0,022, C+Mn/6=0,23.

Пример 2. В результате горячей прокатки получаем горячекатаный сортовой прокат ⊘22 мм, длиной 5900 мм. Структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 8. Сульфидные включения глобулярные с оксидной оболочкой. Макроструктура: центральная пористость - 1,0 балл, точечная неоднородность - 1,0 балл, ликвационный квадрат - 1,0 балл, подусадочная ликвация - 0,5 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 2,5 балл, оксиды точечные - 2,0 балл, оксиды строчечные - 2,0 балл, силикаты хрупкие - 1,5 балл, силикаты пластичные - 1 балл, силикаты недеформирующие - 1 балл.

Твердость заготовки 191НВ, временное сопротивление разрыву 689 МПа, относительное удлинение 7%, относительное сужение 41%

As+Sn+Pb+5×Zn=0,038, кислород/кальций = 4,09; кальций/сера = 0,080.

Внедрение сортового проката из среднеуглеродистой стали повышенной обрабатываемости резанием обеспечивает благоприятное соотношением прочности, пластичности и вязкости стали.

1. Сортовой прокат из низкоуглеродистой хромсодержащей стали, имеющий заданные параметры неметаллических включений, структуры, механических свойств, прокаливаемости, технологической пластичности, отличающийся тем, что он выполнен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,12-0,18
марганец	0,40-0,60
кремний	0,15-0,25
хром	0,70-1,15
азот	0,005-0,010
сера	0,005-0,035
кислород	0,001-0,010
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 следующих соотношений:

(As+Sn+Pb+5·Zn)≤0,07;

0,19≤(С+Mn/6)≤0,27,

при этом он имеет пластинчатую феррито-перлитную структуру, размер действительного зерна 5-9 баллов, величину холодной осадки не менее 1/3 его высоты, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформируемым со средним баллом не более 3,0 по каждому виду, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, твердость не более 207 НВ, временное сопротивление разрыву не более 500 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 55%.

2. Сортовой прокат по п.1, отличающийся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит, мас.%: никель не более до 0,20, медь не более 0,20, сера не более 0,015, фосфор не более 0,025.

3. Сортовой прокат по п.1 или 2, отличающийся тем, что при содержании в стали, мас.%: углерода 0,12-0,18, хрома 0,70-1,0, серы 0,005-0,015 прокат со специальной отделкой поверхности имеет твердость не более 207 НВ, временное сопротивление разрыву не более 500 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 55%.

4. Сортовой прокат по п.1 или 2, отличающийся тем, что при содержании в стали, мас.%: углерода 0,15-0,18, хрома 0,85-1,15, серы 0,015-0,035 горячекатаный прокат имеет твердость 137-197 НВ, временное сопротивление разрыву не более 480 МПа, относительное удлинение не менее 20%, относительное сужение не менее 60%.