Способ обработки горячекатаного проката


 

C21D1/20 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2486260:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей из стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении, например, болтовых соединений. Для получения требуемых механических характеристик проката за счет обеспечения равномерной структуры сорбита патентирования осуществляют отжиг горячекатаного проката при 770-790°C в течение 3-4 часов, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 ч, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение со степенью обжатия 12-13%, изотермическую обработку путем патентирования при температуре 540-560°C, а затем вторичное волочение со степенью обжатия 7-8%. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей из стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении, например, болтовых метизных изделий.

Высокопрочный крепеж, изготовленный из углеродистых, хромистых и легированных марок сталей, изготавливают с закалкой и отпуском готовых изделий после холодной высадки, что повышает трудоемкость и энергоемкость процесса.

Известен способ изготовления болтов из хромистой стали 40Х (см. журнал «Ремонт, восстановление, модернизация». 10, 2007 г., стр.33-35, А.А.Филиппов, Г.В.Пачурин «Выбор температуры изотермической закалки перед калибровкой проката стали марки 40Х». Горячекатаный прокат (пруток 12,8 мм) предварительно калиброванный, подвергают изотермической обработке: нагревают бунты проката (например, в соляной ванне) в течение 5 минут при температуре порядка 400°C, охлаждают на воздухе 1 минуту, затем в воде. Болты высаживают из калиброванного проката. Однако режимы первичного и вторичного калибрования не указаны, хотя они важны при этом виде обработки. Существенным недостатком известного способа является неравномерность свойств по сечению и длине проката, т.к. обработка производится в бунтах.

В качестве прототипа принят способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов (патент на изобретение №2380432, C21D 8/06, опубл. 27.01.2010).

Способ обработки проката включает его первичное калибрование, изотермическую закалку в селитровой ванне с последующим охлаждением на воздухе и в воде, вторичное калибрование, при этом перед первичным калиброванием горячекатаный прокат отжигают в печи при температуре 770-790°C в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до температуры 660-680°C, выдерживают с печью при данной температуре 3-4 ч, охлаждают с печью до комнатной температуры; первичное калибрование осуществляют со степенью обжатия 14-24%, вторичное калибрование после изотермической закалки осуществляют со степенью обжатия 5-6%.

Однако режимы первичного калибрования осуществляют с высокой степенью обжатия (до 24%), что вызывает повышенные нагрузки и преждевременный износ инструмента волочильного стана. Другим недостатком данного способа является то, что закалочные селитровые ванны с составом 50% KNO3 и 50% NaNO3 при наличии влаги являются взрывоопасными.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа обработки горячекатаного проката для изготовления болтовых изделий класса прочности 8.8 без их закалки и отпуска после высадки холодным способом, а следовательно, менее трудоемкого и энергоемкого.

Технический результат - получение требуемых механических характеристик проката за счет равномерной структуры сорбита патентирования по сечению и длине проката с сохранением требуемой прочности и пластичности.

Этот технический результат достигается тем, что в способе обработки горячекатаного проката, включающем его отжиг при температуре 770-790°C 3-4 часа, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 часа, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение, изотермическую обработку в течение 5 минут с последующим охлаждением на воздухе, вторичное волочение, первичное волочение осуществляют со степенями обжатия 12-13%, а вторичное - со степенью обжатия 7-8%, а изотермическую обработку проводят патентированием при температуре 540-560°C.

Отжиг позволяет перевести пластинчатый перлит в зернистый (глобулярный) перлит, который желателен при первичном волочении с высокими обжатиями проката. Первичное волочение позволяет получить промежуточный геометрический размер заготовки и необходимые механические характеристики калиброванного проката с учетом степени обжатия.

Патентирование позволяет получить микроструктуру сорбита патентирования с равномерными по длине проката требуемыми механическими характеристиками.

Вторичное волочение обеспечивает получения окончательного размера проката под дальнейшую холодную высадку деталей при требуемой прочности, пластичности и твердости. Режимы обоснованы экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят отжиг горячекатаного проката при температуре 770-790°C в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до 660-680°C, выдерживают с печью в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до температуры окружающей среды. Затем проводят первичное волочение на волочильном стане со степенями обжатия 12-13%, а после волочения проводят патентирование: температура аустенизации 880°C (нагрев в соляной ванне в течение 3 минут), выдержка в ванне со свинцом, нагретым до температуры 540-560°C, в течение 5 мин, охлаждение на воздухе. Далее проводят вторичное волочение со степенью обжатия 7-8%. После этого калиброванный прокат готов для холодной высадки изделий.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках стали перлитного класса марки 38ХА для изготовления болтовых изделий класса прочности 8.8 (ГОСТ Р 52627-2006) с диаметром резьбы M10 и M12. Химический состав стали соответствовал ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легирована для холодного выдавливания и высадки». Отжиг горячекатаного проката проводили нагревом при температуре 780°C в течение 3,5 ч, охлаждали с печью до температуры 670°C, выдерживали с печью 3,5 ч, охлаждали с печью до температуры окружающей среды. Затем осуществляли первичное волочение на волочильном стане со степенью обжатия 13%. Нагревали прокат в соляной ванне с составом 78% BaCl и 22% NaCl до температуры 880°C в течение 3 мин. Патентирование (выдержку) проката осуществляли в ванне со свинцом, нагретым до температуры 550°C, 5 мин, охлаждали на воздухе. После патентирования проводили вторичное волочение со степенью обжатия 7%.

В других примерах меняли температуру отжига (760, 770, 790 и 800°C) при средних значениях степеней обжатия, выдержки с печью, времени нагрева в соляной ванне и режима патентирования. Оптимальной была принята температура отжига в печи 770-790°C.

При уменьшении температуры отжига (760°C) пластинчатый перлит не переходит полностью в зернистый перлит. При увеличении температуры отжига (800°C) происходит увеличение размеров зерна, а это приводит к снижению прочностных и пластических характеристик.

Охлаждение с печью до температуры 660-680°C выбрано с учетом того, что при температуре менее 660°C формируется удовлетворительная микроструктура, а при температуре более 680°C растет зерно, что нежелательно.

Выдержка при этом 3-4 ч эффективна, т.к. при выдержке менее 3 часов структурные превращения не успевают пройти, в результате чего получаем неравномерные механические свойства. Выдержка более 4 часов экономически нецелесообразна и затягивает технологический процесс.

Меняли степень обжатия проката при первичном волочении (10, 12, 13, 14,) при средних значениях температуры отжига, выдержки, времени нагрева в соляной ванне, режима патентирования, степени обжатия при окончательном волочении.

Оптимальной была принята степень обжатия проката от 12 до 13%.

При уменьшении степени обжатия остается овальность на прокате, выявляется неравномерность механических свойств по сечению и длине проката.

При увеличении степени обжатия повышается прочность и снижается пластичность, увеличивается нагрузка на волочильный инструмент.

Меняли время нагрева проката в соляной ванне при температуре аустенизации 880°C (2 мин и 5 мин) при средних значениях степеней обжатия, выдержки с печью и режима патентирования. Оптимальной было принято время нагрева в соляной ванне 3 мин.

При уменьшении времени нагрева 2 мин в структуре проката не успевали проходить процессы аустенизации.

При увеличении времени нагрева 5 мин снимался наклеп проката и на поверхности появлялся частично обезуглероженный слой.

Меняли температуру при патентировании (500°C и 600°C) при средних значениях температуры отжига, выдержки, степени обжатия при первичном волочении, времени нагрева в соляной ванне, степени обжатия при вторичном волочении. Оптимальной температурой была принята температура патентирования 550°C.

При уменьшении температуры патентирования (500°C) в течение 5 мин не заканчиваются полностью превращения аустенита и при последующем охлаждении на воздухе оставшийся аустенит переходит в мартенсит. Это недопустимо для проката, используемого для холодной высадки. При увеличении температуры патентирования (600°C) получили низкие прочностные характеристики проката, которые не удовлетворяют требованиям класса прочности 8.8.

Меняли степень обжатия проката при вторичном волочении (5, 7, 8, 9%) при средних значениях температуры отжига, выдержки, времени нагрева в соляной ванне, режима патентирования, степени обжатия при первичном волочении. Оптимальной была принята степень обжатия проката от 6 до 7%.

При уменьшении степени обжатия (5%) получили прочностные характеристики на нижнем необходимом пределе. При увеличении степени обжатия (9%) увеличиваются прочностные показатели, а пластичность проката снижается.

Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате стали марки 40Х с химическим составом по ГОСТ 10702-78. Сталь марки 40Х позволяет получать аналогичные результаты.

Механические свойства образцов определяли на разрывной машине ЦДМ-100, шкала 20 кг, твердость на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифованных лысках, микроструктуру - на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении ×500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Результаты приведены в таблице.

Таблица 1
Механические свойства проката по предложенной технологии и прототипу
Способ σв, МПа δ0,2 МПа ψ, % δ, % HRC Примечание
Предлагаемый
Калиброванный прокат Ǿ11,65 905 810 58 15,2 24 Пластические свойства выше (ψ и δ).
Калиброванный прокат Ǿ9,7 890 780 57,5 14,8 24 Уменьшаются нагрузки на волочильный и высадочный инструмент
Прототип
Калиброванный прокат Ǿ11,65 1000 920 56-57 13,6 26
Калиброванный прокат ⌀9,7 905 805 56-57 14 27

Способ обработки горячекатаного проката, включающий его отжиг при температуре 770-790°C 3-4 ч, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 ч, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение, изотермическую обработку в течение 5 мин с последующим охлаждением на воздухе, вторичное волочение, отличающийся тем, что первичное волочение осуществляют со степенью обжатия 12-13%, а вторичное - со степенью обжатия 7-8%, причем изотермическую обработку проводят путем патентирования при температуре 540-560°C.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стального круглого, калиброванного, сортового проката в прутках диаметром от 32 до 55 мм, используемого для изготовления штоков амортизаторов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован в нефтедобыче для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками в нефтедобыче.
Изобретение относится к области металлургии. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству круглого сортового проката. .
Изобретение относится к механико-термической обработке деталей из хромистых марок сталей и может быть использовано для холодной штамповки ответственных болтов моторной группы автомобиля.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам нагрева заготовок из сталей различного химического состава на сортовых и проволочных станах.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к изготовлению стального стержневого проката винтового профиля, и которое может быть использовано при изготовлении винтового стержня для анкерной крепи в горнорудной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к полученной дуплекс-процессом нержавеющей стали, предназначенной для изготовления элементов конструкций установок для выработки энергии и производства материалов в химической и нефтехимической промышленности, бумажном производстве.

Изобретение относится к упрочнению боковых рам тележек грузовых вагонов. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампового инструмента. .

Изобретение относится к области упрочнения, в частности, арматурных стержней, используемых для изготовления железобетонных элементов в виде панелей, блоков, тротуарной плитки, фибробетона.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении заготовок многогранной или круглой форм с высоким уровнем физико-механических свойств.

Изобретение относится к заготовительному производству машиностроительных предприятий, в частности для подготовки материала к дальнейшей обработке методами объемной штамповки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к технологиям получения полуфабрикатов и изделий с ультрамелкозернистой структурой методами интенсивной пластической деформации (ИПД).

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к способам упрочнения металлов в процессе обработки. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении заготовок шестигранной формы с высоким уровнем физико-механических свойств.
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для упрочнения металлов и сплавов. .

Изобретение относится к способам обработки материалов давлением и может применяться для получения заготовок материалов с заданной структурой, в том числе субмикрокристаллической (СМК) и нанокристаллической (НК), и соответствующим уровнем физико-механических свойств материала, который может быть использован в машиностроении, в авиастроении, в двигателестроении, в медицине и т.д.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных труб различного назначения. .
Наверх