Способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой



 


Владельцы патента RU 2498870:

Открытое акционерное общество "Магнитогорский метизно-калибровочный завод "ММК-МЕТИЗ" (RU)

Изобретение предназначено для снижения себестоимости арматурной высокопрочной проволоки. Способ включает деформацию заготовки путем приложения тянущей силы с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением. Снижение затрат на производство проволоки с повышенными физико-механическими свойствами посредством повышения величины накопленной деформации обеспечивается за счет того, что величину деформации сдвига устанавливают регламентированным изменением величины угла подъема винтовой линии вращения, причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50°. 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для изготовления преимущественно арматурной высокопрочной проволоки 9 группы (диаметров более 8,0 мм).

Известно, что высокими конструкционными, функциональными и технологичными свойствами обладают металлы с наноструктурой (НС), размером зерен менее 100 нм. (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ: «Академкнига», 2007. -398 с.).

Известно, что изготовление проволоки из высокоуглеродистой стали, волочением в монолитной волоке производят из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитного структуру (сорбит). В ходе процесса расстояние между пластинами цементита (межпластинчатое расстояние), характеризующее размер зерна, уменьшается непрерывно при увеличении накопленной степени деформации и определяется соотношением:

1 S = 1 S 0 exp ( ε / 2 ) ,

где S0 - межпластинчатое расстояние при начальном диаметре проволоки d0;

S - межпластинчатое расстояние на конечном диаметре проволоки d;

ε - накопленная степень деформации.

С учетом квазимонотонного характера течения металла при волочении в монолитной волоке, это соотношение выражается в следующем виде S S 0 = d d 0 ,

т.е. при волочении в монолитной волоке межпластинчатое расстояние пропорционально отношению диаметров проволоки до и после волочения.

При волочении в монолитной волоке деформация пластин цементита по сравнению с ферритом незначительна и пластинчатая структура сохраняется после обработки. (Битков В.В. Технология и машины для производства проволоки. Екатеринбург. УрО РАН, 2004. - 343 с.).

Однако для получения готовой проволоки с наноструктурой из сорбитизированной катанки путем постепенного изменения соотношений диаметров проволоки до и после волочения, необходимо обеспечить получение очень высоких степеней деформации.

Так, например, для получения из катанки с размером зерна 150 нм проволоки диаметром 10,00 мм с размером зерна 60 нм, необходимо обеспечить накопленную степень деформации ε=1,8. Для этого необходима катанка диаметром 25,00 мм.

Переработка такой катанки связана с большими затратами, т.к. для ее переработки необходимы значительные усилия волочения. При этом, в процессе волочения из-за неравномерности распределения деформации по сечению проволоки возможно появление трещин в центре и на поверхности проволоки, что снижает ее качество и вызывает повышенную обрывность. Кроме того, для реализации данного процесса необходимо многократное дорогостоящее волочильное оборудование большой мощности.

Для снижения усилия волочения обычно используют прием волочения через вращающиеся волоки. Так, например, известен способ волочения заготовок круглого поперечного сечения путем протягивания заготовки через ряд расположенных последовательно волок с одновременным вращением одной или нескольких волок. При данном известном способе совмещают операции тепловой и деформационной обработки. (Пат. РФ №2252091, МПК В21С 1/00).

Однако задачей данного известного способа является снижение усилия волочения за счет увеличения пластичности заготовки в нагретом состоянии и снижение за счет этого затрат на производство.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет увеличить степень накопленной деформации за один цикл обработки и является неэффективным при получении ультрамелкозернистых (наноструктурных) материалов, поэтому известный способ не может обеспечить получение поволоки диаметром 10,00 мм с размером зерна 60 нм из высокоуглеродистой стали волочением в монолитной волоке из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитного структуру (сорбит).

Известен способ получения ультрамелкозернистых заготовок в пересекающихся каналах, целью которого является упрочнение металлов в процессе обработки. Способ включает деформацию заготовки из пластического материала в вертикальном и горизонтальных каналах с перемещением заготовки в последнем с подпором. При этом изменение сопротивления деформированию пластичного материала осуществляют также нагреванием и охлаждением (См. патент РФ №2277991, МПК В21 J 5/00).

Известный способ из-за технических сложностей не может быть использован для получения длинномерных наноструктурных материалов, например, проволоки диаметром 10,0 мм с размером зерна 60 нм. из высокоуглеродистой стали волочением в монолитной волоке из катанки, имеющей мелкопластинчатую феррито-цементитную структуру (сорбит).

Наиболее близким способом к заявленному изобретению является способ волочения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом в двух конических волоках с вращением одной из них. (Патент РФ №2347633, МПК В21С 1/00).

В соответствии с этим способом для получения требуемой структуры осуществляют волочение в двух последовательно расположенных монолитных волоках. В первой неподвижной волоке осуществляется деформация с изменением диаметра проволоки, а во вращающейся второй волоке обеспечивается дополнительная деформация сдвига. При этом накопленная величина деформации за один цикл обработки в двух волоках достигает 1,5, что обеспечивает измельчение структуры.

Однако данный способ неприемлем для получения проволоки с пластинчатой феррито-цементитной структурой, так как из-за большой сдвиговой деформации происходит разрушение цементитных пластин, что вызывает охрупчивание проволоки и снижение ее физико-механических свойств.

Кроме того, во вращающейся волоке со смещенным конусом наблюдается высокая дополнительная неравномерность деформации, в связи с чем появляется вероятность среза проволоки в месте стыка волок и растет усилие волочения.

При этом технологическая схема для осуществления способа по прототипу сложна. Все это делает предложенный процесс малотехнологичным и сложным при промышленном производстве проволоки.

Задачей изобретения является повышение физико-механических свойств проволоки путем получения наноструктурного состояния, при одновременном снижении затрат на ее производство.

Поставленная задача достигается тем, что при получении из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой путем деформации заготовки приложением тянущей силы с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением, величину деформации сдвига устанавливают изменением величины угла подъема винтовой линии вращения, которую определяют по формуле:

γ = 90 ( S d 0 S 0 d ) 2 ,

где γ - величина угла подъема винтовой линии вращения;

S0 - межпластинчатое расстояние в заготовке;

d0 - диаметр заготовки;

S - межпластинчатое расстояние в готовой проволоке после обработки;

d - диаметр готовой проволоки после обработки,

причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50.

Предлагаемый способ волочения проволоки путем деформации с приложением тянущей силы в сочетании с одновременным приложением деформации сдвигом позволяет получить проволоку с наноструктурой. Выбранные пределы величины угла подъема винтовой линии вращения обеспечивают необходимую величину накопленной деформации и соответственно получение в проволоке наноструктурного состояния, при одновременном снижении затрат на ее производство.

Пример конкретного выполнения способа.

По заказу ОАО «ММК-МЕТИЗ» был проведен сравнительный анализ заявляемого способа и способа получения проволоки с применением монолитных волок.

Заготовку из катанки, имеющей сорбитную структуру с размером зерна 180 нм., обрабатывали по маршруту:

16,00→14,25→12,85→11,73→10,80→10.00.

В процессе технологии была получена готовая проволока с размером зерна 112 нм. При этом суммарное усилие волочения составило 3550 Н, а накопленная степень деформации 0,94.

По этому же маршруту при волочении проволоки из катанки, имеющей сорбитную структуру с размером зерна 180 нм, в роликовых волоках с применением предлагаемого способа, при среднем угле подъема винтовой линии вращения за один проход 9 градусов, была получена проволока с размером зерна 80 нм. При этом цементитные пластины не разрушились и приобрели форму вытянутой спирали. Суммарное усилие волочения составило 1400 Н, а степень накопленной деформации 3,1.

При волочении проволоки по этому же маршруту известным способом в монолитной волоке из катанки с межпластинчатым расстоянием 100 нм, была получена проволока с межпластинчатым расстоянием 62 нм, усилие волочения составило 3550 Н, а при волочении с применением предлагаемого способа при угле подъема винтовой линии вращения за один проход 9 градусов была получена проволока с межпластинчатым расстоянием 45 нм, при этом суммарное усилие волочения составило 1400 Н, а степень накопленной деформации 3,1.

При волочении с углом подъема винтовой линии вращения за один проход 10 градусов, из катанки диаметром 15,00 мм с межпластинчатым расстоянием 180 нм за четыре прохода была получена проволока диаметром 10,00 мм с межпластинчатым расстоянием 80 нм.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Значение угла у S межпластинчатое расстояние в готовой проволоке, нм Суммарно е усилие волочения за передел, Н ε - накопленная степень деформации. Примечание
за проход Запередел (суммарное) вытяжки кручения общая
1 5 113,00 1400 0,94 1,11 2,05 Крупное зерно
2 10 92,7 1400 0,94 1,29 2,23 Нанозерно, пластинчатый цементит
4 20 76,6 1400 0,94 1,67 2,61 Нанозерно, пластинчатый цементит
8 40 48,9 1400 0,94 2,57 3,51 Нанозерно, пластинчатый цементит
10 50 37,2 1400 0,94 3,11 4,05 Нанозерно, пластинчатый цементит
11 55 Не определяется 1400 0,94 3,42 4,36 Пластины цементита разрушены

Из приведенных данных таблицы видно, что оптимальное значение угла подъема винтовой линии вращения за проход для получения наноструктурного состояния проволоки и исключения разрушения пластин цементита находится в пределах 2-10° при суммарном его значении не более 50, энергозатраты на получение проволоки предлагаемым способом снижены по сравнению с процессом волочения в монолитной волоке примерно в 2,5 раза.

Способ получения проволоки из высокоуглеродистой стали с наноструктурой, включающий деформацию заготовки путем приложения тянущего усилия с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением, отличающийся тем, что величину деформации сдвига вращением устанавливают посредством изменения величины угла подъема винтовой линии вращения, величину которого определяют по формуле:
γ = 90 ( S d 0 S 0 d ) 2
где γ - величина угла подъема винтовой линии вращения;
S0 - расстояние между пластинами цементита в стали заготовки;
d0 - диаметр заготовки;
S - расстояние между пластинами цементита в стали готовой проволоки;
d - диаметр готовой проволоки, причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50°.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для уменьшения усилий при обработке давлением технически чистого алюминия. Снижение микротвердости материала заготовки обеспечивается за счет того, что перед волочением на заготовку воздействуют импульсным магнитным полем, индукция которого не превышает 0,7 Тл, создаваемым посредством установленного перед волокой индуктора, на который подают импульсы тока регламентированных параметров от источника токовых импульсов.

Изобретение предназначено для повышения точности формы и размеров высокопрочной арматурной проволоки больших диаметров, производимой методом холодного волочения и термомеханической обработкой из высокоуглеродистой стали.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства триметаллических прутковых и проволочных изделий волочением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к волочению провода контактного из меди и ее сплавов с площадью поперечного сечения 65, 85, 100, 120, и 150 мм, и может быть использовано в метизной промышленности для изготовления фасонных профилей с вогнутыми и выпуклыми поверхностями.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства биметаллических прутковых и проволочных изделий волочением. .

Изобретение относится к оборудованию для производства проволоки веерным способом, т.е. .
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства высокопрочной проволоки волочением для армирования железобетонных изделий.

Изобретение относится к области производства холоднотянутых профилей электротехнического назначения из следующих нетермоупрочняемых бронз: кадмиевой, магниевой, оловянной, серебряной и других.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой.

Изобретение относится к области электротехнических материалов, а именно к производству изолированных проводов из фольги для изготовления обмоток с высоким коэффициентом заполнения по металлу.

Изобретение предназначено для повышения физико-механических свойств арматурной высокопрочной проволоки преимущественно 9 группы диаметров (более 8,0 мм) при одновременном снижении затрат на ее производство. Способ включает волочение заготовки из высокоуглеродистой стали с сорбитизированной структурой и последующее ее профилирование. Исключение разрушения цементитных пластин структуры стали при сокращении количества протяжек, повышение значения временного сопротивления разрыву и условного предела текучести, относительного удлинения, релаксационной и коррозионной стойкости готовой проволоки обеспечивается за счет того, что перед профилированием заготовку подвергают двухпроходной радиальной деформации с равными вытяжками и одновременным приложением сдвиговой деформации знакопеременным пластическим кручением в противоположных направлениях в каждом проходе на регламентированную глубину распространения по сечению. 1 ил., 1 табл.

Изобретение предназначено для увеличения срока службы калиброванных валков, уменьшения количества перевалок, увеличения производительности устройства для производства холоднодеформируемых труб прокаткой и волочением. Способ изготовления труб включает холодную прокатку трубной заготовки в возвратно-поступательно перемещающейся рабочей клети с валками и калибрование трубы волочением. Изготовление труб различной длины из труднодеформируемых материалов при любых углах поворота трубы при холодной пильгерной прокатке с увеличенной подачей заготовки обеспечивается за счет того, что калибрование трубы волочением осуществляют синхронно с холодной прокаткой трубной заготовки возвратно-поступательным перемещением обоймы с вращающимся волокодержателем и волокой. Устройство содержит возвратно-поступательно перемещающуюся от привода рабочую клеть с валками, механизм подачи и поворота трубной заготовки и механизм калибрования трубы волочением. Механизм калибрования трубы волочением установлен непосредственно за рабочей клетью и выполнен в виде корпуса с направляющими и возвратно-поступательно перемещающейся от привода по направляющим обоймы с установленным внутри нее волокодержателем с волокой, имеющим возможность вращения. Привод перемещения обоймы механизма калибрования волочением выполнен в виде соединенного с обоймой соленоида и расположенной в корпусе катушки. 2 н. и 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий волочением. Способ включает предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки. Снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения обеспечивается за счет того, что используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой регламентируют математической зависимостью, учитывающей влияние таких факторов как сопротивление деформации материала наружного слоя, напряжение противонатяжения, соотношение площадей сечения слоев и др., что позволяет повысить единичные обжатия и качество протягиваемых изделий.

Изобретение относится к области волочения при производстве прутков и проволоки. Способ включает формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса обеспечивается за счет оптимизации угла наклона образующей рабочего канала волоки, регламентируемого математической зависимостью, учитывающей такие параметры, как коэффициент внешнего трения в очаге деформации, длину очага деформации, длину калибрующего пояска волоки, сопротивление деформации материала протягиваемой заготовки, напряжение противонатяжения, коэффициент вытяжки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Биметаллическую заготовку получают путем оборачивания сердечника лентой и соединения кромок ленты. Исключение применения сварки, как следствие, разогрева и оплавления кромок и стержня, появления интерметаллидов, снижающих прочность соединения компонентов при плакировании, обеспечивается за счет того, что предварительно в сердечнике делают V-образный врез глубиной не более половины диаметра сердечника и углом 30-60° и выполняют правку сердечника для придания ему прямолинейной формы по длине, затем края ленты заправляют в V-образный врез и сжимают заготовку, устраняя врез, при этом ширина ленты регламентирована математической зависимостью. 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых и проволочных изделий волочением. Способ включает предварительное формирование на изделии захватки и последующее многопереходное волочение через монолитные волоки. Исключение вероятности разрушения изделия от осевых, радиальных и окружных остаточных напряжений обеспечивается за счет того, что предельная суммарная вытяжка регламентирована исходя из условия сохранения прочности металлоизделия математической зависимостью. 1 пр.

Способ относится к обработке металлов давлением в прокатном и волочильном производстве. Способ включает многоступенчатую деформацию заготовки в ряде калибров, образованных ручьями смежных валков роликовой волоки при сопряжении их контактных поверхностей, путем формирования профиля на отдельных ступенях деформации с разворотом калибров в последующей ступени и чистовое формирование профиля в монолитной волоке. Повышение точности профилей и уменьшение усилия волочения обеспечивается за счет того, что на поверхности профиля формуют не менее трех параллельных его продольной оси равновеликих валика путем выдавливания металла в клиновидные компенсационные полости калибров между участками контактных поверхностей смежных роликов, прилегающими к контуру калибра, разворот калибров производят на половину угла между соседними компенсационными полостями относительно их положения в предыдущем калибре. Суммарная площадь поперечного сечения валиков регламентирована математической зависимостью. 3 ил., 1 пр.
Наверх