Способ подготовки горячекатаного проката при изготовлении автомобильных крепежных изделий методом холодной объемной штамповки

Авторы патента:

C21D8/06 - при изготовлении прутков или проволоки

C21D1/26 - 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 2762283:

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

Изобретение относится к области термомеханической обработки горячекатаного и калиброванного проката из конструкционной легированной стали перлитного класса и может быть использовано для изготовления из него крепежных (болты, гайки) и метизных изделий (стремянки, тяги и т.д.) для автомобилей, тракторов и различной спецтехники. Способ подготовки горячекатаного проката под холодную объемную штамповку при изготовлении крепежных изделий включает двукратный отжиг и двукратное волочение на волочильном стане, отличающийся тем, что первый отжиг проводят в печи при температуре 760-780 ^οС с выдержкой в течение 3-4 ч, с последующим охлаждением до температуры 660- 680 °С и выдержкой при этой температуре в течение 3-4 часов, с последующим охлаждением до температуры 170-180 ^οС и выдержкой при этой температуре в течение 1-2 ч, после чего проводят охлаждение на воздухе, затем осуществляют первое волочение со степенью обжатия 22-23%, затем проводят второй отжиг проката в мотках путем индукционного нагрева посредством ТВЧ при температуре 660-680 ^οС, после чего проводят второе волочение со степенью обжатия 12-13%. Технический результат – получение требуемых механических характеристик готового калиброванного проката за счет требуемой структуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине проката с сохранением требуемой прочности и пластичности перед холодной объемной штамповкой крепежных и метизных изделий. 1 табл.

В качестве прототипа принят способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий (патент на изобретение № RU 25306603C1, С21D 8/06, (2006/01) опубл. 10.10.2014 Бюл. №28).

Данный способ обработки горячекатаного проката под холодную высадку крепежа включает двукратный отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780ºС и трехкратное волочение с различными степенями обжатия; после первого волочения со степенью обжатия 15,9% осуществляют отжиг при температуре 760-780ºС, после второго волочения со степенью обжатия 20,6% осуществляют второй отжиг при температуре 760-780ºС, затем осуществляют окончательное волочение через фильер со степенью обжатия 3,0%. Однако применение трехкратного волочения удлиняет процесс подготовки проката. Недостатком данного способа подготовки проката является длительность и трудоемкость процесса при отжиге мотков металла на установке ТВЧ и дополнительное волочение через фильеру.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа изготовления калиброванного проката, соответствующего требованиям ГОСТ 10702-2016 «Прокат сортовой из конструкционной нелегированной и легированной стали для холодной объемной штамповки. Общие технические условия (с Поправкой)», без одной дополнительной операции термообработки на установке ТВЧ на структуру зернистый перлит, применением меньшего количества операций волочения проката, следовательно, менее энерго- трудоёмкого.

Технический результат – получение требуемых механических характеристик готового калиброванного проката за счет требуемой структуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине проката с сохранением требуемой прочности и пластичности перед холодной объемной штамповкой крепежных и метизных изделий.

Этот технический результат достигается тем, что в способе обработки горячекатаного проката для изготовления автомобильного крепежа и метизов включается первый отжиг в печи при температуре 760-780ºС, второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660-680ºС и двукратное волочение с различными степенями обжатия; после первого отжига прокат подвергают первому волочению со степенью обжатия 22-23%, далее осуществляют отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660-680ºС, после второго отжига осуществляют второе окончательное волочение через фильеру со степенью обжатия 12-13%.

Первичный отжиг преобразует изначальную структуру горячекатаного проката «перлит + феррит» в структуру «зернистый перлит», что значительно повышает пластичность металла, снижает неоднородность микроструктуры и позволяет проводить первичное волочение горячекатаного проката с высокими степенями обжатия. Охлаждение металлопроката до 660-680ºС и выдержка с печью в течение 3-4 ч, затем охлаждение с печью до 170-180ºС, выдержка с печью 1-2 ч и далее на открытом воздухе до температуры окружающей среды способствует образованию равномерной по площади поперечного сечения и длине проката структуры «зернистый перлит». При этом исключается образование поверхностных упрочнений на поверхности проката.

Второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660–680ºС позволяет перевести волокнистую структуру пластически деформированных зерен в мелкодисперсную и более равномерную по сравнению с исходной микроструктурой предварительно калиброванного проката. Это обусловливает снижение прочностных свойств и твердости и повышение пластических свойства, т.е. их улучшение.

С применением двух отжигов: в печи при температуре 760-780ºС и индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660-680ºС и после двукратного волочения наблюдается изменение микроструктурного состояния. После второго отжига в калиброванном прокате достигается равномерная структура, составляющая от 90 до 95% мелкозернистого перлита.

Двукратное волочение и отсутствие окалины на поверхности калиброванного проката после отжига индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660-680ºС обеспечивает получение необходимого качества поверхности калиброванного проката. Кроме того, у дважды прокалиброванного проката практически отсутствует эллипсность на конечном готовом размере.

Окончательное волочение позволяет получать требуемый по геометрическим размерам калиброванный прокат под последующую холодную объемную штамповку автомобильного крепежа и метизных изделий при достаточных прочностных и пластических характеристиках с учетом степени обжатия.

Режимы обоснованы экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят в печи отжиг горячекатаного проката при температуре 760-780ºС в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до 660-680ºС, выдерживают с печью в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до 170-180ºС, выдерживают с печью 1-2 ч и далее охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. После первичного отжига в печи прокат подвергают первичному волочению на волочильном стане со степенями обжатия 22,5%. После отжига индукционным нагревом ТВЧ при температуре 660-680ºС прокат подвергают вторичному волочению на волочильном стане со степенями обжатия 12,6%. В результате применения вышеуказанных технологических операций калиброванный прокат может быть использован под холодную высадку крепежных и метизных изделий для автомобильной, тракторной и другой спецтехники.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках конструкционной легированной стали 40Х диаметром 12,0 мм для дальнейшего изготовления из него калиброванного проката под холодную высадку крепежа силовых оснований для агрегатов автомобильной и тракторной техники с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-2016 «Прокат сортовой из конструкционной нелегированной и легированной стали для холодной объемной штамповки. Общие технические условия (с Поправкой)». Химический состав стали 40Х соответствовал ГОСТ 10702-2016.

Отжиг одного мотка горячекатаного проката проводили нагревом при температуре 770ºС в течение 3,0 ч, охлаждали с печью до температуры 670ºС, выдерживали с печью 3,5 ч, охлаждали с печью до 175ºС, выдерживали с печью 1,5 ч и далее охлаждали на открытом воздухе до температуры окружающей среды помещения. Затем осуществляли первичное волочение исходного горячекатаного проката в волоке на волочильном стане со степенью обжатия 22,5%. Затем проводили термообработку калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 670ºС в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ проводили вторичное волочение проката на волочильном стане со степенью обжатия 12,6%.

В других случаях меняли температуру отжига горячекатаного проката (730; 740; 750; 760;770; 780; 790 и 800ºС) при средних значениях степеней обжатия, выдержке с печью и средней температурой отжига режима на установке ТВЧ. Оптимальной была принята температура отжига в печи 760-780ºС.

При уменьшении температуры отжига (от 730 до 750ºС) структура проката «перлит + феррит» имеет составляющие: около 70% «зернистый перлит» и 30% «пластинчатый перлит». При увеличении температуры отжига (от 790 до 800ºС) увеличивается размера зёрен микроструктуры, что может способствовать снижению прочностных и увеличению пластических характеристик горячекатаного проката.

Охлаждение с печью до температуры 660-680ºС выбрано с учетом того, что при медленном охлаждении при температуре 660ºС и менее окончательно формируется микроструктура «зернистый перлит», а при температуре более 690ºС её положение неустойчиво.

Выдержка 3-4 ч при отжиге достаточна, т.к. при выдержке менее 3 ч моток проката в печи прогревается и охлаждается неравномерно, а структурные превращения в металле не успевают произойти равномерно по всей длине мотка, в результате чего возможно появление неравномерных механических характеристик. Выдержка в печи более 4 ч приводит к увеличенным энергетическим затратам, затягивает технологический процесс отжига и способствует обезуглероживанию поверхности горячекатаного проката.

Охлаждение с печью до 170-180ºС, выдержка с печью 1-2 ч и далее охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды помещения способствует образованию равномерной микроструктуры «зернистый перлит» по поперечному сечению и длине мотка горячекатаного проката, позволяет избежать упрочнений на поверхности проката и ускоряет технологический процесс отжига.

Меняли степень обжатия проката при первичном волочении (19%; 20%; 21%; 22%; 22,5%; 23%; 24% и 25%) при средних значениях температуры отжига, выдержке металла в печи, охлаждения с печью, время нагрева в печи, режима термообработки на установке ТВЧ, степени обжатия при повторном волочении. Оптимальной была выявлена степень обжатия проката от 22 до 23%.

При уменьшении степени обжатия ниже 22% выявляется занижение прочностных характеристик по поперечному сечению и длине мотка проката, что может не обеспечить механические свойства для обеспечения требований ГОСТ 10702-2016 перед отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

При увеличении степени обжатия (выше 23%) получали завышенные механические характеристики проката перед вторичным отжигом индукционным нагревом на установке ТВЧ.

Меняли температуру отжига индукционным нагревом ТВЧ (620ºС; 630ºС; 640ºС; 650ºС; 660ºС; 670ºС; 680ºС; 690ºС; 700ºС). Оптимальной была выявлена температура отжига 660-680ºС.

При уменьшении температуры (650ºС и ниже) увеличивается время отжига и получали завышенные механические свойства калиброванного проката.

При увеличении температуры отжига (690ºС и выше) происходит увеличение размера зерна и снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением.

Меняли степень обжатия при вторичном волочении для получения готового размера проката (9%; 10%; 11%; 12%; 12,6%; 13%; 14% и 15%). Оптимальной была принята степень обжатия при волочении 12-13%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 12%) при вторичном волочении получали заниженные и неравномерные по сечению и длине проката механические характеристики.

При увеличении степени обжатия (выше 13%) наблюдалась вытянутость зерен, обусловливающая завышенные прочностные и заниженные пластические характеристики проката перед высадкой крепежных и метизных изделий.

Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате стали марки 38ХА с химическим составом по ГОСТ 10702-2016. Сталь марки 38ХА позволяет получать аналогичные результаты с маркой стали 40Х.

Твердость определяли на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифовальных лысках – на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении х500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Механические характеристики калиброванного проката по предложенной технологии и ГОСТ 10702-2016.

№ п/п	Контролируемые параметры	Предложенная технология	Требования ГОСТ 10702-2016
1	Твердость, НВ	195	Не более 207
2	Временное сопротивление разрыву, σв (МПа)	720	Не менее 600
3	Относительное сужение, Ψ %	64	Не менее 40
4	Общая глубина обезуглероженного слоя, мм	Местное частичное 0,03	Не более 0,05
5	Осадка образцов в исходном состоянии (группа осадки)	66	66
6	Величина глубины поверхностных дефектов	Отсутствуют	Допускаются отдельные мелкие риски не более половины предельного отклонения по диаметру

Способ подготовки горячекатаного проката под холодную объемную штамповку при изготовлении крепежных изделий, включающий двукратный отжиг и двукратное волочение на волочильном стане, отличающийся тем, что первый отжиг проводят в печи при температуре 760-780°С с выдержкой в течение 3-4 ч, с последующим охлаждением до температуры 660-680°С и выдержкой при этой температуре в течение 3-4 ч, с последующим охлаждением до температуры 170-180°С и выдержкой при этой температуре в течение 1-2 ч, после чего проводят охлаждение на воздухе, затем осуществляют первое волочение со степенью обжатия 22-23%, затем проводят второй отжиг проката в мотках путем индукционного нагрева посредством ТВЧ при температуре 660-680°С, после чего проводят второе волочение со степенью обжатия 12-13%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокопрочного холоднокатаного непрерывно отожженного листового проката из IF-сталей, который может быть использован в автомобильной промышленности. Способ производства высокопрочного холоднокатаного и отожженного проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку в слябы, горячую прокатку слитка, холодную прокатку полученного проката и рекристаллизационный отжиг.

Стальная проволока, для которой необходима прямолинейность, и способ ее изготовления // 2746613

Предложены стальная проволока, для которой необходима прямолинейность, и способ изготовления стальной проволоки, где стальная проволока представляет собой проволоку, подвергнутую операции волочения, операции нагревания в состоянии, при котором приложено натяжение, и операции охлаждения, где при намотке проволоки на намоточную деталь, имеющую диаметр, который больше диаметра проволоки, на заданный период времени и последующем измерении прямолинейности проволоки длиной 400 мм прямолинейность проволоки меньше или равна 30 мм, и способ включает операцию подготовки проволоки, операцию нагревания, операцию охлаждения и операцию измерения прямолинейности.

Способ подготовки горячекатаного проката для изготовления высокопрочных крепежных стержневых изделий // 2728153

Изобретение относится к области термомеханической обработки сортового горячекатаного проката из конструкционных сталей перлитного класса и может быть использовано при изготовлении из него высокопрочных крепежных стержневых изделий для автомобилей, тракторной, сельскохозяйственной и специальной техники.

Способ получения стальной детали и соответствующая стальная деталь // 2725263

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения механических свойств детали способ включает отливку стали, содержащей, мас.%: 0,10% ≤ C ≤ 0,35%, 0,8% ≤ Si ≤ 2,0%, 1,8% ≤ Mn ≤ 2,5%, P ≤ 0,1%, 0% ≤ S ≤ 0,4%, 0% ≤ Al ≤ 1,0%, N ≤ 0,015%, 0% ≤ Mo ≤ 0,4%, 0,02% ≤ Nb ≤ 0,08%, 0,02% ≤ Ti ≤ 0,05%, 0,001% ≤ B ≤ 0,005%, 0,5 % ≤ Cr ≤ 1,8%, 0% ≤ V ≤ 0,5%, 0% ≤ Ni ≤ 0,5% для получения полупродукта, горячую прокатку полупродукта при начальной температуре горячей прокатки выше 1000°C и охлаждение продукта воздухом до комнатной температуры, чтобы получить горячекатаную стальную деталь, имеющую микроструктуру, состоящую из 70 - 90% бейнита, от 5% до 25% соединений M/А и самое большее 25% мартенсита, причем бейнит и соединения M/А, содержащие столько остаточного аустенита, что суммарное содержание остаточного аустенита в стали находится между 5% и 25%, при этом содержание углерода в остаточном аустените находится между 0,8% и 1,5%.

Стальной сортовой прокат для скважинного элемента и скважинный элемент // 2710808

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплошной стальной заготовке круглого сечения из мартенситной нержавеющей стали для скважинного элемента. Заготовка имеет следующий химический состав, в мас.%: C: 0,020 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, P: 0,03 или меньше, S: 0,01 или меньше, Cu: от 0,10 до 2,50, Cr: от 10 до 14, Ni: от 1,5 до 7,0, Mo: от 0,2 до 3,0, Ti: от 0,05 до 0,3, V: от 0,01 до 0,10, Nb: 0,1 или меньше, Al: от 0,001 до 0,1, N: 0,05 или меньше, B: от 0 до 0,005, Ca: от 0 до 0,008, Co: от 0 до 0,5, остальное - железо и примеси.

Способ производства высокопрочной проволоки из стали и линия для его осуществления // 2705835

Группа изобретений относится к способам производства высокопрочной проволоки из стали и может быть использована в линиях производства проволоки указанного вида. Способ включает разматывание бунтовой проволоки, правку, первый индукционный нагрев проволоки, ее термодеформационное упрочнение, закалку, второй индукционный нагрев до температуры отпуска, охлаждение, бесцентровое шлифование и смотку в бунт.

Высокопрочная стальная проволока // 2695847

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению удлинённого стального элемента, имеющего некруглое поперечное сечение и находящегося в упрочненном состоянии, который используют для получения пружинной проволоки или канатов. Удлинённый стальной элемент имеет состав стали, содержащий в мас.%: углерод от 0,20 до 1,00, кремний от 0,05 до 2,0, марганец от 0,40 до 1,0, хром в диапазоне от 0,0 до 1,0, серу и фосфор по отдельности до 0,025, никель, ванадий, алюминий, молибден или кобальт по отдельности до 0,5, остальное - железо и неизбежные примеси.

Сталь, изделие из стали и способ его изготовления // 2693990

Изобретение относится к получению нержавеющей стали мартенситно-аустенитного класса, предназначенной для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой в агрессивных кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислот, ионов хлора, сероводорода.

Способ подготовки горячекатаного проката для изготовления крепежных изделий // 2689349

Изобретение относится к области обработки сортового горячекатаного проката и может быть использовано при изготовлении из него высокопрочных длинномерных крепежных изделий. Для получения требуемых прочностных и пластических свойств калиброванного проката согласно ГОСТ 10702-2016 за счет формирования равномерной мелкодисперсной структуры пластинчатого сорбита по всей площади поперечного сечения и длине проката осуществляют отжиг горячекатаного проката при 770-790ºС с выдержкой в течение 3-4 ч, охлаждение с печью до 660-680ºС, выдержку в печи 3-4 ч, охлаждение с печью до температуры 160-170ºС с выдержкой 2-3 ч, охлаждение на воздухе, первичное волочение со степенью обжатия 13-14%, патентирование с изотермической выдержкой при температуре 490-510ºС, охлаждение и вторичное волочение со степенью обжатия 5-6%.

Способ отжига проволоки // 2689265

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения требуемых механических свойств проволоки за счет создания однородной структуры осуществляют отжиг проволоки, при непрерывном процессе производства, после волочения, при этом нагрев проволоки проводят пучком лазерных лучей мощностью 0,1-1 кВт/см2 продолжительностью от 1 до 20 с до температуры 550-750°С, затем наматывают проволоку на катушку и охлаждают.

Реактор для паротермальной карбонизации биомассы. // 2761821

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и энергетики, в частности к устройствам для паротермальной карбонизации биомассы с целью получения биочара. Предложен реактор для паротермальной карбонизации биомассы в кипящем слое, содержащий цилиндрический вертикальный корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода обработанного материала, отличающийся тем, что с целью повышения однородности обработки мелкодисперсного материала при одновременном уменьшении габаритов и массы реактора упомянутые вертикальные вставки, обеспечивающие петлеобразное движение мелкодисперсного материала, установлены в зазорах между вертикальными перегородками перпендикулярно им, а сами вертикальные перегородки в свою очередь установлены по хордам поперечного сечения цилиндрического реактора, причем каждая вертикальная перегородка опирается на газораспределительную решетку и имеет в своей нижней части в пространстве между вертикальной стенкой реактора и последней по ходу движения мелкодисперсного материала вертикальной вставкой, примыкающей к данной перегородке, отверстие для выхода мелкодисперсного материала.