Способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы. Техническим результатом изобретения является получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) структуры сортового проката, обеспечивающей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей при одновременном обеспечении повышенных характеристик деформируемости стали. Для реализации технического результата способ включает выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, разливку в изложницы с защитой струи, горячую прокатку слитка и получение заготовки с последующей ее прокаткой, контролируемым охлаждением и смоткой сортового проката в бунты. Выплавляют сталь, содержащую, мас.%: углерод 0.17-0.25, марганец 0.30-0.65, кремний 0.01-0.17, сера 0.005-0.020, ванадий 0.005-0.07, ниобий 0.005-0.02, кальций 0.001-0.010. Причем 0.46≥6×V+8×Nb≥0,22; . Микролегирование стали ниобием тормозит процессы рекристаллизации стали при температуре окончания прокатки 1000-1050°С, что позволяет реализовать технологию прокатки на существующем оборудовании. Горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050°С, далее ускоренно охлаждают до 750-850°С и прокатывают с деформацией не менее 30% с последующим охлаждением на воздухе до 300°С. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы.

Известна конструкционная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.18-0.22%, марганец 0.27-0.67%, кремний 0.17-0.37%, ванадий 0.05-0.10%, ниобий 0.01-0.04%, остальное железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 6V+8Nb≥ 0.56 и 100000VNb²≤ 8.0 (авторское свидетельство СССР 1772208 от 30.10.1992 г. Бюл. №40, С 22 С 38/12).

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы, является, с одной стороны, высокая технологическая пластичность и низкий коэффициент деформационного упрочнения в состоянии поставки и, с другой стороны, способность обеспечить заданный уровень потребительских свойств после холодной объемной штамповки. Данная сталь от шихтовки до готового сортового проката проходит достаточно длительный передел, включающий следующие операции: выплавку, горячую прокатку, сфероидизирующий отжиг, калибровку. Задача обеспечения необходимого комплекса механических свойств, показателей технологической пластичности и низкого коэффициента деформационного упрочнения металлопроката в состоянии поставки в настоящее время успешно разрешается за счет ряда приемов, применяемых на различных стадиях изготовления стали.

Задачей изобретения является разработки стали повышенной штампуемости и способа производства из нее сортового проката, обеспечивающего получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) сортового проката. Техническим результатом изобретения является получение структуры проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей, включающий выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, разливку в изложницы, горячую прокатку слитка и охлаждение (RU 2156311 С1, C 21 D 8/12, 20.09.2000).

Для достижения технического результата в известном способе производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей, включающем выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, разливку в изложницы, горячую прокатку слитка и охлаждение, выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0.17-0.25

Марганец 0.30-0.65

Кремний 0.01-0.17

Сера 0.005-0.020

Ванадий 0.005-0.07

Ниобий 0.005-0.02

Кальций 0.001-0.010

Железо Остальное

при выполнении соотношений

0.46≥ 6× V+8× Nb≥ 0,22;

горячую прокатку заканчивают при 1000-1050° С, ускоренно охлаждают до 750-850° С и прокатывают со степенью деформации не менее 30% с последующим охлаждением на воздухе. При разливке стали в изложницы струю металла защищают аргоном.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в предлагаемой углеродистой стали (пруток диаметром до 25 мм) непосредственно в состоянии поставки сфероидизованной структуры, обеспечивающей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных деталей и обеспечивающей благоприятное сочетание характеристик прочности и пластичности.

Углерод и карбонитридообразующие элементы (ванадий, ниобий) вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ниобий и ванадий управляют процессами в аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ -α -превращения. Ниобий и ванадий способствует также упрочнению стали при термоулучшении. Верхняя граница содержания углерода (0.25%), ниобия (0.02%) и ванадия (0.07%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.17%, 0.005% и 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец, используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, существенно повышающий устойчивость переохлажденного аустенита. При этом верхний уровень содержания марганца 0.65% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 0.30% необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0.01% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.17% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали. Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0.020%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.005%) - вопросами технологичности производства.

Кальций - элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел (0.010%), как и в случае серы, обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0.001%) предел вопросами технологичности производства.

Соотношения 0.46≥ 6× V+8× Nb≥ 0,22;

определяют условия обеспечения заданных характеристик пластичности и упрочняемости стали при холодной объемной штамповке сложнопрофильных крепежных деталей. Ниже даны примеры осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других, в объеме формулы изобретения.

Выплавка низкоуглеродистой стали следующего состава: углерод 0.21%, марганец 0.45%, кремний 0.10%, хром 0.20%, сера 0.011%, ванадий - 0.03%, ниобий 0.01%, кальций 0.001%, производится в шахтной электропечи “Фукс”. Для гарантированного низкого содержания азота разработана специальная технология, включающая шихтовку плавки жидким чугуном до 40% от общего объема шихты. Окислительный период предусматривает высокие скорости окисления углерода в пределах 0,05-0,07%/мин. Электрический режим предусматривает отключение печи при содержании углерода на 0,2-0,4% выше нижнего предела по заданному, додувку по углероду производят без электродуги. Температура выпуска из печи 1640-1680° С. Ввод ферросплавов, обработка стали для удаления неметаллических включений производится на установке печь-ковш, оборудованной системой электроподогрева или химподогрева. Температура стали перед разливкой на 60° С выше температуры ликвидуса марки. Разливка стали производится в уширенные к верху изложницы. Масса слитка 7,85 т. Для обеспечения низкого содержания азота при разливке производится защита струи металла аргоном через специальное кольцевое устройство. Нагрев слитков в обжимном цехе производится в рекуперативных колодцах до температуры начала прокатки 1250-1270° С. Прокатка слитков производится на блюминге (стан 1300) и далее на непрерывном заготовочном стане на заготовку сечением 100× 100 мм. Для снятия образовавшегося при нагреве слитков обезуглероженного слоя заготовки подвергаются абразивной зачистке. Затем производилась горячая прокатка полученной заготовки на проволочном стане 150 или мелкосортном стане 250 в диаметрах от 5,5 до 23 мм в мотках. Для обеспечения величины обезуглероженного слоя не более 1% от диаметра ограничен темп выдачи заготовок из печи не менее 100 т/час для стана 150 и не менее 56 т/час для стана 250. Температура начала прокатки заготовок 1220-1240° С для стана 250 и 1270-1290° С для стана 150. Горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050° С, далее ускоренное охлаждение до 750-850° С, прокатывают со степенью деформации не менее 30% с последующим охлаждением на воздухе до 300° С и последующей смоткой в бунты.

Выполнение соотношения легирующих элементов позволило обеспечить требуемый уровень пластичности стали непосредственно в горячекатаном состоянии на уровне δ =25% и уровень холодной осадки образца диаметром 20 мм на 75% высоты.

при содержании марганца - 0.45%, углерода - 0.21%

6× V+8× Nb=0,26 при содержании ванадия - 0.03%, ниобия - 0.01%

при содержании серы - 0.011%, кальция - 0.001%.

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из стали повышенной штампуемости, обеспечивающего получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей.

Формула изобретения

1. Способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей, включающий выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, разливку стали в изложницы, горячую прокатку слитка, охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,17-0,25

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,17

Сера 0,005-0,020

Ванадий 0,005-0,07

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо Остальное

при выполнении соотношений

0,46≥6×V+8×Nb≥0,22;

где С - углерод;

Mn - марганец;

V - ванадий;

Nb - ниобий;

Са - кальций;

S - сера,

горячую прокатку заканчивают при температуре 1000-1050°С, ускоренно охлаждают до 750-850°С и прокатывают со степенью деформации не менее 30% с последующим охлаждением на воздухе до 300°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разливке стали в изложницы защищают струю металла аргоном.