Сортовой прокат, круглый, из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей особо сложной формы

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката, круглого, из низкоуглеродистой высокопластичной стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы. Техническим результатом изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей при одновременном обеспечении повышенных характеристик технологической пластичности и низкого уровня деформационного упрочнения. Для реализации технического результата сортовой прокат выплавляют из низкоуглеродистой стали, содержащей следующие соотношения компонентов в 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 и неизбежные примеси остальное, при выполнении соотношений: 12/C-Mn/0.02≥27; 046≥6V+8Nb≥0.22; Ca/S≥0.065 максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна - 5-10 балл, диаметр от 10 до 25 мм, обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 550 МПа, относительное удлинение не менее 20%, относительное сужение не менее 60%.

 

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

Известен сортовой прокат круглый из микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющей заданную структуру, например холоднодеформированный мартенсит, прочность на разрыв не менее 1800 МПа и диаметр проволоки составляет 0.1-0.5 мм [1].

Известен сортовой прокат, круглый из низкоуглеррдистой стали, содержащей, мас.%: углерод 0,17-0,20%, кремний 0,17-0,37%, марганец 0,65-1,00%, хром 0,55-0,70%, ванадий 0,05-0,08%, ниобий 0,02-0,04%, железо - остальное, при выполнении соотношения (хром/углерод)(ванадий/ниобий)²=16,4-65,9 [2]

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сортовой прокат, круглый, из стали, содержащей, 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 [3]. Недостатки в том, что при относительно высоком уровне вариации содержания углерода не учтен фактор защиты бора от связывания в нитриды, что не позволит получить повышенные характеристики прокаливаемости.

Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей при одновременном обеспечении однородных механических свойств по сечению проката и повышенных характеристик технологической пластичности.

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату, круглому, высокопластичной 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.

Поставленная задача решена тем, что известный сортовой прокат, круглый, из высокопластичной низкоуглеродистой стали, имеющий заданную структуру, временное сопротивление разрыву и твердость, согласно изобретению выполнен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, маc.%:

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 и

неизбежные примеси остальное

Причем:

максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна - 5-10 балл, диаметр проволоки составляет от 10 до 25 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 550 МПа, относительное удлинение не менее 20%, относительное сужение не менее 60%.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии (болт, гайка, шпилька диаметром до 23 мм), после холодной объемной штамповки однородную мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска с благоприятным сочетанием 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 (определяют склонность к росту зерна аустенита, стабилизируют структуру при термомеханической обработке, повышают температуру рекристаллизации и, как следствие, влияют 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 определяют условия обеспечения заданных характеристик пластичности и упрочняемости стали при холодной объемной штамповке сложнопрофильных крепежных деталей

Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию ″ существенные отличия″ .

Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения.

Выплавка высокопластичной низкоуглеродистой сталей 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 уширенную к верху изложницу. 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° C. 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 880-900° С с последующим охлаждением на воздухе до 300° С и последующей смоткой в бунты.

В результате горячей прокатки получаем сортовой прокат диаметром 21 мм со структурой зернистого перлита (99%), обезуглероденный слой глубиной 0.12 мм, балл действительного зерна - 9, холодная осадка проволоки диаметром 21 мм на 90%, временным сопротивлением разрыву 500 МПа, относительное удлинение 22%, сужение 70%..

Соотношение

С=0,20%, Mn=0,50%

V=0,01%, Nb=0,01%

Ca=0,0011%, S=0,008%

Внедрение предложенного изделия - сортового проката, круглого, из низкоуглеродистой стали повышенной пластичности обеспечивает получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизируюшего отжига) структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU 2177510 С2, С 21 D 8/06, 27.12.2001.

2. SU 1703709, С 22 С 38/54, 07.01.1992.

3. SU 1772208, С 22 С 38/12, Бюл. №40, 30.10.1992 (прототип).

Сортовой прокат, круглый, выплавленный из низкоуглеродистой стали, содержащий углерод и легирующие элементы, имеющий заданные параметры качества стали по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, упрочняемости при деформации и технологической пластичности, отличающийся тем, что сталь содержит следующие соотношения компонентов в 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 и неизбежные примеси Остальное

при выполнении соотношений

максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна 5-10 баллов, диаметр от 10 до 25 мм, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 550 МПа, относительное удлинение не менее 20%, относительное сужение не менее 60%.