Сортовой прокат круглый из пружинной стали со специальной отделкой поверхности

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката круглого в прутках диаметром от 12 до 34 мм для производства тяжелонагруженных пружин различного назначения. Для обеспечения повышенного уровня потребительских свойств пруток выполнен из стали, содержащей, мас.%: С (055-0,65), Mn (0,70-1,00), Si (1,70-2,0), Cr (0,20-0,40), Ni (0,005-0,15), S (0,005-0,015), P (0,005-0,020), N (0,005-0,01), As (0,0001-0,03), Sn (0,0001-0,002), Pb (0,0001-0,01), Zn (0,0001-0,005), железо и неизбежные примеси - остальное, при соотношении: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07, имеет феррито-перлитную структуру без участков графита, мартенсита, бейнита и видманштетта, размер действительного зерна 6-12 баллов, кривизну не более 1,0 мм на метр, предельные отклонения по диаметру не более 0,110 мм при диаметре проката до 20 мм и не более 0,130 мм при диаметре проката от 20 до 34 мм, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформируемым не более 2,5 баллов по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не более 850 Н/мм², предел текучести не менее 500 Н/мм², твердость 192-269 НВ. Модуль нормальной упругости не менее 200000 Н/мм², модуль сдвига не менее 80000 Н/мм². 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката со специальной отделкой поверхности в прутках диаметром от 12 до 34 мм из пружинной стали, предназначенного для производства тяжелонагруженных пружин различного назначения.

Известен сортовой прокат круглый из легированной стали, выполненный горячекатаным из стали, содержащей углерод и легирующие элементы, и имеющий заданные параметры металлургического качества по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, прокаливаемости (RU 2180277 С1, 10.03.2002).

Известен сортовой прокат круглый из пружинной стали, выполненный горячекатаным из стали, содержащей углерод и легирующие элементы и имеющий заданные параметры металлургического качества по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, прокаливаемости. (RU 2092257 C1, C21D 8/06, 10.10.1997).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный сортовой прокат круглый из пружинной стали со специальной отделкой поверхности, выполненный горячекатаным, отожженным, имеющий заданные параметры структуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости (Справочник, Современные материалы в автомобилестроении, Москва: Машиностроение, 1977, с.101-107).

Важнейшим требованием, предъявляемым к прокату из пружинной стали, является, с одной стороны, обеспечение однородности микро- и макроструктуры, низкого содержания неметаллических включений, с другой стороны - обеспечение повышенного комплекса потребительских свойств и заданной морфологии неметаллических включений.

Задачей изобретения является обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности упругости и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Поставленная задача решена тем, что сортовой прокат из пружинной стали со специальной отделкой поверхности, выполненный горячекатаным, отожженным, имеющий заданные параметры структуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости, получен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов в мас.%:

углерод [С]	0,55-0,65
марганец [Mn]	0,70-1,00
кремний [Si]	1,70-2,00
хром [Cr]	0,20-0,40
никель [Ni]	0,005-0,15
cepa [S]	0,005-0,015
фосфор [Р]	0,005-0,020
азот [N]	0,005-0,010
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное.

при выполнении соотношения: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07, имеет феррито-перлитную структуру без участков графита, мартенсита, бейнита и видманштетта, размер действительного зерна 6-12 баллов, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат - не более 3 балла по каждому виду, подусадочная ликвация - не более 3 балла; ликвационные полоски - не более 1 балла, неметаллические включения - по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным - не более 2,5 средний балл по каждому виду включений, механические свойства после отжига - временное сопротивление разрыву не более 850 Н/мм², предел текучести не менее 500 Н/мм², твердость 192-269 НВ, модуль нормальной упругости не менее 200000 Н/мм², модуль сдвига - не менее 80000 Н/мм², кривизну не более 1,0 мм на метр, предельные отклонения по диаметру не более - 0,110 мм при диаметре проката до 20 мм и не более - 0,130 мм при диаметре проката от 20 до 34 мм

В качестве примеси сталь дополнительно содержит медь - не более 0,15%.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии мелкодисперсную феррито-перлитную структуру, оптимальные содержание и морфологию неметаллических включений, однородную макроструктуру и благоприятное сочетание характеристик прочности, упругости и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности, упругости и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0,65%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня вязкости и упругости стали, а нижняя - соответственно 0,55% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец и хром используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, повышающие устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 1,00% и хрома 0,40% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня вязкости стали, а нижний 0,70% и 0,20% соответственно - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости и теплостойкости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 1,70% - обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень упругости стали. Содержание кремния выше 2,00% неблагоприятно скажется на характеристиках упругости стали.

Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля (0,005%) обуславливается необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний (0,15%) необходимостью получения требуемого уровня прокаливаемости стали.

Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,010% - обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,005% - вопросами технологичности производства.

Сера определяет уровень пластичности и обрабатываемости резанием стали. Верхний предел (0,035%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,025%) - вопросами технологичности производства и обрабатываемости резанием.

Фосфор определяет уровень пластичности стали и ее склонность к обратимой отпускной хрупкости. Верхний предел (0,020%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0,005%) - вопросами технологичности производства.

Мышьяк, олово, свинец и цинк определяют общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий. Нижний предел по мышьяку, олову, свинцу и цинку (0,0001% по каждому элементу соответственно) обусловлен технологией производства стали, а верхний - (0,03%, 0,02%, 0,01% и 0,005% соответственно) определяет повышенную склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.

Соотношение (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07 определяет пониженную склонность стали к проявлению обратимой отпускной хрупкости.

Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - обеспечение повышенного уровня потребительских свойств при обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Пример осуществления изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавку исследуемой стали, химический состав, мас.%: углерод - 0,59%, марганец - 0,97%, кремний - 1,82%, хром - 0,33%, никель 0,09%, сера - 0,008%, фосфор 0,011%, азот - 0,007%, мышьяк - 0,009%, олово - 0,005%, свинец - 0,003%, цинк - 0,001% производится в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производится в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергается вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. Разливка производится на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6÷0,7 м/мин с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950°С и заканчивают при температуре 740-850°С при деформации в последних проходах не менее 20%. После прокатки прутки проходят обработку (обточка и правка) на установке бунт-пруток. Проводят отжиг проката при 740°С.

В результате горячей прокатки получаем сортовой прокат ⊘15,6 мм, длиной - 4800 мм. Кривизна прутка 0,8 мм/м, обезуглероженный слой и поверхностные дефекты отсутствуют. Предельные отклонения по диаметру - 0,090 мм. Структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 8. Макроструктура: центральная пористость - 2 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 2 балл, ликвационные полоски - 1 балл. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 1,0 балл, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 1,0 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформирующие - 1,0 балл. Механические свойства после отжига - временное сопротивление разрыву 812 Н/мм², предел текучести 783 Н/мм², твердость 231 НВ, модуль нормальной упругости 209000 Н/мм², модуль сдвига - 80500 Н/мм²

As+Sn+Pb+5×Zn=0,022.

Внедрение сортового проката круглого со специальной обработкой поверхности, изготовленного из пружинной стали, обеспечивает повышенный уровень потребительских свойств проката, благоприятное соотношение прочности, пластичности и вязкости, минимальный уровень анизотропии механических свойств, низкое содержание неметаллических включений, однородную макро- и микроструктуры проката, повышенные характеристики обрабатываемости резанием.

1. Сортовой горячекатаный прокат из пружинной стали со специальной отделкой поверхности, отожженный с заданными параметрами структуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости, отличающийся тем, что он получен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод	0,55-0,65
марганец	0,70-1,00
кремний	1,70-2,00
хром	0,20-0,40
никель	0,005-0,15
сера	0,005-0,015
фосфор	0,005-0,020
азот	0,005-0,010
мышьяк [As]	0,0001-0,03
олово [Sn]	0,0001-0,02
свинец [Pb]	0,0001-0,01
цинк [Zn]	0,0001-0,005
железо и
неизбежные примеси	остальное,

при выполнении соотношения: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07,

при этом он имеет феррито-перлитную структуру без участков графита, мартенсита, бейнита и видманштетта, размер действительного зерна 6-12 баллов, макроструктуру по центральной пористости, точечной неоднородности, ликвационному квадрату, подусадочной ликвации не более 3 баллов по каждому виду, ликвационным полоскам не более 1 балла, неметаллические включения по сульфидам точечным, оксидам точечным, оксидам строчечным, силикатам хрупким, силикатам пластичным, силикатам недеформированным со средним баллом не более 2,5 по каждому виду включений, временное сопротивление разрыву не более 850 Н/мм², предел текучести не менее 500 Н/мм², твердость 192-269 НВ, модуль нормальной упругости не менее 200000 Н/мм², модуль сдвига не менее 80000 Н/мм², кривизну не более 1,0 мм на метр, предельные отклонения по диаметру не более 0,110 мм при диаметре проката до 20 мм и не более 0,130 мм при диаметре проката от 20 до 34 мм.

2. Сортовой прокат по п.1, отличающийся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит медь не более 0,15 мас.%.