Способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий

Авторы патента:

C21D8/06 - при изготовлении прутков или проволоки

Владельцы патента RU 2530603:

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

Изобретение относится к термомеханической обработке горячекатаного проката. Способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий включает двукратный отжиг проката индукционным нагревом ТВЧ при t=760-780°C в мотках и трехкратное волочение на волочильном стане с различными степенями обжатия. При этом осуществляют отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с диаметра 12,0 мм на диаметр 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%. Второе волочение проводят после первого отжига с диаметра 11,0 мм на диаметр 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%. Третье волочение - после второго отжига через фильеру с диаметра 9,8 мм на диаметр 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%. Технический результат заключается в получении по сечению и длине калиброванного проката равномерных механических характеристик с сохранением прочности и пластичности перед высадкой крепежных изделий. 1 табл.

Изобретение относится к области термомеханической обработки горячекатаного проката из конструкционной легированной стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении из него крепежных изделий. Горячекатаный прокат, изготовленный из конструкционной легированной стали перлитного класса, используемый для холодной объемной штамповки крепежных изделий, изготавливают с применением отжига индукционным нагревом токами высокой частоты и волочением с различными степенями обжатия. Применяют два отжига при температуре 760-780°C и трехкратное волочение проката с различными степенями обжатия, что снижает энергоемкость и трудоемкость процесса.

В качестве прототипа принят способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов (патент на изобретение №2434949, C21D 1/78, C21D 8/06, опубл. 27.11.2011).

Способ обработки проката включает его отжиг индукционным нагревом ТВЧ и волочение с различными степенями обжатия. Осуществляют четырехкратный отжиг при температуре 760-780°C. После первого отжига индукционным нагревом ТВЧ ведут первичное волочение со степенью обжатия 18-20%, после второго и третьего отжига способом ТВЧ - второе и третье волочение со степенями обжатия 20-23%, а после четвертого отжига способом ТВЧ - четвертое волочение со степенями обжатия 5-6%. Механические характеристики исследуемых сталей, которые отжигались на структуру зернистый перлит в колпаковых печах и на установке ТВЧ, практически не различаются. Однако применение четырехкратного отжига и четырехкратного волочения удлиняют технологический процесс подготовки проката. У данного способа присутствуют недостатки подготовки калиброванного проката, такие как длительный технологический процесс подготовки проката, повышенный расход электроэнергии, а следовательно, и завышенная трудоемкость процесса. Многократное травление может способствовать появлению на поверхности готового проката различных дефектов.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа изготовления калиброванного проката без отжига на структуру зернистый перлит в печах с защитной атмосферой, применением меньшего количества операций отжига индукционным нагревом ТВЧ и волочения проката, следовательно, менее энерго-трудоемкого.

Технический результат - получение механических характеристик калиброванного проката за счет структуры с мелкозернистым перлитом по сечению и длине проката с сохранением прочности и пластичности перед высадкой крепежных изделий.

Этот технический результат достигается тем, что осуществляют двукратный отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с ⌀ 12,0 мм на ⌀ 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%, второе волочение проводят после первого отжига с ⌀ 11,0 мм на ⌀ 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%, а третье волочение - после второго отжига через фильеру с ⌀ 9,8 мм на ⌀ 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%.

Отжиг индукционным нагревом ТВЧ позволяет перевести структуру пластинчатый перлит в менее мелкодисперсную и более равномерную по сравнению с исходной микроструктурой горячекатаного проката. Это обусловливает снижение прочностных свойств и твердости и повышение пластических свойства, т.е. их улучшение.

С применением двух отжигов индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C после волочения наблюдается изменение микроструктурного состояния. Сорбитообразный перлит становится менее дисперсным. После второго отжига в калиброванном прокате появляется равномерная структура, составляющая от 70 до 80% мелкозернистого перлита.

Трехкратное волочение и отсутствие окалины на поверхности калиброванного проката после отжига индукционным нагревом ТВЧ обеспечивает получение необходимого качества поверхности калиброванного проката. Кроме того, у такого калиброванного проката отсутствует эллипсность на конечном размере.

Окончательное волочение позволяет получать требуемое по геометрическим размерам сечение калиброванного проката под последующую холодную объемную штамповку крепежа при достаточных прочностных и пластических характеристиках с учетом степени обжатия.

Режимы обоснованы экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят первичное волочение исходного горячекатаного проката на волочильном стане со степенями обжатия 15-16%, затем проводят отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ прокат подвергают вторичному волочению на волочильном стане со степенями обжатия 20-21%. Далее проводят второй отжиг индукционным нагревом ТВЧ при температуре 760-780°C в мотках. После второго отжига калиброванный прокат повергают волочению на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 2-3%. После выполнения всех технологических операций калиброванный прокат может быть использован под холодную высадку крепежных изделий, используемых в агрегатах автомобильной и тракторной техники.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках конструкционной легированной стали 38ХА диаметром 12,0 мм для дальнейшего изготовления из него калиброванного проката под холодную высадку крепежа силовых оснований в агрегатах автомобильной и тракторной техники с техническими требованиями согласно ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки». Химический состав стали 38ХА соответствовал ГОСТ 10702-78. Первичное волочение исходного горячекатаного проката проводили на волочильном стане со степенью обжатия 15,9%. Затем проводили отжиг калиброванного проката индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C в мотках. После отжига индукционным нагревом ТВЧ проводили вторичное волочение проката на волочильном стане со степенью обжатия 20,6%. Второй отжиг калиброванного проката проводили индукционным нагревом ТВЧ при температуре 770°C аналогично первому. Третье волочение проката проводили на волочильном стане через фильеру со степенью обжатия 3%.

В других случаях меняли степень обжатия при первичном волочении проката (13%; 14%; 15%; 16%; 17%; 18%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 15-16%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 15%) получали неравномерные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

При увеличении степени обжатия (выше 16%) получали завышенные по сравнению с ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легированная для холодного выдавливания и высадки» механические характеристики проката перед первичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

Меняли температуру первичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.

При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит.

При увеличении температуры отжига (800°C) происходит увеличение зерна аустенита и снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением.

Затем меняли степень обжатия при вторичном волочении проката (18%; 19%; 20%; 21%; 22%; 23%). Оптимальной была выявлена степень обжатия 20-21%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 20%) получали недостаточные и заниженные механические характеристики по сечению и длине проката перед вторым отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

При увеличении степени обжатия (выше 21%) наблюдалась вытянутость зерен, а это способствует завышенным прочностным и заниженным пластическим характеристикам проката перед вторичным отжигом индукционным нагревом ТВЧ.

Меняли температуру вторичного отжига индукционным нагревом ТВЧ (740°C; 760°C; 780°C; 800°C). Оптимальной была выявлена температура отжига 760-780°C.

При уменьшении температуры отжига (740°C) увеличивается время перехода пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит и уменьшатся скорость превращения пластинчатого перлита в мелкозернистый перлит, механические характеристики проката получали неудовлетворительные (прочность завышена, а пластичность занижена).

При увеличении температуры отжига (800°C) наблюдается рост зерна и происходит снижение механических характеристик проката перед вторичным волочением (прочностные характеристики занижены при достаточно высоких пластических характеристиках).

Меняли технологию обжатия при третьем волочении на готовом размере проката (1%; 2%; 3%; 4%; 5%). Оптимальной была принята технология волочения через фильеру со степенью обжатия 3%.

При уменьшении степени обжатия (ниже 2%) получали заниженные механические характеристики по сечению и длине проката, повышается износ отверстия фильера.

При увеличении степени обжатия (выше 3%) наблюдались завышенные прочностные и заниженные пластические характеристики проката перед высадкой крепежных изделий.

Повторяли эксперименты на горячекатаном прокате сталей марок 40Х с химическим составом по ГОСТ 10702-78. Сталь марки 40Х позволяет получать аналогичные результаты с маркой стали 38ХА.

Твердость определяли на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифовальных лысках - на поперечных микрошлифах с использованием микроскопа «Неофот-21» при увеличении ×500, травление образцов производили в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Результаты приведены в таблице.

Таблица
Механические характеристики проката по предложенной технологии и ГОСТ 10702-78
№ п/п	Контролируемые параметры	Предложенная технология	Прототип	Требования ГОСТ 10702-78
1	Твердость, НВ	194	193	Не более 207
2	Временное сопротивление разрыву, σ_В (МПа)	740	700	Не менее 600
3	Относительное сужение, ψ%	65	64	Не менее 40
4	Общая глубина обезуглероженного слоя, мм	Местное частичное 0,03	Местное частичное 0,03	Не более 0,05
5	Осадка образцов в исходном состоянии (группа осадки)	66	66	66
6	Величина глубины поверхностных дефектов	Отсутствуют	Отсутствуют	Допускаются отдельные мелкие риски не более половины предельного отклонения по диаметру

Способ изготовления горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий, включающий многократный отжиг проката путем индукционного нагрева ТВЧ при t=760-780°C в мотках и многократное волочение на волочильном стане с различными степенями обжатия, отличающийся тем, что осуществляют двукратный отжиг, первое волочение осуществляют перед первым отжигом с диаметра 12,0 мм на диаметр 11,0 мм со степенью обжатия 15-16%, второе волочение проводят после первого отжига с диаметра 11,0 мм на диаметр 9,80 мм со степенью обжатия 20-21%, а третье волочение - после второго отжига через фильеру с диаметра 9,8 мм на диаметр 9,65 мм со степенью обжатия 2-3%.

Изобретение относится к металлургии, в частности к метизному производству, и может быть использовано при производстве из высокоуглеродистой стали проволоки больших диаметров, преимущественно 9-12 мм, предназначенной для изготовления, например, высокопрочной арматуры для железобетонных шпал.

Высокопрочный, высоковязкий тонкий стальной пруток и способ его изготовления // 2494165

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочного, высоковязкого тонкого стального прутка, используемого для получения изделий, требующих высокой прочности и вязкости.

Способ производства круглого сортового проката из автоматной стали // 2493267

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий.

Способ производства катанки // 2491358

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения катанки в мотках, используемой для волочения в проволоку различного назначения.

Способ обработки горячекатаного проката // 2486260

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей из стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении, например, болтовых соединений.

Сортовой прокат калиброванный, круглый, в прутках // 2484172

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стального круглого, калиброванного, сортового проката в прутках диаметром от 32 до 55 мм, используемого для изготовления штоков амортизаторов.

Сортовой прокат горячекатаный из рессорно-пружинной стали // 2479646

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали. .

Сортовой прокат горячекатаный в прутках, круглый // 2479645

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован в нефтедобыче для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками.

Прокат сортовой горячекатаный в прутках, круглый // 2479644

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками в нефтедобыче.

Круглый сортовой прокат из борсодержащей стали повышенной прокаливаемости // 2469106

Изобретение относится к области металлургии. .

Способ упрочнения крепежных изделий из низкоуглеродистой стали // 2532600

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам для получения высокопрочных и высоковязких крепежных изделий любых конструктивных параметров без резьбы и с резьбой. Способ получения крепежных изделий из низкоуглеродистой легированной стали типа 15Х3Г3МФТ включает горячую пластическую деформацию слитка низкоуглеродистой стали с получением прутка с последующим охлаждением на воздухе, термическую обработку при температурах полной аустенитизации с ускоренным охлаждением, холодную пластическую деформацию с использованием волоки, высадку. Для проведения закалки на мартенсит ускоренное охлаждение проводят на воздухе с температуры горячей пластической деформации. После ускоренного охлаждения на воздухе проводят холодную пластическую деформацию со степенями 55-60% методом радиальной ковки бойками, размещенными равномерно вокруг прутка и формирующими при смыкании внутреннюю поверхность конического профиля, образуя разъемную волоку, с получением прутка заданного диаметра заготовки крепежного изделия. Далее осуществляют термическую обработку путем ускоренного нагрева под закалку с аустенитизацией при температуре 850-1000°C посадкой заготовки в горячую печь с воздушной атмосферой, затем проводят ускоренное охлаждение с получением структурного состояния пакетного наномартенсита одновременно с высадкой заготовки в аустенитном состоянии с получением головки для болтов или без высадки с получением заданных конструктивных параметров крепежного изделия. Изобретение обеспечивает одновременное повышение комплекса механических свойств (прочности, надежности и релаксационной стойкости) крепежных изделий, расширение области использования низкоуглеродистых системно легированных сталей. 1 табл., 2 ил.

Поверхностно-упрочненная сталь и способ ее изготовления // 2532766

Изобретение относится к области металлургии, а именно к поверхностно-упрочненной стали. Сталь содержит, в мас.%: С от 0,05 до 0,3, Si от 0,01 до 0,6, Mn от 0,20 до 1,0, S от 0,001 до 0,025, Cr от 1 до 2,5, Al от 0,01 до 0,10, Ti от 0,01 до 0,10, Nb от 0,01 до 0,10, В от 0,0005 до 0,005, N от 0,002 до 0,02, железо и неизбежные примеси остальное. Микроструктура стали содержит ферритную составляющую в количестве более 77% по площади, причем среди выделившихся фаз, содержащих Ti и/или Nb, фазы, имеющие размер не менее 20 мкм2, присутствуют с плотностью распределения частиц не более 1,0/мм2, а среди выделившихся фаз, содержащих Ti и/или Nb, выделившиеся фазы, имеющие размер более 5 мкм2 и менее 20 мкм2, и содержащие Mn и S, присутствуют с плотностью распределения частиц более 0,7/мм2 и не более 3,0/мм2. Сталь пригодна к холодной штамповке и обладает высокими характеристиками ударной вязкости после обработки с поверхностным упрочнением. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 1 пр.

Поверхностно-упрочняемая сталь, способ ее получения и машинная конструкционная деталь с использованием поверхностно- упрочняемой стали // 2532770

Изобретение относится к области металлургии, а именно к поверхностно-упрочняемой стали. Сталь содержит в мас.%: 0,05-0,20 С, 0,01-0,1 Si, 0,3-0,6 Mn, 0,03 или менее Р (за исключением 0), 0,001-0,02 S, 1,2-2,0 Cr, 0,01-0,1 Al, 0,010-0,10 Ti, 0,010 или менее N (за исключением 0), 0,0005-0,005 В, железо и неизбежные примеси остальное. Плотность выделившихся фаз на основе Ti, имеющих диаметр эквивалентной окружности менее 20 нм в поверхностно-упрочняемой стали, составляет 10-100 частиц/мкм2, плотность выделившихся фаз на основе Ti, имеющих диаметр эквивалентной окружности 20 нм или более в поверхностно-упрочняемой стали, составляет 1,5-10 частиц/мкм2, а твердость по Виккерсу составляет 130 HV или менее. Сталь обладает высокой пригодностью к холодной штамповке и высокими характеристики предотвращения укрупнения кристаллических зерен после науглероживания. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 1 пр.

Профилированная стальная проволока с высокими механическими характеристиками, стойкая к водородному охрупчиванию // 2533573

Изобретение относится к производству профилированной проволоки из низколегированной углеродистой стали, предназначенной для использования в качестве компонента в гибких трубах для морской нефтедобычи. Для обеспечения требуемых механических характеристик проволока выполнена из стали, содержащей, в мас.%: 0,75≤С≤0,95, 0,30≤Mn≤0,85, Cr≤0,4, V≤0,16, Si≤1,40 и предпочтительно >0,15 и необязательно не более 0,06 Аl, не более 0,1% Ni, не более 0,1 Cu, остальное железо и неизбежные примеси, полученной при переработке металла в жидком состоянии. Проволоку изготавливают из горячекатаной и охлажденной до комнатной температуры катанки диаметром 5-30 мм, которую подвергают термомеханической обработке на двух последовательных этапах, а именно изотермической закалке для обеспечения однородной перлитной микроструктуры и последующему холодному волочению с общей степенью обжатия 50-80% для придания ей окончательной формы. Проволоку подвергают восстановительной кратковременной термообработке, выполняемой ниже Acl, предпочтительно 410-710°C. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Заготовка для проволоки и стальная проволока, имеющие превосходные магнитные характеристики, и способы их изготовления // 2538846

Изобретение относится к получению стальной проволоки, имеющей повышенные магнитные характеристики, для применения в трансформаторах, транспортных средствах, электрических или электронных изделиях. Заготовка и изготовленная из нее проволока содержат, в мас.%: от 0,03 до 0,05 C, от 3,0 до 5,0 Si, от 0,1 до 2,0 Mn, от 0,02 до 0,08 Al, от 0,0015 до 0,0030 N, составляет Fe и неизбежные примеси остальное. Согласно настоящему изобретению, заготовку для проволоки и стальную проволоку, имеющие зависящие от направления свойства, можно изготавливать обычным производственным способом без использования дорогостоящих легирующих элементов и без необходимости дополнительного производственного оборудования. Изготавливаемая проволока имеет высокие магнитные характеристики, а именно низкую степень магнитных потерь и высокую магнитную проницаемость. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 2 пр.

Способ обработки среднеуглеродистых сталей // 2542205

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки среднеуглеродистых низколегированных сталей. Для повышения ударной вязкости сталей, работающих при низких температурах, осуществляют закалку и пластическую деформацию путем ротационной ковки со степенью относительной деформации за проход 5-25% в интервале температур 600-500°C. Ротационную ковку проводят в один или более этапов с суммарной истинной степенью деформации не менее ε~1,2. В случае если ротационную ковку проводят более чем за один этап, после каждого этапа охлаждают заготовку до комнатной температуры и осуществляют повторный нагрев до температуры в интервале 600-500°C. 3 ил., 2 табл., 5 пр.

Устройство для деформации проволоки из стали, линия и способ производства высокопрочной проволоки из стали // 2549798

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения качества проволоки, ее прочностных характеристик осуществляют разматывание бунтовой проволоки и ее правку, нагрев, обжатие, закалку, повторный нагрев, охлаждение и смотку в бунт. Обжатие проволоки ведут путем орбитальной обкатки с последеформационной выдержкой до момента образования полигонизированной структуры, а операции нагрева производят индукционным методом. Линия для осуществления способа содержит разматывающее устройство, устройство правки, узел нагрева, устройство деформации, закалочное устройство в виде спрейера, узлы нагрева и охлаждения и волочильный стан, при этом устройство деформации содержит головку в виде корпуса с тремя роликами, расположенный в корпусе хомут, соединенный с роликами посредством тяг с грузами и рычагов, хомут выполнен в виде равностороннего треугольника, в вершинах которого установлены оси тяг грузов и тяг роликов, причем рычаги связаны с регулируемыми упорами, ограничивающими сведение роликов к оси устройства, а корпус имеет привод вращения. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ подготовки калиброванного проката для изготовления метизных крепежных изделий // 2553321

Изобретение относится к области термомеханической обработки сортового горячекатаного калиброванного проката. Для достижения высоких прочностных и пластических характеристик по всему сечению и длине проката осуществляют отжиг калиброванного проката при 770-790°С в течение 3-4 часов, охлаждение с печью до 660-680°С, выдержку 3-4 часа, охлаждение с печью до температуры 140-150°С с выдержкой 1-2 часа, дальнейшее охлаждение на воздухе, первичное волочение со степенью обжатия 17-19%, нагрев в печи с контролируемой атмосферой, патентирование при 440-460°С, вторичное волочение со степенью обжатия 4-5%. 1 табл., 1 пр.

Прокат круглого поперечного сечения для изготовления высокопрочного крепежа // 2562719

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве сортового проката круглого сечения для изготовления высокопрочного крепежа холодной осадкой. Для повышения пластических характеристик при сохранении высоких прочностных свойств получают сталь, содержащую, мас.%: углерод 0,30-0,35, марганец 0,50-0,70, кремний 0,20-0,37, фосфор менее 0,020, сера менее 0,010, хром 0,40-0,70, никель не более 0,15, медь не более 0,20, алюминий 0,015-0,035, титан 0,03-0,05, бор 0,002-0,005, кальций 0,0001-0,005 и железо остальное. Приведенный состав при производстве проката круглого поперечного сечения для изготовления высокопрочного крепежа позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами. 1 пр.

Способ и установка для непрерывного изготовления стальной проволоки // 2604542

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения механических свойств проволоки и обеспечения однородной микроструктуры способ изготовления стальной проволоки включает получение стальной проволоки, нагрев до температуры аустенизации стальной проволоки, патентирование стальной проволоки, волочение стальной проволоки. Патентирование стальной проволоки включает медленное охлаждение указанной стальной проволоки с температуры аустенизации до первой предварительно заданной температуры, быстрое охлаждение проволоки до второй предварительно заданной температуры, выдержку проволоки при указанной второй предварительно заданной температуре. Во время медленного охлаждения стальная проволока по существу сохраняет свою аустенитную структуру неизмененной, при последующем быстром охлаждении стальная проволока находится в лучших условиях, чтобы началось фазовое изменение, в котором аустенитная структура превращается в перлитную структуру. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.