сортовой прокат горячекалиброванный из пружинной стали

Формула изобретения

1. Сортовой прокат горячекалиброванный из пружинной стали, отожженный, имеющий заданные параметры микроструктуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости, отличающийся тем, что он получен из стали, содержащей следующее соотношение компонентов, 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
cepa [S]	0,005-0,015
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,

при этом он имеет ферритоперлитную структуру без участков графита, мартенсита, бейнита и видманштетта, размер действительного зерна 6-12 баллов, глубину обезуглероженного слоя не более 1,5% на сторону, макроструктуру: центральную пористость, точечную неоднородность, ликвационный квадрат не более 3 баллов по каждому виду, подусадочную ликвацию не более 3 баллов, ликвационные полоски не более 1 балла, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты недеформированные со средним баллом не более 2,5 по каждому виду, временное сопротивление разрыву не более 850 Н/мм², предел текучести не менее 500 Н/мм², твердость 192-269 НВ, модуль нормальной упругости менее 200000 Н/мм ², модуль сдвига - не менее 80000 Н/мм² .

2. Сортовой прокат по п.1, отличающийся тем, что в качестве неизбежных примесей сталь содержит фосфор не более 0,020 мас.%, никель не более 0,15 мас.%, медь не более 0,15 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного, горячекалиброванного проката в мотках или прутках диаметром от 12 до 34 мм из пружинной стали, предназначенного для производства тяжелонагруженных пружин различного назначения.

Известен сортовой прокат из пружинной стали, выполненный горячекатаным, имеющий заданные параметры структуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости (Справочник. Современные материалы в автомобилестроении. - М.: Машиностроение, 1977, с.101-107).

Известен сортовой прокат горячекалиброванный из пружинной стали, имеющий заданные параметры структуры, неметаллических включений, макроструктуры, механических свойств, прокаливаемости и упругости (RU 2092257 C1, В21В 1/46, 10.10.1997).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный сортовой прокат круглый горячекалиброванный из пружинной стали, отожженный, имеющий заданные параметры структуры, макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости (Справочник Современные материалы в автомобилестроении. - М.: Машиностроение, 1977, с.101-107).

Важнейшим требованием, предъявляемым к горячекалиброванному 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, минимального уровня анизотропии механических свойств, низкого содержания неметаллических включений, однородной макро- и микроструктуры проката.

Поставленная задача решена тем, что сортовой прокат из горячекалиброванной пружинной стали, отожженный, имеющий заданные параметры микро- и макроструктуры, неметаллических включений, механических свойств, прокаливаемости и упругости, получен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, 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
сера [S]	0,005-0,015
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 балл, макроструктуру - центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат - не более 3 баллов по каждому виду, подусадочная ликвация - не более 3 баллов; ликвационные полоски - не более 1 балла, глубину обезуглероженного слоя - не более 1,5% на сторону, неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные, силикаты хрупкие, силикатам пластичные, силикаты недеформированные - не более 2,5 баллов, средний по каждому виду включений, механические свойства после отжига: временное сопротивление разрыву не более 850 Н/мм ², 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.

В качестве примесей сталь дополнительно содержит, мас.%: фосфор - не более 0,020, никель - не более 0,15, 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 - 1,0%, 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 2,0% неблагоприятно скажется на характеристиках упругости 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.

Мышьяк, олово, свинец и цинк определяют общий уровень пластичности стали и ее склонность к проявлению обратимой отпускной хрупкости при последующей термической обработке готовых изделий из рассматриваемой трубной заготовки. 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. Выплавку исследуемой стали, химический состав в мас.%: углерод - 0,58, марганец - 0,95, кремний - 1,82, хром - 0,32, сера - 0,008, 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%. Заключительная операция прокатки - горячая калибровка на калибровочном блоке, затем проводят отжиг.

В результате получают сортовой прокат 16 мм, длиной - 4800 мм Структура пластинчатого перлита, балл действительного зерна - 7. Макроструктура: центральная пористость - 2 балла, точечная неоднородность - 0,5 балла, ликвационный квадрат - 1 балл, подусадочная ликвация - 1 балл, ликвационные полоски - 0,5 балла. Неметаллические включения: сульфиды точечные - 1,5 балла, оксиды точечные - 0,5 балла, оксиды строчечные - 1 балл, силикаты хрупкие - 0,5 балла, силикаты пластичные - 0,5 балла, силикаты недеформированные - 1,5 балла.

Механические свойства после отжига - временное сопротивление разрыву 812 Н/мм ², предел текучести 750 Н/мм², твердость 219 НВ. Модуль нормальной упругости 211000 Н/мм ², модуль сдвига - 81300 Н/мм².

As+Sn+Pb+5×Zn=0,022

Сортовой прокат горячекатаный, горячекалиброванный обладает благоприятным соотношением прочности, пластичности и вязкости, минимальным уровнем анизотропии механических свойств, низким содержанием неметаллических включений, однородной макро- и микроструктурой проката.