способ обработки горячекатаного проката

Классы МПК:C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки
C21D1/20 изотермическая закалка, например получение бейнита
C21D7/10 всего сечения, например арматурной стали для железобетонных изделий 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-06-18
публикация патента:

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей из стали перлитного класса и может быть использовано при изготовлении, например, болтовых соединений. Для получения требуемых механических характеристик проката за счет обеспечения равномерной структуры сорбита патентирования осуществляют отжиг горячекатаного проката при 770-790°C в течение 3-4 часов, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 ч, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение со степенью обжатия 12-13%, изотермическую обработку путем патентирования при температуре 540-560°C, а затем вторичное волочение со степенью обжатия 7-8%. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Способ обработки горячекатаного проката, включающий его отжиг при температуре 770-790°C 3-4 ч, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 ч, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение, изотермическую обработку в течение 5 мин с последующим охлаждением на воздухе, вторичное волочение, отличающийся тем, что первичное волочение осуществляют со степенью обжатия 12-13%, а вторичное - со степенью обжатия 7-8%, причем изотермическую обработку проводят путем патентирования при температуре 540-560°C.

Описание изобретения к патенту

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

Высокопрочный крепеж, изготовленный из углеродистых, хромистых и легированных марок сталей, изготавливают с закалкой и отпуском готовых изделий после холодной высадки, что повышает трудоемкость и энергоемкость процесса.

Известен способ изготовления болтов из хромистой стали 40Х (см. журнал «Ремонт, восстановление, модернизация». 10, 2007 г., стр.33-35, А.А.Филиппов, Г.В.Пачурин «Выбор температуры изотермической закалки перед калибровкой проката стали марки 40Х». Горячекатаный прокат (пруток 12,8 мм) предварительно калиброванный, подвергают изотермической обработке: нагревают бунты проката (например, в соляной ванне) в течение 5 минут при температуре порядка 400°C, охлаждают на воздухе 1 минуту, затем в воде. Болты высаживают из калиброванного проката. Однако режимы первичного и вторичного калибрования не указаны, хотя они важны при этом виде обработки. Существенным недостатком известного способа является неравномерность свойств по сечению и длине проката, т.к. обработка производится в бунтах.

В качестве прототипа принят способ обработки горячекатаного проката под высадку болтов (патент на изобретение № 2380432, C21D 8/06, опубл. 27.01.2010).

Способ обработки проката включает его первичное калибрование, изотермическую закалку в селитровой ванне с последующим охлаждением на воздухе и в воде, вторичное калибрование, при этом перед первичным калиброванием горячекатаный прокат отжигают в печи при температуре 770-790°C в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до температуры 660-680°C, выдерживают с печью при данной температуре 3-4 ч, охлаждают с печью до комнатной температуры; первичное калибрование осуществляют со степенью обжатия 14-24%, вторичное калибрование после изотермической закалки осуществляют со степенью обжатия 5-6%.

Однако режимы первичного калибрования осуществляют с высокой степенью обжатия (до 24%), что вызывает повышенные нагрузки и преждевременный износ инструмента волочильного стана. Другим недостатком данного способа является то, что закалочные селитровые ванны с составом 50% KNO3 и 50% NaNO3 при наличии влаги являются взрывоопасными.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа обработки горячекатаного проката для изготовления болтовых изделий класса прочности 8.8 без их закалки и отпуска после высадки холодным способом, а следовательно, менее трудоемкого и энергоемкого.

Технический результат - получение требуемых механических характеристик проката за счет равномерной структуры сорбита патентирования по сечению и длине проката с сохранением требуемой прочности и пластичности.

Этот технический результат достигается тем, что в способе обработки горячекатаного проката, включающем его отжиг при температуре 770-790°C 3-4 часа, охлаждение с печью до 660-680°C, выдержку 3-4 часа, охлаждение с печью до температуры окружающей среды, первичное волочение, изотермическую обработку в течение 5 минут с последующим охлаждением на воздухе, вторичное волочение, первичное волочение осуществляют со степенями обжатия 12-13%, а вторичное - со степенью обжатия 7-8%, а изотермическую обработку проводят патентированием при температуре 540-560°C.

Отжиг позволяет перевести пластинчатый перлит в зернистый (глобулярный) перлит, который желателен при первичном волочении с высокими обжатиями проката. Первичное волочение позволяет получить промежуточный геометрический размер заготовки и необходимые механические характеристики калиброванного проката с учетом степени обжатия.

Патентирование позволяет получить микроструктуру сорбита патентирования с равномерными по длине проката требуемыми механическими характеристиками.

Вторичное волочение обеспечивает получения окончательного размера проката под дальнейшую холодную высадку деталей при требуемой прочности, пластичности и твердости. Режимы обоснованы экспериментально.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят отжиг горячекатаного проката при температуре 770-790°C в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до 660-680°C, выдерживают с печью в течение 3-4 ч, охлаждают с печью до температуры окружающей среды. Затем проводят первичное волочение на волочильном стане со степенями обжатия 12-13%, а после волочения проводят патентирование: температура аустенизации 880°C (нагрев в соляной ванне в течение 3 минут), выдержка в ванне со свинцом, нагретым до температуры 540-560°C, в течение 5 мин, охлаждение на воздухе. Далее проводят вторичное волочение со степенью обжатия 7-8%. После этого калиброванный прокат готов для холодной высадки изделий.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали горячекатаный прокат в мотках стали перлитного класса марки 38ХА для изготовления болтовых изделий класса прочности 8.8 (ГОСТ Р 52627-2006) с диаметром резьбы M10 и M12. Химический состав стали соответствовал ГОСТ 10702-78 «Сталь качественная конструкционная углеродистая и легирована для холодного выдавливания и высадки». Отжиг горячекатаного проката проводили нагревом при температуре 780°C в течение 3,5 ч, охлаждали с печью до температуры 670°C, выдерживали с печью 3,5 ч, охлаждали с печью до температуры окружающей среды. Затем осуществляли первичное волочение на волочильном стане со степенью обжатия 13%. Нагревали прокат в соляной ванне с составом 78% BaCl и 22% NaCl до температуры 880°C в течение 3 мин. Патентирование (выдержку) проката осуществляли в ванне со свинцом, нагретым до температуры 550°C, 5 мин, охлаждали на воздухе. После патентирования проводили вторичное волочение со степенью обжатия 7%.

В других примерах меняли температуру отжига (760, 770, 790 и 800°C) при средних значениях степеней обжатия, выдержки с печью, времени нагрева в соляной ванне и режима патентирования. Оптимальной была принята температура отжига в печи 770-790°C.

При уменьшении температуры отжига (760°C) пластинчатый перлит не переходит полностью в зернистый перлит. При увеличении температуры отжига (800°C) происходит увеличение размеров зерна, а это приводит к снижению прочностных и пластических характеристик.

Охлаждение с печью до температуры 660-680°C выбрано с учетом того, что при температуре менее 660°C формируется удовлетворительная микроструктура, а при температуре более 680°C растет зерно, что нежелательно.

Выдержка при этом 3-4 ч эффективна, т.к. при выдержке менее 3 часов структурные превращения не успевают пройти, в результате чего получаем неравномерные механические свойства. Выдержка более 4 часов экономически нецелесообразна и затягивает технологический процесс.

Меняли степень обжатия проката при первичном волочении (10, 12, 13, 14,) при средних значениях температуры отжига, выдержки, времени нагрева в соляной ванне, режима патентирования, степени обжатия при окончательном волочении.

Оптимальной была принята степень обжатия проката от 12 до 13%.

При уменьшении степени обжатия остается овальность на прокате, выявляется неравномерность механических свойств по сечению и длине проката.

При увеличении степени обжатия повышается прочность и снижается пластичность, увеличивается нагрузка на волочильный инструмент.

Меняли время нагрева проката в соляной ванне при температуре аустенизации 880°C (2 мин и 5 мин) при средних значениях степеней обжатия, выдержки с печью и режима патентирования. Оптимальной было принято время нагрева в соляной ванне 3 мин.

При уменьшении времени нагрева 2 мин в структуре проката не успевали проходить процессы аустенизации.

При увеличении времени нагрева 5 мин снимался наклеп проката и на поверхности появлялся частично обезуглероженный слой.

Меняли температуру при патентировании (500°C и 600°C) при средних значениях температуры отжига, выдержки, степени обжатия при первичном волочении, времени нагрева в соляной ванне, степени обжатия при вторичном волочении. Оптимальной температурой была принята температура патентирования 550°C.

При уменьшении температуры патентирования (500°C) в течение 5 мин не заканчиваются полностью превращения аустенита и при последующем охлаждении на воздухе оставшийся аустенит переходит в мартенсит. Это недопустимо для проката, используемого для холодной высадки. При увеличении температуры патентирования (600°C) получили низкие прочностные характеристики проката, которые не удовлетворяют требованиям класса прочности 8.8.

Меняли степень обжатия проката при вторичном волочении (5, 7, 8, 9%) при средних значениях температуры отжига, выдержки, времени нагрева в соляной ванне, режима патентирования, степени обжатия при первичном волочении. Оптимальной была принята степень обжатия проката от 6 до 7%.

При уменьшении степени обжатия (5%) получили прочностные характеристики на нижнем необходимом пределе. При увеличении степени обжатия (9%) увеличиваются прочностные показатели, а пластичность проката снижается.

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

Механические свойства образцов определяли на разрывной машине ЦДМ-100, шкала 20 кг, твердость на приборе Роквелла по шкале С на параллельно шлифованных лысках, микроструктуру - 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 1
Механические свойства проката по предложенной технологии и прототипу
Способ способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 в, МПа способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 0,2 МПа способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 , %способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 , %HRC Примечание
Предлагаемый
Калиброванный прокат способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 11,65905 810 5815,2 24Пластические свойства выше (способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 и способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 ).
Калиброванный прокат способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 9,7890 780 57,514,8 24Уменьшаются нагрузки на волочильный и высадочный инструмент
Прототип
Калиброванный прокат способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 11,651000 920 56-5713,6 26способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260
Калиброванный прокат способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260 9,7905 805 56-5714 27способ обработки горячекатаного проката, патент № 2486260

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2486260

patent-2486260.pdf

Класс C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки

высокопрочный, высоковязкий тонкий стальной пруток и способ его изготовления -  патент 2494165 (27.09.2013)
способ производства круглого сортового проката из автоматной стали -  патент 2493267 (20.09.2013)
способ производства катанки -  патент 2491358 (27.08.2013)
сортовой прокат калиброванный, круглый, в прутках -  патент 2484172 (10.06.2013)
сортовой прокат горячекатаный из рессорно-пружинной стали -  патент 2479646 (20.04.2013)
сортовой прокат горячекатаный в прутках, круглый -  патент 2479645 (20.04.2013)
прокат сортовой горячекатаный в прутках, круглый -  патент 2479644 (20.04.2013)
круглый сортовой прокат из борсодержащей стали повышенной прокаливаемости -  патент 2469106 (10.12.2012)
круглый сортовой прокат, горячекатаный -  патент 2469105 (10.12.2012)
способ обработки горячекатаного проката под холодную объемную штамповку крепежных изделий -  патент 2434949 (27.11.2011)

Класс C21D1/20 изотермическая закалка, например получение бейнита

способ получения металлоизделия с заданным структурным состоянием -  патент 2516213 (20.05.2014)
способ комплексной термической обработки стали -  патент 2503726 (10.01.2014)
способ получения бейнитного чугуна при термической обработке -  патент 2490335 (20.08.2013)
супербейнитная сталь и способ ее получения -  патент 2479662 (20.04.2013)
способ и устройство для непрерывного формирования бейнитной структуры в углеродистой стали, прежде всего в полосовой стали -  патент 2449030 (27.04.2012)
способ и установка для проведения процесса структурного превращения в материале заготовок сухим методом -  патент 2436845 (20.12.2011)
способ термической обработки металлической дроби -  патент 2372409 (10.11.2009)
способ термической обработки конструкционных сталей -  патент 2348701 (10.03.2009)
способ термической обработки пружин из кремнистой стали -  патент 2257418 (27.07.2005)
способ обработки стальной ленты -  патент 2238987 (27.10.2004)

Класс C21D7/10 всего сечения, например арматурной стали для железобетонных изделий 

способ пластического структурообразования металлов и устройство для его осуществления -  патент 2492957 (20.09.2013)
способ упрочнения боковых рам тележек грузовых вагонов во внутренних углах буксовых проемов -  патент 2476302 (27.02.2013)
способ сферодинамической обработки инструмента для сферодвижной штамповки -  патент 2475328 (20.02.2013)
способ упрочнения арматурного стержня из материала, обладающего площадкой текучести -  патент 2457259 (27.07.2012)
способ деформирования для получения заготовок в субмикрокристаллическом и наноструктурированном состоянии и устройство для его осуществления -  патент 2436847 (20.12.2011)
способ пластического структурообразования металлов и устройство для его осуществления -  патент 2424076 (20.07.2011)
способ структурного измельчения металлов -  патент 2402618 (27.10.2010)
способ деформационной обработки материалов -  патент 2386511 (20.04.2010)
способ получения заготовок шестигранной формы с нанокристаллической структурой и устройство для деформационной обработки при осуществлении этого способа -  патент 2383632 (10.03.2010)
способ деформационной обработки прутков из металлов и сплавов -  патент 2341346 (20.12.2008)
Наверх