способ производства круглого сортового проката из автоматной стали

Классы МПК:C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки
B21B1/16 для прокатки проволоки и прочих изделий малого сечения 
C22C38/40 с никелем
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-06-29
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение качества и выхода годного круглого сортового проката. Для достижения технического результата непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,18-0,23, марганец 0,70-1,10, кремний 0,17-0,37, хром 0,40-0,70, никель 0,40-0,70, молибден 0,15-0,25, алюминий 0,002-0,040, сера 0,035-0,040, фосфор не более 0,035, железо и примеси - остальное. Полученную заготовку нагревают до 1150-1270°C, подвергают черновой прокатке, а затем многопроходной чистовой прокатке, при этом в трех последних проходах чистовую прокатку осуществляют в системе калибров «круг - овал - круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25. 2 табл., 1 пр.

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

Известен способ производства круглого сортового проката, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,42-0,50
Марганец0,50-0,80
Кремний0,17-0,37
Сера0,02-0,04
Фосфор0,001-0,03
Алюминий0,03-0,06
Кальций0,001-0,010
Кислород0,001-0,015
Хром не более 0,25
Никель до 0,25
Медь не более 0,25
Молибден не более 0,10
Мышьяк не более 0,08
Азот не более 0,015
Железо и примеси Остальное.

Непрерывнолитые заготовки охлаждают, нагревают, прокатывают на стане 700 в заготовку квадрат 170 мм, правят, очищают от окалины, повторно нагревают до температуры 900°C и вновь прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат способ производства круглого сортового проката из автоматной   стали, патент № 2493267 22,5 мм [1].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, обусловленной необходимостью применения двух прокаток, а также низких качестве и выходе годного круглого сортового проката.

Известен также способ производства круглого сортового проката, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,17-0,23
Марганец0,65-0,95
Кремний0,17-0,37
Хром0,35-0,65
Никель0,40-0,75
Молибден0,15-0,25
Сера0,02-0,040
Фосфор0,001-0,035
Ниобий0,005-0,02
Ванадий0,005-0,08
Кальций0,001-0,010
Кислород0,001-0,015
Медьне более 0,25
Мышьяк не более 0,08
Азот не более 0,015
Железо и примеси Остальное

Непрерывнолитые заготовки сечением 300×360 мм охлаждают, затем нагревают и прокатывают на стане 700 в заготовки квадрат 170 мм. Катаные заготовки нагревают до температуры 900°C и повторно прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат способ производства круглого сортового проката из автоматной   стали, патент № 2493267 35 мм, который затем подвергают закалке в масло от температуры 860±10°C и отпуску при 165±10°C [2].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, низких качестве и выходе годного проката.

Наиболее близким аналогом является способ производства круглого сортового проката из среднелегированной стали, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод0,17-0,23
Марганец0,65-0,95
Кремний0,17-0,37
Хром0,35-0,65
Никель0,40-0,75
Молибден0,15-0,25
Сера0,02-0,040
Фосфор0,001-0,035
Ниобий0,005-0,02
Ванадий0,005-0,08
Кальций0,001-0,010
Кислород0,001-0,015
Медьне более 0,25
Мышьяк не более 0,008
Азот не более 0,015
Железо и примеси Остальное.

Непрерывнолитые заготовки сечением 300×360 мм охлаждают, затем нагревают и прокатывают на стане 700 в заготовки квадрат 170 мм. Катаные заготовки нагревают до температуры 900°C и повторно прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат 035 мм, который затем подвергают закалке в масло от температуры 860±10°C и отпуску при температуре 165±10°C [2].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, низких качестве и выходе годного проката.

Техническим результатом изобретения является упрощение реализации, повышение качества и выхода годного круглого сортового проката.

Для достижения технического результата в известном способе производства сортового проката из автоматной стали, включающем получение непрерывнолитой заготовки, нагрев, черновую прокатку и многопроходную чистовую прокатку в регламентированном температурном диапазоне, согласно предложению непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:

Углерод0,18-0,23
Марганец0,70-1,10
Кремний0,17-0,37
Хром0,40-0,70
Никель0,40-0,70
Молибден0,15-0,25
Алюминий0,002-0,040
Сера0,035-0,040
Фосфорне более 0,035
Железо и примеси Остальное,

нагрев ведут до температуры 1150-1270°C, а чистовую прокатку в трех последних проходах осуществляют в системе калибров «круг - овал - круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25.

Сущность изобретения состоит в следующем. Механические, функциональные свойства и выход годного круглого сортового проката определяются как химическим составом автоматной стали, так и режимами ее деформационно-термической обработки.

Нагрев непрерывнолитой заготовки из стали предложенного химического состава до температуры 1150-1270°C обеспечивает полное растворение в аустените крупных карбидов, образовавшихся при кристаллизации стали в процессе непрерывной разливки, а также повышение технологической пластичности. Это позволяет осуществить последующую горячую прокатку в пруток круглого сечения заданного диаметра за один передел, без промежуточного нагрева, что упрощает технологию.

Поскольку окончательные структурно-фазовый состав и функциональные свойства круглого сортового проката формируются в трех последних проходах чистовой прокатки, обжатие в них в системе калибров «круг - овал - круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25 обеспечивает равномерную схему деформирования по сечению полосы, реализацию режима деформационно-термической обработки, при которой одновременно достигается равномерное по сечению укрупнение зерен микроструктуры вследствие динамической и статической рекристаллизации, повышающее обрабатываемость круглого проката резанием, и повышение его прочностных свойств по причине завершенного выделения из твердого раствора стали карбидных и карбонитридных частиц. Благодаря этому исключается необходимость проведения закалки с отпуском, упрощается реализация способа. Кроме того, сульфиды, в результате циклического деформационно-термического воздействия на микроструктуру стали в трех последних проходах в системе калибров «круг - овал - круг», приобретают форму глобулей. Это улучшает качество, т.е. обрабатываемость круглого сортового проката из автоматной стали резанием, при одновременном повышении прочности и вязкости. Повышение качества, в свою очередь, способствует сокращению количества некондиционной продукции и увеличению выхода годного.

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочностные свойства. Однако увеличение содержания углерода сверх 0,23% ухудшает обрабатываемость автоматной стали резанием, повышает износ резцов. Снижение содержания углерода менее 0,18% приводит к снижению прочности и выхода годного сортового проката.

Марганец, хром и молибден обеспечивают упрочнение стали. Помимо этого, марганец связывает серу в сульфиды, необходимые для улучшения обрабатываемости проката резанием. При содержании марганца менее 0,70%, хрома менее 0,40% и молибдена менее 0,15% прочностные свойства ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 1,10%, хрома более 0,70% и молибдена более 0,25% ухудшает пластические свойства стали и ее обрабатываемость резанием.

Кремний раскисляет сталь, упрочняет ферритную фазу. При содержании кремния менее 0,17% прочностные свойства стали недостаточны, что ухудшает качество проката. Увеличение содержания кремния более 0,37% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, снижает пластичность и выход годного проката.

Никель повышает устойчивость аустенита, способствует более полному выпадению карбидных и карбонитридных частиц при чистовой прокатке. Повышение содержания никеля более 0,70% снижает «обработочную хрупкость» стали - ухудшает разрушение стружки при токарной обработке. Уменьшение содержание никеля менее 0,40% ухудшает теплопроводность стали, что приводит к перегреву режущего инструмента, увеличивает нестабильность механических свойств по длине проката, снижает качество и выход годного.

Алюминий раскисляет и модифицирует сталь, улучшает обрабатываемость стали резанием: за счет введения алюминия допустимая скорость резания возрастает до 80 м/мин. При содержании алюминия менее 0,002% его положительное влияние не проявляется. Вместе с тем, увеличение содержания алюминия более 0,040% графитизирует сталь, снижая ее прочность, вязкость, а также выход годного сортового проката.

Сера и фосфор улучшают обрабатываемость стали резанием, повышают стойкость инструмента, способствуют получению более чистой поверхности крепежных изделий.

Увеличение содержания серы более 0,040% и фосфора более 0,035% приводит к снижению пластических и вязкостных свойств круглого сортового проката, ухудшению качества и уменьшению выхода годного. Вместе с тем, снижение содержания серы менее 0,035% ухудшает обрабатываемость стали резанием и качество круглого сортового проката.

Нагрев непрерывнолитой заготовки до температуры ниже 1150°C не обеспечивает полного растворения в аустените крупных карбидных включений. Это приводит к снижению прочности, выхода годного и качества готового проката. Увеличение температуры нагрева выше 1270°C приводит к оплавлению границ кристаллитов непрерывнолитой заготовки, что не исключает образование дефектов при прокатке.

Начало прокатки в трех последних проходах при температуре выше 1100°C как и окончание при температуре выше 950°C приводит к снижению прочностных свойств и их стабильности по длине сортовых профилей. Уменьшение температуры начала прокатки в трех последних проходах ниже 1000°C или окончания ниже 850°C способствует измельчению зерен микроструктуры, что ухудшает обрабатываемость стали резанием (снижает допустимую скорость резания менее 20 м/мин) и качество круглых сортовых профилей.

Примеры реализации способа

В электросталеплавильной печи производят выплавку автоматных сталей следующих химических составов (табл.1).

Таблица 1
Составы автоматных сталей
№ составаСодержание химических элементов, мас.%
C MnSi CrNiMo AlSP Fe+ примеси
1 0,170,600,16 0,300,32 0,140,0010,034 0,015Остальн.
20,18 0,700,17 0,400,400,15 0,0020,035 0,017-:-
30,200,90 0,270,55 0,570,200,021 0,0370,022 -:-
4 0,231,100,37 0,700,70 0,250,0400,040 0,035-:-
50,24 1,120,380,80 0,750,27 0,0420,0500,036 -:-
6 0,220,65 0,280,350,42 0,16- 0,0220,002-:-

Выплавленную сталь состава № 3 подвергают непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения 100×100 мм. Полученные заготовки нагревают в методической печи до температуры аустенитизации Та=1210°C и подвергают их многопроходной прокатке в черновых и чистовых клетях мелкосортного стана 250 в прутки круглого сечения диаметром 15,5 мм. Три последних чистовых прохода выполняют в валках с калибрами по системе «круг - овал - круг». Температуру полосы в проходе, предшествующем предпоследнему, поддерживают равной Тнп=1050°C а температуру в последнем чистовом проходе, равной Ткп=900°C. При этом прокатку в каждом из трех последних чистовых проходах ведут с коэффициентом вытяжки способ производства круглого сортового проката из автоматной   стали, патент № 2493267 =1,17. Готовый сортовой прокат применяют для изготовления крепежных изделий (болты, гайки, шпильки и др.).

Благодаря использованию предложенной автоматной стали и режимов ее деформационно-термической обработки допустимая скорость резания на токарных станках составляет Vp=80 м/мин, температура режущей кромки резца tp=140°C, выход годного Q=99,5%. Исключается необходимость второго прокатного передела, закалки и отпуска проката.

Варианты реализации способа производства и показатели их эффективности приведены в табл.2.

Таблица 2
Режимы производства круглого сортового проката и их эффективность
№ варианта № составаТа ,°СТнп,°С Тк,°С способ производства круглого сортового проката из автоматной   стали, патент № 2493267 Показатели эффективности
Vp, м/мин tp, °CQ, %
11 1140900840 1,0920 35065,6
241150 10008501,10 80150 98,7
3 312101050 9001,17 8014099,5
42 12701100950 1,2580 14598,6
551280 12009601,26 40250 67,3
6 6900не регл. не регл.не регл. 20270 65,2

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты № 2-4) достигается повышение качества и выхода годного круглого сортового проката, исключается необходимость второго прокатного передела и проведения термического улучшения проката. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты № 1, № 5) или способа-прототипа (вариант № 6) имеет место снижение качества и выхода годного, возникает необходимость термического улучшения проката.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа был выбран известный способ [3]. Промышленное использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства круглого сортового проката из автоматной стали на 15-20%.

Источники информации

1. RU 2283875 C2, МПК C21D 8/06, C22C 38/44, 20.09.2006.

2. RU 2277595 C1, МПК C21D 8/06, C22C 38/44, 10.06.2006.

3. RU 2276192 C1, МПК C21D 8/06, C21C 5/52, C22C 38/44, 10.05.2006.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ производства круглого сортового проката из автоматной стали, включающий получение непрерывнолитой заготовки, нагрев, черновую прокатку и многопроходную чистовую прокатку заготовки в регламентированном температурном диапазоне, отличающийся тем, что получают непрерывнолитую заготовку из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%:

углерод0,18-0,23
марганец0,70-1,10
кремний0,17-0,37
хром0,40-0,70
никель0,40-0,70
молибден0,15-0,25
алюминий0,002-0,040
сера0,035-0,040
фосфорне более 0,035
железо и примеси остальное


нагрев заготовки ведут до температуры 1150-1270°C, а чистовую прокатку заготовки в трех последних проходах осуществляют в системе калибров «круг-овал-круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C, с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2493267

patent-2493267.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C21D8/06 при изготовлении прутков или проволоки

Класс B21B1/16 для прокатки проволоки и прочих изделий малого сечения 

Патенты РФ в классе B21B1/16:
способ производства металлических ромбических профилей -  патент 2515781 (20.05.2014)
высокопрочный, высоковязкий тонкий стальной пруток и способ его изготовления -  патент 2494165 (27.09.2013)
способ производства катанки -  патент 2491358 (27.08.2013)
способ прокатки стальных сортовых профилей -  патент 2465079 (27.10.2012)
способ производства горячекатаной канатной катанки -  патент 2457911 (10.08.2012)
способ регламентирования упругих перемещений ручьев калибра валков сортопрокатной клети -  патент 2408444 (10.01.2011)
способ транспортировки проката для укладки на холодильник и устройство для его осуществления -  патент 2390394 (27.05.2010)
прокатный стан с несколькими выходными секциями -  патент 2380178 (27.01.2010)
способ производства круглого сортового проката в бунтах и устройство для его реализации -  патент 2368436 (27.09.2009)
способ производства проволоки -  патент 2350410 (27.03.2009)

Класс C22C38/40 с никелем

Патенты РФ в классе C22C38/40:
способ производства нетекстурированной электротехнической стали с высокой магнитной индукцией -  патент 2527827 (10.09.2014)
способ производства штрипсов из низколегированной стали -  патент 2519720 (20.06.2014)
высокоазотистая мартенситная никелевая сталь -  патент 2516187 (20.05.2014)
способ производства высокопрочного градиентного материала -  патент 2513507 (20.04.2014)
труба из нержавеющей аустенитной стали с отличной стойкостью к окислению паром и способ ее получения -  патент 2511158 (10.04.2014)
аустенитная нержавеющая сталь -  патент 2507294 (20.02.2014)
низкоуглеродистая легированная сталь высокой обрабатываемости резанием -  патент 2507293 (20.02.2014)
способ производства листовой стали -  патент 2499844 (27.11.2013)
способ смягчающей термической обработки изделий из стали аустенитно-мартенситного класса марки 07х16н6 -  патент 2499842 (27.11.2013)
сортовой прокат горячекатаный из рессорно-пружинной стали -  патент 2479646 (20.04.2013)


Наверх