сортовой прокат, круглый, из среднеуглеродистой высокопластичной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей особо сложной формы

Формула изобретения

Сортовой прокат, круглый, выплавленный из среднеуглеродистой стали, содержащий углерод и легирующие элементы, имеющий заданные параметры качества стали по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, упрочняемости при деформации и технологической пластичности, отличающийся тем, что сталь содержит следующие соотношения компонентов в мас.%:

Углерод 0,27-0,32

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,37

Хром 0,01-0,25

Сера 0,005-0,020

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо и неизбежные примеси Остальное

при выполнении соотношений 12/С - Мn/0,0320, Ca/S0,065 максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна 5-10 баллов, диаметр от 10 до 30 мм, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 620 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 55%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката, круглого, из средиеуглеродистой высокопластичной стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы.

Известен сортовой прокат круглый из микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющей заданную структуру, например холоднодеформированный мартенсит, прочность на разрыв не менее 1800 МПа и диаметр проволоки составляет 0.1-0.5 мм [1].

Известен сортовой прокат, круглый из среднеуглеродистой стали, содержащей (мас.%): углерод 0,17-0,20%, кремний 0,17-0,37%, марганец, 0,65-1,00%, хром 0,55-0,70%, ванадий 0,05-0,08%, ниобий 0,02-0,04%, железо - остальное, при выполнении соотношения (хром/углерод)ванадий/ниобий) ²=16,4-65,9 [2].

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сортовой прокат, круглый, из стали, содержащей (мас.%): углерод 0.18-0.22%, марганец 0.27-0.67%, кремний 0,17-0,37%, ванадий 0,05-0,10%, ниобий 0,01-0,04%, остальное - железо при следующем соотношении/компонентов, мас.%: 6V+8Nb 0,56 и 100000VNb² 8.0 [3]. Недостатки известной в том, что при относительно высоком уровне вариации содержания углерода не учтен фактор защиты бора от связывания в нитриды, что не позволит получить повышенные характеристики прокаливаемости.

Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей при одновременном обеспечении однородных механических свойств по сечению проката и повышенных характеристик технологической пластичности

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату, круглому, высокопластичной среднеуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей особо сложной формы является, с одной стороны, высокая технологическая пластичность и низкий коэффициент деформационного упрочнения в состоянии поставки и, с другой стороны, способность обеспечить заданный уровень потребительских свойств.

Поставленная задача решена тем, что известный сортовой прокат, круглый, из высокопластичной среднеуглеродистой стали, имеющий заданную структуру, временное сопротивление разрыву и твердость, согласно изобретению, выполнен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%:

углерод 0.27-0.32

марганец 0.30-0.65

кремний 0.01-0.37

хром 0.01-0.25

сера 0.005-0.020

ниобий 0.005-0.02

кальций 0.001-0.010

железо и

неизбежные примеси остальное

Причем:

максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна - 5-10 балл, диаметр проволоки составляет от 10 до 30 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 620 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 55%.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии (болт, гайка, шпилька диаметром до 23 мм), после холодной объемной штамповки однородную мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод и карбонитридообразующие элементы (ниобий) вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ниобий управляют процессами в аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и как следствие влияет на характер - -превращения. Ниобий способствует также упрочнению стали при термоулучшении. Верхняя граница содержания углерода (0.32%), ниобия (0.02%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.27%, 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец, используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, существенно повышающий устойчивость переохлажденного аустенита. При этом верхний уровень содержания марганца - 0.65% - определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,30% - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0.01% - обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.17% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0.020%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.005%) - вопросами технологичности производства.

Кальций - элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел, (0.010%) как и в случае серы, обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний (0.001%) предел - вопросами технологичности производства.

Соотношения

определяют условия обеспечения заданных характеристик пластичности и упрочняемости стали при холодной объемной штамповке сложнопрофильных крепежных деталей.

Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "существенные отличия".

Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения.

Выплавка высокопластичной среднеуглеродистой сталей производится в шахтной электропечи “Фукс”. Для гарантированного низкого содержания азота разработана специальная технология, включающая шихтовку плавки жидким чугуном до 40% от общего объема шихты. Окислительный период предусматривает высокие скорости окисления углерода в пределах 0,05-0,07%/мин. Электрический режим предусматривает отключение печи при содержании углерода на 0.2-0,4% выше нижнего предела по заданному, додувку по углероду производят без электродуги. Температура выпуска из печи 1640-1680° С. Ввод ферросплавов, обработка стали для удаления неметаллических включений производится на установке печь-ковш, оборудованной системой электроподогрева или химподогрева. Температура стали перед разливкой на 60° С выше температуры ликвидуса марки. Разливка стали производится в уширенный к верху изложницы. Масса слитка 7,85 т. Для обеспечения низкого содержания азота при разливке производится защита струи металла аргоном через специальное кольцевое устройство. Нагрев слитков в обжимном цехе производится в рекуперативных колодцах до температуры начала прокатки 1250-1270° С. Прокатка слитков производится на блюминге (стан 1300) и далее на непрерывном заготовочном стане на заготовку сечением 100× 100 мм. Для снятия образовавшегося при нагреве слитков обезуглероженного слоя заготовки подвергаются абразивной зачистке. Затем производилась горячая прокатка полученной заготовки на проволочном стане 150 или мелкосортном стане 250 в диаметрах от 5,5 до 23 мм в мотках. Для обеспечения величины обезуглероженного слоя не более 1% от диаметра ограничен темп выдачи заготовок из печи не менее 100 т/час для стана 150 и не менее 56 т/час для стана 250. Температура начала прокатки заготовок 1220-1240° С для стана 250 и 1270-1290° С для стана 150. Горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050° С, далее ускоренное охлаждение до 880-900° С с последующим охлаждением на воздухе до 300° С и последующей смоткой в бунты.

В результате горячей прокатки получаем сортовой прокат диаметром 21 мм со структурой зернистого перлита (99%), обезуглероденный слой глубиной 0.1,8 мм, балл действительного зерна - 7, холодная осадка проволоки диаметром 21 мм на 68%, временным сопротивлением разрыву 610 МПа, относительное удлинение 19%, сужение 61%.

Соотношение

C=0,32%, Mn=0,50%

Са=0,0011%, S=0,008%

Внедрение предложенного изделия - сортового проката, круглого, из среднеуглеродистой высокопластичной стали - обеспечивает получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) структуры сортового проката. гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU 2177510 С2 С 21 D 8/06, 27.12.2001.

2. SU 1703709, С 22 С 38/54, 07.01.1992.

3. SU 1772208 от 30.10.1992 г. Бюл. №40. С 22 С 38/12 (прототип).