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

Формула изобретения

Сортовой прокат круглый, выплавленный из низкоуглеродистой 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, мас.%:

Углерод	0,07-0,15
Марганец	0,90-1,40
Кремний	0,01-0,20
Хром	0,005-0,40
Ванадий	0,005-0,07
Ниобий	0,005-0,02
Сера	0,005-0,020
Алюминий	0,001-0,06
Кальций	0,001-0,010
Азот	0,005-0,015
Железо и неизбежные примеси	Остальное

при выполнении соотношений

где С - углерод, Mn - марганец, Са - кальций, S - сера,

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 от 10 до 25 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 520 МПа, относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение не менее 65%.

Описание изобретения к патенту

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

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

Известен сортовой прокат, круглый из низкоуглеродистой 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)=16,4-65,9 [2] 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+8Nb0,56 и 100000VNb²8.0 [3].

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 низкоуглеродистой 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 низкоуглеродистой стали, имеющий заданную структуру, временное сопротивление разрыву и твердость, согласно изобретению выполнен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов в мас.%:

углерод	0.07-0.15
марганец	0.90-1.40
кремний	0.01-0.20
хром	0.005-0.40
ванадий	0.005-0.07
ниобий	0.005-0,02
сера	0,005-0,020
алюминий	0.001-0.06
кальций,	0.001-0,010
азот	0.005-0.015
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 25 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, временное сопротивление разрыву не более 520 МПа, относительное удлинение не менее 22%, относительное сужение, не менее 65%.

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 нижней - 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.

Ниже даны примеры осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения.

Выплавка высокопластичной низкоуглеродистой 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 0.10 мм, балл действительного зерна - 9, холодная осадка проволоки диаметром 21 мм на 68%, временным сопротивлением разрыву 610 МПа, относительное удлинение 27%, сужение 71%.

Соотношение

С=0,08%, Mn=0,42%

Ca=0,0011%, S=0,008%

Внедрение предложенного изделия - сортового проката круглого, из низкоуглеродистой 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 - прототип.

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.