сортовой прокат круглый из легированной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей

Формула изобретения

Сортовой прокат круглый, выплавленный из легированной стали, содержащей 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	0,36-0,45
Марганец	0,50-0,80
Кремний	0,01-0,37
Хром	0,80-1,10
Никель	0,001-0,10
Медь	0,001-0,10
Молибден	0,001-0,03
Сера	0,005-0,020
Ниобий	0,005-0,02
Кальций,	0,001-0,010
Железо и
неизбежные примеси	Остальное

при выполнении соотношения

Cr/28+С/120,060, 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 балл, 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 легированной 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 легированной стали, содержащей, мас.%: углерод 0.17-0.22%, кремний 0.17-0.37%, марганец 0.27-0.60%, ванадий 0.05-0.08%, ниобий 0.02-0.04%, хром 0.30-0.50%, остальное железо, при выполнении соотношения V/(C·Nb)=11.5-22.2 [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сортовой прокат круглый из легированной 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 [3].

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

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату круглому из легированной 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 легированной стали, имеющий заданную структуру, временное сопротивление разрыву и твердость, согласно изобретению выполнен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, мас.%:

углерод	0.36-0.45
марганец	0.50-0.80
кремний	0.01-0.37
хром	0.80-1.10
никель	0,001-0,10
медь	0.001-0.10
молибден	0.001-0.03
сера	0,005-0,020
ниобий	0.005-0.02
кальций	0.001-0.010
железо и
неизбежные примеси	остальное

Причем

Cr/28+С/120.060,

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 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 (0.45%), ниобия (0.02%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.36%, 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец и молибден используются, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, существенно повышающий устойчивость переохлажденного аустенита. При этом верхний уровень содержания указанных элементов (соответственно 0.80% Mn, 0.10% Мо) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний (соответственно 0.50% Mn, 0.001% Мо) необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0.01% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Никель в заданных пределах (0.001-0.10) влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали.

Медь увеличивает прокаливаемость стали. При этом нижний уровень ее содержания - 0.001% определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень - 0.10% обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень прокаливаемости 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 Cr/28+С/120.060;

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

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 18 мм со структурой зернистого перлита (88%), обезуглероженный слой глубиной 0.19 мм, балл действительного зерна - 7, холодная осадка проволоки диаметром 18 мм на 68%, временным сопротивлением разрыву 600 МПа, относительное удлинение 19%, сужение 61%.

Соотношение

Cr/28+C/12=0.066, Cr=0.90%, C=0,41

Ca=0.0011%, S=0.008%

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

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

2. SU 1728303, С 22 С 38/26, 23.04.1992

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