способ производства из непрерывнолитой заготовки сортового проката низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей

Формула изобретения

1. Способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла, внепечную обработку, непрерывную разливку стали, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и смотку проката в бунты, отличающийся тем, что выплавляют сталь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,17-0,25

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,17

Хром 0,01-0,50

Сера 0,005-0,020

Ванадий 0,005-0,07

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо Остальное

при выполнении соотношений

0,466V+8Nb0,22;

где С - углерод;

Mn - марганец;

V - ванадий;

Nb - ниобий;

Са - кальций;

S - сера,

горячую прокатку начинают при температуре 900-950С и заканчивают при 740-850С со степенью деформации не менее 20%, после завершения прокатки проводят регламентированное охлаждение в интервале температур 600-730С со скоростью охлаждения 5-20С/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при непрерывной разливке стали ведут защиту струи аргоном.

Описание изобретения к патенту

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

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату из 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 готовой продукция. Данная сталь от шихтовки до готового сортового проката проходит достаточно длительный передел, включающий следующие операции: выплавку, горячую прокатку, сфероидизирующий отжиг, калибровку. Задача обеспечения необходимого комплекса механических свойств, показателей технологической пластичности и низкого коэффициента деформационного упрочнения металлопроката в состоянии поставки в настоящее время успешно разрешается за счет ряда приемов, применяемых на различных стадиях изготовления стали.

Известна конструкционная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,17-0,22%; кремний 0,17-0,37%; марганец 0,27-0,60%; хром 0,30-0,50%; ванадий 0,05-0,08%; ниобий 0,02-0,04%; остальное железо (SU 1728303A, МПК 7 С 22 С 38/26, 22.12.1991).

Известен способ производства сортового проката, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки, охлаждение (RU 2156313 С1 С 21 Д 8/02, 20.09.2000 г.).

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки крепежных деталей, включающий выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, непрерывную разливку стали, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и смотку проката в бунты. (см. RU 2180277 C1, В 21 В 1/46).

Задачей изобретения является разработка стали повышенной технологической пластичности и способа производства из нее сортового проката, обеспечивающего получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) сортового проката. Техническим результатом изобретения является получение структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей.

Для достижения технического результата в известном способе, включающем выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, непрерывную разливку стали, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и смотку проката в бунты, выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,17-0,25

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,17

Хром 0,01-0,50

Сера 0,005-0,020

Ванадий 0,005-0,07

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо Остальное

при выполнении соотношений

0,466V+8Nb0,22;

горячую прокатку начинают при температуре 900-950С и заканчивают при 740-850С со степенью деформации не менее 20%, после завершения прокатки проводят регламентированное охлаждение в интервале температур 600-730С со скоростью охлаждения 5-20C/с.

Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в предлагаемой стали (пруток диаметром до 25 мм), после контролируемой прокатки однородную мелкодисперсную структуру сфероидизованного перлита с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод и карбонитридообразующие (ванадий, ниобий) элементы вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень отжигаемости стали. При этом ниобий управляет процессами в верхней части аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, а ванадий - в нижней части аустенитной области (стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер --превращения. Ванадий и ниобий способствуют также упрочнению стали. Верхняя граница содержания углерода (0,25%), ванадия (0,07%), ниобия (0,02%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0,17%; 0,005%; 0,005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец и хром используют, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, существенно повышающие устойчивость переохлажденного аустенита и увеличивающие прокаливаемость стали. При этом верхний уровень содержания марганца - 0,65% и хрома - 0,50% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0,30% и 0,01% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости 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.

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.

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.

Соотношения 0,466V+8Nb0,22;

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

Пример осуществления способа.

Выплавка низкоуглеродистой стали следующего состава: углерод - 0,21%; марганец - 0,45%; кремний - 0,10%; хром - 0,20%; сера - 0,011%; ванадий - 0,03%; ниобий - 0,01%; кальций - 0,001%; производится в 150-ти тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП) с использованием в шихте 100% металлизованных окатышей, что обеспечивает получение массовой доли азота перед выпуском из ДСП не более 0,003%, а также низкое содержание цветных примесей. Предварительное легирование металла по марганцу и кремнию производится в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производилась продувка металла аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляется алюминием. После этого металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором имеется возможность нагрева металла до необходимой температуры, продувки его аргоном через донный продувочный блок, дозированной присадки необходимых ферросплавов и обработки стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием, легирование металла алюминием до содержания 0,050%, доводка металла по содержанию марганца, нагрев до температуры, обеспечивающей дальнейшую обработку. После обработки на АКОС металл подвергается вакуумной обработке на порционном вакууматоре. Во время вакуумирования производится окончательная корректировка по химическому составу. При вариантах использования для легирования ванадия и ниобия их присадка производится также при вакуумировании. После вакуумирования металл обрабатывается силикокальцием и передается на разливку. Разливка производится на четырехручьевых УНРС радиального типа в слиток размерами 300360 мм со скоростью вытягивания 0,6-0,7 м/мин, с защитой металла от окисления путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб, погружных стаканов и подачей аргона. Это также обеспечивает получение низкого содержания азота и кислорода и чистоту металла по неметаллическим включениям. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждались в печах контролируемого охлаждения. Горячую прокатку сортового проката начинают при температуре 900-950С и заканчивают при температуре 740-850С, при деформации в последних проходах не менее 20%. После завершения прокатки используют в интервале температур 600-730С режимы регламентированного охлаждения проката со скоростями 5-20С/мин.

Выполнение соотношения легирующих элементов позволило обеспечить требуемый уровень пластичности стали непосредственно в горячекатаном состоянии на уровне =25% и уровень холодной осадки образца диаметром 20 мм на 75% высоты.

при содержании марганца - 0,45%; углерода - 0,21%;

6V+8Nb=0,26 при содержании ванадия - 0,03%; ниобия - 0,01%;

при содержании серы - 0,011%, кальция - 0.001%.

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из низкоуглеродистой стали повышенной прокаливаемости обеспечивающего получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей.