способ изготовления проката из углеродистых и легированных сталей с двухфазной структурой в виде мелкозернистого феррита и мелкодисперсного перлита

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОКАТА ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С ДВУХФАЗНОЙ СТРУКТУРОЙ В ВИДЕ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ФЕРРИТА И МЕЛКОДИСПЕРСНОГО ПЕРЛИТА, включающий горячую прокатку при 900 - 1050^oС, ускоренное охлаждение до 400 - 550^oС, выдержку при данной температуре до завершения превращения, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности металла, предназначенного для волочения, после завершения горячей прокатки металл охлаждают со скоростью больше критической до 675 - 650^oС и выдерживают при данной температуре в течение 10 - 30 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термической обработке углеродистых и легированных сталей для получения в них структуры (в виде мелкозернистого феррита и мелкодисперсного перлита) позволяющей повысить пластичность металла, подвергаемого холодной деформации.

Известен способ производства калиброванной стали для холодной высадки, включающий горячую прокатку, охлаждение на воздухе, волочение со степенью 21-40% на один проход, отжиг при 550-700^оС в течение 2-5 ч.

Недостаток приведенного способа - большая длительность операций термической обработки при получении требуемой структуры.

Известен способ сфероидизирующей обработки углеродистых и легированных сталей, включающий пластическую деформацию при температурах на 50-120^оС превышающих точку A_c1, охлаждение до 650^оС со скоростью 30-100 град/ч, а затем на воздухе.

Недостаток приведенного способа - на ряду с большой длительностью процесса термообработки, получается значительная структурная неоднородность, в следствии которой снижается технологическая пластичность металла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому эффекту является известный способ получения стали с двухфазной структурой в виде мельчайшего феррита и мелкого перлита с расстоянием между пластинками не более 0,200 мкм, и обладающей превосходной способностью к волочению и штамповке в холодном состоянии - нагревают до 900-1050^оС, подвергают горячей прокатке, после чистовой прокатки при 680-900^оС резко охлаждают и выдерживают при температуре 400-550^оС до завершения превращения.

Недостаток приведенного способа - при деформации в чистовой группе клетей при температурах 730-900^оС наклеп аустенитной фазы приводит к появлению в структуре при изотермической выдержке при температурах 400-550^оС цементитных частиц непластинчатой формы, что неизбежно понизит пластичность стали.

Целью изобретения является повышение пластичности металла, предназначенного для холодной деформации - волочения.

Поставленная цель достигается тем, что: после выхода металла из последней чистовой клети подвергают охлаждению со скоростью выше критической до температуры 650-675^оС, выдерживают при этой температуре 10-30 с.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Сравнительный анализ известных технических решений и заявляемого не обнаружил у них сходных признаков. Следовательно, заявляемый способ обладает существенными отличиями.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Прокат, например круг, после горячей прокатки при температурах 900-1050^оС подвергают охлаждению со скоростью выше критической до температуры 650-675^оС, выдерживают при этой температуре 10-30с, далее следует охлаждение со скоростью выше критической до температуры 400-550^оС при выдержке достаточной для завершения превращения аустенита по перлитному механизму, затем охлаждение на воздухе. После горячей прокатки при температурах 900-1050^оС охлаждение до температуры 650-675^оС и выдержка в течение 10-30с позволяют сформировать мелкозернистую структуру и выделившемся феррите. При этом помимо формирования мелкозернистой полиэдрической структуры феррита, аустенитная фаза неизбежно будет раздроблена на мелкие отдельные участки, то в дальнейшем обусловит при изотермической выдержке при 400-550^оС получение мелкодисперсных перлитных участков. Высокая способность металла к холодной деформации обеспечивается, в первую очередь, формированием ферритной структуры, представляющей собой равномерно-распределенные мелкие полиэдрические зерна феррита, чистые от дефектов кристаллического строения введенных при горячей прокатке (900-1050^оС). При обработке деформированием в чистовой группе клетей при температурах 680-900^оС вводятся в выделившийся феррит дефекты кристаллического строения, что неизбежно при последующей холодной деформации (после выдержки при 400-550^оС) уменьшат запас технологической пластичности.

При охлаждении (после выхода металла из последней чистовой клети) до температур выше 675^оС и времени выдержки более 30 с из-за высокой подвижности ферритных границ развитие собирательной рекристаллизации приведет к формированию крупнозернистой структуры, при этом может наблюдаться и существенная разнозернистость. При температурах ниже 650^оС и времени выдержки менее 10 с подвижности границ ферритных зерен будет недостаточно для формирования полиэдрических зерен. В структуре будет присутствовать значительная доля неравноосных зерен (вытянутых вдоль направления прокатки), что неизбежно приведет к уменьшению пластичности металла при холодной деформации. Неравноосными будут и аустенитные участки, что в дальнейшем при выдержке при 400-550^оС определит получение неравномерных перлитных колоний.

Таким образом, осуществляя обработку по предлагаемому способу - замена деформации (в чистовой группе клетей) при температуре 680-900^оС, выдержкой при температуре 650-675^оС в течение 10-30 с можно получать структуру, позволяющую достигнуть более высоких уровней пластичности металла.

Предложенный способ опробован в условиях лабораторной базы Института черной металлургии.

Опробование осуществляли на стали близкой по химическому составу к прототипу.

П р и м е р 1. Сталь с 0,41% С; 0,71% Mn; 0,31% Si; 0,09% Сr; 0,022% S; 0,02% Р; 0,032% Al прокатывали при температуре 950^оС на диаметр 6,5 мм, охлаждали со скоростью 310 град/с до температуры 675^оС выдерживали 10 с, охлаждали со скоростью 300 град/с до температуры 550^оС выдерживали в течение 1,0 мин охлаждали на воздухе. При ступенчатом волочении с диаметра 6,5 мм (D_о) до достижения максимально возможной вытяжки, минимальный диаметр при котором отмечается разрушение металла (D) составил 1,15 см. Воспользовавшись соотношением (прототип) К = lg(R_о/R)², получим, что К составило 1,50. (D_o = 2 R_o).

П р и м е р 2. Сталь с 0,40% С; 0,70% Mn; 0,41% Si; 0,09% Cr; 0,02% S; 0,023% Р; 0,03% Al прокатывали при температуре 1000^оС на диаметр 6,0 мм, охлаждали со скоростью 300 град/с до температуры 650^оС выдерживали 30 с, охлаждали со скоростью 295 град/с до температуры 400^оС, выдерживали 1,5 мин, охлаждали на воздухе. После волочения с диаметра 6,0 мм (D_o) достигли минимального диаметра равного 1 мм. К = 1,56.

П р и м е р 3. Сталь (химический состав пример 1) прокатывали при температуре 985^оС на диаметр 10,0 мм охлаждали со скоростью 305 град/с до температуры 670^оС выдерживали 30 с, охлаждали со скоростью 305 град/с до температуры 500^оС, выдерживали 2 мин, охлаждали на воздухе. После волочения с диаметра 10,0 мм достигли минимального диаметра равного 1,41 мм. К = 1,7.

П р и м е р 4. Сталь (химический состав пример 2) прокатывали при температуре 1020^оС на диаметр 7,0 мм охлаждали со скоростью 300 град/с до температуры 700^оС выдерживали 50 с, охлаждали со скоростью 310 град/с до температуры 500^оС, выдерживали 2 мин, охлаждали на воздухе. После волочения с диаметра 6,0 мм достигли минимального диаметра, равного 1,2 мм. К= = 1,40.

П р и м е р 5. Легированную сталь с 0,31% С; 1.78% Mn; 2,1% Si; 1,01% Cr; 0,022% S; 0,025% Р прокатывали при температуре 1020^оС на диаметр 18 мм, охлаждали со скоростью 270 град/с до температуры 675^оС, выдерживали 30 с, охлаждали со скоростью 260 град/с до температуры 500^оС выдерживали в течение 2 мин, охлаждали на воздухе. После волочения с диаметра 18 мм достигли минимального диаметра равного 2,55 мм. К = 1,7.

Таким образом, как следует из примеров применение предлагаемого способа обработки стали позволяет достигнуть повышенных значений пластичности стали предназначенной для холодной деформации, в частности, волочения.