способ производства из непрерывнолитой заготовки сортового проката со сфероидизованной структурой из 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, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и охлаждение, отличающийся тем, что выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,27-0,32

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,17

Хром 0,01-0,25

Сера 0,005-0,020

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо Остальное

при выполнении соотношений

12/С - Mn/0,03 20;

Са/S 0,065,

где С - углерод;

Mn - марганец;

Са - кальций;

S - сера,

горячую прокатку начинают при 900-950С и заканчивают при 740-850С со степенью деформации в последних проходах не менее 20%, затем проводят холодную деформацию калибровкой со степенью деформации 20-25% и сфероидизирующий отжиг путем скоростного нагрева в интервале температур А_с1+(10-30)С, последующего регламентированного охлаждения в интервале температур 650-730С со скоростью охлаждения 0,5-1,0С/мин и дальнейшего охлаждения в термокамере при температуре среды 100-200С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют раскислители и легирующие элементы с низким содержанием азота.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при непрерывной разливке осуществляют защиту струи металла от контакта с воздухом.

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.

Известна конструкционная сталь, содержащая (мас.%): углерод 0.17-0.20%, марганец 0.65-1.0%, кремний 0,17-0,37%, хром 0.55-0.70%, ванадий 0,05-0,08%, ниобий 0,02-0,04%, остальное железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: (SU 1703709 A, 07.01.1992 г.)

Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных 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. 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.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является известный способ производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей, включающий выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и охлаждение (RU 2156313 C1, C 21 D 8/02, 20.09.2000).

В основу изобретения поставлена задача разработки стали повышенной деформируемости и способа производства из нее 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 производства сортового проката из низкоуглеродистой стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей, включающем выплавку стали в электропечи, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки и охлаждение, выплавляют сталь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,27-0,32

Марганец 0,30-0,65

Кремний 0,01-0,17

Хром 0,01-0,25

Сера 0,005-0,020

Ниобий 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,010

Железо остальное

при выполнении соотношений 12/С - Мn/0.03 20; Ca/S 0,065,

где С - углерод, Мn - марганец, Са - кальций, S - сера, горячую прокатку начинают при 900-950С и заканчивают при 740-850С со степенью деформации в последних проходах не менее 20%, затем проводят холодную деформацию калибровкой со степенью деформации 20-25% и сфероидизирующий отжиг путем скоростного нагрева в интервале температур A_сl+(10-30)С последующего регламентированного охлаждения в интервале температур 650-730С со скоростью охлаждения 0,5-1,0С/мин и дальнейшего охлаждения в термокамере при температуре среды 100-200С.

Используются раскислители и легирующие элементы с низким содержанием азота. При непрерывной разливке осуществляют защиту струи металла от контакта с воздухом.

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

Углерод и карбидообразующие 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, а также расширит интервал “отжигаемости” стали. Верхняя граница содержания углерода (0.32%) и ниобия (0.02%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.27% и 0.005% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец и хром используется с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы существенно повышающие устойчивость переохлажденного аустенита. При этом верхний уровень содержания марганца - 0.65% и хрома - 0.25% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - 0.30% и 0.01% соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и технологической пластичности 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 определяют условия обеспечения заданных характеристик пластичности и упрочняемости стали при холодной объемной штамповке сложнопрофильных крепежных деталей, используют раскислители и легирующие с низким содержанием азота.

Пример осуществления способа

Выплавка низкоуглеродистой стали следующего состава: углерод - 0.30%, марганец - 0.45%, кремний - 0.10%, хром - 0.20%, сера - 0,011%, ниобий - 0.012%, кальций - 0.001%, производится в 150-ти тонных дуговых сталеплавильных печах 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. 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%. Далее следует травление горячекатаного проката в растворе серной кислоты (концентрация 180-200 г/л) при температуре 80С в течении 30 мин, с последующим нанесением подсмазочного покрытия. Далее следует холодная деформация калибровкой с деформацией 20-25% и сфероидизирующий отжиг, включающий скоростной индукционный нагрев в межкритический интервал температур (A_Cl+10-30C) xoлоднодеформированного металла с последующим регламентированным охлаждением в интервале температур 650-730С, со скоростями 1.0-1.5С/мин и дальнейшим охлаждением в термокамере при температуре среды 100-200С, что обеспечивает сокращение продолжительности процесса сфероидизации в 5-10 раз.

Выполнение соотношения легирующих элементов позволило обеспечить требуемый уровень пластичности стали непосредственно в горячекатаном состоянии на уровне =28%, и уровень холодной осадки образца диаметром 20 мм на 75% высоты.

при содержании марганца - 0.45%, углерода - 0.30%

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

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из низкоуглеродистой стали повышенной технологической пластичности обеспечивающего получение структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных крепежных деталей.