способ производства прутка из среднеуглеродистой стали

Формула изобретения

Способ производства круглого сортового проката из среднеуглеродистой стали, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла из печи, глубокое раскисление металла алюминием и легирование, доводку металла по химическому составу по всем элементам кроме алюминия и серы, повторное окисление металла и шлака окисленными окатышами, добавку алюминия, обработку кальцием, микролегирование серой, получение стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,42-0,50
Марганец	0,50-0,80
Кремний	0,17-0,37
Сера	0,020-0,040
Фосфор	0,001-0,030
Алюминий	0,03-0,050
Кальций	0,001-0,010
Кислород	0,001-0,015
Хром	Не более 0,25
Никель	До 0,25
Медь	Не более 0,25
Молибден	Не более 0,10
Мышьяк	Не более 0,08
Азот	Не более 0,015
Железо и
Неизбежные примеси	Остальное

при выполнении соотношений:

кислород:кальций = 1-4,5 и кальций:сера 0,065,

непрерывную разливку стали с защитой струи аргоном, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки с использованием режима термомеханической обработки, горячую калибровку и смотку в бунты, размотку, порезку и правку проката.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, калиброванного круглого, из среднеуглеродистой стали повышенной обрабатываемости резанием, используемого для изготовления штоков амортизаторов,

Известна конструкционная сталь, содержащая мас.%: углерод 0,38-0,47%, марганец 0,8-1,2%, кремний 0,17-0,37%, ванадий 0,08-0,18%, бор 0,001-0,005%, азот 0,005-0,02%, сера 0,036-0,080, кальций 0,001-0,010%, остальное при условии, что отношение марганца к кальцию составляет 100-1100 (Авторское свидетельство SU 1689424 А1, С 22 С 38/60 от 07.11.1989 г., Бюл. № 41). Недостатком данной стали является относительно высокое содержание азота и отсутствие в композиции элементов, защищающих бор от связывания в нитриды, что в ряде случаев не позволит достичь заявляемого авторами эффекта по повышению характеристик прокаливаемости.

Известен способ производства сортового проката, включающий выплавку стали, выпуск металла, разливку, горячую прокатку, охлаждение... (Патент DE 3434744 А1, 03.04.1986 г., С 21 D 8/06, формула изобретения).

Известен способ производства сортового проката, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла, внепечную обработку, непрерывную разливку, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки, охлаждение (RU 2156313 C1, C 21 D 8/02, 20.09.2000 г.).

В основу изобретения поставлена задача разработки стали, обладающей повышенными характеристиками обрабатываемости резанием при одновременном повышении характеристик прокаливаемости и обеспечении сквозной прокаливаемости сортового проката диаметром до 25 мм.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ производства круглого сортового проката из среднеуглеродистой стали, включающий выплавку стали в электропечи, выпуск металла из печи, глубокое раскисление металла алюминием и легирование, добавку металла по химическому составу по всем элементам кроме алюминия и серы, повторное окисление металла и шлака окисленными окатышами, добавку алюминия, обработку кальцием, микролегирование серой, получение стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,42-0,50
марганец	0,50-0,80
кремний	0,17-0,37
сера	0,020-0,040
фосфор	0,001-0,030
алюминий	0,03-0,050
кальций	0,001-0,010
кислород	0,001-0,015
хром	не более 0,25
никель	до 0,25
медь	не более 0,25
молибден	не более 0,10
мышьяк	не более 0,08
азот	не более 0,015
железо и
неизбежные примеси	остальное

при выполнении соотношений:

кислород/кальций = 1-4,5 и кальций/сера 0,065,

непрерывную разливку стали с защитой струи аргоном, горячую прокатку непрерывнолитой заготовки с использованием режима термомеханической обработки, горячую калибровку и смотку прутков в бунты, размотку прутков, порезку и правку прутков.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в предлагаемой стали (пруток горячекатаного сортового проката круглого диаметром до 25 мм), благоприятную пластинчатую структуру с глобулярными сэндвич-включениями, что обеспечивает, с одной стороны, повышенные характеристики резания даже широкими резцами при поперечной подаче режущего инструмента, с другой стороны - благоприятное сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод вводится в композицию данной стали с целью обеспечения заданного уровня ее прочности и прокаливаемости. Верхняя граница содержания углерода (0.50%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.42% - обеспечением требуемого уровня прочности и прокаливаемости данной стали.

Марганец используется, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, существенно повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. При этом верхний уровень содержания марганца 0.80% определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 0.50%, соответственно, необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости данной стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0.17% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел (0.040%) обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел (0.020%) - вопросами технологичности производства, а также обеспечением заданного уровня обрабатываемости резанием данной стали.

Фосфор - элемент, способствующий увеличению характеристик резания стали. При этом верхний уровень содержания фосфора 0.030% обусловлен необходимостью предотвращения развития процессов обратимой отпускной хрупкости стали, а также обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 0.0010% соответственно необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и обрабатываемости резанием 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.

Кислород, образуя оксидную пленку на сульфидах, способствует повышению обрабатываемости стали резанием при одновременном сохранении высокого комплекса потребительских свойств стали. При этом верхний уровень содержания кислорода 0.015% обусловлен необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний 0.001% соответственно необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и обрабатываемости резанием стали.

Соотношение кислород/кальций=1÷4.5 отвечает за возможность образования сэндвич-неметаллического включения. Верхняя граница соотношения 4.5 обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя 1 соответственно возможностью образования двухслойного сэндвич-неметаллического включения.

Соотношение кальций/сера 0.065% определяет условия образования глобулярных неметаллических включений (сульфидов). Если выполняется данное соотношение, то сульфиды глобулярные, в противном случае в стали присутствуют вытянутые сульфиды, что повышает анизотропию свойств стали и ухудшает соотношение прочность-вязкость, особенно сильно в поперечном направлении проката.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного

Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "существенные отличия".

Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения.

Выплавку исследуемой стали (химический состав, мас.%: углерод 0.48%, марганец 0.72%, кремний 0.32%, сера 0,034%, фосфор 0.022%, алюминий 0.037%, кальций 0.0025%, кислород 0.010%) проводили в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП-150, мощность трансформатора 80 мВm) с использованием в шихте 60% металлизованных окатышей и 40% металлического лома, 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 проводили в ковше при выпуске из ДСП (Выпуск в ковш перекисленного металла. Раскисление металла - при выпуске алюминием, ферросилицием - раскисление, легирование - FeMn(SiMn), FeCr). После выпуска проводили продувку металла аргоном через донный продувочный блок 5-7 мин. Затем вакуумирование на порционном вакууматоре, при этом производится легирование (тонкое) - углерод, марганец и кремний. После вакуумирования - обработка на печи-ковше. За 15-30 минут до окончания обработки вводится окислитель, в данном случае - окисленные окатыши. Затем снова вводили алюминий (проволокой). За 10-15 минут обработка порошковыми проволоками с силикокальцием и чистой серой. Разливку стали проводили на сортовой УНРС радиального типа в НЛЗ 300×360 мм со скоростью вытягивания 0,6-0,7 м/мин. При разливке осуществлялась защита струи от вторичного окисления следующим образом: стальковш - промковш - погружная труба с подачей аргона; промковш - шлакообразующая смесь; промковш - кристаллизатор - погружной стакан (корундографитовый); в кристаллизаторе - шлакообразующая смесь. После разливки и пореза на мерную длину непрерывнолитые заготовки охлаждали в печах контролируемого охлаждения. Далее слитки прокатывали на стане 700 в заготовку (квадрат 170 мм). Вся исходная заготовка подвергалась правке, очистке от окалины, контролю поверхности. Нагрев заготовки перед прокаткой производили в двух методических печах с шагающим подом. Температура нагрева заготовки - 900°С, что обеспечивает снижение энергозатрат на 15% и значительно снижает обезуглероживание проката. Окалину с поверхности заготовки удаляли водой высокого давления на установке гидросбива окалины. Прокатку вели в непрерывных линиях - мелкосортной и среднесортной. Высокая жесткость клетей, автоматическое согласование скорости клетей, система петлерегулирования в чистовой группе мелкосортной линии позволили получить прокат высокой точности.

В результате горячей прокатки и последующей горячей калибровки со степенью деформации 25% получаем сортовой прокат диаметром 022,5 мм, длиной 5900 мм, кривизна прутков не более 0.7 мм/м. Структура пластинчатого перлита, обезуглероженный слой глубиной 0.05 мм, балл действительного зерна - 7, твердость заготовки 229-241НВ, временное сопротивление разрыву 680 МПа, относительное удлинение 9%, относительное сужение 42%

Соотношение

кислород/кальций=4.0, содержание кальция - 0.0025%, кислорода-0.010%

кальций/сера= 0.074, содержание кальция - 0.0025%, серы - 0,034%

Внедрение предложенного способа производства сортового проката из среднеуг-леродистой стали повышенной обрабатываемости резанием, обеспечивающего получение двухслойных сэндвич-неметаллических включений, гарантирующих, с одной стороны, обеспечение повышенных характеристик резанием, с другой стороны - благоприятное соотношением прочности пластичности и вязкости стали.