способ производства круглого сортового проката из автоматной стали

Формула изобретения

Способ производства круглого сортового проката из автоматной стали, включающий получение непрерывнолитой заготовки, нагрев, черновую прокатку и многопроходную чистовую прокатку заготовки в регламентированном температурном диапазоне, отличающийся тем, что получают непрерывнолитую заготовку из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%:

углерод	0,18-0,23
марганец	0,70-1,10
кремний	0,17-0,37
хром	0,40-0,70
никель	0,40-0,70
молибден	0,15-0,25
алюминий	0,002-0,040
сера	0,035-0,040
фосфор	не более 0,035
железо и примеси	остальное

нагрев заготовки ведут до температуры 1150-1270°C, а чистовую прокатку заготовки в трех последних проходах осуществляют в системе калибров «круг-овал-круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C, с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий.

Известен способ производства круглого сортового проката, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,42-0,50
Марганец	0,50-0,80
Кремний	0,17-0,37
Сера	0,02-0,04
Фосфор	0,001-0,03
Алюминий	0,03-0,06
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 примеси	Остальное.

Непрерывнолитые заготовки охлаждают, нагревают, прокатывают на стане 700 в заготовку квадрат 170 мм, правят, очищают от окалины, повторно нагревают до температуры 900°C и вновь прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат 22,5 мм [1].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, обусловленной необходимостью применения двух прокаток, а также низких качестве и выходе годного круглого сортового проката.

Известен также способ производства круглого сортового проката, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,17-0,23
Марганец	0,65-0,95
Кремний	0,17-0,37
Хром	0,35-0,65
Никель	0,40-0,75
Молибден	0,15-0,25
Сера	0,02-0,040
Фосфор	0,001-0,035
Ниобий	0,005-0,02
Ванадий	0,005-0,08
Кальций	0,001-0,010
Кислород	0,001-0,015
Медь	не более 0,25
Мышьяк	не более 0,08
Азот	не более 0,015
Железо и примеси	Остальное

Непрерывнолитые заготовки сечением 300×360 мм охлаждают, затем нагревают и прокатывают на стане 700 в заготовки квадрат 170 мм. Катаные заготовки нагревают до температуры 900°C и повторно прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат 35 мм, который затем подвергают закалке в масло от температуры 860±10°C и отпуску при 165±10°C [2].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, низких качестве и выходе годного проката.

Наиболее близким аналогом является способ производства круглого сортового проката из среднелегированной стали, включающий получение непрерывнолитой заготовки из стали следующего химического состава, мас.%:

Углерод	0,17-0,23
Марганец	0,65-0,95
Кремний	0,17-0,37
Хром	0,35-0,65
Никель	0,40-0,75
Молибден	0,15-0,25
Сера	0,02-0,040
Фосфор	0,001-0,035
Ниобий	0,005-0,02
Ванадий	0,005-0,08
Кальций	0,001-0,010
Кислород	0,001-0,015
Медь	не более 0,25
Мышьяк	не более 0,008
Азот	не более 0,015
Железо и примеси	Остальное.

Непрерывнолитые заготовки сечением 300×360 мм охлаждают, затем нагревают и прокатывают на стане 700 в заготовки квадрат 170 мм. Катаные заготовки нагревают до температуры 900°C и повторно прокатывают в непрерывных линиях - среднесортной и мелкосортной в круглый сортовой прокат 035 мм, который затем подвергают закалке в масло от температуры 860±10°C и отпуску при температуре 165±10°C [2].

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации, низких качестве и выходе годного проката.

Техническим результатом изобретения является упрощение реализации, повышение качества и выхода годного круглого сортового проката.

Для достижения технического результата в известном способе производства сортового проката из автоматной стали, включающем получение непрерывнолитой заготовки, нагрев, черновую прокатку и многопроходную чистовую прокатку в регламентированном температурном диапазоне, согласно предложению непрерывнолитую заготовку получают из стали, содержащей следующий химический состав, мас.%:

Углерод	0,18-0,23
Марганец	0,70-1,10
Кремний	0,17-0,37
Хром	0,40-0,70
Никель	0,40-0,70
Молибден	0,15-0,25
Алюминий	0,002-0,040
Сера	0,035-0,040
Фосфор	не более 0,035
Железо и примеси	Остальное,

нагрев ведут до температуры 1150-1270°C, а чистовую прокатку в трех последних проходах осуществляют в системе калибров «круг - овал - круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25.

Сущность изобретения состоит в следующем. Механические, функциональные свойства и выход годного круглого сортового проката определяются как химическим составом автоматной стали, так и режимами ее деформационно-термической обработки.

Нагрев непрерывнолитой заготовки из стали предложенного химического состава до температуры 1150-1270°C обеспечивает полное растворение в аустените крупных карбидов, образовавшихся при кристаллизации стали в процессе непрерывной разливки, а также повышение технологической пластичности. Это позволяет осуществить последующую горячую прокатку в пруток круглого сечения заданного диаметра за один передел, без промежуточного нагрева, что упрощает технологию.

Поскольку окончательные структурно-фазовый состав и функциональные свойства круглого сортового проката формируются в трех последних проходах чистовой прокатки, обжатие в них в системе калибров «круг - овал - круг» в температурном интервале от 1000-1100°C до 850-950°C с коэффициентом вытяжки в каждом из них 1,10-1,25 обеспечивает равномерную схему деформирования по сечению полосы, реализацию режима деформационно-термической обработки, при которой одновременно достигается равномерное по сечению укрупнение зерен микроструктуры вследствие динамической и статической рекристаллизации, повышающее обрабатываемость круглого проката резанием, и повышение его прочностных свойств по причине завершенного выделения из твердого раствора стали карбидных и карбонитридных частиц. Благодаря этому исключается необходимость проведения закалки с отпуском, упрощается реализация способа. Кроме того, сульфиды, в результате циклического деформационно-термического воздействия на микроструктуру стали в трех последних проходах в системе калибров «круг - овал - круг», приобретают форму глобулей. Это улучшает качество, т.е. обрабатываемость круглого сортового проката из автоматной стали резанием, при одновременном повышении прочности и вязкости. Повышение качества, в свою очередь, способствует сокращению количества некондиционной продукции и увеличению выхода годного.

Углерод в стали предложенного состава определяет ее прочностные свойства. Однако увеличение содержания углерода сверх 0,23% ухудшает обрабатываемость автоматной стали резанием, повышает износ резцов. Снижение содержания углерода менее 0,18% приводит к снижению прочности и выхода годного сортового проката.

Марганец, хром и молибден обеспечивают упрочнение стали. Помимо этого, марганец связывает серу в сульфиды, необходимые для улучшения обрабатываемости проката резанием. При содержании марганца менее 0,70%, хрома менее 0,40% и молибдена менее 0,15% прочностные свойства ниже допустимого уровня. Увеличение содержания марганца более 1,10%, хрома более 0,70% и молибдена более 0,25% ухудшает пластические свойства стали и ее обрабатываемость резанием.

Кремний раскисляет сталь, упрочняет ферритную фазу. При содержании кремния менее 0,17% прочностные свойства стали недостаточны, что ухудшает качество проката. Увеличение содержания кремния более 0,37% приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, снижает пластичность и выход годного проката.

Никель повышает устойчивость аустенита, способствует более полному выпадению карбидных и карбонитридных частиц при чистовой прокатке. Повышение содержания никеля более 0,70% снижает «обработочную хрупкость» стали - ухудшает разрушение стружки при токарной обработке. Уменьшение содержание никеля менее 0,40% ухудшает теплопроводность стали, что приводит к перегреву режущего инструмента, увеличивает нестабильность механических свойств по длине проката, снижает качество и выход годного.

Алюминий раскисляет и модифицирует сталь, улучшает обрабатываемость стали резанием: за счет введения алюминия допустимая скорость резания возрастает до 80 м/мин. При содержании алюминия менее 0,002% его положительное влияние не проявляется. Вместе с тем, увеличение содержания алюминия более 0,040% графитизирует сталь, снижая ее прочность, вязкость, а также выход годного сортового проката.

Сера и фосфор улучшают обрабатываемость стали резанием, повышают стойкость инструмента, способствуют получению более чистой поверхности крепежных изделий.

Увеличение содержания серы более 0,040% и фосфора более 0,035% приводит к снижению пластических и вязкостных свойств круглого сортового проката, ухудшению качества и уменьшению выхода годного. Вместе с тем, снижение содержания серы менее 0,035% ухудшает обрабатываемость стали резанием и качество круглого сортового проката.

Нагрев непрерывнолитой заготовки до температуры ниже 1150°C не обеспечивает полного растворения в аустените крупных карбидных включений. Это приводит к снижению прочности, выхода годного и качества готового проката. Увеличение температуры нагрева выше 1270°C приводит к оплавлению границ кристаллитов непрерывнолитой заготовки, что не исключает образование дефектов при прокатке.

Начало прокатки в трех последних проходах при температуре выше 1100°C как и окончание при температуре выше 950°C приводит к снижению прочностных свойств и их стабильности по длине сортовых профилей. Уменьшение температуры начала прокатки в трех последних проходах ниже 1000°C или окончания ниже 850°C способствует измельчению зерен микроструктуры, что ухудшает обрабатываемость стали резанием (снижает допустимую скорость резания менее 20 м/мин) и качество круглых сортовых профилей.

Примеры реализации способа

В электросталеплавильной печи производят выплавку автоматных сталей следующих химических составов (табл.1).

Таблица 1
Составы автоматных сталей
№ состава	Содержание химических элементов, мас.%
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Al	S	P	Fe+ примеси
1	0,17	0,60	0,16	0,30	0,32	0,14	0,001	0,034	0,015	Остальн.
2	0,18	0,70	0,17	0,40	0,40	0,15	0,002	0,035	0,017	-:-
3	0,20	0,90	0,27	0,55	0,57	0,20	0,021	0,037	0,022	-:-
4	0,23	1,10	0,37	0,70	0,70	0,25	0,040	0,040	0,035	-:-
5	0,24	1,12	0,38	0,80	0,75	0,27	0,042	0,050	0,036	-:-
6	0,22	0,65	0,28	0,35	0,42	0,16	-	0,022	0,002	-:-

Выплавленную сталь состава № 3 подвергают непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения 100×100 мм. Полученные заготовки нагревают в методической печи до температуры аустенитизации Т_а=1210°C и подвергают их многопроходной прокатке в черновых и чистовых клетях мелкосортного стана 250 в прутки круглого сечения диаметром 15,5 мм. Три последних чистовых прохода выполняют в валках с калибрами по системе «круг - овал - круг». Температуру полосы в проходе, предшествующем предпоследнему, поддерживают равной Т_нп=1050°C а температуру в последнем чистовом проходе, равной Т_кп=900°C. При этом прокатку в каждом из трех последних чистовых проходах ведут с коэффициентом вытяжки =1,17. Готовый сортовой прокат применяют для изготовления крепежных изделий (болты, гайки, шпильки и др.).

Благодаря использованию предложенной автоматной стали и режимов ее деформационно-термической обработки допустимая скорость резания на токарных станках составляет V_p=80 м/мин, температура режущей кромки резца t_p=140°C, выход годного Q=99,5%. Исключается необходимость второго прокатного передела, закалки и отпуска проката.

Варианты реализации способа производства и показатели их эффективности приведены в табл.2.

Таблица 2
Режимы производства круглого сортового проката и их эффективность
№ варианта	№ состава	Та ,°С	Тнп,°С	Тк,°С		Показатели эффективности
						Vp, м/мин	tp, °C	Q, %
1	1	1140	900	840	1,09	20	350	65,6
2	4	1150	1000	850	1,10	80	150	98,7
3	3	1210	1050	900	1,17	80	140	99,5
4	2	1270	1100	950	1,25	80	145	98,6
5	5	1280	1200	960	1,26	40	250	67,3
6	6	900	не регл.	не регл.	не регл.	20	270	65,2

Из данных, приведенных в таблице 2, следует, что при реализации предложенного способа (варианты № 2-4) достигается повышение качества и выхода годного круглого сортового проката, исключается необходимость второго прокатного передела и проведения термического улучшения проката. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты № 1, № 5) или способа-прототипа (вариант № 6) имеет место снижение качества и выхода годного, возникает необходимость термического улучшения проката.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа был выбран известный способ [3]. Промышленное использование предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства круглого сортового проката из автоматной стали на 15-20%.

Источники информации

1. RU 2283875 C2, МПК C21D 8/06, C22C 38/44, 20.09.2006.

2. RU 2277595 C1, МПК C21D 8/06, C22C 38/44, 10.06.2006.

3. RU 2276192 C1, МПК C21D 8/06, C21C 5/52, C22C 38/44, 10.05.2006.