Патент на изобретение №2249625
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СОРТОВОЙ ПРОКАТ, КРУГЛЫЙ, ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сортовому прокату, круглому, из низкоуглеродистой борсодержащей стали для холодной объемной штамповки высокопрочных крепежных деталей особо сложной формы. Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложно-профильных высокопрочных крепежных деталей при одновременном обеспечении повышенных характеристик прокаливаемости стали. Для реализации поставленной задачи предложен сортовой прокат, выплавленный из легированной стали, содержащий углерод и легирующие элементы, имеющий заданные параметры металлургического качества, структуры, механических свойств, прокаливаемости и технологической пластичности, отличающийся тем, что сталь содержит следующие соотношения компонентов в мас.%: углерод 0.17-0.25, марганец 0.90-1.40, кремний 0.01-0.17, сера 0,005-0,020, хром 0.001-0.35, ванадий 0.001-0.07, никель 0.001-0,10, медь 0.001-0.10, молибден 0.001-0.10, титан 0.01-0.04, бор 0.0005-0.0050, алюминий 0.02-0.06, азот 0.005-0.015, кальций, 0.001-0.010, железо и неизбежные примеси остальное. Причем максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна – 5-10 балл, диаметр проволоки составляет от 10 до 25 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, сквозную (90%) прокаливаемость в кругах диаметром до 19 мм, временное сопротивление разрыву не более 580 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 60%.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката, круглого, из низкоуглеродистой борсодержащей стали для холодной объемной штамповки высокопрочных крепежных деталей особо сложной формы. Известен сортовой прокат круглый из микролегированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы, имеющей заданную структуру, например холоднодеформированный мартенсит, прочность на разрыв не менее 1800 МПа и диаметр проволоки составляет 0.1-0.5 мм [1]. Известен сортовой прокат, круглый из низкоуглеродистой борсодержащей стали, содержащей, мас.%: углерод 0.16-0.25%, кремний 0.13-0.32%, марганец 0.95-1.35%, бор 0.001-0.005%, титан 0.02-0.08%, хром 0.10-0.27%, медь 0.15-0.25%, ванадий 0.02-0.035%, молибден 0.06-0.17%, азот 0.004-0.006%, никель 0.08-0.025%, фосфор 0.025-0.040%, вольфрам 0.16-0.25% остальное железо [2]. Недостатком данной стали является ее низкая технологичность и неудовлетворительный уровень параметров конструктивной прочности при термоулучшении. Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сортовой прокат, круглый, из низкоуглеродистой борсодержащей стали, содержащей, мас.%: углерод 0.18-0.27%, кремний 0.20-0.42%, марганец 0.60-1.0%, хром 0.8-1.3%, никель 0.45-0.79%, бор 0.0005-0.003%, титан 0.02-0.05%, ванадий 0.01-0.06%. молибден 0.18-0.28%. цирконий 0.01-0.06%, кальций 0.001-0.008%, алюминий 0.005-0.025%, сера 0.010-0.060%. остальное железо, причем: Задачей изобретения является обеспечение рациональных условий холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей при одновременном обеспечении однородных механических свойств по сечению проката и повышенных характеристик прокаливаемости стали. Важнейшим требованием, предъявляемым к сортовому прокату, круглому, из борсодержащей стали для холодной объемной штамповки высокопрочных 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 после завершающего термоупрочнения. Поставленная задача решена тем, что известный сортовой прокат, круглый, из низкоуглеродистой борсодержащей стали, имеющий заданную структуру, временное сопротивление разрыву и твердость, согласно изобретению выполнен из стали, содержащей следующие соотношения компонентов, мас.%: углерод 0.17-0.25 марганец 0.90-1.40 кремний 0.001-0.37 сера 0,005-0,020 хром 0.001-0.35 ванадий 0.001-0.07 никель 0,001-0,10 медь 0.001-0.10 молибден 0.001-0.10 титан 0.01-0.04 бор 0.0005-0.0050 алюминий 0.02-0.06 азот 0.005-0.015 кальций, 0.001-0.010 железо и неизбежные примеси остальное Причем: Максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна – 5-10 балл, диаметр от 10 до 25 мм, имеет обезуглероженный слой не более 1.5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, сквозную (90%) прокаливаемость в прокате с диаметром до 19 мм, временное сопротивление разрыву не более 580 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 60%. Приведенные сочетания легирующих элементов (п.1) позволяют получить в готовом изделии (болт, гайка, шпилька диаметром до 23 мм), после термоулучшения (закалка от температуры не менее 920°С с последующим отпуском от температуры не ниже 620°С) однородную мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности. Углерод и карбонитридообразующие элементы вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ванадий способствует также упрочнению стали при термоулучшении. Верхняя граница содержания углерода (0.25%) и ванадия (0.07%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя – (соответственно 0.17%, 0.001%) – обеспечением требуемого уровня прочности данной стали. Марганец, хром и молибден используются 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 указанных элементов (соответственно 1.4% Мn, 0.35% Сr, 0.10% Мо) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний – (соответственно 0.90% Мn, 0.001% Сr, 0.001% Мо), необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости стали. Никель в заданных пределах (0,001-0,10) влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. Кальций – элемент, модифицирующий неметаллические включения. Верхний предел, как и в случае серы. обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел – вопросами технологичности производства. Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию – 0.001% – обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали. Сера определяет уровень пластичности стали. Верхний предел обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел – вопросами технологичности производства. Бор способствует резкому увеличению прокаливаемости стали. При этом верхний предел содержания бора определяется соображениями пластичности стали, а нижний – необходимостью обеспечения требуемого уровня прокаливаемости. Медь усиливает влияние бора в стали. При этом нижний уровень ее содержания – 0.001%, определяется требованиями обеспечения заданного уровня пластичности стали. Верхний уровень – 0.10% обусловлен необходимостью обеспечить заданный уровень прокаливаемости стали. Алюминий и титан используются в качестве раскислителей и обеспечивают защиту бора от связывания в нитриды, что способствует резкому повышению прокаливаемости стали. Так нижний уровень содержания данных элементов (0.02 и 0.01 соответственно) определяется требованием обеспечения прокаливаемости стали, а верхний уровень (0.06 и 0.03) требованием обеспечения заданного уровня пластичности стали. Азот – элемент, участвующий в образовании карбонитридов, при этом нижний уровень его содержания (0.005%) определяется требованием обеспечения заданного уровня прочности, а верхний уровень (0.015%), – требованием обеспечения заданного уровня пластичности и прокаливаемости. Для обеспечения полного связывания азота в нитриды типа TiN и AlN в результате протекания реакций: [T]+[N]=TiN [Al]+[N]=AlN требуется выполнение следующего соотношения элементов: Соотношение Соотношение Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию “существенные отличия”. Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения. Выплавка борсодержащих сталей производится в шахтной электропечи “Фукс”. Для гарантированного низкого содержания азота разработана специальная технология, включающая шихтовку плавки жидким чугуном до 40% от общего объема шихты. Окислительный период предусматривает высокие скорости окисления углерода в пределах 0,05-0,07%/мин. Электрический режим предусматривает отключение печи при содержании углерода на 0,2-0,4% выше нижнего предела по заданному, додувку по углероду производят без электродуги. Температура выпуска из печи 1640-1680°С. Ввод ферросплавов, обработка стали для удаления неметаллических включений производится на установке печь-ковш, оборудованной системой электроподогрева или химподогрева. Температура стали перед разливкой на 60°С выше температуры ликвидуса марки. Разливка стали производится в уширенную к верху изложницу. Масса слитка 7,85 т. Для обеспечения низкого содержания азота при разливке производится защита струи металла аргоном через специальное кольцевое устройство. Нагрев слитков в обжимном цехе производится в рекуперативных колодцах до температуры начала прокатки 1250-1270°С. Прокатка слитков производится на блюминге (стан 1300) и далее на непрерывном заготовочном стане на заготовку сечением 100×100 мм. Для снятия образовавшегося при нагреве слитков обезуглероженного слоя заготовки подвергаются абразивной зачистке. Затем производилась горячая прокатка полученной заготовки на проволочном стане 150 или мелкосортном стане 250 в диаметрах от 5,5 до 23 мм в мотках. Для обеспечения величины обезуглероженного слоя не более 1% от диаметра ограничен темп выдачи заготовок из печи не менее 100 т/час для стана 150 и не менее 56 т/час для стана 250. Температура начала прокатки заготовок 1220-1240°С для стана 250 и 1270-1290°С для стана 150. Горячую прокатку сортового проката заканчивают при температуре 1000-1050°С, далее ускоренное охлаждение до 880-900°С с последующим охлаждением на воздухе до 300°С и последующей смоткой в бунты. В результате горячей прокатки получаем сортовой прокат диаметром 19 мм со структурой зернистого перлита (98%), обезуглероженный слой глубиной 0.15 мм, балл действительного зерна – 9, холодная осадка проволоки диаметром 19 мм на 70%, временным сопротивлением разрыву 560 МПа, относительное удлинение 20%, сужение 65%. Соотношение Внедрение предложенного изделия – сортового проката, круглого, из борсодержащей стали повышенной прокаливаемости обеспечивает получение непосредственно в потоке стана (без проведения дополнительного сфероидизирующего отжига) структуры сортового проката, гарантирующей рациональные условия холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. RU 2177510 С2, С 21 D 8/06, 27.12.2001. 2. SU 1406208, С 22 С 38/54, 30.10.1986 г. 3. SU 768849, С 22 С 38/54, 06.03.1978 г. (прототип).
Формула изобретения
Сортовой прокат, круглый, выплавленный из легированной стали, содержащей углерод и легирующие элементы с заданными параметрами качества стали по неметаллическим включениям, структуры, механических свойств, прокаливаемоcти и технологической пластичности, отличающийся тем, что сталь содержит следующие соотношения компонентов, мас.%: Углерод 0,17-0,25 Марганец 0,90-1,40 Кремний 0,01-0,17 Сера 0,005-0,020 Хром 0,001-0,35 Ванадий 0,001-0,07 Никель 0,001-0,10 Медь 0,001-0,10 молибден 0,001-0,10 Титан 0,01-0,04 Бор 0,0005-0,0050 Алюминий 0,02-0,06 Азот 0,005-0,015 Кальций 0,001-0,010 Железо и неизбежные примеси Остальное при выполнении соотношений максимальный балл загрязненности стали неметаллическими включениями по сульфидам, оксидам, силикатам и нитридам не превышает 3 балла по каждому виду включений, прокат имеет однородную сфероидизованную структуру по длине, состоящую из не менее 80% зернистого перлита, размер действительного зерна 5-10 баллов, диаметр от 10 до 25 мм, обезуглероженный слой не более 1,5% от диаметра, величину холодной осадки не менее 1/3 высоты, сквозную 90%-ную прокаливаемость проката с диаметром до 19 мм, временное сопротивление разрыву не более 580 МПа, относительное удлинение не менее 18%, относительное сужение не менее 60%.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 27.12.2005
Извещение опубликовано: 27.01.2007 БИ: 03/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
(Ti+V+Zr)=0.05-0.12% [3]. Недостатками известной в том, что при относительно высоким уровне вариации содержания углерода не учтен фактор защиты бора от связывания в нитриды, что не позволит получить повышенные характеристики прокаливаемости.
, в противном случае не обеспечивается защита бора от связывания его в нитриды и резко снижаются характеристики прокаливаемости стали.
определяет условия сохранения в стали более 50% “эффективного” бора, что обеспечивает заданные характеристики прокаливаемости стали.
определяет условия обеспечения заданных характеристик прокаливаемости стали.
С=0,20%, Mn=1,20%
Ti=0.02%, N=0.007%, Al=0,03%
С=0,12%, В=0,002% N=0.007%,
