СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРУГЛОГО СОРТОВОГО ПРОКАТА ИЗ АВТОМАТНОЙ СТАЛИ
MANUFACTURING METHOD OF ROUND ROLLED STOCK FROM AUTOMATIC STEEL

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
-:-
а
нп
кп
Выплавленную сталь состава №3 подвергают непрерывной разливке в заготовки квадратного сечения 100×100 мм. Полученные заготовки нагревают в методической печи до температуры аустенитизации Т=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=1050°C а температуру в последнем чистовом проходе, равной Т=900°C. При этом прокатку в каждом из трех последних чистовых проходах ведут с коэффициентом вытяжки λ=1,17. Готовый сортовой прокат применяют для изготовления крепежных изделий (болты, гайки, шпильки и др.).
p
p
Благодаря использованию предложенной автоматной стали и режимов ее деформационно-термической обработки допустимая скорость резания на токарных станках составляет V=80 м/мин, температура режущей кромки резца t=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
Т<sub>а</sub>,°С
Т<sub>нп</sub>,°С
Т<sub>к</sub>,°С
λ
Показатели эффективности
V<sub>p</sub>, м/мин
t<sub>p</sub>, °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.