Стальная проволока для производства мюзле
STEEL WIRE FOR THE PRODUCTION OF MUZZLE

Изобретение относится к области металлургии, а именно к проволоке для производства мюзле для бутылочных пробок.
Мюзле - это металлическая составная части пробки, используемой для закупоривания бутылок. Мюзле представляет собой проволочный каркас или уздечку для удержания пробки в бутылке. Основное требование к проволоке для мюзле заключается в том, что при закупоривании бутылки и последующем хранении проволока не должна разрушаться.
Из уровня наиболее близкими к заявленному изобретению являются следующие технические решения.
Известна катанка (проволока) высокоскоростная для электронного вывода и способ ее производства, содержащая следующие компоненты в мас.%: 0,02-0,06% C, 0,15-0,30% Mn, не более 0,03% Si, не более 0,02% P, не более 0,02%. S, 0,025-0,035% Al t, а остальное железо и неизбежные примеси, предел прочности готовой катанки не превышает 360 МПа, процент уменьшения площади не менее 55%, относительное удлинение не менее 35% и электропроводность не менее 12,0%. Согласно изобретению в части состава оптимизированы содержание углерода и марганца, в части способа получения оптимально скорректирован процесс прокатки для обеспечения выдающихся механических и проводящих характеристик, диаметр катанки от 5,5 до 6,5 мм [CN106119712, приоритет от 16.11.2016, МПК C21D008/06, C22C038/02, C22C038/04, C22C038/06].
Недостатком данного способа является значительный разбег по содержанию углерода  0,04 %, марганца 0,15 %, что неизбежно приводит к значительному разбегу по механическим свойствам готовой продукции. Другим недостатком является низкий предел прочности σв  готовой катанки, максимальное значение которого составляет 360 МПа.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является горячекатаная катанка для получения проволоки из сверхнизкоуглеродистой стали и способ ее производства, содержащая химические компоненты в мас.%: меньше или равно 0,010% C, меньше или равно 0,03% Si, меньше или равно 0,20% Mn, меньше или равно 0,020% P, меньше или равно 0,020% S, больше или равно 0,02% Al, 0,05-0,12% Ti и остальное железо и неизбежные примеси. Способ производства включает в себя процессы непрерывной разливки, зубчатого зацепления, нагрева, прокатки, прядения и охлаждения. Добавление элементов Ti к сверхнизкоуглеродистой стали в результате низкотемпературной прокатки создает однородные ферритные и перлитные структуры, достигается эффективное сочетание прочности и пластичности, таким образом предел прочности составляет 310-      360 МПа, относительное удлинение больше или равно 50%, диаметр катанки (проволоки) составляет 7,00 мм [CN107177791, приоритет от 19.09.2017, МПК C21D008/06, C22C038/02, C22C038/04, C22C038/06, C22C038/14].
Недостатком данного технического решения являются относительно невысокие прочностные свойства готовой продукции до 310 - 360 МПа. При этом недостаточное количество марганца в составе стали  приводит к неконтролируемому росту ферритных зерен при проведении отжига на готовом размере, в следствие чего у готового продукта возможно появление склонности к  межкристаллитной коррозии и охрупчиванию при высоких температурах, что также негативно сказывается на прочностных свойствах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание нового продукта с повышенными механическими и прочностными свойствами проволоки для производства мюзле по отношению к прототипу.
в
100
Технический результат достигается тем, что стальную проволоку для производства мюзле с диаметром не более 1,00 мм, получают из низкоуглеродистой стали, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,010, марганец 0,20-0,30, кремний не более 0,04, никель не более 0,15, титан 0,04-0,10, медь не более 0,15, хром не более 0,15, алюминий 0,02-0,07, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025, при необходимости РЗМ до 0,001, железо и неизбежные примеси – остальное и имеющей микроструктуру, состоящую из феррита. Проволока имеет предел прочности σ до 430 МПа, относительное удлинение δ до 38%.
В предпочтительном варианте диаметр проволоки может составлять 0,60-1,00 мм.
В одном из вариантов реализации проволока может быть дополнительно покрыта цинковым покрытием.
В другом варианте проволока может быть покрыта цинковым с лакокрасочным покрытием.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.
Анализ эксплуатационных требований к проволоке для мюзле показывает, что проволока для его изготовления должна обладать достаточной прочностью, высокой пластичностью.
Учитывая возможность снижения пластичности проволоки в процессе цинкования, целесообразно включение в состав стали одновременно элементов, одновременно как повышающих ее пластичность и так и обеспечивающих прочность.
в
Согласно требованиям стандарта (ОЗ) ТУ 14-4-1128-81, относящихся к требованиям по механических характеристикам по проволоке для мюзле,  показатель относительного удлинения проволоки низкоуглеродистой оцинкованной для изготовления мюзле должен быть не менее 15 %, предел прочности σ  290-470 МПа.
в
В связи с этим в химическом составе стали для получения проволоки для мюзле должно быть соблюден необходимый баланс между компонентами, повышающими прочность для получения показателей предела прочности σ  в диапазоне значений  290-470 МПа (но при этом эти компоненты понижают пластичность стали) и компонентами, повышающими пластичность стали для получения показателя относительного удлинения проволоки не менее 15 %.
Использование заявленного состава низкоуглеродистой стали, из которой производят проволоку для производства мюзле,  обусловлено следующими факторами.
Углерод (С) обеспечивает прочностные характеристики стали. С увеличением содержания углерода в стали ее прочность увеличивается, но пластичность и свариваемость снижается. По этой причине  максимальное содержание углерода в стали составляет не более 0,010 мас.%.
Марганец (Mn) уменьшает вредное влияние кислорода, повышает твердость и прочность стали, увеличивает прокаливаемость. По своему молекулярному строению марганец схож с кислородом и активно вступает с ним химическую связь, что препятствует образованию оксида железа в стали. Марганец за счет взаимодействия с серой способствует снижению риска хладноломкости. Сталь, легированная марганцем, более однородна по составу, лучше справляется с динамическими нагрузками. Однако недостаточное содержание марганца менее 0,20 мас.% приводит к неконтролируемому росту ферритных зерен при проведении отжига, в следствие чего возможно появление склонности к  межкристаллитной коррозии. Содержание марганца более 0,30 мас.% приводит к резкому ухудшению пластичности стали. В связи с этим содержание марганца в составе стали должно быть больше 0,20 мас.%, с предельным содержанием до                          0,30 мас.%.
Кремний (Si) способствует  раскислению и упрочнению стали (особенно, это касается ударной вязкости и прочности), а также повышению ее упругих свойств. Высокое содержание кремния в составе стали приводит к возрастанию количества силикатных неметаллических включений, а также способствует хрупкости и ломкости стали и соответственно ухудшает ее пластичность, в связи с этим содержание кремния cоставляет не более 0,04 мас.%.
Никель (Ni) повышает пластические свойства стали. Никель в сталях способствует поглощению газов металлом в процессе плавки, в особенности водорода. Избыточное количество растворенного в стали водорода вызывает образование в слитках газовых пузырей, а также трещин по границам зерен. Также никель обеспечивает превосходную прокаливаемость и прочность стали, повышает ее пластичность, ударопрочность и понижает предел хладноломкости стали.  Содержание в составе стали никеля не более 0,15 мас.% обеспечивает получение требуемых механических свойств конечного продукта, но при этом не способствует удорожанию продукта.
Содержание титана (Ti) в составе стали с количестве 0,04-0,10 мас.% способствует созданию однородной ферритной структуры стали. Добавление титана в состав стали способствует повышению прочности, плотности и пластичности стали, а также способствует повышению прокаливаемости стали. Титан является раскислителем стали и способствует удалению из нее азота, благодаря чему сталь приобретает более плотную структуру и однородность. Также добавление в состав стали титана, как  сильного карбидообразующего элемента, позволяет устранить склонность стали к межкристаллитной коррозии. Вступая в реакцию с углеродом, титан образует тугоплавкий карбид TiC, исключая уменьшение концентрации в сплаве хрома, путем образования его карбидов. Однако при увеличении содержания титана более 0,1 мас.% в карбид TiC будет связано слишком много углерода, что приведет к эффекту хрупкости стали.
Медь (Cu) влияет на повышение коррозионной стойкости стали, предела текучести и прокаливаемости. При этом включение меди (Сu), которая находится в стали не в твердом растворе, может влиять на пластичность стали в сторону ухудшения. В связи с этим содержание меди в составе стали  ограничено 0,15 мас.%.
Хром (Cr) повышает прочность, закаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. Но при включении в состав стали хрома больше чем  0,15 мас.% снижается вязкость стали. В связи с этим содержание меди в составе стали  ограничено 0,15 мас.%.
Алюминий (Аl) является активным раскислителем, способствует получению мелкозернистой структуры, предотвращает старение, повышает твердость и прочность, увеличивает сопротивление окислению при высоких температурах. При этом содержание алюминия менее 0,02 мас.% снижает пластичность стали, что способствует быстрому старению стали. А увеличение содержания алюминия более 0,07 мас.% приводит к ухудшению комплекса заданных механических свойств прочности стали.
Содержании фосфора (Р) и серы (S), в пределах не  более  0,025 мас.%, обусловлено снижением пластичность стали, повышения ее красноломкости в случае повышения количества этих элементов.
Ограничение разбега по содержанию химических компонентов: углероду не более 0,010 %, кремнию не более 0,04 %, марганцу 0,20-0,30 %, хрому не более 0,15 %, никелю не более 0,15 %, меди не более 0,15 %, необходимо для избежания превышения временного сопротивления выше границ требуемого диапазона. При этом содержание титана 0,04-0,10 % обеспечивает сохранение размера и формы ферритных зерен после отжига готовой проволоки на готовом размере.
Дополнительное введение в сталь редкоземельных металлов (РЗМ) приводит к модифицированию структуры стали и к улучшению ее пластических характеристик.  Повышение содержания РЗМ в стали выше 0,001% является экономически нецелесообразным.
Способ выполнения требований по механическим свойствам проволоки в узком диапазоне требований по временному сопротивлению разрыву  до 430 МПа для изготовления мюзле при применении легированной титаном марки стали, позволяющий добиться сочетания пластических и прочностных свойств заключается в ограничении разбега по содержанию химических элементов, что необходимо для избежания превышения временного сопротивления выше границ требуемого диапазона.
Согласно настоящего изобретения в отношении баланса прочностных и пластических свойств стали была выявлена закономерность, что при определенном соотношении  составе стали между общим количеством компонентов, влияющих на повышение на повышение прочности стали и компонентов, влияющих на повышение пластичности, проволока, полученная из стали, приобретает механические  свойства пластичности и прочности, обеспечивающие использования ее для производства мюзле.
Суть в том, что соотношение между суммарным количеством компонентов, влияющих на повышение прочности стали (С+Mn+Si+Сr+Сu) и суммарным количеством компонентов (Ni+Аl), влияющих на повышение пластичности стали, (С+Mn+Si+Сr+Сu)/(Ni+Аl)    составляет от 2,5 до 3,5, где суммарное количество компонентов выражено в мас.%.
Пример осуществления способа.
В условиях Череповецкого завода ОАО «Северсталь-метиз» была изготовлена проволока для мюзле из легированной титаном катанки диаметром 6,0мм сталь марки IF01 по СТО 71915393-ТУ180-2020 по следующей технологии:
подготовка поверхности катанки к волочению по стандартной технологической схеме (травление, промывка, бурирование);
волочение катанки на готовый диаметр 1,0 мм на прямоточном волочильном стане;
термическая обработка – отжиг на готовом размере;
оцинкование горячим способом.
При волочении применялась стандартная технологическая  смазка.
При изготовлении проволоки было использована сталь со следующим составом компонентов:
Вариант 1.
2
В этом варианте осуществления массовое процентное содержание компонентов низкоуглеродистой стали составляет, мас.%: C: 0,002, Mn:0,20, Si: 0,01, Ni: 0,05, Ti: 0,05, Cu: 0,07, Cr: 0,07, Al: 0,07, S: 0,010, P: 0,016,  остальное - железо и неизбежные примеси. Диаметр проволоки составляет 1,00±0,04 мм. Временное сопротивление разрыву составляет 425 Н/мм, относительное удлинение составляет 38 %.
Вариант 2.
2
В этом варианте осуществления массовое процентное содержание элементов низкоуглеродистой стали составляет, мас.%: C: 0,006, Mn:0,30, Si: 0,03, Ni: 0,08, Ti: 0,08, Cu: 0,05, Cr: 0,10, Al: 0,07, S: 0,005, P: 0,025, РЗМ: 0,0008, остальное - железо и неизбежные примеси. Диаметр проволоки составляет 1,00±0,04 мм. Временное сопротивление разрыву составляет 390 Н/мм, относительное удлинение составляет 35 %.
Вариант 3.
2
В этом варианте осуществления массовое процентное содержание элементов низкоуглеродистой стали составляет, мас.%: C: 0,010, Mn:0,25, Si: 0,02, Ni: 0,10, Ti: 0,08, Cu: 0,02, Cr: 0,02, Al: 0,02, S: 0,025, P: 0,010,  остальное - железо и неизбежные примеси. Диаметр проволоки составляет 1,00±0,04 мм. Временное сопротивление разрыву составляет 430 Н/мм, относительное удлинение составляет 32 %.
Вариант 4.
2
В этом варианте осуществления массовое процентное содержание элементов низкоуглеродистой стали составляет, мас.%: C: 0,008, Mn:0,30, Si: 0,02, Ni: 0,15, Ti: 0,06, Cu: 0,15, Cr: 0,15, Al: 0,03, S: 0,025, P: 0,025,  остальное - железо и неизбежные примеси. Диаметр проволоки составляет 1,00±0,04 мм. Временное сопротивление разрыву составляет 420 Н/мм, относительное удлинение составляет 35 %.
Все вышеуказанные примеры подтверждают достижение технического результата, заключающегося в повышении механических и прочностных свойств по отношению к ближайшему аналогу. Также показатели временного сопротивления разрыву и относительного удлинения соответствуют требованиям (ОЗ) ТУ 14-4-1128-81 по проволоке для производства мюзле.