Способы получения сорбитизированной структуры для проволоки ответственного назначения

А.Б.Моллер, Н.А.Гневнов

ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБИТИЗИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ПРОВОЛОКИ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Аннотация: в работе изучены способы сорбитизации заготовки для проволоки высокой прочности и ответственного назначения.

Ключевые слова: катанка, воздушное охлаждение, патентирование, Complex Water Bath Processing, способы сорбитизации, структура, сорбит.

Введение

Технологический процесс производства проволоки включает ряд операций: подготовку исходного материала, термическую обработку, волочение. Исходным материалом для производства стальной проволоки является катанка диаметром от 5 до 16 мм в бунтах массой около 2100 кг. Перед волочением катанку подвергают травлению для удаления окалины с поверхности. Наряду с травлением в кислотных растворах окалину с поверхности катанки удаляют также механическим или электрохимическим способом.

Канатная, пружинная и инструментальная катанки производится из средне- и высокоуглеродистых сталей (0,5-1,2% С). Повышенное содержание углерода позволяет в результате деформационного упрочнения получать высокий предел прочности (до 30 МПа и более) без заключительной термической обработки. Особенностью производства проволоки из средне-и высокоуглеродистых сталей является заключительная регламентированная термическая обработка - закалка и отпуск для проволоки со специальными свойствами (65Г).

Специальные свойства заключаются в структуре катанки. Структура сорбит позволяет получить сочетание пластических и прочностных свойств высокопрочной продукции, такой как канаты, пружины и т.д. Стали с сорбитной структурой более износостойкие. Они используются для изготовления нагруженных изделий. Наиболее традиционным способом считается получение данной структуры патентированием. Но на ряду с этим способом существуют и другие бессолевые способы получения структуры сорбит, такие как: интенсивное охлаждение воздухом, микролегирование, Complex Water Bath Processing, применяемые на металлургических предприятиях России и зарубежными производителями, включая компанию DANIELI [1].

Патентирование

Рассмотрим традиционный способ получения сорбитной структуры. Патентирование как термическая обработка пока практически незаменима при производстве высокопрочной стальной проволоки. Патентирование заключается в нагреве проволоки выше верхней критической температуры Ас3, при которой сталь переходит в аустенит, выдержке при этой температуре, погружении в среду с температурой 450-550°С и охлаждении на воздухе. Па-тентирование проводят на специальных агрегатах, включающих в себя ванну с расплавом соли (или свинца).

После патентирования катанка имеет предел прочности около Gg = 1000-1200 МПа, относительное удлинение 8 = 11% и относительное сужение не менее ty = 35%. После патентирования проволоку подвергают многократному холодному волочению с большим суммарным обжатием. Обычно получают проволоку с пределом прочности, равным 1500-2000 Мпа [2].

В получении высокопрочного состояния патентирование играет важную роль. Bo-первых, благодаря ему проволока способна выдерживать большие обжатия при холодной протяжке без обрывов. Это обеспечивается структурой тонкопластинчатого перлита и отсутствием зерен избыточного феррита, вызывающего обрывы при сильном натяжении. Во-

вторых, после холодной пластической деформации феррито-цементитная смесь, в которой межпластиночное расстояние еще меньше, чем после патентирования, обеспечивает сочетание высокой прочности с вязкостью при скручивании и изгибе.

Высокая температура нагрева при патентировании (обычно 870-920°С) необходима для гомогенизации аустенита. Скорость движения проволоки должна быть такой, чтобы время пребывания в ванне было несколько больше времени окончания перлитного превращения. В противном случае по выходе проволоки из ванны аустенит, не успевший претерпеть перлитный распад, превращается в нижний бейнит или мартенсит и пластические свойства проволоки резко снижаются.

Регулируемое охлаждение

Сорбитную структуру так же можно получить регулируемым охлаждением. Так при производстве катанки в линии проволочного стана температура металла при поступлении в секцию воздушного охлаждения составляет 850-950°С. Для обеспечения заданных свойств необходимо обеспечить интенсивное дутье воздухом со скоростью охлаждения 15-25°С/с.

В процессе перлитного превращения происходит повышение температуры катанки (рекалесценция). При разработке режима охлаждения на воздушном транспортере это явление использовали для определения значений температур переохлаждения катанки и начала перлитного превращения с целью получения его в оптимальном диапазоне. На температуру переохлаждения оказывает влияние температура, получаемая на виткообразователе и количество включенных вентиляторов.

При применении данного способа была получена сорбитная структура со следующими свойствами: < = 1150-1300 МПа, 8 = 10-13% и ty > 30%. При заданной скорости обеспечивается равномерность охлаждения металла, что позволяет целенаправленно управлять качеством получаемой продукции и получать требуемые прочностные и пластические свойства сорбитизированной катанки [3, 4].

Complex Water Bath Processing

Complex Water Bath Processing - это один из процессов получения сорбитной структуры, в котором температуры аустенитизации при промежуточном охлаждении составляют 800-820°С, а при конечном охлаждении порядка 820-850°С. При этом методе охлаждение катанки производится в чистой кипящей воде и последующем охлаждении на воздухе или в холодной воде в две стадии до необходимых температур. Катанка с полученными свойствами может подвергаться холодному волочению на передельную заготовку.

При термообработке проволоки, диаметр которой около 6 мм, по методу CWBP может быть получена более высокая прочность, чем при патентировании в свинце. Охрупчивание проволоки связано с присутствием в ней мартенсита и других хрупких структурных составляющих. Поэтому всегда применяется отпуск при 500-600°С для повышения комплекса свойств предела прочности, относительного удлинения и относительного сужения.

При реализации технологии Complex Water Bath Processing на катанке исследователями были получены следующие свойства: < = 1050-1150 МПа, 8 > 10%, ty > 40%.

Подведем итоги. Перечисленные способы позволяют получить сорбитизированную структуру с наиболее благоприятным сочетанием свойств. Наилучшего эффекта можно добиться при регулируемом охлаждении, так как оно проходит непосредственно в линии стана, не требует дополнительной термической обработки и обеспечивает лучшее сочетание комплекса свойств предела прочности, относительного удлинения и относительного сужения.

Complex Water Bath Processing позволяет получить сорбитную структуру, но для достижения необходимого комплекса свойств требуется термическая обработка в виде отпуска, что влияет на производительность данной продукции. Патентирование является традиционным способом получения сорбитной структуры, но для его реализации требуется ряд дополнительных технологических операций.

Библиографический список

1. Гибкие решения в технологии и подготовке кадров: позитивный опыт сотрудничества с компанией DANШLI / Тулупов О.Н., Моллер А.Б., Нигрис Д., Чукин М.В., Кинзин Д.И. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова, 2014. №1 (45). С. 81-85.

2. Зубов В.Я. Патентирование и волочение стальной проволоки / Зубов В.Я. - Свердловск-Москва: Металлургиздат, 1945. 116 с.

3. Проведение исследований и разработка исходных данных и требований для модернизации участка охлаждения, участка отделки и увязки мотков стана 170 горячей прокатки для получения требуемой ОАО «ММК-МЕТИЗ» доли сорбитизированного перлита в микроструктуре проката из высокоуглеродистой стали и улучшение смотки и увязки мотков / Тулупов О.Н., Моллер А.Б., Левандовский С.А., Саранча С.Ю., Кинзин Д.И. и др. отчет о НИР №224832 от 24.04.2015 (ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»).

4. Совершенствование сортопрокатных технологических систем через развитие элементов менеджмента качества / Моллер А.Б., Левандовский С.А., Ручинская Н.А., Лимарев А.С., Симаков Ю.В., Логинов А.В., Назаров Д.В., Колясов Д.В. В сборнике: Труды Восьмого конгресса прокатчиков 2010. С. 224-229.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

A.B.Moller, N.A.Gnevnov

Nosov Magnitogorsk State Technical University

METHODS OF OBTAINING SORBIT STRUCTURE FOR HIGH STRENGTH WIRE RESPONSIBLE PURPOSE

Abstract: the paper explored the ways sorbitizing wire rod of high strength and high strength. Keywords: rolled wire, air cooling, salt patenting, Complex Water Bath Processing, methods sorbitizing, structure, sorbit.