ПРОКАТ КРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОСАДКИ ИЗ СТАЛИ
STEEL ROUNDS FOR COLD UPSET

Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при производстве стали для холодной осадки, содержащей хром и марганец, преимущественно круглого сечения.
Стали с повышенным содержанием хрома, как правило обладают повышенной прочностью, достаточной пластичностью, что позволяет использовать их в условиях динамических нагрузок и повышенного трения (например, крепеж, коленчатые валы, зубчатые колеса). Особенности сталей описаны, например, в справочнике В.Н.Журавлева и О.Н.Николаевой «Машиностроительные стали», изд. 3-е, М., «Машиностроение», 1981, с.101-106.
Известна легированная сталь, содержащая хром, титан и ванадий, которая дополнительно содержит алюминий, что повышает износостойкость при ударно-абразивном изнашивании (см. а.с. СССР №969779, кл. С2С 38/38, опубл. в БИ №40, 1982 г.).
Недостатком этой стали является низкая пластичность. Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сталь 40Х, описанная в ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали». Она содержит углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий и железо и характеризуется содержанием указанных компонентов в соотношении, мас.%:
Углерод
0,36…0,44
Марганец
0,50…0,80
Кремний
0,17…0,37
Фосфор
не более 0,035
Сера
не более 0,035
Хром
0,80…1,10
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Алюминий
не регламентирован
Железо
остальное
Известная сталь не гарантирует получение требуемой способности к высадке, выраженной через отсутствие гарантированного обеспечения бездефектной холодной осадки на 66% после термообработки в связи с наследственной крупнозернистостью данной стали.
Ожидаемый технический результат - получение хороших пластических характеристик проката при сохранении высоких прочностных свойств, позволяющих выдерживать прокату холодную осадку в соответствии с требованиями ГОСТа 10702 для группы осадки 66Т.
Для решения этой задачи прокат круглого поперечного сечения для холодной осадки из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, медь, алюминий, кальций и железо, отличается тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении мас.%:
Углерод
0,37…0,42
Марганец
0,50…0,80
Кремний
0,20…0,30
Фосфор
не более 0,030
Сера
не более 0,030
Хром
0,90…1,10
Никель
не более 0,30
Медь
не более 0,30
Алюминий
0,015…0,035
Кальций
0,0001…0,005
Железо
остальное,
В
при этом в горячекатаном состоянии отношение временного сопротивления (σ) к относительному сужению поперечного сечения после разрыва (Ψ) меньше или равно 16.
Все вышеуказанные пределы содержания компонентов в предлагаемой стали получены в результате обработки опытных данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации содержания отдельных компонентов в хромсодержащей стали. В результате этого повышаются пластические свойства стали при сохранении прочностных, что особенно важно при ее последующей переработке у потребителя.
При вводе кальция в металл он испаряется и в виде пузырьков всплывает на поверхность жидкого металла.
За счет низкой активности кислорода кальций реагирует с серой и выделяется в виде сульфидов кальция. Также кальций реагирует с алюминием и продуктами первичного раскисления с образованием жидких алюминатов кальция, что улучшает условия разливаемости металла. Таким образом, кальций позволяет уменьшить включения глинозема и сульфидов марганца. Введение в металл кальция позволяет изменить морфологию образующих неметаллических включений, переводя ее из "опасных" в более благоприятную, глобулярную, и очистить границы зерен от карбонитридов.
Помимо снижения загрязненности металла неметаллическими включениями, введение в сталь кальция позволяет существенно увеличить количество центров кристаллизации, что в последующей переработке приводит к хорошей штампуемости металла.
Чем больше величина изменения площади поперечного сечения круглого проката при деформации на растяжение по отношению к максимальной нагрузке, которую выдерживает данный прокат, тем более пластичными характеристиками обладает прокат, что позволяет его перерабатывать с большими степенями деформации при холодной высадке.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществили при производстве стали 40Х в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» с последующей ее прокаткой на стане 370. Результаты опытов оценивали по результатам механических испытаний круглого проката.
Наилучшие результаты (выход годного проката в пределах 99,0-99,7 после испытаний на холодную осадку в соответствии с требованиями ГОСТа 10702 для группы осадки 66Т) получены при использовании предлагаемой стали.
Отклонения от требуемого химического состава и получение оптимальной микроструктуры приводили к получению брака по механическим свойствам.
В
Так, при содержании в стали (мас.%) Al<0,015 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С<0,37, Mn<0,50, Si<0,20, Cr<0,90, Ca<0,0001 (при том же условии) не удалось получить требуемый выход годного после испытаний на холодную осадку в соответствии с требованиями ГОСТа 10702 для группы осадки 66Т у 10-25% круглого проката. При содержании в стали (мас.%) Al>0,035 (но при рекомендуемом содержании остальных элементов), С>0,42, Mn>0,80, Si>0,30, Cr>1,10 и Са>0,005, в горячекатаном состоянии отношение σ/Ψ>16, а также повышенном содержании S, P, Ni и Cu (соответственно больше 0,030, 0,030, 0,30 и 0,30) недостаточные пластические свойства не позволили получить круг с заданным качеством поверхности круглого проката из-за загрязненности проката неметаллическими включениями и крупного аустенитного зерна, полученного после термообработки.
При получении же круглого проката из стали, химический состав которой имел хотя бы один компонент с отличной (от заявляемой) величиной, отсортировка готового проката по недопустимым отклонениям от заданной нормы испытаний на холодную осадку в соответствии с требованиями ГОСТа 10702 для группы осадки 66Т составляла не менее 1,8-4,2%, причем в ряде случаев пластичность была неудовлетворительной.
Сравнительные испытания стали 40Х, выбранной в качестве ближайшего аналога, привели к отсортировке по вышеназванной причине от 20,0-35,0% готового проката. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Реализация предлагаемого изобретения при производстве хромсодержащей стали позволит повысить прибыль от реализации проката с улучшенными потребительскими свойствами.
Пример конкретного выполнения.
Круглый прокат хромсодержащей стали диаметром 17 мм содержит (мас.%):
С=0,39; Si=0,24; Mn=0,67; S=0,006; P=0,012; Cr=0,98; Ni=0,06; Cu=0,17; Al=0,019; Ca=0,0025, остальное - железо.
В
В
2
При этом на диаметре 17 мм σ=780 Н/мм, Ψ=56%, отношение σ/Ψ=13,9.