СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИБРОВАННЫХ ПРУТКОВ ШЕСТИГРАННОГО ПРОФИЛЯ
MANUFACTURING METHOD OF CALIBRATED BAR OF DECAGONAL SHAPE

Изобретение относится к способам обработки металла давлением (волочение) фасонных профилей, в частности к производству калиброванных прутков шестигранного профиля из аустенитных дисперсионно-твердеющих сталей.
Известен способ производства прутков круглого профиля, включающий термообработку подката в камерной печи, подготовку к волочению, холодное волочение и рекристаллизационный отжиг калиброванных прутков в камерной печи [1].
Недостатком данного способа является невозможность производства калиброванных прутков аустенитных дисперсионно-твердеющих сталей из-за образования в подкате и калиброванных прутках при их термообработке трещин напряжения.
Известен способ производства калиброванных прутков круглого профиля из аустенитных дисперсионно-твердеющих сталей, включающий термообработку подката в камерной печи с выдержкой при технологической температуре 1040-1050°С, охлаждение в воде, подготовку к волочению, холодное волочение и рекристаллизационный отжиг калиброванных прутков в камерной печи при температуре 1040-1050°С, охлаждение в воде [2].
Недостатком данного способа является образование трещин при термообработке подката и, в особенности, нагартованных прутков.
Задачей изобретения является повышение качества подката и калиброванных прутков шестигранного сечения из дисперсионно-твердеющих марок стали за счет исключения образования трещин при термообработке.
Поставленная задача решается путем посадки металла в прогретую до 880-900°С камерную печь, нагрева его до температуры 1040-1050°С в течение 1,5-2,0 часов с последующей выдержкой и охлаждением на воздухе, холодного волочения на шестигранный профиль и проведения рекристаллизационной термообработки при температуре 1020-1060°С с применением высокоскоростного нагрева не позднее 4 часов от начала волочения.
3
Образование трещин напряжения связано с природной склонностью сталей данного класса к дисперсионному твердению с образованием упрочняющих фаз, главным образом интерметаллидной γ-фазы (типа - NiTi), которая является основной упрочняющей фазой, а также карбидной (TiC) и боридной (MoB) фаз. Температурная область выделения γ-фазы соответствует 500-875°С. Максимальное количество γ-фазы выделяется при 750-775°С. При температуре выше 875°С γ-фаза начинает растворяться. Образование трещин при термообработке подката, медленно нагреваемого в камерной печи под закалку до технологической температуры с прохождением через температурную область 750-775°С, обусловлено выделением γ-фазы.
В нагартованных холодным волочением прутках дисперсионно-твердеющих сплавов образование γ-фазы интенсифицируется при нагреве до температуры рекристаллизационной термообработки (закалки), проводимой в камерной печи. Напряжения, вызываемые выделением этой фазы, накладываются на остаточные деформационные напряжения волочения, а также термические напряжения, в результате чего возникают и развиваются трещины.
Учитывая приведенные выше данные, посадку подката в камерную печь следует проводить при температурах выше температуры существования γ-фазы, т.е. выше 875°С.
Для предотвращения образования трещин в нагартованных прутках при рекристаллизационной термообработке нагрев до технологической температуры следует проводить со скоростью, превышающей скорость выделения упрочняющих фаз.
Посадка подката при температуре 880-900°С исключает возможность выделения интерметаллидной фазы и образование трещин.
При температуре посадки подката в печь ниже 880°С выделяется γ-фаза, вызывающая охрупчивание стали.
При температуре посадки подката в печь выше 900°С возможно возникновение чрезмерных термических напряжений, вызываемых большим перепадом температур в центральной и поверхностной зонах прутков подката.
Продолжительность нагрева подката в течение 1,5-2,0 часов до технологической температуры (1040-1050°С) является оптимальной для равномерного нагрева металла без возникновения опасных внутренних напряжений.
Продолжительность нагрева подката в печи до технологической температуры менее 1,5 часов (т.е. с высокой скоростью) может вызвать возникновение значительных по величине внутренних термических напряжений и образование трещин.
Продолжительность нагрева более 2,0 часов нецелесообразна с экономической точки зрения (перерасход топлива, снижение производительности печи и т.п.).
Охлаждение подката на воздухе осуществляют с целью предотвращения выделения γ-фазы.
Технологическая температура 1040-1050°С является оптимальной для достаточно полного протекания процессов, обеспечивающих растворение упрочняющих фаз, и получения однородного твердого γ-раствора и, соответственно, уровня механических свойств (после охлаждения подката), гарантирующего необходимую при холодном волочении технологическую пластичность.
Температура ниже 1040°С недостаточна для полного растворения упрочняющих фаз и обеспечения необходимой технологической пластичности стали при волочении.
При температуре выше 1050°С образуется крупное зерно, что оказывает неблагоприятное влияние на технологическую пластичность стали при холодном волочении и экономические показатели работы печи.
Для предотвращения образования трещин рекристаллизационная термообработка нагартованных при холодном волочении прутков проводится с применением высокотемпературного нагрева токами высокой частоты. Оптимальная температура нагрева, обеспечивающая разупрочнение в состоянии поставки и требуемую технологическую пластичность прутков при холодном волочении, соответствует 1020-1060°С.
Нагрев прутков до температуры ниже 1020°С приводит к недостаточной степени разупрочнения нагартованных прутков и, как следствие, неудовлетворительной технологической пластичности.
Нагрев прутков до температуры выше 1060°С приводит к получению крупного зерна, что также снижает технологическую пластичность при холодном волочении.
Проведение рекристаллизационной термообработки позднее 4 часов от начала волочения приводит к интенсивному выделению упрочняющих фаз под воздействием напряжений от холодного наклепа и образованию трещин.
Пример конкретного осуществления
Опробование предлагаемого способа проводилось на ОАО «Златоустовский металлургический завод» в термокалибровочном цехе на дисперсионно-твердеющей стали марки 10Х11Н23ТЗМР-вд. Для термообработки подката камерную печь предварительно прогревали до температуры 880-900°С, затем осуществляли посадку в нее подката, нагревали его в течение 1,5-2,0 часов до технологической температуры 1040-1050°С, выдерживали при этой температуре 1,0-1,5 часа, охлаждали на воздухе, производили подготовку к волочению и холодное волочение, затем, не позднее 4 часов от начала волочения, проводили рекристаллизационную высокоскоростную термообработку с применением токов высокой частоты при температуре 1020-1060°С и охлаждали на воздухе. Затем прутки подвергали дальнейшему переделу - холодному волочению в несколько протяжек на окончательный профиль с рекристаллизационной высокотемпературной термообработкой ТВЧ в промежуточных и окончательном профилях. Результаты опробования приведены в таблице.
t-камерной печи, °С
t-нагрева в камерной печи, °С
Время нагрева в камерной печи, час
t-рекристаллизации, °С
Наличие трещин
1
850
1000
1,0
1000
имеются
2
880
1040
1,5
1020
нет
3
885
1045
1,7
1050
нет
4
900
1050
2,0
1060
нет
5
920
1060
2,5
1070
имеются
Прототип
1045
1045
имеются
Предлагаемый способ позволяет производить шестигранные прутки высокого качества, получаемого за счет исключения образования термических трещин.
Литература
1. Юхвец И.А. «Волочильное производство», часть 2, Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, Москва, 1960 г., стр.236.
2. Технологическая инструкция №08-Т-82, Термическая обработка в высокотемпературной закалочной печи №19», Златоустовский металлургический завод, г.Златоуст, 1982 г.