Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИБРОВАННЫХ ПРУТКОВ ШЕСТИГРАННОГО ПРОФИЛЯ

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.

Образование трещин напряжения связано с природной склонностью сталей данного класса к дисперсионному твердению с образованием упрочняющих фаз, главным образом интерметаллидной γ-фазы (типа - Ni₃Ti), 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.

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.