Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТА ИЗ ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к режимам деформационно-термической обработки заэвтектоидных сталей, и может быть использовано при производстве круглых профилей для изготовления тел качения подшипниковых опор.

Известен способ изготовления сортового проката, включающий нагрев заготовки, прокатку с температурой конца прокатки Аr₃+(30-80^oС), охлаждение с критической скоростью до температуры распада аустенита и окончательное охлаждение на воздухе, согласно которому производят ускоренное охлаждение раската до температуры Аr₃+(30-80^oС) с изменяющейся по длине скоростью перед последними 1-5 пропусками, а охлаждение с критической скоростью производят до Ar₁-(Ar₁-50^oC) [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что при прокатке шарикоподшипниковых сталей готовые сортовые профили имеют низкое качество из-за наличия карбидной ликвации, полосчатости и карбидной сетки в отожженном состоянии.

Известен также способ производства проката из заэвтектоидных сталей, в том числе шарикоподшипниковых: ШХ15, ХВГ, ХВСГ. Способ включает нагрев заготовки, горячую деформацию и охлаждение, причем нагрев производят до температуры Ac_m-(Ac_m-100^oС), а охлаждение осуществляют на воздухе [2].

Недостатки известного способа состоят в низком качестве сортового проката из-за наличия в нем карбидной ликвации, полосчатости и карбидной сетки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства сортового проката, в том числе из шарикоподшипниковых сталей, включающий нагрев и прокатку слитка в заготовку, охлаждение горячекатаной заготовки, последующий ее нагрев до температуры аустенитизации 1120-1180^oС, многопроходную прокатку до конечных размеров с температурой конца прокатки 930-970^oС, ускоренное охлаждение водой до температуры 800-850^oС и окончательное охлаждение на воздухе [3] - прототип.

При таком способе производства сортового проката из шарикоподшипниковых сталей в готовом профиле присутствуют карбидная ликвация и полосчатость, а после отжига профилей для дальнейшей их переработки в структуре металла проявляются остатки карбидной сетки. Это снижает качество сортового проката.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества сортового проката путем исключения карбидной ликвации и полосчатости, уменьшения балла остатков карбидной сетки в отожженном состоянии.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства сортового проката из шарикоподшипниковых сталей, включающем охлаждение горячекатаной заготовки, последующий ее нагрев до температуры аустенитизации, многопроходную прокатку с температурой конца прокатки до 930-970^oС, ускоренное охлаждение водой до температуры 800-850^oС и последующее охлаждение на воздухе, согласно предложению охлаждение горячекатаной заготовки производят до температуры 190-210^oС со средней скоростью 5-8^oС/ч, а многопроходную прокатку ведут с суммарной вытяжкой 24-89.

Сущность изобретения состоит в следующем. Прокатка слитка заэвтектоидной стали в заготовку сопровождается разрушением литой структуры, измельчением крупных карбидов и кристаллитов. Последующее замедленное охлаждение заготовки до температуры 190-210^oС со скоростью 5-8^oС/ч приводит к равномерной рекристаллизации деформированных зерен, а выделение заэвтектоидных карбидов происходит внутри зерен, что способствует уменьшению карбидной ликвации и полосчатости.

Нагрев заготовки до температуры аустенитизации приводит к полному растворению карбидной сетки. При прокатке заготовки с суммарной вытяжкой 24-89 и одновременным охлаждением до температуры конца прокатки 930-970^oС происходит непрерывное образование дислокаций, на которых зарождаются и закрепляются внутри зерен первичные карбиды. Ускоренное охлаждение стали водой до температуры 800-850^oС обеспечивает быстрое прохождение межкритического интервала температур, выделение карбидов по границам зерен не успевает произойти, все они остаются в объеме зерен микроструктуры, карбидная сетка полностью отсутствует. Одновременно с этим происходит гомогенизация фазового состава стали, устранение карбидной ликвации и полосчатости. Охлаждение сортового проката на воздухе фиксирует оптимальную микроструктуру стали.

Отжиг горячекатаного сортового проката, необходимый для последующей его переработки, сопровождается разупрочнением металлической матрицы стали, формированием мелкозернистого перлита с включениями вторичных карбидов, незначительному проявлению разомкнутых и истощенных остатков карбидной сетки величиной 0,5 балла, т.к. подавляющее количество карбидов зафиксировано внутри зерен микроструктуры.

Экспериментально установлено, что при замедленном охлаждении горячекатаной заготовки со средней скоростью выше 8^oС/ч и до температуры выше 210^oС сохраняются карбидная ликвация и полосчатость, в готовом прокате после отжига карбидная сетка достигает 1-2 баллов. Снижение средней скорости охлаждения менее 5^oС/ч и температуры окончания охлаждения ниже 190^oС не приводит к дальнейшему повышению качества сортового проката, а лишь удлиняет производственный цикл, вследствие чего нецелесообразно.

При многопроходной прокатке с суммарной вытяжкой менее 24 не достигается полного устранения карбидной ликвации и не обеспечивается образования достаточного количества дислокаций для удержания карбидов внутри зерен микроструктуры, что приводит к формированию карбидной сетки по границам зерен. Увеличение суммарной вытяжки более 89 вызывает появление неоднородности микроструктуры и фазового состава стали из-за наклепа аустенита, что ухудшает равномерность свойств готового проката.

При температуре конца прокатки выше 970^oС не происходит полного завершения процесса рекристаллизации деформированного аустенита до начала ускоренного охлаждения, равномерность свойств готового сортового проката и его качество ухудшаются. Снижение температуры конца прокатки ниже 930^oС не исключает возможности образования карбидной сетки еще до начала ускоренного охлаждения водой, что ухудшает качество сортового проката.

При температуре окончания ускоренного охлаждения водой выше 850^oС не исключено формирование карбидной сетки, что недопустимо. Снижение этой температуры ниже 800^oС не улучшает качество сортового проката, а лишь усложняет процесс, приводит к переупрочнению стали, ухудшающему качество сортового проката.

Пример реализации способа
Уширенный кверху слиток массой 8,7 т из шарикоподшипниковой стали ШХ15 нагревают до температуры 1240^oС и прокатывают на блюминге и непрерывно-заготовочном стане в заготовку квадратного сечения 100х100 мм. Горячую заготовку при температуре 780^oС помещают в неотапливаемый колодец (термостат), где производят ее замедленное охлаждение со средней скоростью V₀₃=6,5^oС/ч до температуры Т₀₃=200^oС.

Остывшую заготовку загружают в нагревательную печь и нагревают до температуры аустенитизации Т_н=1190^oС, после чего производят ее прокатку на мелкосортном стане в профиль круглого сечения диаметром 15 мм с суммарной вытяжкой λ_Σ = 56,6 за 15 проходов. Температуру конца прокатки (на выходе из последней клети) поддерживают равной Т_кп=950^oС.

Выходящий из последней клети стана сортовой профиль охлаждают водой до температуры Т_оп=825^oС и затем сматывают в бунт. Дальнейшее охлаждение бунта производят на воздухе.

За счет реализации указанных режимов производства, сортовой прокат после отжига у потребителя при температуре 800^oС (для последующего волочения и механической обработки) не имеет карбидной ликвации и полосчатости, остатки карбидной сетки в микроструктуре оцениваются в 0,5 балла. Это свидетельствует о высоком качестве сортового проката.

Варианты реализации способа производства сортового проката из шарикоподшипниковой стали и показатели их эффективности представлены в таблице.

Из таблицы следует, что при использовании предлагаемого способа (варианты 2-4) достигается повышение качества сортового проката из шарикоподшипниковых сталей за счет исключения карбидной ликвации и полосчатости и уменьшения балла остатков карбидной сетки в отожженном состоянии. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты 1 и 5) и реализации способа-прототипа (вариант 6) в структуре стали присутствует карбидная ликвация и полосчатость, балл карбидной сетки в отожженном прокате увеличивается, качество проката получается ниже.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что разработанные деформационно-термические режимы производства обеспечивают разрушение карбидной ликвации и полосчатости в процессе многопроходной прокатки, гомогенизацию фазового состава стали, удержание зарождающихся карбидов внутри тел зерен микроструктуры аустенита и мелкозернистого перлита, обеднения границ зерен карбидами, истощения карбидной сетки и уменьшения ее в отожженном состоянии до величины 0,5 балла. Этим достигается повышение качества сортового проката из шарикоподшипниковых сталей.

В качестве базового объекта при определении экономической эффективности принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового проката из шарикоподшипниковых сталей на 8-10%.

Литературные источники
1. Авт. свид. СССР 1006509, МПК С 21 D 8/06, 1985 г.

2. Авт. свид. СССР 881134, МПК С 21 D 8/06, 1981 г.

3. Грудев А.П. и др. Технология прокатного производства. - М.: Металлургия, 1994 г., с.140-143, 231-235 - прототип.