СТАЛЬ ДЛЯ ИГОЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1995 года по МПК C22C38/46 C21D9/52 C21D8/06 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству сталей и способу производства из них игольной проволоки.

Известна сталь, содержащая компоненты, мас.

Углерод 0,95 1,10
Марганец 0,15 0,40
Кремний 0,15 0,35
Хром 1,30 1,65
Никель Не более 0,35
Медь Не более 0,30
Сера Не более 0,030
Фосфор Не более 0,030
Железо Остальное
Такая сталь имеет высокую твердость, прокаливаемость, но при этом обладает низкими пластическими характеристиками. Большие значения в составе хрома, серы, фосфора приводят к получению при выплавке стали крупных неметаллических включений, которые дополнительно способствуют уменьшению пластических свойств и ухудшают макро- и микроструктуру материала.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является сталь У10А, содержащая компоненты, мас.

Углерод 0,96 1,03
Кремний 0,17 0,33
Марганец 0,17 0,28
Сера Не более 0,018
Фосфор Не более 0,025
Хром Не более 0,20
Никель Не более 0,20
Готовая проволока имела механические свойства: σ_в 700 740 н/мм², δ до 10% В процессе изготовления игл количество брака на основных формообразующих операциях (редуцирование, штамповка ушка, фрезерование) достигало 30 45%
Недостатком известного способа является то, что хотя относительное удлинение и достигает величины 10% но в большинстве случаев получается менее 8% которое недостаточно при изготовлении игл. Повышение температуры отжига до 710^оС повышает относительное удлинение (пластичность металла), брак при резании и обработке давлением игл снижается.

Цель изобретения повышение качества и пластических свойств стали, снижение брака при изготовлении игл.

Цель достигается тем, что в предлагаемую сталь для игольной проволоки, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, серу, фосфор, железо, дополнительно введены ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас. углерод 0,95 1,04; марганец 0,15 0,35; кремний 0,15 0,35; хром 0,20 0,30; никель 0,05 0,25; медь 0,15 0,25; сера 0,001 0,007; фосфор 0,003 0,015; ванадий 0,06 0,10; азот 0,005 0,015; железо остальное.

Способ производства стали для игольной проволоки, включающий производство стали электрошлаковым переплавом, горячую прокатку слитков на катанку, травление, холодное волочение, патентирование, отжиг, калибровку, отличается тем, что отжиг проволоки передельного размера перед калибровкой проводят при температуре 690 710^оС.

Ввод в состав предлагаемой стали ванадия и азота приводит к повышению механических и пластических свойств. Содержание ванадия в пределах 0,06 0,10% обусловлено предельными содержаниями азота 0,005 0,015% Содержание азота менее 0,005% не оказывает достаточного влияния на свойства, а выше 0,015% приводит к пораженности стали газовыми порами. Легирование стали азотом позволяет одновременно повышать прочностные и пластические характеристики. Хром и ванадий обеспечивают повышение механических свойств. Повышением температуры отжига стали до величин 690 710^оС (против 660 680^оС) достигается увеличение пластических характеристик ее.

Карбидообразующие элементы и легирующие примеси значительно повышают температуру начала рекристаллизации стали. Для обеспечения высоких пластических свойств рекристаллизационный отжиг легированных сталей проводится при температуре 690 710^оС. Пределы температуры отжига проволоки передельного размера перед калибровкой обусловлены химическим составом стали.

Электрошлаковый переплав обеспечивает рафинирование стали от неметаллических включений и по сравнению с другими способами внепечной обработки позволяет управлять кристаллизационной структурой слитка. Уменьшается ликвация элементов в макрообъемах, получается более равномерная литая структура и снижается анизотропия свойств металла. Эти факторы усиливают эффект микролегирования стали карбидо- и нитридообразующими элементами.

Разработку состава стали производили в лабораторных условиях, а технологию окончательной термообработки в промышленных условиях. Металл по прототипу и предлагаемого состава выплавляли в индукционной печи и разливали в слиток-электрод массой 120-150 кг. Опытный металл подвергали электрошлаковому переплаву под флюсом 50% АНФ-6 + 50% АН-295. Затем слитки ЭШП и слитки-электроды прокатывали на горячекатаную заготовку D 7,0 мм, из которой волочением получали калиброванную игольную проволоку диаметром 1,08 мм. Характеристики металла определяли на проволочных образцах.

П р и м е р. Выплавку стали производили в дуговой электросталеплавильной печи емкостью 25 т методом полного окисления углерода продувкой газообразным кислородом. Металл перед выпуском легировали хромом, ванадием и азотом (на 0,005% азота азотированными ферросплавами хрома и ванадия). Марочное содержание никеля и меди обеспечивали содержанием их в исходной шихте. Плавку разливали на машине полунепрерывной разливки стали в электроды сечением 370 х 370 мм², длиной 7500 мм. Электроды затем переплавляли на установках ЭШП ОКБ-1155А под смесью флюсов АНФ-6 и АН-295 (по 50% каждого). Сила тока 12-18 кА, напряжение 50-60 В, мощность 600-900 кВА, скорость переплава 900 кг/ч, продолжительность плавки 3,5-4,2 ч, масса слитка 3,5 т. Управление процессом переплава производили по программе вычислительным комплексом. Слитки ЭШП на обжимном стане "850" горячей прокатки прокатывали в квадратную заготовку со стороной 100 мм и длиной 6000 мм. Нагрев слитков для прокатки производили в методической печи, отапливаемой газом. Время нагрева 6-8 ч, температура нагрева 1180-1200^оС. Затем заготовку 100 х 100 мм на 20-клетьевом непрерывном стане "250" прокатывали на катанку диаметром 6,5 мм. Заготовки перед прокаткой нагревались до температуры 1180 1200^оС в камерной печи с шагающим подом за 2 -3 ч. Катанку после травления подвергали холодному волочению по маршрутам: 6,5 6,1 4,2 2,35 1,06.

В предельных размерах 6,1 и 1,06 проволока подвергалась отжигу, а в размерах 4,2 и 2,35 патентированию с температурой аустенизации 970 990^оС и температурой изотермического распада 550 590^оС. Смягчающий отжиг в размере 6,1 проводился при температуре 660 680^оС, а в размере 1,06 690-710^оС. После отжига и травления проволока с размера 1,06 калибровалась на готовую продукцию диаметром 1,0 мм. В таблице приведены химический состав и качество известной и предлагаемой стали.

Как следует из таблицы, предлагаемый способ производства стали оказывает существенное влияние на пластические характеристики. Относительное удлинение повышается с 2,5 5,0% до 5 10% количество гибов с 4 6 до 8 12.

Контрольные технологические и эксплуатационные производственные испытания проволоки и швейных игл показали, что разброс мотка проволоки по временному сопротивлению разрыву не превышает 5 кгс/мм², относительное удлинение составляет не ниже 10% Выход годной продукции увеличился на 20% а эксплуатационная стойкость игл возросла в 1,4 1,5 раза.

Использование: для производства стали и производства из нее игольной проволоки. Сталь для игольной проволоки содержит, мас. углерод 0,95 1,04; марганец 0,15 0,35; кремний 0,15 0,35; хром 0,20 0,30; никель 0,05 - 0,25; медь 0,15 0,25; сера 0,001 0,007; фосфор 0,003 0,015; ванадий 0,06 0,10; азот 0,005 0,015; железо остальное. Способ производства стали для игольной проволоки включает выплавку стали, разливку, горячую прокатку слитка, волочение проволоки, термическую обработку. Сталь для игольной проволоки переплавляют электрошлаковым переплавом. Отжиг проволоки передельного размера перед окончательным калибрующим обжатием проводят при 690 710°С. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

1. Сталь для игольной проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,95 1,04
Марганец 0,15 0,35
Кремний 0,15 0,35
Хром 0,20 0,30
Никель 0,05 0,25
Медь 0,15 0,25
Сера 0,001 0,007
Фосфор 0,003 0,015
Ванадий 0,06 0,10
Азот 0,005 0,015
Железо Остальное
2. Способ производства стали для игольной проволоки, включающий производство стали электрошлаковым переплавом, горячую прокатку слитка на катанку, травление, холодное волочение, патентирование, отжиг, калибровку, отличающийся тем, что отжиг проволоки передельного размера перед калибровкой проводят при 690 710^oС.