СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ И ПОЛОС Российский патент 1997 года по МПК B23K20/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению биметаллических листов и полос с плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали и основным слоем из углеродистой или низколегированной стали. Основным требования, предъявляемые к таким полосам и листам, высокие характеристики прочности соединения слоев, определенный химический состав и структура стали плакирующего слоя, обеспечивающие удовлетворительную технологичность двухслойного листа или полосы при изготовлении инструмента, высокую твердость и износостойкость плакирующего (рабочего) слоя после термической обработки инструмента, а также удовлетворительное качество поверхности после прокатки.

Известен способ получения биметаллических износостойких листов прокаткой биметаллических заготовок, полученных литейным способом [1] Такой способ не обеспечивает высокой прочности сцепления слоев в биметаллическом листе и при изготовлении из него изделий возможно появление расслоений.

Известен способ получения биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя плакирующим слоем и дальнейшую ее прокатку [2]
При этом не обеспечиваются стабильный химический состав и структура плакирующего слоя, а следовательно, его технологические и эксплуатационные свойства. Кроме того, при недостаточной глубине проплавления заготовки основного слоя прочность сцепления слоев может быть недостаточной для сохранения надежного соединения при изготовлении изделий и его термической обработки.

Известен способ получения трехслойных полос в рулонах с двухсторонней плакировкой из коррозионностойких сталей аустенитного класса [3] включающий получение трехслойной заготовки методом наплавки и ее последующую прокатку.

Недостатком этого способа также является нестабильность химического состава плакирующего слоя и прочности сцепления слоев, а также его непригодность для изготовления износостойких биметаллических композиций, так как режимы конца горячей прокатки и смотки, предложенные способом [3] не обеспечивают требуемой структуры износостойкой стали плакирующего слоя и удовлетворительного качества поверхности.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления слоев в биметаллическом листе или полосе, повышение технологичности двухслойной стали при изготовлении изделий путем создания оптимальной структуры плакирующего слоя в процессе горячей прокатки и охлаждения, обеспечение высокой твердости и износостойкости плакирующего слоя после термической обработки изделий за счет стабилизации его химического состава, а также обеспечение удовлетворительного качества поверхности листов и полос после горячей прокатки.

Сущность изобретения заключается в том, что получение биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя осуществляют плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали, содержащей, мас.

Углерод 0,50-2,20,
Марганца 0,10-2,00,
Кремний 0,10-2,00,
Хром 0,01-18,0,
Вольфрам До 2,00,
Молибден До 2,00,
Ванадия До 2,50,
Железо Остальное
Отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления заготовки основного слоя в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800^oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500^oC. С 1-10 ч.

Использование для получения биметаллической заготовки способа наплавки заготовки основного слоя из углеродистой или низколегированной стали плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали при соблюдении отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя менее 200 мм, а значения глубины проплавления не менее 2 мм обеспечивает высокую прочность сцепления слоев сопротивление сразу не менее 400 МПа. Соблюдение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления основного слоя не менее 2, а глубины проплавления не более 20 мм при выполнении требований к химическому составу стали для наплавки, в частности к содержанию углерода, марганца, кремния и хрома, указанных в формуле изобретения, приводит к стабилизации химического состава плакирующего слоя, необходимой для обеспечения его твердости и износостойкости в изделии. Дополнительное повышение износостойкости за счет образования карбидов повышенной устойчивости достигается при легировании стали плакирующего слоя вольфрама, молибденом или ванадием в количестве до 2%
Указанный в формуле интервал температур прокатки биметаллических заготовок соответствует температурному интервалу удовлетворительной пластичности стали плакирующего слоя, что приводит к отсутствию дефектов на поверхности листов и полос после прокатки.

Замедленное охлаждение, обеспечивающее пребывание листов и полос в интервале температур 500-800^oС от 1 до 10 ч, приводит к формированию в стали плакирующего слоя благоприятной структуры, и, следовательно, к высокой технологичности биметаллического проката деформируемости и закаливаемости.

Углерод является одним из основных элементов, определяющих твердость и износостойкость. Нижний предел содержания 0,50% определен тем, что при меньшем содержании углерода требуемая износостойкость плакирующего слоя не будет обеспечена. Содержание углерода выше 2,20% приводит к снижению характеристик вязкости и пластичности плакирующего слоя, что снижает технологичность биметаллического проката при изготовлении изделий.

Уменьшение содержания марганца и кремния ниже 0,10% сильно повышает критические скорости охлаждения при закалке, при этом в стали плакирующего слоя не обеспечивается формирование мартенситной структуры, необходимой для получения его высокой твердости после термообработки в изделиях. Повышение содержания марганца и особенно кремния выше 2% приводит к сильному снижению вязкости плакирующего слоя, что снижает технологичность биметалла.

Уменьшение содержания хрома ниже 0,01% в стали плакирующего слоя будет приводить к сильному перераспределению углерода между слоями в результате его диффузии из плакирующего слоя в основной слоя в процессе охлаждения после горячей прокатки. Увеличение содержания хрома выше 18% не приводит к повышению износостойкости и экономически неэффективно.

Увеличение содержания вольфрама и молибдена выше 2,00% а ванадия выше 2,50% не приводит к дополнительному повышению износостойкости плакирующего слоя, и следовательно, не целесообразно.

Увеличение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления более 200 и уменьшение глубины проплавления заготовки основного слоя менее 2 мм приводит к снижению прочности сцепления слоев. Уменьшение отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления менее 2 и повышение глубины проплавления более 20 мм приводит к сильному разбавлению стали плакирующего слоя при наплавке сталью основного слоя. Полученный при этом химический состав плакирующего слоя не обеспечивает требуемую износостойкость изделия.

Повышение температуры нагрева под прокатку выше 1200^oС приводит к росту зерна в стали плакирующего слоя, что снижает его технологическую пластичность и приводит к образованию трещин в процессе прокатки. К появлению дефектов на поверхности плакирующего слоя приводит к снижению температуры конца прокатки ниже 800^oС. Так как при этих температурах резко возрастает сопротивление деформации стали плакирующего слоя, а также снижается его пластичность.

Уменьшение времени пребывания проката в процессе охлаждения после горячей прокатки в интервале температур 500-800^oС менее 1 ч не обеспечивает формирования в стали плакирующего слоя благоприятной структуры в виде смеси пластинчатого и зернистого перлита. При этом снижается технологичность биметаллического проката при изготовлении из него изделий. Увеличение времени пребывания проката в интервале температур 500-800^oС более 10 ч приводит к сильному перераспределению углерода между слоями. При этом может измениться химический состав слоев и сильно возрасти твердость плакирующего слоя, что приведет к потере технологичности.

Пример. Двухслойные заготовки с основным слоем из стали 10 и плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали повышенной износостойкости 250-650х650-1400х1000-5000 мм с толщиной плакирующего слоя 10-200 мм были получены электрошлаковой наплавкой заготовок из стали 10 электродами из инструментальной или конструкционной стали различного химсостава. Глубина проплавления основного слоя менялась от 1 до 20 мм, кроме того, одна из двухслойных заготовок была получена литейным способом, то есть глубина проплавления в этом случае равнялась 0. Отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления стали основного слоя выдерживали в пределах от 1,5 до 200. Заготовки нагревали для горячей прокатки до температур 1150-1250^oС и прокатывали на полосу толщиной 2,00-2,50 мм. Далее проводили смотку полос в рулоны при разных температурах. Значения температуры смотки и масса рулона определяли со скоростью охлаждения двухслойной стали. При этом время пребывания рулонов в интервале температур 800-500^oС составляло 0,5-11 ч. На полученных заготовках и полосах исследовали прочность сцепления слоев - сопротивление срезу определяли в соответствии с ГОСТ 10885, удовлетворительными считали значения не ниже 350 Н/мм² Химический состав наплавленного слоя определяли спектральным анализом. О технологичности двухслойной полосы судили по результатам измерения значений твердости, которые при измерении по суперроквелу шариковым наконечником должны были составлять не более 75НRТ45. Это свидетельствует о формировании в плакирующем слое благоприятной микроструктуры, состоящей из пластинчатого и зернистого перлита, которая и обеспечивает высокую технологичность двухслойной полосы.

Качество поверхности двухслойной полосы оценивали визуально - удовлетворительной считали поверхность полосы, на которой отсутствуют трещины и другие поверхностные дефекты, неудовлетворительной поверхность полосы, на которой в процессе прокатки и охлаждения образуются дефекты.

Об износостойкости готового изделий из двухслойной стали судили по результатам измерения твердости плакирующего слоя после его термической обработки закалки от 850^oС и низкого отпуска. Твердость в этом случае определяли по Роквеллу, шкале А. Удовлетворительными считались значения не ниже 80 HRA.

Значения глубины проплавления основного слоя, отношения толщины плакирующего слоя к глубине проплавления, химический состав стали для наплавки, температуры начала и окончания прокатки, время охлаждения рулонов в интервале температур 800-500^oС, а также значения указанных выше характеристик качества двухслойного металла представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, способ производства биметаллических листов и полос наплавкой заготовок основного слоя и их последующей прокаткой, в котором наплавку заготовок основного слоя из углеродистой или низколегированной стали осуществляют электродами из инструментальной или конструкционной стали повышенной износостойкости, для наплавки используется сталь заявленного состава, при указанной глубине проплавления и соотношении между толщиной наплавленного слоя и глубиной проплавления, при заявленных температурных режимов прокатки и охлаждения обеспечивает оптимальный комплекс свойств двухслойной стали (примеры, соответствующие формуле изобретения, описаны в строках 1-11 таблицы, прототип строка 12).

Использование. Изобретение относится к металлургии, а именно, к получению биметаллических листов и полос с плакирующим слоем из износостойкой инструментальной или конструкционной стали и основным слоем из углеродистой или низколегированной стали. Существо. В способе получения биметаллических двух- и трехслойных листов и полос, включающем получение биметаллической заготовки и ее последующую раскатку, биметаллическую заготовку получают наплавкой заготовки основного слоя из углеродистой или низколегированной стали плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали, содержащей, мас. %: углерод 0,50-2,20, марганец 0,10-2,00, кремний 0,10-2,00, хром 0,01-18,0, вольфрам до 2,00, молибден - до 2,00, ванадий -до 2,50, железо - остальное, отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления - в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800^oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500^oС 1-10 ч. 1 табл.

Способ получения биметаллических листов и полос, включающий получение биметаллической заготовки наплавкой заготовки основного слоя плакирующим слоем и ее последующую прокатку, отличающийся тем, что наплавку заготовки основного слоя из углеродистой или низколегированной стали осуществляют плакирующим слоем из инструментальной или конструкционной стали, содержащей, мас.

Углерод 0,50 2,20
Марганец 0,10 2,00
Кремний 0,10 2,00
Хром 0,01 18,00
Вольфрам До 2,00
Молибден До 2,00
Ванадий До 2,50
Железо Остальное
отношение толщины плакирующего слоя к глубине проплавления заготовки основного слоя поддерживают в пределах 2-200, глубину проплавления заготовки основного слоя в пределах 1-20 мм, прокатку двухслойной заготовки проводят в интервале температур 1200-800^oС, а охлаждение проката проводят замедленно, обеспечивая время пребывания в интервале температур 800-500^oС 1-10 ч.