АВТОМАТНАЯ СТАЛЬ Российский патент 1999 года по МПК C22C38/60 

Изобретение относится к металлургии, в частности к автоматным сталям, применяемым в машиностроении.

Известна автоматная сталь, содержащая углерод, марганец, серу, свинец, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,10-0,17
Марганец - 1,3-1,3
Сера - 0,15-0,30
Свинец - 10,15-0,30
Железо - Остальное
Сталь может содержать в виде примесей фосфор не более 0,10%, кремний не более 0,12%. Отношение содержания марганца к сере составляет 3,3:8,6 (1).

Недостатками известной стали являются:
- красноломкость, появляющаяся во время прокатки и являющаяся следствием образования эвтектики Fe-FS (Тпп= 988^oC), приводит к образованию во время прокатки трещин, рванин, расслоению передних концов, то есть к повышенному браку. Влияние красноломкости на появление брака особенно сильно проявляется при соотношении Mn/S < 6;
- обрабатываемость стали достигла максимального значения, дальнейшее увеличение обрабатываемости без снижения механических свойств стали невозможно, а это не позволяет реализовать потенциальные возможности станков автоматов и полуавтоматов;
- "выпотевание" свинца на поверхность полосы при прокатке приводит к снижению коэффициента трения между полосой и валками, в результате ухудшается захват полосы валками, появляются пробуксовки полосы в валках, что снижает производительность и безопасность прокатки;
- токсичность свинца ограничивает производство стали, необходимой в машиностроении.

Кроме того, известна автоматная сталь, содержащая углерод, марганец, серу, свинец, железо, при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Углерод - 0,06 - 0,15
Марганец - 1,31 - 1,60
Сера - 0,15 - 0,30
Свинец - 0,15-0,30
Железо - Остальное
Сталь может содержать в виде примесей фосфор не более 0,10%, кремний не более 0,12% (2).

Соотношение марганца к сере составляет 4,36 - 10,6, что приводит к снижению красноломкости и, как следствие, снижению расходного коэффициента до 19 кг/т.

Недостатками известной стали являются:
- ограниченная обрабатываемость;
- "выпотевание" свинца на поверхность заготовки влияет на снижение производительности;
- токсичность свинца, ограничивающая производство стали.

Эта сталь наиболее близкая по химическому составу и механическим свойствам и взята за ближайший аналог.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, повышение производительности и улучшение экологической обстановки при производстве стали в металлургической промышленности.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предлагаемая сталь содержит углерод, марганец, серу, висмут, фосфор, железо, при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Углерод - 0,08 - 0,15
Марганец - 1,31 - 1,60
Сера - 0,15 - 0,30
Фосфор - 0,05 - 0,15
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное
Преимущество висмута заключается в том, что висмут обладает особым свойством, а именно увеличением объема при переходе из жидкого состояния в твердое. Это позволяет увеличить обрабатываемость стали по сравнению с обрабатываемостью свинецсодержащей стали за счет напряженного состояния обрабатываемой поверхности. При регламентации содержания фосфора, охрупчивающего металл и инициирующего образование микротрещин, во время обработки резанием обрабатываемость повышается на 50% и более, при сохранении механических свойств, присущих идентичной свинецсодержащей стали.

Вторым преимуществом, являющимся следствием особого свойства висмута, гарантируется снижение, вплоть до полного устранения, "выпотевание" висмута на поверхность заготовки при прокатке, что улучшает захват полосы валками, устраняет "пробуксовку" полосы в валках и снимает необходимость "прожига" валков буферным металлом, что повышает производительность прокатки.

Преимуществом висмута является и то, что висмут как компонент относительно безвредный (ПДК висмута = 0,5 мг/м³, ПДК свинца = 0,01 мг/м³ разовая, 0,007 мг/м³ среднесменная), улучшает экологические условия производства автоматной висмутсодержащей стали.

Сущность изобретения - выявление содержания в стали висмута и фосфора, улучшающих обрабатываемость стали до оптимального уровня при сохранении механических свойств, присущих идентичной автоматной свинецсодержащей стали.

Экспериментально установлено:
- при содержании висмута менее 0,12% и фосфора менее 0,05% оптимальная обрабатываемость не достигается;
- увеличение содержания висмута выше верхнего предела, равного 0,20, соответствующего предельной растворимости висмута в жидкой стали, и фосфора приводит к снижению механических свойств стали;
- при содержании висмута 0,07%, фосфора 0,05% обрабатываемость стали соответствует обрабатываемости идентичной свинецсодержащей стали;
- при содержании висмута 0,12 - 0,20%, фосфора 0,05 - 0,15% обрабатываемость на 50% и более превышает обрабатываемость идентичной свинецсодержащей стали при сохранении требуемых механических свойств;
- производительность прокатки висмутсодержащей стали на 16-20% выше производительности прокатки свинецсодержащей стали;
- выделение аэрозолей висмута во время выплавки и прокатки стали ниже предельно допустимой концентрации (ПДК).

Анализ технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с признаками в заявляемом объекте, и признать их соответствующими критерию "Существенные отличия".

Опытно-промышленные испытания по резанию висмутсодержащей стали проводили в цехе N 31 МСП ВАЗ на 6-ти шпиндельных токарно-прутковых автоматах и 4-х шпиндельных токарно-расточных полуавтоматах при изготовлении деталей, принятых за базовые по критерию интенсивности износа инструмента, характеризуемого количеством изготовленных деталей, приходящихся на 0,1 мм износа инструмента.

За базовую обрабатываемость принята обрабатываемость ближайшего аналога автоматной свинецсодержащей стали АС13Г2.

Оценку экологической обстановки проводили в цехах ОАО Челябинский металлургический комбинат "Мечел" при выплавке и прокатке предлагаемой стали и стали АС13Г2 методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. Производительность прокатки определяли в цехах этого же предприятия.

Химический состав предлагаемой стали приведен в таблице 1, механические свойства, выделение вредных примесей, производительность и обрабатываемость приведены в таблице 2.

Пример 1. Известная сталь АС13Г2. Приведены данные по выделению вредных примесей, производительность, обрабатываемость, расходный коэффициент прокатного передела.

Пример 2. Углерода менее 0,08%, марганца менее 1,31% меньше нижних пределов. Предел прочности ниже требуемого.

Пример 3. Углерода более 0,15%, марганца более 1,60% - больше верхнего предела. Твердость больше требуемой.

Пример 4. Серы менее 0,15% - меньше нижнего предела. Снижается обрабатываемость.

Пример 5. Серы больше 0,30% - верхнего предела. Повышается красноломкость. Расходный коэффициент выше, чем у стали АС13Г2 (1 передел - 1270 кг, 2 передел - 1137 кг, 3 передел - 1085 кг). В таблице расходный коэффициент не показан.

Пример 6. Фосфора меньше 0,05% - нижнего предела. Обрабатываемость снижается.

Пример 7. Фосфора, больше 0,15% верхнего предела. Снижается предел прочности.

Пример 8. Висмута меньше 0,12% - нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной. Обрабатываемость на уровне стали по ближайшему аналогу. Содержание висмута 0,07%.

Пример 9. Висмута больше 0,20% - верхнего предела. Предел прочности, относительное удлинение и относительное сужение ниже требуемых.

Примеры 10 - 12. Сталь в заявленных пределах. Обрабатываемость оптимальная. Производительность прокатки на 18-20% выше, чем при прокатке стали по ближайшему аналогу.

Таким образом, более высокая обрабатываемость резанием предлагаемой стали при сохранении механических свойств и технологичности производства позволяет рекомендовать ее для промышленного применения.

Изобретение относится к металлургии, а именно к автоматной стали, используемой в машиностроении. Предложенная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,15, марганец 1,31-1,6, сера 0,15-0,30, фосфор 0,05-0,15, висмут 0,12-0,20, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение обрабатываемости резанием и производительности прокатки при улучшении экологической обстановки в металлургической промышленности. 2 табл.

Автоматная сталь, содержащая углерод, марганец, серу, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фосфор и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,08-0,15
Марганец - 1,31-1,6
Сера - 0,15-0,30
Фосфор - 0,05-0,15
Висмут - 0,12-0,20
Железо - Остальное