СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУТКОВ ДИАМЕТРОМ 8-60 ММ ИЗ МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА МЕДНОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2023 года по МПК C22F1/08 B21B3/00 B21B1/16 

1. Область техники

Изобретение относится к прокатному производству, и может быть использовано при горячей сортовой прокатке прутков диаметром 8-60 мм из жаропрочных сплавов на медной основе, подвергаемых обточке и пригодных для изготовления изделий, используемых при повышенных температурах.

2. Предшествующий уровень техники

Известен «Способ производства сортового проката» (патент RU 2291205, кл. C21D 8/06, С22С 38/14, опубл. 10.01.2005), включающий нагрев заготовки до 1100-1280°С, последующую многопроходную горячую прокатку с обжатием в валках калибрами с температурой конца прокатки в диапазоне 950-1100°С и охлаждение водой до 850-950°С, причем при использовании катаной заготовки многопроходную прокатку ведут с суммарной вытяжкой не менее 16, а при использовании литой заготовки - с суммарной вытяжкой не менее 36.

Недостаток известного способа состоит в том, что он не пригоден для объектов из малолегированных жаропрочных сплавов на медной основе.

Известен «Способ производства сортовых профилей» (патент RU 2243834, кл. В21В 1/46, опубл. 10.01.2005). Способ включает нагрев стальной непрерывнолитой заготовки до температуры аустенизации и последующую многопроходную горячую прокатку с регламентированной температурой конца прокатки. При этом многопроходную прокатку осуществляют с температурой конца прокатки 860-1000°С и суммарной вытяжкой X, регламентируемой группой стали.

Недостатки известного способа состоят в том, что катанка, особенно диаметром 8-10 мм, имеет низкую технологическую пластичность и неравномерность механических свойств по сечению, а также не пригоден для прокатки сплавов на медной основе.

Известен «Способ прокатки круглых профилей» (патент RU 2237529, кл. В21В 1/02, опубл. 10.10.2004). Способ включает обжатие полосы в предчистовом овальном и чистовом круглом калибрах. В предчистовом и чистовом калибрах полосу обжимают с вытяжками 1,18-1,30 и 1,20-1,35 соответственно. Обжатие в чистовом калибре ведут с подпором 100-250 Н при отношении ширины чистового калибра к его высоте, равном 1,009-1,018.

Недостаток известного способа состоит в том, что при прокатке полосы в непрерывных черновой и чистовой группах клетей сортопрокатного стана, вследствие несогласования скоростей входа полосы в чистовую группу клетей и выхода из черновой группы, происходит либо утяжка полосы, либо ее аварийное застревание - «забуривание». Это снижает качество сортовых профилей и выход годного, к тому же способ не пригоден для прокатки малолегированных жаропрочных сплавов на медной основе.

Известен также, принятый заявителем за наиболее близкий аналог, «Способ термодеформационной обработки изделий из хромовой бронзы» (патент RU 2327807, кл. C22F 1/08, опубл. 27.06.2008), включающий получение прутковых заготовок горячим прессование через матрицу с каналом, их закалку в воде, волочение до чистовых размеров готовых прутков и последующее старение.

К недостаткам способа можно отнести высокие трудозатраты.

3. Сущность изобретения

3.1. Постановка технической задачи

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение стабильного уровня механических характеристик, а также повышение производительности, путем сокращения количества вспомогательных операций.

Результат решения технической задачи

Решение поставленной технической задачи достигается многопроходной горячей прокаткой прессованной заготовки 095-100 мм на предчистовые размеры с последующей обточкой на чистовые размеры 08-60 мм. Прокатка проводится в диапазоне температур 950-700°С на калибровке круг-овал-круг с обжатиями за проход 5-40% и суммарной степенью обжатия 50-99%. В результате достигается: расширение сортамента прутков, повышение производительности, сокращение производственного цикла изготовления прутков, снижение расхода металла и повышение экологичности процесса.

3.2. Отличительные признаки

В отличии от известного технического решения, включающего получение заготовки и ее дальнейшую термодеформационную обработку; в заявленном техническом решении осуществляют многопроходную горячую прокатку, предварительно полученной прессованной заготовки 095-100 мм, на предчистовые размеры в диапазоне температур 950-700°С на калибровке круг-овал-круг с обжатиями за проход 5-40% и суммарной степенью обжатия 50-99%, с последующей резцовой обработкой на чистовые размеры.

При этом деформацию слитка из жаропрочного сплава на медной основе до конечного размера заготовки 095-100 мм осуществляют за один прием с суммарной степенью деформации порядка 90% после его нагрева по режиму: посадка в печь на температуру не более 950°С, выдержка не более 2 часов.

Затем производят механическую обработку полученных заготовок до удаления дефектов.

Кроме того, перед горячей прокаткой производят двухстадийный нагрев заготовок по режиму: нагрев при 800°С не менее 45 минут, затем при 950°С в течение 1-3 часа.

4. Описание изобретения

В заявленном техническом решении рассмотрена возможность изготовления прутков из жаропрочных сплавов на медной основе из литого слитка полученного либо открытой выплавкой, либо вакуумной выплавкой с последующим электрошлаковым переплавом или без него.

Деформацию слитка из малолегированного жаропрочного сплава на медной основе до конечного размера заготовки 095-100 мм осуществляют после его нагрева по режиму: посадка в печь на температуру не более 950°С, выдержка не более 2 часов. Затем слиток прессуют за один прием с суммарной степенью деформации порядка 90%, после чего производят механическую обработку полученных заготовок до удаления дефектов.

Перед горячей прокаткой осуществляют предварительный двухстадийный нагрев по режиму: нагрев при 800°С не менее 45 минут, затем при 950°С в течение 1-3 часа.

При температуре начала прокатки прессованной заготовки выше 950°С, имеет место окисление границ зерен в процессе нагрева. Снижение температуры начала прокатки ниже 850°С приводит к потере пластичности в последних проходах, что снижает качество прутков и выход годного.

Далее производят многопроходную горячую прокатку прессованных заготовок 095-100 мм в диапазоне температур 950-700°С на калибровке круг-овал-круг с обжатиями за проход 5-40% и суммарной степенью обжатия 50-99%. Затем выполняют обточку. Диапазон получаемых горячекатаных прутков от круга 8 мм до круга 60 мм.

Прокатка в калибрах при температуре 950-700°С сопровождается развитием динамической рекристаллизации и формированием структуры с размером зерен менее 10 мкм. Повышение температуры прокатки приведет к избыточной пластичности и создаст проблемы с прохождением металла в линии стана и с обеспечением требуемых размеров прутков. Понижение температуры будет способствовать наклепу медных сплавов и снижению их технологической пластичности.

Экспериментально установлено, что при охлаждении прокатанных прутков ниже температуры 700°С не исключает образования дефектов в прутках из-за потери пластичности, а также не обеспечивает требуемый комплекс механических свойств. Это ухудшает качество прутков и выход годного проката.

Заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом.

Использование предлагаемого способа позволяет:

- получать прутки из малолегированных жаропрочных сплавов на медной основе с использованием традиционных металлургических технологий и стандартного металлургического оборудования;

- сократить производственный цикл изготовления прутков, за счет исключения технологических операций, таких как промежуточные отжиги, травление и волочение на необходимый размер;

- повысить экологичность процесса изготовления прутков за счет исключения операции травления применяемой для очистки поверхности прутков от окалины;

- обеспечить точность геометрических параметров;

- обеспечить высокий уровень механических свойств.

б.Пример реализации способа

Выплавленные и подготовленные слитки из жаропрочного сплава на медной основе БрХ08 после нагрева в камерной печи подвергли прессованию на круглую заготовку диаметром 0100 мм. Затем осуществили резцовую обработку полученных заготовок до размера 096 мм. Далее произвели нагрев обработанных заготовок по двухстадийному режиму: подогрев при 800°С в течение 55 минут, затем нагрев при 950°С в течение 92 минут. После чего осуществили горячую прокатку с использованием калибровки круг-овал-круг на размеры 045 мм и 027 мм с суммарной степенью обжатия 78 и 92%, соответственно.

С целью сравнения качества горячекатаного и холоднотянутого металла осуществили волочение прутков с 027 мм на 024 мм и 021 мм. При этом прутки 027 мм потравили и прокалибровали на 026 мм, затем обточили на 025 мм и прокалибровали на 024 мм (суммарная деформация 15%) и 021 мм (суммарная деформация 35%). Прутки 045 мм обточили на чистовой размер 043 мм.

Исследование макроструктуры в поперечном направлении полученных прутков дефектов в виде раковин, включений, расслоений и др., видимые без применения увеличительных приборов, не выявило. Дополнительно в прутках сплава БрХ08 был проведен контроль УЗК. Дефектов при УЗК не обнаружено.

Испытание механических свойств прутков сплава БрХ08 045 мм, 027 мм, 024 мм, 021 мм произвели при 20°С в состоянии поставки и на термообработанных образцах в соответствии с ТУ 48-21-197. Результаты контроля приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытание механических свойств. Размер, мм Состояние Тем-ра исп-я,°С Механические свойства Вид термической обработки бв, Н/мм² δ,% 045 г/к 20 266-270 41-47 Без термообработки 027 г/к 20 259-261 45-52 024 Нагартованный (Е~15%) 20 284-289 26-31 021 Нагартованный Œ~35%) 20 360-362 15-18 045 г/к 20 348-353 28-31 980°С, 0,5 ч, вода+450°С, 5 ч, воздух 027 г/к 20 404-440 17-28 024 Нагартованный (Е~15%) 20 356-393 18-20 021 Нагартованный (Е~35%) 20 351-417 19-29 Требования НД 20 >340,0 >12,0 980°С, 0,5 ч, вода+450°С, 5 ч, воздух

Полученные результаты показывают, что металл разных исходных состояний (горячекатаный и холоднотянутый) после термообработки образцов по режиму 980°С, 0,5 ч, вода +450°С, 5 ч, воздух имеет однотипные свойства, соответствующие требованиям НД.

Заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом. Способ позволяет сократить производственный цикл изготовления прутков за счет исключения технологических операций, таких как промежуточные отжиги, травление и волочение на необходимый размер, что дополнительно приводит к повышению экологичности процесса изготовления прутков.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить прутки из жаропрочных сплавов на медной основе с использованием традиционных металлургических технологий и стандартного металлургического оборудования, а также обеспечивает высокий уровень механических свойств и гарантирует выполнение предъявляемых требований.

Изобретение относится к прокатному производству, и может быть использовано при горячей сортовой прокатке прутков диаметром 8-60 мм из малолегированных жаропрочных сплавов на медной основе, подвергаемых обточке и пригодных для изготовления изделий, используемых при повышенных температурах. Способ включает многопроходную горячую прокатку, предварительно полученной прессованной заготовки диаметром 95-100 мм, на предчистовые размеры в диапазоне температур 950-700°С на калибровке «круг-овал-круг» с обжатиями за проход 5-40% и суммарной степенью обжатия 50-99%, с последующей резцовой обработкой на чистовые размеры. Технический результат заключается в возможности расширения сортамента прутков, повышении производительности, сокращении производственного цикла изготовления прутков, снижении расхода металла и повышении экологичности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ изготовления прутков диаметром 8-60 мм из жаропрочных сплавов на медной основе, включающий получение заготовки и ее дальнейшую термодеформационную обработку, отличающийся тем, что осуществляют многопроходную горячую прокатку предварительно полученной прессованной заготовки диаметром 95-100 мм на предчистовые размеры в диапазоне температур 950-700°С на калибровке круг-овал-круг с обжатиями за проход 5-40% и суммарной степенью обжатия 50-99%, с последующей резцовой обработкой на чистовые размеры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформацию слитка из жаропрочного сплава на медной основе до конечного размера заготовки диаметром 95-100 мм осуществляют за один прием с суммарной степенью деформации порядка 90% после его нагрева по режиму: посадка в печь на температуру не более 950°C выдержка не более 2 часов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед горячей прокаткой производят двухстадийный нагрев заготовок по режиму: нагрев при 800°С не менее 45 минут, затем при 950°С в течение 1-3 часа.