CS263547B1 - Způsob výroby za studená válcovaných ocelových pásů určených pro kalení - Google Patents

Abstract

Úkolem řešení je vyvinout způsob výroby za studená válcovaných ocelových pásů určených pro kalení u uhlíkových a legovaných ocelí s hmotnostními obsahy uhlíku od 0,15 do 1, a legujících prvků do celkového obsahu 8 %. Podstata řešení je, že za tepla válcovaný pás se po vymoření nejdříve válcuje za studená s celkovou poměrnou deformací tlouštky 20 až 70 % a dále na měkko žíhá s deseti až dvncetipěti hodinovou výdrží žíhané vsázky v teplotním rozmezí 500 až 630 °C.

Description

Vynález se týká způsobu výroby za studená válcovaných ocelových pásů určených pro kalení, z uhlíkových nelegovaných a legovaných ocelí s hmotnostními obsahy uhlíku od 0,15 do 1 % a dalších legujících prvků až do celkového obsahu 8 %,s jemnými vysoce disperzními karbidy v základní jemnozmé, homogenní feritické struktuře.

Pásové oceli, určené pro zušlechtóvání na průběžných linkách anebo k výrobě tenkostěnných součástí, dále kusově kalených, se většinou vyrábějí válcováním za studená v kombinaci se žíháním, a to z pásů odválcovaných za tepla a návazně navinutých do svitků, většinou z výšeuhlíkových ocelí s obsahy uhlíku nad 0,35 %» ale i z ocelí s nižšími obsahy uhlíku až do 0,15 % hmotnostních, zejména v kombinaci s dalšími legujícími prvky jako manganem, chrómem, křemíkem, niklem, molybdénem, wolframem a vanadem, zvyšujícími prokalitelnost anebo jemnozraost struktury, především množství, disperzi a tvrdost karbidů, s ohledem na jejich záměrované použití.

Za studená válcované pásové oceli určené pro kalení, s vyššími obsahy uhlíku, zejména legované, se prakticky vždy v průběhu výroby alespoň jedenkrát žíhají, bud^bo sferoidizačně za účelem dosažení sferoidizace lamelamich karbidů, případně ještě rekryst&lizačně, především pásy menších tlouštek. Přitom běžné stacionární sferoidizační žíhání na měkko se provádí při teplotách nad 680°C, výjimečně nad 640°C|a to i v případech, že již byly před žíháním aplikovány větší deformace než 20 a 30 %, které již výrazně urychlují kinetiku sferoidizace lamelámích karbidů, což v důsledcích způsobuje zejména u nelegovaných eutektoidních a podeutektoidních ocelí nárůst sfsroidizovaných globulámích karbidů a tím i snížení jejich disperze v základní feritické matrici, což je z hlediska jejich návazného zpracování zušlechtóváním značně nevýhodné a nelze již při oěžném zpracování výrazněji ovlivnit. Tyto nepříznivé jevy ve struktuře předmětných pásových ocelí jsou obzvláště nevýhodné při výrobě tenkých ocelových pásů, které po válcování za studená v takto na měkko vyžíh&ném stavu vyžadují ještě provedení dalších žíhání rekrystalizačních, běžně prováděných ve svitcích v teplotním rozmezí 620 680°C, kdy může docházet k dalšímu nárůstu globuláraích karbidů a tím dalšímu snížení jejich hustoty či disperze v základní feritické matrici, většinou rovněž hrubozmějšího charakteru· Kromě toho je při uvedených běžných postupech stacionárního sferoiďizačního i rekrystalizaěního žíhání předmětných pásových ocelí ve svitcích zvýšené nebezpečí alespoň částečného přehřátí žíhané vsázky nad Αθ^ a tím spojeného vzniku heterogenit ve struktuře, at*již se jedná o značně rozdílnou velikost karbidů,či v horším případě, při delší době lokálního přehřátí o místní vzaik hrubě lamelárních karbidů a přirozeně i o zvýšené nebezpečí nežádoucího povrchového oduhiiěení·

Takovéto struktury způsobují nejen zhoršení technologické tvařitelnosti za studená předmětných pásů a jejich další technologické zpracovatelnosti vůbec, ale vzhledem k jejich určení velmi negativně ovlivňují i ekonomičnost výroby zušlechtovaný,ch pásů také proto, že pásy s popsanými heterogenními strukturami s hrubými karbidy^at již globulárního, či lamelórního typu, vyžadují použití vyšších austenitizačních teplot a delších dob austenitizace vzhledem k jejich pomalejšímu rozpouštění v austenitu než-li je tomu u jemnozraějších karbidů a následně i pomalejší homogenizaci austenitu při ohřevu pásů ke kalení, což dále znamená i hrubozrnější martenzit po kalení, zvýšené oduhličování povrchu, větší strukturální a tepelná pnutí a tí'm i zvětšení tvarových změn, sníženou jakost, zvýšený výmět a celkové zhoršení užitných vlastností zušlechtěných pásů»

265 54?

Pásové oceli z podeutektoidních ocelí, určené k průběžnému zušlechtování,se někdy také přímo válcují za studená bez mezižíhání až na konečnou tlouštku, což sice v důsledcích výrazně urychluje austenitizaci při ohřevu ke kalení, ale obzvláště u podélně nedělených pásů z legovaných ocelí často z důvodů nadměrného zpevnění válcováním za studená v součinnosti s mikrotrhlinami na hranách pásů dochází k jejich roztržení při průchodu zušlechtovací linkou nebo obzvláště u tenších pásů dochází ke ztrátě jejich tvarové stability v důsledku sumarizace vnitřních pnutí z nadměrného zpevnění a teplotních pnutí již při austenitizačním ohřevu, případně při kalení^

U takto vyrobených pásů z nelegovaných ocelí, případně ocelí legovaných, zejména manganem a křemíkem, dochází zpravidla ke vzniku heterogenit až zhrubnutí struktury při jejich austenitizaci ještě dříve než-li dojde k potřebné homogenizaci austenitu před kalením se všemi negativními důsledky, zejména snížením plastických vlastností a houževnatosti, případně zvýšení množství zbytkového austenitu a snížení pevnosti, pružnosti a otěruvzdornosti, zejména u ocelí legovaných niklem, přičemž zvýšená strukturní pnutí vždy napomáhají ztrátě tvarové stability zušlechtovaných pásů*

Uvedené nevýhody, vyplývající ze stávajících postupů výroby za studená válcovaných ocelových pásů určených pro kalení, odstraňuje způsob výroby za studená válcovaných a žíhaných ocelových pásů,určených pro kalení, z uhlíkových a legovaných ocelí s hmotnostními obsahy uhlíku 0,15 až 1 % a dalších legujících prvků jednotlivě nebo ve vzájemných kombinacích až do celkového obsahu 8 % hmotnostních, jako manganu 0,1 až 2 %, křemíku 0,01 až 2 %, niklu 0,01 až 3 %, chrómu 0,01 až 4 %, molybdénu až 1 %, wolframu až 2 %, vanadu až 0,3 %, niobu až 0,5 %, zirkonu až 0,5 %, titanu až 1 %, hliníku 0,001 až 0,2 %, případně ceru a kovů vzácných zemin až do celkového obsahu 0,3 %, zbytek železo a v obvyklých obsazích přítomné nečistoty, plyny a jiné příměsi podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že za tepla válcovaný pás se po vymoření nejdříve

263 547 válcuje za studená a celkovou poměrnou deformací tlouštky 20 až 70 %, načež se na měkko vyžíhá a deseti až dvacetipeti hodinovou výdrží v teplůtním rozmezí 5S0 až 630°C· Podle potřeby,dané především požadavkem na konečnou tloustnu, se pás před průběžným zušlechťováním může po žíhání na měkko ještě dále za studená válcovat s celkovou deformací tlouštky 1 až 80 %, případně ještě rekrystalizačně vyžíhat se tří až dvanácti hodinovou výdrží v teplotním rozmezí 520 až 620°C, respektive ještě dále válcovat s celkovou deformací tlouštky 1 až 70

Výhodou způsobu podle vynálezu jsou optimální kombinace velikostí deformací za studená před žíháním na měkko a případně rekrystalizačním žíháním a podmínek žíhání, tedy teplot i dob výdrží a případně následných deformací za studená, s výsledným efektem projevujícím se jednak na podstatném zjemnění makro i mikrostruktury a její homogenizaci a na zvýšení vnitřní energie podle vynálezu vyrobených ocelových pásů, což následně urychluje kinetiku austenitizace při jejich ohřevu ke kalení v důsledku rychlejšího rozpouštění jemných vysocedisperzních karbidů v austenitu i urychlení kinetiky jeho homogenizace, a tím umožňuje použít nižších austenitizačních teplot a kratších dob austenitizace, respektive rychlejších průchodů pásů zušlechťovací linkou, případně zvětšení počtu pásů průběžně vedle sebe zušlechťovaných, což jednak přináší úspory energie již při žíháních, prováděných za snížených teplot v důsledku aplikací větších deformací za studená a tím deformačního narušení původně lamelárního uspořádání karbidů před prvním žíháním, respektive urychlením kinetiky rekrystalizace jemnozmějšího a homogennějšího deformovaného feritu také při případném dalším žíhání a· rovněž snižuje energetickou náročnost, případně zvyšuje výkon při návazném zušlechtování součástí, či pásů na průběžných linkách a navíc příznivě působí i na konečnou strukturu a vlastnosti a tvarovou i rozměrovou stabilitu jak kusróvě zušlechťovaných součástí, tak i zejména průběžně zušlechtovaných ocelových pásů, vyrobených z předmětných polotovarů, to je za studená válcovaných a žíhaných ocelových pásů podle vynálezu.·

265 54-7

Pro bližší objasnění podstaty vynálezu jsou dále uvedeny příklady jeho využití.

Podle vynálezu byly z oceli o chemickém složení v procentech hmotnostních uhlík 0,67 %» mangan 0,67 %, křemík 0,26 %, fosfor 0,008 %, síra 0,014 %, měd*0,04 %, nikl 0,06 %, chróm 0,07 %, molybdén 0,03 %, wolfram 0,02 °/o₉ vanad 0,018 %, hliník 0,012 %, zbytek železo a běžné další příměsi a plyny, vyrobeny tenké ocelové pásy o rozměru 220 x 1 mm, určené po podélném dělení na rozměr 70 x 1 mm k průběžnému kalení.

Za tepla válcované pásy o kusových hmotnostech svitků 1050 kg a rozměrech 220 x 2,5 mm byly po vymoření za studená válcovány na mezirozměr tlouštky 1,8 mm v původní šířce, čímž došlo u materiálu dvacetiosmiprocentní celkové poměrné deformaci tlouštky před žíháním. Následovalo žíhání v jednosloupcové hrncové peci s dusíko-vodíkovou ochrannou atmosférou, bez nucené cirkulace, přičemž celková hmotnost vsázky činila 5.250 kg a doba výdrže žíhané vsázky činila 20 hodin v teplotním rozmezí 600 - 620°C. Po žíhání následovalo druhé válcování za studená až na konečnou tlouštku pásů 1 mm, čímž došlo k celkové poměrné deformaci tlouštky pásů cca 44 %·

Poté se za studená válcované pásy podélně dělily na rozměry 70 x 1,0 mm a průběžně zušlechtóvaly kalením a popuštěním za následujících podmínek. Teplota austenitizace pásů při ohřevu před kalením činila 810°C, výdrž 45 sekund, následovalo zakalení do oleje o teplotě 50°C a popouštění s výdrží 20 sekund na teplotě 35O°C a po vychlazení navíjení pásů do svitků.

Rychlost posuvu pásů při zušlechtóvání na průběžné kalicí lince činila 1,61 metrů za minutu, přičemž se zušlechťovaly pásy vedle sebe, což ve srovnání s běžným postupem znamená její zvýšení o 4 % a tím i zvýšení výkonu linky.

Přitom zušlechtěné pásy měly jemnozrnnou homogenní strukturu a příznivou kombinaci výsledných mechanických vlastností, zjištěné hodnoty činily pevnost“ Rm 1640 až 1720 MPa a tažnost

4,2 až 5,1 % a naměřená maximální korýtkovitost 0,2 mm svědčila o velifai dobré tvarové stabilitě a geometrii takto vyrobených pásů.

263 54?

S využitím způsobu výroby podle vynálezu byly vyrobeny tenké ocelové pásy o rozměru 210 x 0,6 mm, určené po dělení na rozměr 28 x 0,6 mm k zušlechtování na průběžné lince.

Za tepla válcované pásy z oceli o chemickém složení v procentech hmotnostních, uhlík 0,43 %» mangan 0,75 křemík 0,32 %, fosfor 0,026 %, síra 0,022 %, raěd^v0,05 %, nikl 0,04 %, chróm .0,08 %, molybdén 0,03 wolfram 0,02 %, vanad 0,015 %, hliník 0,0055 %, zbytek železo, běžné příměsi a plyny o kusových hmotnostech svitků 980 kg a rozměrech 210 x 2,5 mm, byly po vymoření nejdříve válcovány za studená až na mezirozměr 210 x 1,6 mm, čímž došlo k celkové poměrné deformaci tlouštky pásu 36 %♦ Poté byly pásy ve svitcích žíhány v jednosloupcové poklopové peci o hmotnosti sloupce svitků žíhané vsázky 13.720 kg, přičemž doba výdrže žíhané vsázky činila 15 hodin v teplotním rozmezí 590 až 61O°C. Následovalo druhé válcování za studená až na konečnou tlouštku 0,6 mm, čímž došlo kocelkové deformaci tlouštky pásů po žíhání 62,5 %. Následovalo podélné dělení pásů na rozměr 28 x 0,6 mm a zušlechtování na průběžné lince, přičemž byla zachována u daného rozměru pásu rychlost jejich průchodu linkou 3»03 metrů za minutu. V důsledku aplikace výrobního způsobu podle vynálezu byly vedle sebe současně průběžně zušlechťovány 4 pásy, místo běžně používaných 3 pásů daného rozměru, a to při zachování kvality jak co do struktury, mechanických vlastností, tak i tvarové stability a geometrie takto zušlechtěných pásů, to vše při výrazném zvýšení výkonu linky.

Zušlechtování probíhalo za následujících podmínek. Teplota austenitizace pásů 350°C s dobou výdrže 30 sekund, kalení do 60° 0 teplého oleje, popouštění s výdrží 30 sekund na teplotě 400°C a následným navinutím pásů do svitků·.

Takto zušlechtěné pásy vykázaly příznivou kombinaci mechanických vlastností/a to pevnost Rm v rozmezí 1265 až 1348 MPa a tažnost A^ 9,6 až 11,3 % a rovněž u tenkých pásů velmi, příznivou tvarovou stabilitu a geometrii, zjištěná korýtkovitost 0,0 mm.

Claims (4)

1. Způsob výroby za studená válcovaných ocelových pásů určených pro kalení z uhlíkových a legovaných ocelí o chemickém složení s obsahem prvků v procentech hmotnostních uhlík až do celkového obsahu 8 % legující prvky, jako mangan 0,1 až 2 %, křemík 0,01 až 2 %, nikl 0,01 až 3 %» chrom 0,01 až 4 %, molybdén až 1 %, wolfram až 2 %, vanad až 0,3 %, hliník 0,001 až 0,2 %, niob až 0,5 %, zirkon až 0,5 %, titan, až 1 %, případně cer a kovy vzácných zemin až do celkového obsahu 0,3 %, zbytek železo a v obvyklých obsazích přítomné nečistoty, plyny a jiné příměsi, vyznačený tím, že za tepla válcovaný pás se po vymoření nejdříve válcuje za studená s celkovou poměrnou deformací tlouštky/až 70 % a dále na měkko žíhá s deseti až dvacetipěti hodinovou výdrží žíhané vsázky v teplotním rozmezí 580 až 63O°C.

2* Způsob výroby podle bodu 1yvyznačený tím, že vyžíhaný pás se dále válcuje za studená s celkovou poměrnou deformací tlouštky 1 až 80 %.

3· Způsob výroby podle bodu 2,vyznačený tím, že pás se po válcování za studená ještě rekryštalizačne žíhá s dobou výdrže 3 až 12 hodin v teplotním rozmezí žíhanéTeázky 520 až 620°C.

4· Způsob výroby podle bodu 3/Vyznačený tím, že vyžíhaný pás se dále válcuje za studená s celkovou poměrnou deformací tlouštky 1 až 70