RU2479646C1

RU2479646C1 - Hot-rolled section steel from laminated spring steel

Info

Publication number: RU2479646C1
Application number: RU2012100196/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Борисович Соляников; Михаил Александрович Полянский; Евгений Юрьевич Преин; Владимир Анатольевич Гребцов; Алексей Васильевич Шрейдер; Любовь Викторовна Четверикова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Металлургический завод имени А.К. Серова"
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-04-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: hot-rolled section steel is obtained from laminated spring steel, wt %: carbon 0.62 - 0.70, manganese 1.50 - 2.00, silicon 0.60 - 1.00, chrome 0.10 - -0.50, vanadium 0.001 - 0.10, nickel 0.05 - 0.30, phosphorus 0.010-0.035, iron and inevitable impurities are the rest. As inevitable impurities, steel contains sulphur of not more than 0.035 and copper of not more than 0.30. Rolled steel is annealed and has the depth of decarburised layer of not more than 1.5% per side, with the size of austenitic grain of not more than 5 points and with the following macrostructure parameters: central porosity, point non-homogeneity, segregation square, sub-shrinkage segregation of not more than 2 points for each type, with the following mechanical properties after quenching and tempering: ultimate tensile strength of not less than 1275 N/mm², yield strength of not less than 1080 N/mm², relative elongation of not less than 5%, relative constriction of not less than 15%, impact strength KCU of not less than 29 J/cm², and hardness of not more than 229 HB.

EFFECT: improvement of cutting ability; provision of small-grain structure and homogeneous macrostructure.

1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали.The invention relates to the field of metallurgy, in particular the production of long products in bars, round, with a diameter of 100 mm, from spring-spring steel.

Известен пруток, горячекатаный, закаленный и отпущенный, диаметром 80 мм, изготовляемый из конструкционной рессорно-пружинной стали 60С2Г, в химический состав которой входят: углерод 0,55-0,65%, кремний 1,8-2,2%, марганец 0,7-1%, никель до 0,25%, сера до 0,025%), фосфор до 0,025%, хром до 0,3%, медь до 0,2%. Механические свойства закаленного и отпущенного проката: предел кратковременной прочности 1471 Н/мм²; предел текучести 1324 Н/мм²; относительное удлинение при разрыве 6%; относительное сужение 25%, твердость 269-321 НВ (ГОСТ 14959-79 «Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали», М.: Издательство стандартов, 1979 г., 2000 г.).Known bar, hot rolled, hardened and tempered, with a diameter of 80 mm, made of structural spring-spring steel 60S2G, the chemical composition of which includes: carbon 0.55-0.65%, silicon 1.8-2.2%, manganese 0 , 7-1%, nickel up to 0.25%, sulfur up to 0.025%), phosphorus up to 0.025%, chromium up to 0.3%, copper up to 0.2%. Mechanical properties of hardened and tempered rolled products: short-term strength of 1471 N / mm ² ; yield strength 1324 N / mm ² ; elongation at break of 6%; relative narrowing of 25%, hardness 269-321 HB (GOST 14959-79 "Rolling from spring-spring carbon and alloy steel", M .: Publishing house of standards, 1979, 2000).

Основным недостатком известной стали, используемой для горячего проката прутков, является высокая твердость, что снижает характеристики резания. Кроме того, в химическом составе стали много элементов с нерегламентированным диапазоном содержания, а именно: не регламентированы диапазоны содержания хрома (до 0,25%), никеля (до 0,25%), меди (до 0,2%), серы (до 0,025%), фосфора (до 0,025%). При этом пределы содержания углерода от 0,55 до 0,65% широкие. В совокупности это не способствуют созданию равномерной структуры, ухудшает прочностные и вязкопластические характеристики стали.The main disadvantage of the known steel used for hot rolling of rods is high hardness, which reduces the cutting characteristics. In addition, the chemical composition of the steel has many elements with an unregulated range of contents, namely: the ranges of chromium (up to 0.25%), nickel (up to 0.25%), copper (up to 0.2%), sulfur ( up to 0.025%), phosphorus (up to 0.025%). Moreover, the carbon content ranges from 0.55 to 0.65% wide. In aggregate, this does not contribute to the creation of a uniform structure; it worsens the strength and viscoplastic characteristics of steel.

Наиболее близким к предлагаемому является сортовой прокат горячекатаный, горячекалиброванный, закаленный и отпущенный из пружинной стали, который получают из стали, содержащей в мас.%: С - 0,53-0,58, Мn - 0,60-1,25, Si - 1,40-2,00, Сr - 0,005-0,80, V - 0,005-0,15, S - 0,005-0,015, N - 0,005-0,008, As - 0,0001-0,03, Sn - 0,0001-0,03, Pb - 0,0001-0,01, Zn - 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси - остальное. При соотношении: (As+Sn+Pb+5×Zn)≤0,07/2 примеси: Р не более 0,015%, Ni не более 0,10, Cu не более 0,08, Мо не более 0,10, O₂ не более 0,002. Прокат горячекатаный, горячекалиброванный, закаленный и отпущенный имеет феррито-перлитную структуру без участков графита, мартенсита, бейнита и видманштетта с размером действительного зерна 6-12 баллов, глубину обезуглероженного слоя не более 1,5% на сторону. Макроструктура: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат не более 3 баллов по каждому виду, подусадочная ликвация не более 3 баллов, ликвационные полоски не более 1 балла. Неметаллические включения: сульфиды точечные, оксиды точечные, оксиды строчечные - не более 2,5 средний балл по каждому виду включений, предел кратковременной прочности не менее 1275 Н/мм², предел текучести не менее 1177 Н/мм, относительное удлинение при разрыве не менее 6%, относительное сужение не менее 25%, твердость 241-302 НВ (РФ, патент №2333260, C21D 8/06, С22С 38/60, 10.03.2008).Closest to the offer is hot-rolled, hot-calibrated, tempered and tempered rolled steel from spring steel, which is obtained from steel containing in wt.%: C - 0.53-0.58, Mn - 0.60-1.25, Si - 1.40-2.00, Cr - 0.005-0.80, V - 0.005-0.15, S - 0.005-0.015, N - 0.005-0.008, As - 0.0001-0.03, Sn - 0 , 0001-0.03, Pb - 0.0001-0.01, Zn - 0.0001-0.005, iron and inevitable impurities - the rest. With the ratio: (As + Sn + Pb + 5 × Zn) ≤0.07 / 2 impurities: P no more than 0.015%, Ni no more than 0.10, Cu no more than 0.08, Mo no more than 0.10, O ₂ not more than 0.002. Hot-rolled, hot-calibrated, hardened and tempered rolled products have a ferrite-pearlite structure without graphite, martensite, bainite and Widmanstätt sections with a real grain size of 6-12 points, the decarburized layer depth is not more than 1.5% per side. Macrostructure: central porosity, point heterogeneity, segregation square of not more than 3 points for each species, shrink segregation of not more than 3 points, segregation strips of not more than 1 point. Non-metallic inclusions: point sulfides, point oxides, line oxides - not more than 2.5; average score for each type of inclusion, short-term strength not less than 1275 N / mm ² , yield strength not less than 1177 N / mm, elongation at break not less than 6%, relative narrowing of at least 25%, hardness 241-302 HB (RF patent патент 2333260, C21D 8/06, C22C 38/60, 03/10/2008).

Основным недостатком известной стали, используемой для проката прутков, является высокая твердость, что снижает характеристики резания, а также отсутствие возможности снижения твердости стали при одновременном сохранении основного свойства рессорно-пружинной стали, а именно: способности выдерживать большие упругие деформации без пластической деформации.The main disadvantage of the known steel used for rolling bars is its high hardness, which reduces the cutting characteristics, as well as the inability to reduce the hardness of the steel while maintaining the main properties of spring-spring steel, namely: the ability to withstand large elastic deformations without plastic deformation.

Кроме того, известная сталь в своем составе содержит олово (0,0001-0,03%) и мышьяк (0,0001-0,03%), которые, располагаясь по границам зерен, приводят к непредсказуемым изломам изделий при эксплуатации из-за нарушений сплошности металла и к ослаблению межзеренных связей в структуре стали.In addition, well-known steel in its composition contains tin (0.0001-0.03%) and arsenic (0.0001-0.03%), which, located along the grain boundaries, lead to unpredictable fractures of products during operation due to violation of the continuity of the metal and the weakening of intergrain bonds in the structure of steel.

При этом качественный и количественный состав известной стали не позволяет снизить максимальное значение количественных характеристик макроструктуры проката, которое составляет не более 3 баллов, а следовательно, не позволяет повысить однородность макроструктуры проката.At the same time, the qualitative and quantitative composition of the known steel does not allow to reduce the maximum value of the quantitative characteristics of the rolled macrostructure, which is no more than 3 points, and therefore does not allow to increase the uniformity of the rolled macrostructure.

Заявленное изобретение решает задачу создания сортового проката горячекатаного из рессорно-пружинной стали, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении уровня потребительских свойств, путем возможности снижения твердости стали при одновременном обеспечении благоприятного соотношения прочности, пластичности и вязкости, минимального уровня анизотропии механических свойств, мелкозернистости структуры, однородной макроструктуры, совокупность которых обеспечивает повышенные характеристики обрабатываемости резанием с сохранением основного свойства рессорно-пружинной стали, а именно: способность выдерживать большие упругие деформации без пластической деформации.The claimed invention solves the problem of creating a hot-rolled section steel from spring-spring steel, the implementation of which allows to achieve a technical result consisting in increasing the level of consumer properties by reducing the hardness of steel while ensuring a favorable ratio of strength, ductility and toughness, a minimum level of anisotropy of mechanical properties, fine-grained structure, homogeneous macrostructure, the combination of which provides increased character acteristics machinability while maintaining the basic properties of the spring-steel spring, namely the ability to withstand large elastic deformations without plastic deformation.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в сортовом прокате горячекатаном из рессорно-пружинной стали, выполненном с заданными параметрами механических свойств, новым является то, что прокат получен из стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, никель, фосфор, железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении, мас.%:The essence of the claimed invention lies in the fact that in long products hot rolled from spring-spring steel, made with the specified parameters of the mechanical properties, it is new that the steel is obtained from steel containing carbon, manganese, silicon, chromium, vanadium, nickel, phosphorus, iron and inevitable impurities, in the following ratio, wt.%:

углеродcarbon 0,62-0,700.62-0.70 марганецmanganese 1,50-2,001,50-2,00 кремнийsilicon 0,60-1,000.60-1.00 хромchromium 0,10-0,500.10-0.50 ванадийvanadium 0,001-0,100.001-0.10 никельnickel 0,05-0,300.05-0.30 фосфорphosphorus 0,010-0,0350.010-0.035 железо и неизбежные примесиiron and inevitable impurities остальное,rest,

при этом в качестве неизбежных примесей сталь содержит массовую долю элементов, в %: сера не более 0,035, медь не более 0,30. Кроме того, прокат выполнен отожженным, с заданными параметрами макроструктуры, при этом прокат горячекатаный, отожженный имеет глубину обезуглероженного слоя не более 1,5% на сторону, размер аустенитного зерна не более 5 балла, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 балла по каждому виду; механические свойства после закалки и отпуска: временное сопротивление разрыву не менее 1275 Н/мм², предел текучести не менее 1080 Н/мм², относительное удлинение не менее 5%, относительное сужение не менее 15%, ударную вязкость KCU не менее 29 Дж/см², твердость не более 229НВ.at the same time, as inevitable impurities, steel contains a mass fraction of elements, in%: sulfur no more than 0.035, copper no more than 0.30. In addition, the rolled products were annealed, with the given macrostructure parameters, while the hot-rolled, annealed rolled products had a decarburized layer depth of not more than 1.5% per side, austenitic grain size of not more than 5 points, macrostructure: central porosity, point heterogeneity, segregation square, shrink seizure no more than 2 points for each species; mechanical properties after quenching and tempering: temporary tensile strength not less than 1275 N / mm ² , yield strength not less than 1080 N / mm ² , elongation not less than 5%, relative narrowing not less than 15%, impact strength KCU not less than 29 J / cm ² , hardness not more than 229НВ.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Основным качеством рессорно-пружинных сталей является то, что они выдерживают большие напряжения, а следовательно, большие упругие деформации без пластической деформации. Этим свойством рессорно-пружинные стали обладают благодаря высокому пределу текучести.The main quality of spring-spring steels is that they withstand high stresses, and therefore, large elastic deformations without plastic deformation. Spring-spring steels possess this property due to their high yield strength.

Кроме того, известно, что способность металлического материала сопротивляться пластической деформации находится в прямой зависимости от его прочности. При этом твердость и предел текучести сравнимы: при увеличении твердости одновременно увеличивается текучесть. Однако с увеличением твердости материал теряет пластичность и становится более хрупким. Предлагаемый качественный и количественный состав стали позволяет получить сортовой прокат горячекатаный с высоким пределом текучести при одновременном, по отношению к прототипу, снижении твердости. В результате, сохраняется основное свойство рессорно-пружинной стали, а именно: выдерживать большие упругие деформации без пластической деформации, и, одновременно, за счет снижения твердости, улучшаются условия обрабатывания резанием.In addition, it is known that the ability of a metal material to resist plastic deformation is in direct proportion to its strength. In this case, the hardness and yield strength are comparable: with an increase in hardness, fluidity simultaneously increases. However, with increasing hardness, the material loses its ductility and becomes more brittle. The proposed qualitative and quantitative composition of steel allows to obtain hot-rolled bars with a high yield strength while reducing hardness relative to the prototype. As a result, the main property of spring-spring steel is retained, namely: to withstand large elastic deformations without plastic deformation, and, at the same time, due to the decrease in hardness, the cutting conditions are improved.

Кроме того, заявленный качественный и количественному состав стали обеспечивает у проката горячекатаного, отожженного глубину обезуглероженного слоя не более 1,5% на сторону, размер аустенитного зерна не более 5 баллов, макроструктуру: центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат, подусадочная ликвация не более 2 баллов по каждому виду.In addition, the claimed qualitative and quantitative composition of the steel ensures that rolled hot-rolled annealed depth of the decarburized layer is not more than 1.5% per side, austenitic grain size is not more than 5 points, macrostructure: central porosity, point heterogeneity, segregation square, shrink segregation no more 2 points for each species.

Глубина обезуглероженного слоя не более 1,5% на сторону не вызывает образование трещин и преждевременного разрушения изделий.The depth of the decarburized layer of not more than 1.5% per side does not cause cracking and premature failure of the products.

Благодаря тому, что зерно аустенита размером не более 5,0 баллов (в прототипе 6-12 баллов), повышается прочность, пластичность и порог хладноломкости, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.Due to the fact that the austenite grain size is not more than 5.0 points (in the prototype 6-12 points), the strength, ductility and cold brittleness threshold increase, the tendency of steel to brittle fracture decreases.

Макроструктура заявленного проката более однородная (не более 2 баллов по каждому виду), по сравнению с прототипом (не более 3 баллов по каждому виду), что также повышает прочность и пластичность заявленного проката.The macrostructure of the declared rental is more homogeneous (no more than 2 points for each type), compared with the prototype (no more than 3 points for each type), which also increases the strength and ductility of the declared rental.

Для получения требуемой твердости прокат выполняют отожженным, что способствует увеличению анизотропии механических свойств.To obtain the required hardness, the rolled products are annealed, which increases the anisotropy of the mechanical properties.

Определение количественных значений характеристик механических свойств заготовки проката после термической обработки, а именно: после закалки и отпуска, позволяет получить данные о механических свойствах проката в состоянии поставки, что повышает уровень потребительских свойств.Determining the quantitative values of the characteristics of the mechanical properties of the rolled stock after heat treatment, namely: after quenching and tempering, allows obtaining data on the mechanical properties of the rolled stock in the delivery state, which increases the level of consumer properties.

Из вышеизложенного следует, что заявленный сортовой прокат горячекатаный из рессорно-пружинной стали с заявленным составом обладает низкой твердостью, по сравнению с прототипом, при благоприятном соотношении прочности, пластичности и вязкости, минимальном уровне анизотропии механических свойств, мелкозернистой структуре, однородной макроструктуре, что в совокупности обеспечивает повышенные характеристики обрабатываемости резанием с сохранением основного свойства рессорно-пружинной стали, а именно: способность выдерживать большие упругие деформации без пластической деформации. В результате повышается уровень потребительских свойств заявленного проката.From the foregoing, it follows that the claimed hot-rolled steel from spring-spring steel with the claimed composition has low hardness compared to the prototype, with a favorable ratio of strength, ductility and toughness, a minimum level of anisotropy of mechanical properties, a fine-grained structure, a homogeneous macrostructure, which together provides increased characteristics of machinability by cutting while maintaining the main properties of spring-spring steel, namely: the ability to withstand greater elastic deformation without plastic deformation. As a result, the level of consumer properties of the declared rental increases.

Качественный и количественный состав стали в заявленном сортовом прокате горячекатаном из рессорно-пружинной стали обусловлен следующим.The qualitative and quantitative composition of the steel in the claimed long products by hot rolled spring-spring steel is due to the following.

Железо является основным компонентом стали.Iron is the main component of steel.

Углерод - это элемент, который имеет большое значение для формирования твердости и пластичности стали. Повышение пластичности стали в литом состоянии способствует снижению образования трещин и рванин и гарантирует прокатку стали без дефектов. Кроме того, углерод является элементом, влияющим на улучшение прокаливаемости стали. Углерод участвует в протекании процесса образования графитовых включений в структуре стали и в процессе образования частиц карбидной фазы в металлической матрице. При содержании углерода менее 0,62% образуется недостаточное количество как свободного углерода, так и карбидов, что приводит к снижению прочностных свойств стали. При содержании углерода более 0,7% происходит выделение избыточного количества частиц карбидной фазы неблагоприятной формы, что приводит к снижению пластических свойств стали. При этом в обоих случаях это сказывается отрицательно на однородности проката. Содержание углерода в пределах 0,62-0,7% является оптимальным для формирования требуемой твердости и пластичности заявленной стали.Carbon is an element that is of great importance for the formation of hardness and ductility of steel. Increasing the ductility of steel in the molten state helps to reduce the formation of cracks and flaws and guarantees rolling of steel without defects. In addition, carbon is an element that affects the hardenability of steel. Carbon is involved in the formation of graphite inclusions in the steel structure and in the formation of particles of the carbide phase in the metal matrix. When the carbon content is less than 0.62%, an insufficient amount of both free carbon and carbides is formed, which leads to a decrease in the strength properties of steel. When the carbon content is more than 0.7%, an excess amount of particles of the carbide phase of an unfavorable shape is released, which leads to a decrease in the plastic properties of steel. Moreover, in both cases, this affects the uniformity of the rental. The carbon content in the range of 0.62-0.7% is optimal for the formation of the required hardness and ductility of the declared steel.

Заявленный состав стали отличается от состава стали по прототипу повышенным содержанием марганца (более чем в два раза), и пониженным, также более чем в два раза, содержанием кремния. При этом содержание углерода в заявленном составе стали, по сравнению с прототипом, несколько превышает максимальное содержание углерода в прототипе. Содержание марганца, кремния и углерода в заявленном составе, соответственно: 1,5-2,0%; 0,6-1,0%; 0,62-0,7%, увеличивает твердость проката, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.The claimed composition of the steel differs from the composition of the steel according to the prototype with a higher manganese content (more than twice), and a lower, also more than two times, silicon content. Moreover, the carbon content in the claimed composition of the steel, compared with the prototype, slightly exceeds the maximum carbon content in the prototype. The content of manganese, silicon and carbon in the claimed composition, respectively: 1.5-2.0%; 0.6-1.0%; 0.62-0.7%, increases the hardness of rolled products, wear resistance, resistance to shock loads, without reducing ductility.

Марганец используют, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. Марганец, растворяясь в металлической основе, стабилизирует перлит, способствуя, тем самым, формированию однородной макроструктуры стали.Manganese is used, on the one hand, as a solid solution hardener, and on the other hand, as an element that increases the stability of supercooled austenite of steel. Manganese, dissolving in a metal base, stabilizes perlite, thereby contributing to the formation of a homogeneous macrostructure of steel.

Количественное содержание углерода (0,62-0,7%) в заявленной стали при заявленном количественном содержании марганца (1,5-2,00%) позволяет повысить пластичность литого металла, уменьшить красноломкость и уменьшить анизотропию деформированного металла (пластичность металла в поперечном направлении значительно ниже пластичности металла в продольном направлении). При содержании углерода более 0,7% снижается обрабатываемость проката, а именно: ухудшаются условия резания металла, скорость резанием уменьшается. То же самое происходит и при увеличении марганца более 2,00%.The quantitative carbon content (0.62-0.7%) in the declared steel with the declared quantitative content of manganese (1.5-2.00%) allows to increase the ductility of the cast metal, reduce the red breaking strength and reduce the anisotropy of the deformed metal (ductility of the metal in the transverse direction significantly lower ductility of the metal in the longitudinal direction). When the carbon content is more than 0.7%, the workability of the rolled metal is reduced, namely: the metal cutting conditions are worsened, the cutting speed decreases. The same thing happens with an increase in manganese over 2.00%.

При содержании углерода ниже 0,62% снижаются механические свойства, в том числе и предел прочности. Содержание марганца ниже 1,5% приводит к возрастанию красноломкости. Содержание марганца в заявленной стали в количестве 1,5-2,00% является оптимальным и позволяет обеспечить заявленные количественные характеристики механических свойств и структуры заявленной стали.When the carbon content is below 0.62%, mechanical properties are reduced, including tensile strength. A manganese content below 1.5% leads to an increase in red fragility. The manganese content in the declared steel in an amount of 1.5-2.00% is optimal and allows you to provide the claimed quantitative characteristics of the mechanical properties and structure of the declared steel.

Кремний способствует выделению углерода в свободном виде в соответствие со стабильной системой железо-углерод, что значительно повышает показатели износостойкости сплава. В заявленном составе стали количественное содержание кремния (0,6-1,00%) находится в соответствии с количественным содержанием углерода, что обеспечивает достижение заявленного технического результата.Silicon contributes to the release of carbon in free form in accordance with a stable iron-carbon system, which significantly increases the wear resistance of the alloy. In the claimed steel composition, the quantitative silicon content (0.6-1.00%) is in accordance with the quantitative carbon content, which ensures the achievement of the claimed technical result.

Хром используют, с одной стороны, как упрочнитель твердого раствора, с другой стороны, как элемент, повышающий устойчивость переохлажденного аустенита стали. Хром представляет собой эффективный легирующий элемент, повышающий коррозионную стойкость к газообразному диоксиду углерода, повышает твердость и прочность, при этом незначительно уменьшая пластичность. Поскольку заявленная сталь имеет низкое содержание углерода, хром при заявленном содержании в стали в количестве 0,10-0,50% полностью растворяется в цементите, образуя сложные карбиды типа (Fe, Сr)₃С, способствует получению высокой и равномерной твердости, износостойкой поверхности в результате повышения однородности макроструктуры. Заявленное количественное содержание хрома в стали (0,10-0,30%) обеспечивает заявленные количественные характеристики механических свойств и структуры заявленной стали.Chrome is used, on the one hand, as a hardener of a solid solution, and on the other hand, as an element that increases the stability of supercooled austenite of steel. Chromium is an effective alloying element that increases the corrosion resistance to gaseous carbon dioxide, increases hardness and strength, while slightly reducing ductility. Since the claimed steel has a low carbon content, chromium, when the declared content in the steel is in the amount of 0.10-0.50%, completely dissolves in cementite, forming complex carbides of the type (Fe, Cr) ₃ C, contributes to a high and uniform hardness, wear-resistant surface as a result of increased uniformity of the macrostructure. The claimed quantitative content of chromium in steel (0.10-0.30%) provides the declared quantitative characteristics of the mechanical properties and structure of the declared steel.

Никель (0,05-0,30%) в заявленном количестве нейтрализует вредные влияния со стороны меди, присутствующей в виде примеси, которые заключаются в возможности образования трещин на поверхности во время горячей прокатки. Никель также способствует поглощению газов металлом в процессе плавки, в особенности водорода, который вызывает образование в слитках газовых пузырей, а в случае крупнозернистой первичной структуры - трещин по границам зерен.Nickel (0.05-0.30%) in the declared amount neutralizes the harmful effects of copper present in the form of impurities, which are the possibility of cracking on the surface during hot rolling. Nickel also contributes to the absorption of gases by the metal during the smelting process, in particular hydrogen, which causes the formation of gas bubbles in the ingots, and in the case of a coarse-grained primary structure, cracks along the grain boundaries.

Ванадий вводят в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной, однородной зеренной структуры. Ванадий измельчает зерно микроструктуры. Одновременно ванадий управляет процессами в нижней части аустенитной области: определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ,α-превращения.Vanadium is introduced into the composition of this steel in order to provide a finely dispersed, uniform grain structure. Vanadium grinds the grain of the microstructure. At the same time, vanadium controls the processes in the lower part of the austenitic region: it determines the tendency to growth of austenite grain, stabilizes the structure during thermomechanical processing, raises the temperature of recrystallization and, as a result, affects the nature of the γ, α transformation.

Ванадий характеризуется отсутствием р-электронов и наличием незаполненных d-орбиталей ядра атома, следствием чего является понижение термодинамической активности углерода при вводе ванадия в расплав. Это приводит к процессу образования высоко дисперсных соединений ванадия (карбидов, нитридов, карбонитридов), имеющих округлую форму, которые, равномерно распределяясь по границам зерен, измельчают и упрочняют их.Vanadium is characterized by the absence of p-electrons and the presence of unfilled d-orbitals of the atomic nucleus, which results in a decrease in the thermodynamic activity of carbon when vanadium is introduced into the melt. This leads to the formation of highly dispersed vanadium compounds (carbides, nitrides, carbonitrides), which have a rounded shape, which, evenly distributed along the grain boundaries, grind and harden them.

Ванадий в пределах 0,001-0,10% способствует уменьшению величины зерна. Он задерживает рост зерна в период рекристаллизации при высоких температурах.Vanadium in the range of 0.001-0.10% contributes to a decrease in grain size. It inhibits grain growth during recrystallization at high temperatures.

Фосфор (0,010-0,035%) участвует в формировании требуемого уровня пластичности и однородности стали.Phosphorus (0.010-0.035%) is involved in the formation of the required level of ductility and uniformity of steel.

Сера и медь присутствует в заявленном составе стали в виде примесей.Sulfur and copper are present in the claimed composition of the steel in the form of impurities.

Сера (не более 0,035%) глобулизирует сульфидные включения и участвует в формировании уровня пластичности стали, способствует складыванию образующейся при механической обработке стружке.Sulfur (not more than 0.035%) globularizes sulfide inclusions and participates in the formation of the plasticity level of steel, contributes to the folding of chips formed during machining.

Ограничение по верхнему уровню содержания серы (0,035%) обусловлено тем, что при высокой концентрации серы плохо завариваются во время обработки давлением усадочные пустоты слитка, которые обычно являются местом скопления неметаллических включений, особенно сульфидов.The restriction on the upper level of sulfur content (0.035%) is due to the fact that, at a high concentration of sulfur, the shrinkage voids of the ingot, which are usually the accumulation of non-metallic inclusions, especially sulfides, are poorly welded during pressure treatment.

Медь (более 0,30%) в заданных пределах положительно влияет на однородность структуры, обеспечивает повышение механических свойств и износостойкости в условиях высоких температур и теплосмен.Copper (more than 0.30%) within the specified limits positively affects the homogeneity of the structure, provides increased mechanical properties and wear resistance at high temperatures and heat transfer.

Ниже приведены примеры получения сортового проката горячекатаного из рессорно-пружинной стали заявленного состава, подтверждающие возможность достижения заявленного технического результата.The following are examples of the production of long products hot rolled from spring-spring steel of the claimed composition, confirming the possibility of achieving the claimed technical result.

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Выплавку исследуемой стали с хим. составом в мас.%:Smelting of the investigated steel with chem. composition in wt.%:

Пример 1: С=0,66; Мn=1,58; Si=0,81; Сr=0,11; Ni=0,11; V=0,004; Сu=0,15; Р=0,024; S=0,011; произвели в 10-тонной дуговой сталеплавильной печи (ДСП-10).Example 1: C = 0.66; Mn = 1.58; Si = 0.81; Cr = 0.11; Ni = 0.11; V = 0.004; Cu = 0.15; P = 0.024; S = 0.011; produced in a 10-ton arc steelmaking furnace (DSP-10).

Пример 2: С=0,67; Мn=1,71; Si=0,81; Cr=0,16; Ni=0,11; V=0,004; Сu=0,16; Р=0,027; S=0,007.Example 2: C = 0.67; Mn = 1.71; Si = 0.81; Cr = 0.16; Ni = 0.11; V = 0.004; Cu = 0.16; P = 0.027; S = 0.007.

Пример 3: С=0,63; Мn=1,73; Si=0,85; Сr=0,14; Ni=0,07; V=0,004; Сu=0,16; Р=0,028; S=0,013.Example 3: C = 0.63; Mn = 1.73; Si = 0.85; Cr = 0.14; Ni = 0.07; V = 0.004; Cu = 0.16; P = 0.028; S = 0.013.

Пример 4: С=0,66; Мn=1,67; Si=0,86; Сr=0,16; Ni=0,07; V=0,003; Сu=0,16; Р=0,029; S=0,014.Example 4: C = 0.66; Mn = 1.67; Si = 0.86; Cr = 0.16; Ni = 0.07; V = 0.003; Cu = 0.16; P = 0.029; S = 0.014.

Получение стали требуемого состава осуществлялось на печи ДСП-10 в несколько этапов:Obtaining steel of the required composition was carried out on a chipboard DSP-10 in several stages:

- завалка шихты;- filling the charge;

- плавление шихты;- melting the mixture;

- окислительный период;- oxidative period;

- рафинировочный период;- refining period;

- выпуск в ковш;- release in the bucket;

- разливка в изложницы.- casting into molds.

Основными материалами для выплавки стали являются чугун передельный по ГОСТ 805-95 и стальной лом. Никель присаживают в завалку. Раскисление осуществляется кремнием. Хром, марганец, кремний, ванадий присаживают в рафинировочный период. Удаление фосфора производится в окислительный период (скачивание шлака), сера удаляется в рафинировочный период наводкой «белого» шлака. Требуемого содержания углерода добиваются окислением углерода шихты и добавлением углеродсодержащих материалов. Температура металла перед выпуском 1580°С-1600°С. Разливка производится в изложницы сифонным способом.The main materials for steelmaking are pig iron in accordance with GOST 805-95 and steel scrap. Nickel is seated in the filling. Deoxidation is carried out by silicon. Chromium, manganese, silicon, vanadium are planted in the refining period. Phosphorus is removed during the oxidation period (slag downloading), sulfur is removed during the refining period by inducing “white” slag. The required carbon content is achieved by oxidizing the carbon mixture and the addition of carbon-containing materials. The temperature of the metal before the release of 1580 ° C-1600 ° C. Casting is carried out in the molds in a siphon way.

После полной кристаллизации слиток извлекается из изложницы, подогревается до температуры прокатки (1130+/-40°С) в нагревательных колодцах и прокатывается на крупносортном стане линейного типа на передельную заготовку кв. 170 мм. Для предупреждения образования флокенов после горячей пластической деформации передельная заготовка охлаждалась медленно в термосах замедленного охлаждения. Это дает возможность водороду удалиться из стали.After complete crystallization, the ingot is removed from the mold, heated to rolling temperature (1130 +/- 40 ° С) in heating wells and rolled on a coarse-grained mill of linear type to a conversion billet of square meters. 170 mm To prevent the formation of flocs after hot plastic deformation, the billet was cooled slowly in delayed cooling flasks. This allows hydrogen to escape from the steel.

Далее передельная заготовка нагревалась в методических печах до температуры начала прокатки 1150+/-20°С. В результате горячей прокатки на линейном стане получили прокат диаметром 100 мм, длиной 5000 мм. Для получения требуемой твердости металл отжигался в печах камерного типа: нагрев до температуры 750°С+/-10°С, выдержка 14 часов, охлаждение с печью до 400°С и далее на воздухе. Температура окончательного отжига способствует увеличению анизотропии механических свойств. Для определения механических свойств заготовки проката прошли термическую обработку по следующему режиму: закалка 830°С (+/-10°С) масло, отпуск 470°С (+/-30°С) масло.Further, the conversion billet was heated in methodological furnaces to the temperature of the onset of rolling 1150 +/- 20 ° C. As a result of hot rolling in a linear mill, rolled products with a diameter of 100 mm and a length of 5000 mm were obtained. To obtain the required hardness, the metal was annealed in chamber-type furnaces: heating to a temperature of 750 ° C +/- 10 ° C, holding for 14 hours, cooling with a furnace to 400 ° C and then in air. The temperature of the final annealing increases the anisotropy of the mechanical properties. To determine the mechanical properties of the billet, the heat treatment was carried out according to the following regime: quenching 830 ° С (+/- 10 ° С) oil, tempering 470 ° С (+/- 30 ° С) oil.

Пример 1:Example 1:

Твердость полученного проката из заявленной стали 197 НВ (диаметр отпечатка 4,3 мм).The hardness of the rolled products of the declared steel is 197 HB (imprint diameter 4.3 mm).

Аустенитное зерно - 7 баллов.Austenitic grain - 7 points.

Механические свойствапроката после термообработки: предел текучести - 1320 Н/мм², временное сопротивление - 1430 Н/мм², относительное удлинение - 9,0%, относительное сужение - 38%, ударная вязкость KCU - 35 Дж/см². Термообработка образцов: закалка при температуре 830°С+/-10°С, охлаждение - масло; отпуск при температуре 470°С+/-30°С, охлаждение - масло.The mechanical properties of rolling after heat treatment: yield strength - 1320 N / mm ² , temporary resistance - 1430 N / mm ² , elongation - 9.0%, relative narrowing - 38%, impact strength KCU - 35 J / cm ² . Heat treatment of samples: quenching at a temperature of 830 ° С +/- 10 ° С, cooling - oil; tempering at a temperature of 470 ° С +/- 30 ° С, cooling - oil.

Макроструктура полученного проката из заявленной стали удовлетворительная: центральная пористость - 1 балл, точечная неоднородность - 1 балл, ликвационный квадрат - 0 баллов.The macrostructure of the rolled steel from the declared steel is satisfactory: central porosity - 1 point, point heterogeneity - 1 point, segregation square - 0 points.

Пример 2:Example 2:

Твердость полученного проката из заявленной стали 187 НВ (диаметр отпечатка 4,4 мм).The hardness of the rolled products of the claimed steel is 187 HB (imprint diameter 4.4 mm).

Аустенитное зерно - 7 баллов.Austenitic grain - 7 points.

Механические свойства проката после термообработки: предел текучести - 1360 Н/мм², временное сопротивление - 1470 Н/мм², относительное удлинение - 10,0%, относительное сужение - 44%, ударная вязкость KCU - 37 Дж/см².Mechanical properties of rolled products after heat treatment: yield strength - 1360 N / mm ² , temporary resistance - 1470 N / mm ² , elongation - 10.0%, relative narrowing - 44%, impact strength KCU - 37 J / cm ² .

Пример 3:Example 3:

Аустенитное зерно - 6 баллов.Austenitic grain - 6 points.

Механические свойства проката после термообработки: предел текучести - 1360 Н/мм², временное сопротивление - 1470 Н/мм², относительное удлинение - 8,4%, относительное сужение - 31%, ударная вязкость KCU - 29 Дж/см².Mechanical properties of rolled products after heat treatment: yield strength - 1360 N / mm ² , temporary resistance - 1470 N / mm ² , elongation of 8.4%, relative narrowing of 31%, impact strength KCU - 29 J / cm ² .

Пример 4:Example 4:

Твердость полученного проката из заявленной стали 207 НВ (диаметр отпечатка 4,2 мм).The hardness of the rolled products of the declared steel 207 HB (imprint diameter 4.2 mm).

Аустенитное зерно - 7 баллов.Austenitic grain - 7 points.

Механические свойства проката после термообработки: предел текучести - 1250 Н/мм², временное сопротивление - 1380 Н/мм², относительное удлинение - 9,4%, относительное сужение - 34%, ударная вязкость KCU - 35 Дж/см².Mechanical properties of rolled products after heat treatment: yield strength - 1250 N / mm ² , temporary resistance - 1380 N / mm ² , elongation - 9.4%, relative narrowing - 34%, impact strength KCU - 35 J / cm ² .

Для всех примеров: макроструктура проката на изломах или на протравленных поперечных темплетах не имеет остатков усадочной раковины, рыхлости, пузырей, расслоений, трещин, шлаковых включений и флокенов.For all examples: the macrostructure of rolled products on fractures or on etched transverse templates does not have shrinkage residues, friability, bubbles, delaminations, cracks, slag inclusions and flokens.

Результаты плавок сведены в сравнительную таблицу. Знаком * отмечены примеси.The results of swimming trunks are summarized in a comparative table. Sign * marked impurities.

Характеристи
ки /Марка сталиCharacteristics
ki / steel grade 60С2Г60S2G Состав стали по прототипуThe composition of the steel prototype Заявленный состав сталиThe claimed composition of the steel Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Химический состав стали, масс.%:The chemical composition of steel, wt.%: УглеродCarbon 0,55-0,650.55-0.65 0,53-0,580.53-0.58 0,660.66 0,670.67 0,630.63 0,660.66 КремнийSilicon 1,8-2,21.8-2.2 1,4-2,01.4-2.0 0,810.81 0,810.81 0,850.85 0,860.86 МарганецManganese 0,7-10.7-1 0,6-1,250.6-1.25 1,581,58 1,711.71 1,731.73 1,671,67 ХромChromium до 0,3up to 0.3 0,005-0,80.005-0.8 0,110.11 0,160.16 0,140.14 0,160.16 ВанадийVanadium 5,005-0,155.005-0.15 0,0040.004 0,0040.004 0,0040.004 0,0030.003 НикельNickel до 0,25*up to 0.25 * до 0,10*up to 0.10 * 0,110.11 0,110.11 0,070,07 0,070,07 ФосфорPhosphorus до 0,025*up to 0.025 * до 0,015*up to 0.015 * 0,0240.024 0,0270,027 0,0280,028 0,0290,029 СераSulfur 0,025*0.025 * 0,005-0,0150.005-0.015 0,011*0.011 * 0,007*0.007 * 0,013*0.013 * 0,014*0.014 * МедьCopper до 0,2*up to 0.2 * до 0,08*up to 0.08 * 0,15*0.15 * 0,16*0.16 * 0,16*0.16 * 0,16*0.16 * АзотNitrogen 0,005-0,0080.005-0.008 МышьякArsenic 0,0001-0,030.0001-0.03 ОловоTin 0,0001-0,030.0001-0.03 СвинецLead 0,0001-0,010.0001-0.01 ЦинкZinc 0,0001-0,0050.0001-0.005 МолибденMolybdenum до 0,10*up to 0.10 * КислородOxygen до 0,002*up to 0.002 * Железо иIron and примесиimpurities остальнthe rest остальнthe rest остальнthe rest остальнthe rest остальнthe rest остальнthe rest Предел кратковремен
ной прочности, [Н/мм²]Short term limit
strength, [N / mm ² ] 14711471 12751275 14301430 14701470 14701470 13801380

Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [Н/мм²]The proportionality limit (yield strength for permanent deformation), [N / mm ² ] 13241324 11771177 13201320 13601360 13601360 12501250 Относительное удлинение при разрыве не менее [%]Elongation at break not less than [%] 66 66 99 1010 8,48.4 9,49,4 Относительное сужение не менее [%]Relative narrowing not less than [%] 2525 2525 3838 4444 3131 3434 Ударная вязкость [Дж/см²]Impact strength [J / cm ² ] 3535 3737 2929th 3535 Твердость по БринеллюBrinell hardness 269-321 НВ269-321 HB 241-302 НВ241-302 HB 197 НВ197 HB 187187 197197 207207 Термообработ
каHeat treatment
ka ЗакалкаQuenching ЗакалкаQuenching ЗакалкаQuenching ЗакалкаQuenching ЗакалкаQuenching ЗакалкаQuenching 870°С870 ° C 870°С870 ° C 830°С830 ° C 830°С830 ° C 830°С830 ° C 830°С830 ° C масло,oil, масло,oil, масло,oil, масло,oil, масло,oil, масло,oil, ОтпускVacation отпускvacation отпускvacation отпускvacation отпускvacation отпускvacation 470°С470 ° C 470°С,470 ° C 470°С,470 ° C 470°С,470 ° C 470°С,470 ° C 470°С,470 ° C воздухair маслоoil маслоoil маслоoil маслоoil Сортамент/ размер ⌀ ммAssortment / size ⌀ mm Круглый прокат пруток 80 ммRound bar 80 mm Круглый прокат, пруток от 12 мм до 34 ммRound steel, bar from 12 mm to 34 mm Круглый прокат 80 мм 100 мм и вышеRound steel 80 mm 100 mm and above Круглый прокат 80 мм 100 мм и вышеRound steel 80 mm 100 mm and above Круглый прокат 80 мм 100 мм и вышеRound steel 80 mm 100 mm and above Круглый прокат 80 мм 100 мм и вышеRound steel 80 mm 100 mm and above Глубина обезуглерожен
ного слоя %Depth is decarburized
layer% 1,5 на сторону1.5 per side 1,5 на сторону1.5 per side 1,5 на сторону1.5 per side 1,5 на сторону1.5 per side 1,5 на сторону1.5 per side Размер аустенитного зерна, баллThe size of the austenitic grain score 6-126-12 77 77 66 77 Центральная пористость/Central porosity / не более 3no more than 3 1one 1one 1one 1one точечная неоднород
ность/point heterogeneity
nost / не более 3no more than 3 1one 1one 1one 1one ликвационный квадрат/liquation square / не более 3no more than 3 00 00 00 00 подусадочная ликвацияshrink segregation не более 3no more than 3 00 00 00 00

Из результата сравнительного анализа содержимого таблицы следует, что заявленный состав стали позволяет получить сортовой прокат горячекатаный с высоким пределом текучести при одновременном, по отношению к прототипу и аналогу, снижении твердости. В результате, улучшаются условия обрабатывания резанием и, одновременно, сохраняется основное свойство рессорно-пружинной стали, а именно: способность выдерживать большие упругие деформации без пластической деформации. При этом, благодаря заявленному составу стали, обеспечивается благоприятное соотношение прочности, пластичности и вязкости, минимального уровня анизотропии механических свойств, мелкозернистости структуры, однородной макроструктуры. В результате повышается уровень потребительских свойств заявленного проката.From the result of a comparative analysis of the contents of the table it follows that the claimed composition of the steel allows to obtain hot-rolled bars with a high yield strength while reducing hardness with respect to the prototype and analogue. As a result, the machining conditions are improved and, at the same time, the main property of spring-spring steel is preserved, namely: the ability to withstand large elastic strains without plastic deformation. At the same time, thanks to the claimed composition of the steel, a favorable ratio of strength, ductility and toughness, a minimum level of anisotropy of mechanical properties, fine grain structure, homogeneous macrostructure is ensured. As a result, the level of consumer properties of the declared rental increases.

Claims

Hot-rolled sections of spring-spring steel, made with specified parameters of mechanical properties, characterized in that it is obtained from steel containing, wt.%:
carbon 0.62-0.70 manganese 1,50-2,00 silicon 0.60-1.00 chromium 0.10-0.50 vanadium 0.001-0.10 nickel 0.05-0.30 phosphorus 0.010-0.035 iron and inevitable impurities rest

moreover, as inevitable impurities, it contains sulfur not more than 0.035 wt.%, copper not more than 0.30 wt.%, while the rolling is annealed with a depth of decarburized layer of not more than 1.5% per side and the size of the austenitic grain is not more than 5 points , with macrostructure parameters: central porosity, point heterogeneity, segregation square, shrink segregation no more than 2 points for each type and with mechanical properties after quenching and tempering: temporary tensile strength not less than 1275 N / mm ² , yield strength not less than 1080 N / mm ² applies noe elongation of not less than 5%, contraction ratio is not less than 15%, the toughness KCU at least 29 J / cm ² and a hardness of not more than 229 HB.