RU2726231C9

RU2726231C9 - Method of producing calibrated hexagonal profiles from stainless steels

Info

Publication number: RU2726231C9
Application number: RU2019141345A
Authority: RU
Inventors: Александр Моисеевич Песин; Вениамин Александрович Харитонов; Эрнст Михайлович Дригун; Денис Олегович Пустовойтов; Наталья Михайловна Локотунина; Пунит Тандон; Хайлянг Ю
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-02-17
Also published as: RU2726231C1; EA202092245A1; EA039112B1

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used for production of hexagonal sections from stainless steels. Method includes deformation of round billet in two serially arranged three-roll passes formed by smooth rolls, and finishing drawing in monolithic die.

EFFECT: possibility of obtaining high-accuracy profiles by eliminating the appearance of tensile stress and creating shear deformation is ensured by the fact that the edges of the unfilled triangle in the first pass during rolling, as well as faces of hexagon after its output from rolls of second pass are subjected to high-frequency alternating deformation by cylindrical strikers.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления многогранных профилей высокой точности из нержавеющих сталей.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for the manufacture of multi-faceted high-precision profiles from stainless steels.

Известен способ изготовления шестигранной калиброванной стали из нержавеющих сталей волочением в монолитных фасонных волоках круглой заготовки с применением вспомогательных операций закалки и щелочно-кислотного травления (см. Шефтель Н.И. Производство стальных калиброванных прутков. М.: Металлургия, 1970. С. 350-357).A known method of manufacturing a hexagonal calibrated steel from stainless steels by drawing in monolithic shaped dies of a round billet using auxiliary operations of hardening and alkaline acid etching (see Sheftel N.I. Production of steel calibrated bars. M .: Metallurgy, 1970. S. 350- 357).

Недостатком данного способа является невозможность получения градиентной ультрамелкозернистой структуры и высокой пластичности металла. Связано это с монотонным характером течения металла, появлением растягивающих напряжений в объеме и поверхности профиля и образованием в этих областях хрупкой структуры мартенсита.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a gradient ultrafine-grained structure and high plasticity of the metal. This is due to the monotonic nature of the metal flow, the appearance of tensile stresses in the volume and surface of the profile, and the formation of a brittle martensite structure in these regions.

Наиболее близким аналогом является способ получения шестигранного профиля, включающий последовательную деформацию круглой заготовки в двух последовательно расположенных трехроликовых калибрах, образованных роликами с гладкой бочкой. При этом в первом калибре формируются три грани профиля, расположенные под углом 120°. Другие три грани формируются во втором аналогичном калибре, повернутом относительно первого на 60°. После чего формируется шестигранный профиль с предчистовыми размерами. Готовый профиль получают волочением в шестигранной монолитной волоке (см. Опыт производства калиброванной стали с шестигранным поперечным сечением / Носков С.Е. и др. Обработка сплошных и слоистых материалов, 2011. №37. С. 166-169).The closest analogue is a method for producing a hexagonal profile, which includes sequential deformation of a round billet in two successively arranged three-roller calibers formed by rollers with a smooth barrel. In this case, three profile edges are formed in the first caliber, located at an angle of 120 °. The other three faces are formed in the second similar caliber, rotated relative to the first by 60 °. After that, a hexagonal profile with pre-finishing dimensions is formed. The finished profile is obtained by drawing in a hexagonal monolithic die (see. Experience in the production of calibrated steel with a hexagonal cross-section / Noskov SE et al. Processing of solid and layered materials, 2011. No. 37. P. 166-169).

Недостатком данного способа является невозможность получения градиентной ультрамелкозернистой структуры и исключения появления мартенситной структуры в объеме сечения профиля, а также в ребрах и периферийных частях граней. Это приводит к снижению прочностных и пластических свойств профиля.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a gradient ultrafine-grained structure and excluding the appearance of a martensitic structure in the volume of the profile section, as well as in the edges and peripheral parts of the faces. This leads to a decrease in the strength and plastic properties of the profile.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении механических свойств калиброванных шестигранных профилей из нержавеющих сталей за счет обеспечения благоприятной схемы напряженно-деформированного состояния в металле и создания градиентной ультрамелкозернистой структуры.The problem solved by the invention is to improve the mechanical properties of calibrated hexagonal profiles made of stainless steels by providing a favorable stress-strain state in the metal and creating a gradient ultrafine-grained structure.

Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в предотвращении появления растягивающих напряжений и создании сдвиговой деформации в металле.The technical result, providing a solution to the problem, is to prevent the occurrence of tensile stresses and create shear deformation in the metal.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения калиброванных шестигранных профилей из нержавеющих сталей, включающем деформацию круглой заготовки в двух последовательно расположенных трехвалковых калибрах, образованных гладкими валками, и чистовое волочение в монолитной волоке, согласно изобретению, ребра невыполненного треугольника в первом калибре во время прокатки, а также грани шестигранника после выхода его из валков второго калибра подвергают высокочастотной знакопеременной деформации цилиндрическими бойками.The problem is solved by the fact that in the known method for obtaining calibrated hexagonal profiles from stainless steels, including the deformation of a round billet in two successive three-roll grooves formed by smooth rolls, and finishing drawing in a monolithic die, according to the invention, the ribs of an incomplete triangle in the first caliber during rolling, as well as the faces of the hexagon after leaving the rolls of the second caliber are subjected to high-frequency alternating deformation by cylindrical strikers.

Известен способ изготовления шестигранной калиброванной стали из нержавеющих сталей в монолитных фасонных волоках (см. Шефтель Н.И. Производство стальных калиброванных прутков. М.: Металлургия, 1970. С. 350-357).A known method of manufacturing hexagonal calibrated steel from stainless steels in monolithic shaped drags (see Sheftel NI Production of steel calibrated bars. M .: Metallurgy, 1970. S. 350-357).

Заявляемый способ, так же, как и известный способ, предназначен для получения требуемой формы и точности геометрических размеров профиля.The claimed method, as well as the known method, is designed to obtain the required shape and accuracy of the geometric dimensions of the profile.

Известен способ получения шестигранного профиля в двух последовательно расположенных трехвалковых калибрах, образованных гладкими валками. В первом калибре формируется треугольный невыполненный профиль, во втором - шестигранный с предчистовыми размерами. Чистовой шестигранный профиль получается волочением предчистового профиля в монолитной шестигранной волоке (см. Опыт производства калиброванной стали с шестигранным поперечным сечением / Носков С.Е. и др. Обработка сплошных и слоистых материалов, 2011. №37. С. 166-169).A known method of obtaining a hexagonal profile in two successively arranged three-roll calibers formed by smooth rolls. In the first caliber, a triangular unfulfilled profile is formed, in the second - a hexagonal one with pre-finishing dimensions. The finishing hexagonal profile is obtained by drawing the prefinishing profile in a monolithic hexagonal die (see Experience in the production of calibrated steel with a hexagonal cross-section / Noskov S.E. et al. Processing of solid and laminated materials, 2011. No. 37. P. 166-169).

В заявляемом способе, как и в известном способе, взятом за прототип, основной признак, изложенный в формуле изобретения, предназначен для снятия в профиле уровня растягивающих напряжений, некоторого уменьшения тем самым количества образующегося мартенсита и повышения пластических свойств профиля.In the claimed method, as in the known method, taken as a prototype, the main feature set forth in the claims is intended to remove the level of tensile stresses in the profile, thereby somewhat reducing the amount of martensite formed and increasing the plastic properties of the profile.

Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами заявляемая совокупность отличительных признаков, указанная в формуле изобретения, заключающихся в синергетическом эффекте от действия четырех осуществляемых одновременно и последовательно процессов: холодной прокатки круглой заготовки в треугольном калибре с неполным его заполнением, образованном гладкими валками, с одновременной высокочастотной знакопеременной обработкой недеформируемых ребер треугольного профиля цилиндрическими бойками, холодной прокатки шестигранного профиля из треугольной заготовки с невыполненными ребрами во втором трехвалковом калибре аналогичной конструкции, высокочастотной знакопеременной деформации цилиндрическими бойками граней шестигранника и чистовое волочение в монолитной волоке обеспечивает новый технический результат, заключающийся в предотвращении появления растягивающих напряжений и создании сдвиговой деформации в металле. Он обеспечивается за счет создания сложной схемы напряженно-деформированного состояния металла, которая включает формирование граней профиля путем деформации круглой заготовки в двух последовательно расположенных трехвалковых калибрах с обеспечением напряженного состояния всестороннего сжатия, высокочастотную знакопеременную деформацию цилиндрическими бойками недеформируемых граней профиля в первом калибре, а также всех граней готового профиля с осуществлением сдвиговой деформацией металла.However, along with the above known technical properties, the claimed set of distinctive features indicated in the claims, consisting in a synergistic effect from the action of four processes carried out simultaneously and sequentially: cold rolling of a round billet in a triangular gauge with incomplete filling formed by smooth rolls, with simultaneous high-frequency alternating processing of non-deformable triangular ribs with cylindrical strikers, cold rolling of a hexagonal profile from a triangular billet with incomplete ribs in a second three-roll caliber of a similar design, high-frequency alternating deformation by cylindrical strikers of hexagon faces and finishing drawing in a monolithic die provides a new technical result, which consists in preventing and the appearance of tensile stresses creating shear deformation in the metal. It is ensured by creating a complex scheme of the stress-strain state of the metal, which includes the formation of profile edges by deformation of a round billet in two sequentially arranged three-roll calibers to ensure the stress state of comprehensive compression, high-frequency alternating deformation by cylindrical strikers of non-deformable profile edges in the first caliber, as well as all edges of the finished profile with the implementation of shear deformation of the metal.

Это позволяет обеспечить благоприятное напряженное состояние и формировать градиентную ультрамелкозернистую структуру металла без появления мартенсита, что в свою очередь позволяет получать калиброванный шестигранный профиль из нержавеющей стали с повышенными прочностными и пластическими свойствами.This makes it possible to provide a favorable stress state and form a gradient ultrafine-grained metal structure without the appearance of martensite, which in turn makes it possible to obtain a calibrated hexagonal stainless steel profile with increased strength and plastic properties.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ изготовления калиброванного шестигранного профиля из нержавеющих сталей не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Based on the foregoing, it can be concluded that the claimed method for manufacturing a calibrated hexagonal profile from stainless steels does not explicitly follow from the prior art and, therefore, meets the requirement of patentability "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема прокатки круглой заготовки в треугольном калибре с неполным его заполнением. На чертеже позициями обозначены: 1 - заготовка; 2 - бочка валка; 3 - необжимаемая зона; 4 - направления обработки бойками.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of rolling a round billet in a triangular gauge with incomplete filling. In the drawing, the positions indicate: 1 - workpiece; 2 - roll barrel; 3 - non-compressible zone; 4 - directions of processing with strikers.

Знаком «+» обозначены зоны действия преимущественно растягивающих напряжений; знаком «-» - соответственно сжимающие напряжения.The "+" sign indicates the zones of action of predominantly tensile stresses; sign "-" - respectively compressive stresses.

Сущность предлагаемого способа изготовления калиброванного шестигранного профиля из нержавеющей стали состоит в следующем.The essence of the proposed method for manufacturing a calibrated hexagonal profile from stainless steel is as follows.

Круглая заготовка 1 из нержавеющей стали после термической обработки (закалки), удаления окалины щелочно-кислотным способом и нанесения подсмазочного слоя прокатывается с незаполнением в калибре, образованном тремя гладкими валками 2 (с радиусом вписанной в калибр окружности, равной радиусу вписанной окружности готового шестигранника). При этом объемы металла под прокатными валками деформируются по схеме сжатия. В необжимаемых объемах из-за неравномерности деформации по ширине бочки валка и уширения металла в направлении разъемов калибра возникают растягивающие напряжения, инициирующие мартенситное превращение, снижая тем самым пластические свойства готового профиля. Для недопущения этого во время прокатки круглого профиля объем металла, находящийся в разъеме калибра 3, одновременно с прокаткой подвергают высокочастотной обработке цилиндрическими бойками 4, совершающими возвратно-поступательные движения. Это обеспечивает получение сжимающих напряжений и исключает тем самым образование мартенсита.A round billet 1 of stainless steel after heat treatment (hardening), descaling by an alkaline-acid method and applying a lubricating layer is rolled with an empty layer in a caliber formed by three smooth rolls 2 (with a radius inscribed in the caliber of a circle equal to the radius of the inscribed circle of the finished hexagon). In this case, the volumes of metal under the rolling rolls are deformed according to the compression scheme. In non-compressible volumes, due to uneven deformation along the width of the roll barrel and broadening of the metal in the direction of the groove connectors, tensile stresses arise that initiate martensitic transformation, thereby reducing the plastic properties of the finished profile. To prevent this, during rolling of a round profile, the volume of metal in the slot of the caliber 3, simultaneously with rolling, is subjected to high-frequency processing by cylindrical strikers 4, which perform reciprocating movements. This ensures that compressive stresses are obtained and thereby excludes the formation of martensite.

Затем необжатые в первом калибре зоны деформируются во втором калибре, образованном гладкими валками, повернутыми относительно валков первого калибра на угол 60°. Обжатие при этом осуществляется по схеме сжатия под действием сжимающих напряжений и исключает появление мартенсита. Таким образом, на всех этапах деформации круглой заготовки в шестигранный профиль исключается образование мартенсита и снижение, тем самым, пластических свойств. Равноосная структура при этом не формируется и прочность профиля определяется прочностью заготовки и степенью ее упрочнения при деформации.Then, the zones not compressed in the first caliber are deformed in the second caliber formed by smooth rolls rotated relative to the first caliber rolls at an angle of 60 °. Compression is carried out according to the compression scheme under the action of compressive stresses and excludes the appearance of martensite. Thus, at all stages of deformation of a round billet into a hexagonal profile, the formation of martensite and, thereby, a decrease in plastic properties are excluded. In this case, an equiaxial structure is not formed and the strength of the profile is determined by the strength of the workpiece and the degree of its strengthening during deformation.

После выхода профиля из чистового калибра каждая грань подвергается высокочастотной знакопеременной деформации путем обработки цилиндрическими бойками. В результате чего поверхностные слои металла граней профиля получают высокую степень накопленной деформации, что обеспечит получение ультрамелкозернистой градиентной структуры и значительное повышение прочности благодаря действию механизма зернограничного упрочнения. Калибрующее волочение прокатанного профиля в шестигранной монолитной волоке к изменению механических свойств практически не приводит, а направлено на получение точности геометрических размеров и выполнения ребер профиля.After the profile leaves the finishing groove, each face is subjected to high-frequency alternating deformation by processing with cylindrical strikers. As a result, the surface layers of the metal of the profile edges receive a high degree of accumulated deformation, which will provide an ultrafine-grained gradient structure and a significant increase in strength due to the action of the grain-boundary hardening mechanism. Calibrating drawing of the rolled profile in a monolithic hexagonal die does not practically change the mechanical properties, but is aimed at obtaining the accuracy of the geometric dimensions and making the profile ribs.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает получение калиброванных шестигранных профилей из нержавеющих сталей с высокими прочностными и пластическими свойствами. При этом гарантируется получение высокой точности геометрических размеров и полное заполнение ребер профиля.Thus, the claimed method provides for the production of calibrated hexagonal profiles from stainless steels with high strength and plastic properties. At the same time, high accuracy of geometric dimensions and complete filling of the profile ribs are guaranteed.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Из термообработанной с подготовленной к холодной деформации поверхностью заготовки диаметром 8,0 мм из стали марки 12Х18Н10Т получили шестигранный профиль с конечным размером 6,0 мм и шириной грани 3,5 мм по следующим вариантам.From the heat-treated surface of a workpiece with a diameter of 8.0 mm made of steel grade 12X18H10T, prepared for cold deformation, a hexagonal profile with a final size of 6.0 mm and a face width of 3.5 mm was obtained according to the following options.

1 вариант (прототип). Прокатка в двух последовательно расположенных трехвалковых калибрах, образованных гладкими валками диаметром 200 мм и шириной бочки 3,5 мм, и волочение в монолитной шестигранной волоке с размером 6,0 мм.Option 1 (prototype). Rolling in two successively arranged three-roll grooves formed by smooth rolls with a diameter of 200 mm and a barrel width of 3.5 mm, and drawing in a monolithic hexagonal die with a size of 6.0 mm.

2 вариант (заявляемый способ). Прокатка в двух последовательно расположенных трехвалковых калибрах, образованных гладкими валками диаметром 200 мм и шириной бочки 3,5 мм с одновременной обработкой бойками деформируемых ребер в первом калибре с частотой ударов 4000 уд./мин. Затем обработка всех граней шестигранного профиля после выхода его из второго калибра бойками с частотой удара 4000 уд./мин. и чистовое волочение в шестигранной монолитной волоке размером 6,0 мм.Option 2 (the claimed method). Rolling in two successively arranged three-roll calibers formed by smooth rolls with a diameter of 200 mm and a barrel width of 3.5 mm with simultaneous processing by strikers of deformable ribs in the first caliber with a frequency of blows of 4000 bpm. Then, the processing of all the faces of the hexagonal profile after it comes out of the second caliber with strikers with an impact frequency of 4000 bpm. and finishing drawing in a hexagonal monolithic die with a size of 6.0 mm.

На отобранных образцах, полученных по каждому варианту, определяли механические свойства, содержание мартенсита и изучали микроструктуру. Полученные данные приведены в таблице.On the selected samples obtained for each variant, the mechanical properties, the content of martensite were determined and the microstructure was studied. The data obtained are shown in the table.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в заявляемом способе производства калиброванных шестигранных профилей из нержавеющих сталей возникает благоприятная схема напряженно-деформированного состояния металла, обеспечивающая получение высокой степени накопленной деформации и снижения уровня растягивающих напряжений, что дает возможность получить градиентную ультрамелкозернистую структуру, заблокировать мартенситное превращение и получить тем самым калиброванный шестигранный профиль из нержавеющей стали с высоким уровнем прочности и пластичности. Соответственно заявляемое решение может быть применимо в процессах ОМД, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".Based on the foregoing, it can be concluded that in the claimed method for the production of calibrated hexagonal profiles from stainless steels, a favorable scheme of the stress-strain state of the metal arises, which provides a high degree of accumulated deformation and a decrease in the level of tensile stresses, which makes it possible to obtain a gradient ultrafine-grained structure, to block the martensitic transformation and thus obtain a calibrated hexagonal profile of stainless steel with a high level of strength and ductility. Accordingly, the proposed solution can be applied in the processes of ODM, and therefore meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A method of manufacturing calibrated hexagonal profiles from stainless steels, including deformation of a round billet in two successive three-roll grooves formed by smooth rolls, with obtaining an unfulfilled triangle in the first of the calibers, and a hexagon in the second, and finishing drawing in a monolithic die, characterized in that the ribs of the incomplete triangle in the first caliber during rolling, as well as the edges of the hexagon after it leaves the rolls of the second caliber, are subjected to high-frequency alternating deformation by cylindrical strikers.