Спосіб виробництва термозміцнених сталевих молольних куль

Спосіб виробництва термозміцнених сталевих молольних куль, що включає прокатку куль із сталі, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, алюміній, залізо, подальше підстуджування, гартування водою у гартівному пристрої барабанного C2 2 (19) 1 3 91307 Відомий спосіб за патентом України на винахід №82632, в якому описана технологія виробництва сталевих термозміцнених куль діаметром 80 мм. Зазначений спосіб включає прокатку куль з подальшим підстуджуванням, гартуванням водою у гартівному пристрої барабанного типу і самовідпуском у закритих посудинах. Відповідно до винаходу, кулі виготовляють із сталі наступного хімічного складу % мас: С 0,75; Μn 0,95; Si 0,28; Cr 0,55; ΑΙ не більше 0,05; Fe решта. Даний спосіб дозволяє виробляти кулі відповідні 4-ій групі твердості тільки діаметром 80 мм. У основу винаходу поставлена задача розробки способу виробництва термозміцнених сталевих молольних куль, який дозволить виготовляти кулі діаметром від 40 до 120 мм з твердістю, гарантовано відповідною 4-ій групі ДСТУ 3499. Поставлена задача вирішується тим, що у способі виробництва термозміцнених сталевих молольних куль, що включає прокатку куль із сталі, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, алюміній, залізо, подальше підстуджування, гартування водою у гартівному пристрої барабанного типу і самовідпуск у закритих посудинах, відповідно до винаходу, кулі виготовляють із сталі наступного хімічного складу, % мас: С 0,6...1,2; Μn 0,31...1,04; Cr не більше 0,75; Si 0,18...0,50; ΑΙ 0,01...0,05; Fe решта, при цьому мінімальний сумарний вміст марганцю і хрому в сталі встановлюють із співвідношення: [% Mn]+0,56·[% Cr]=0,003·dк+0,68 (1) де [% Mn] і [% Cr] - вміст марганцю і хрому в сталі відповідно % мас; dк - діаметр кулі, мм, причому кулі прокатують при температурі 950...1000°С, підстуджують після прокатки на спокійному повітрі протягом 35...190 с, потім здійснюють гартування тривалістю 30...140 с, після чого піддають самовідпуску в закритих посудинах протягом 24...50 годин. Технічно результатом застосування винаходу є досягнення рівнів прогартовуваності і гартування, необхідних для отримання куль діаметром від 40 до 120 мм 4-ої групи твердості за ДСТУ 3499. Хром, так само як і марганець, підвищує прогартовуваність сталі, і, в цьому відношенні, є його замінником. Введення хрому і заміна ним марганцю сприяє подрібненню зерна, що підвищує стійкість молольних куль до ударів при експлуатації. При цьому концентрацію хрому в кульовій сталі слід обмежити величиною 0,75%, при якій у кулях до 120 мм включно вже досягається наскрізне гартування. Перевищення цієї межі викликає лише дорожчання сталі. 4 Спільне введення вуглецю, марганцю, хрому і кремнію у вказаних процентних співвідношеннях дозволяє підвищити схильність сталі до гартування і збільшити прогартовуваність, що забезпечує досягнення високої поверхневої і об'ємної твердості куль. У разі введення вуглецю, марганцю і кремнію в кількості менше 0,6%, 0,31% і 0,18%, відповідно, знижується поверхнева твердість і глибина гартування в термозміцнених кулях. При вмісті вуглецю, марганцю і кремнію понад 1,2%, 1,04% і 0,5%, відповідно, виникає небезпека розколів унаслідок появи в мікроструктурі сталі включень вторинного цементиту, укрупнення зерна і окрихчування твердого розчину. Введення алюмінію у вказаних кількостях переслідує мету розкислювання сталі, а також подрібнення аустенітного зерна за рахунок утворення нітридів алюмінію. У комплексі це сприяє підвищенню опору куль розтріскуванню після загартовування. У разі залишкового вмісту алюмінію менше 0,01% не досягається ефект рафінування і подрібнення мікроструктури сталі, що підвищує схильність сталі до утворення гартівних тріщин. Якщо ж концентрація алюмінію перевищує 0,05%, у структурі утворюються плівкові нітридні включення, що знижують гарячу міцність металу і сприяють утворенню внутрішніх порожнин у кулях що прокатуються. У даному технічному рішенні при визначенні складу сталі для куль 4-ої групи ДСТУ 3499 використовується мінімальний сумарний вміст елементів, що здійснюють найбільший вплив на прогартовуваність - марганцю і хрому, - який розраховується згідно емпіричному виразу (1). Вираз (1) дає інтервал від 0,80% для куль діаметром 40 мм до 1,04% - для куль діаметром 120 мм. При значеннях мінімального вмісту марганцю і хрому нижче за величину, граничну для кожного діаметру кулі, не досягається необхідна твердість на глибині 0,5 радіусу. Регламентація температури нагріву під прокатку кульової заготовки в межах 950...1000°С необхідна для нормальної роботи прокатної кліті, отримання в кулях якісної поверхні і форми, що задовольняє за своїми параметрами вимогам стандарту, а також для досягнення (у поєднанні з іншими параметрами термозміцнення) необхідної температури самовідпуску. У разі зменшення температури нагріву під прокатку нижче 950°С підвищується твердість готових куль, що викликає їх розтріскування і розкол у млинах, а також призводить до поломок прокатного устаткування за рахунок зростання опору металу пластичній деформації. Збільшення температури нагріву кульової заготовки понад 1000°С підвищує середньомасову температуру куль, наслідком чого є зниження поверхневої і об'ємної твердості. Крім того, перегрів кульової заготовки понад 1000°С викликає появу внутрішніх несуцільностей у кулях в процесі їх прокатки. Кулі з такими несуцільностями (порожнистістю) легко розколюються при експлуатації. Підстуджування куль протягом 35...190 с проводиться для вирівнювання температури по поверхні прокатаної кулі і для загального зниження температури до рівня, що дозволяє проводити 5 91307 гартування з мінімальним рівнем залишкової напруги. У разі менш тривалого підстуджування в кулях з'являються гартівні тріщини, а при надмірно тривалому підстуджуванні знижується твердість за рахунок появи на поверхні ділянок з немартенситними типами структури. Гартування водою тривалістю 30...140 с у пристрої барабанного типу забезпечує кулям прискорене рівномірне охолоджування до досягнення ними середньомасової температури в межах 250...350°С. При менш тривалому гартуванні температура самовідпуску куль виявляється дуже високою, що призводить до істотного зниження твердості. У разі надмірного тривалого гартування температура самовідпуску виявляється дуже низькою для належного зняття напруги в загартованих кулях; з цієї причини кулі розтріскуються або в процесі самовідпуску, або після його завершення. Самовідпуск куль у бункерах під кришкою тривалістю 24...50 годин дозволяє максимально повно зняти гартівну напругу в загартованих кулях і запобігти їх розтріскуванню як після термозміцнення, так і при експлуатації. При самовідпуску тривалістю менше 24 годин напруги знімаються незначно, що приводить до появи гартівних тріщин. Збільшення часу самовідпуску понад 50 годин недоці 6 льне зважаючи на зниження продуктивності кулепрокатного підрозділу. Інтервал тривалості підстуджування, гартування і самовідпуску визначається залежно від діаметру кулі. Мінімальні значення вказаних інтервалів відповідають кулям діаметром 40 мм, максимальні - кулям діаметром 120 мм. Таким чином, раціональний вибір хімічного складу сталі, температури нагріву кульової заготовки під прокатку, забезпечення необхідних параметрів підстуджування, гартування і подальшого самовідпуску дозволяє вирішити поставлене завдання - гарантовано отримувати кулі діаметром від 40 до 120 мм з твердістю, що задовольняє 4-ій групі ДСТУ 3499. Приклад Із зливків сталі заявленого хімічного складу в умовах ВАТ «МК «Азовсталь» прокаткою виготовляли кульову заготовку, яку перекатували у кулі діаметром 60 і 120 мм. Після прокатки кулі підстуджували на повітрі, загартовували водою в пристрої барабанного типу, після чого піддавали самовідпуску в закритих посудинах за заявленою технологією. Результати визначення твердості згідно вимогам 4-ої групи представлені в таблиці 2. Таблиця 2 Твердість термозміцнених молольних куль № експерименту 1 2 3 4 5 6 Твердість, НВ Діаметр Сумарний вміст марганцю і хрому в сталі, мас. % кулі, мм мінімальне за виразом (1) реальне в сталі на поверхні на глибині 0,5 радіуса 0,80 555 386 60 0,86 0,88 545,5 444 0,95 561 520 0,98 524 286 120 1,04 1,07 519,5 365 1,15 528 415 З даних, представлених у таблиці 2 витікає, що, якщо мінімальний сумарний вміст марганцю і хрому в сталі відповідає виразу (1), то в кулях різних діаметрів досягається поверхнева твердість і твердість на глибині 0,5 радіуса, відповідні рівню 4-ої групи ДСТУ 3499 для куль даного розміру (ек Комп’ютерна верстка О. Гапоненко сперименти 2, 3 і 5, 6). У випадку, якщо мінімальний сумарний вміст марганцю і хрому в сталі виявляється нижчим за величину, що розраховується за виразом (1), то твердість на глибині 0,5 радіуса не досягає необхідного рівня (експерименти 1 i 4). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601