Спосіб одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів

Реферат: Спосіб одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів включає виплавку в електропечі сталі, яка містить основні легуючі компоненти: вуглець, хром, молібден, ванадій, кремній, позапічну обробку металу на установці піч-ковш з наступним вакуумуванням металу, розливання сталі в виливниці з одержанням злитків, гомогенізуючий відпал гарячих злитків, підстужування злитків до температури початку прокатки, гарячу деформацію злитків з одержанням прокату, його охолодження та подальшу термічну обробку. UA 86026 U (12) UA 86026 U UA 86026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі металургії, зокрема до виробництва сортового прокату з теплостійкої середньовуглецевої сталі, яка використовується для виготовлення прес-форм для лиття під тиском, пуансонів для екструзії, дорнів, штампувальних вставок і таке інше. Найбільш близьким до способу, який заявляється, за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів, який включає виплавку у електропечі сталі, яка містить основні легуючі компоненти: вуглець, хром, молібден, ванадій, кремній, позапічну обробку металу на установці піч-ковш з наступним вакуумуванням металу, розливання сталі в виливниці з одержанням злитків, гомогенізуючий відпал гарячих злитків, підстужування злитків до температури початку прокатки, гарячу деформацію злитків з одержанням прокату, його охолодження та подальшу термічну обробку (див. "Технологія одержання прокату з інструментальних сталей для гарячої оброки металів". Технологічні інструкції ТІ 143-С-1-2004, ТІ 143-С-8-2004, ТІ 143-П-2-10, Публічне акціонерне товариство "Електрометалургійний завод "Дніпроспецсталь" їм. A.M. Кузьміна, м. Запоріжжя). Недоліком відомого способу одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів є низька ударна в'язкість отриманого прокату та низький вихід придатного продукту. У відомому способі одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів гомогенізуючий відпал злитків під прокатку проводять при температурі 1240 °C та при витримці 6-8 годин. Зазначені температурні та часові режими обробки злитків є необхідними, але недостатніми умовами для забезпечення оптимальних термодинамічних умов розвитку дифузійних процесів, при яких забезпечується усунення наслідків лікваційних явищ в злитку, який обробляють. Внаслідок наявності хімічної неоднорідності металу по перерізу злитка в деформованому прокаті утворюється структурна смужчатість. Це є причиною низького рівня механічних характеристик прокату, зокрема, ударної в'язкості, а також нерівномірності механічних характеристик по перерізу прокатного виробу, що призводить до зниження виходу придатного металу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів шляхом проведення нових режимів гомогенізуючого відпалу злитків під прокатку, при яких досягається оптимізація температурних та часових параметрів гомогенізуючого відпалу, що дозволить підвищити рівень та рівномірність механічних характеристик металопрокату по його перетину, що в свою чергу призводить до підвищення ударної в'язкості прокату та виходу придатного продукту. Поставлену задачу вирішують тим, що у відомому способі одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів, який включає виплавку в електропечі сталі, яка містить основні легуючі компоненти: вуглець, хром, молібден, ванадій, кремній, позапічну обробку металу на установці піч-ковш з наступним вакуумуванням металу, розливання сталі в виливниці з одержанням злитків, гомогенізуючий відпал гарячих злитків, підстужування злитків до температури початку прокатки, гарячу деформацію злитків з одержанням прокату, його охолодження та подальшу термічну обробку, новим, відповідно до корисної моделі, є те, що гомогенізуючий відпал злитків здійснюють при температурі 12401260 °C та витримці 16-48 годин. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Вибір експериментально встановлених параметрів проведення гомогенізуючого відпалу злитків під прокатку в межах 16-48 годин при оптимально необхідному температурному режимі 1240-1260 °C, в сукупності з іншими суттєвими ознаками способу дозволяє інтенсифікувати дифузійні процеси, які відбуваються при гомогенізації металу в злитку. При таких режимах досягається хімічна однорідність металу за рахунок вирівнювання вмісту хімічних елементів по перетину злитка та в межах зерна. Це дозволяє отримати однорідну макроструктуру металу, знизити карбідну неоднорідність в деформованому металі, що дозволить виключити карбідну смужчатість в готовому прокаті. Завдяки цьому досягається рівномірність механічних характеристик, що призводить до підвищення виходу придатного продукту. Крім того, при оптимальних параметрах гомогенізуючого відпалу створюються термодинамічні умови для повного переходу надлишкових карбідів в у-твердий розчин заліза, що призводить до поліпшення технологічної пластичності металу і ударної в'язкості прокату. При нагріванні металу злитку вище за 1260 °C відбувається збільшення розмірів і оплавлення меж зерен (перепал), та, як результат - зниження в'язкості металу. 1 UA 86026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 При нагріванні металу злитку нижче за 1240 °C нагрів недостатній для ефективної гомогенізації металу, внаслідок чого мають місце залишкові явища лікваційних процесів, що є причиною зниження виходу придатного продукту. Час витримки менше 16 годин також недостатній для повного вирівнювання хімічної неоднорідності злитка по його перерізу, а час витримки більше 48 годин є технологічно недоцільним та при певних температурах нагріву злитка призводить до перепалу металу і зниження його механічних характеристик. Спосіб одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів здійснюється таким чином. Виплавку сталі проводили в дуговій електропечі ДСП-50 шляхом переплавки металевої шихти, яка являє собою відходи інструментальних сталей, наприклад марки 4 × 5МФ (1)3, 4 × 5М3Ф, 3 × 3М3Ф та ін. Потім виплавлену сталь зливали в піч-ковш, в якій здійснювали позапічну обробку металу, під час якої вводили в піч високоосновну тверду шлакоутворюючу суміш, що містить більше 80 % СаО та одночасно продували метал аргоном; далі здійснювали доведення сталі до марочного складу по основних елементах: вуглецю, кремнію, хрому, молібдену та ванадію; розкислення сталі алюмінієм для отримання в металі алюмінію менше 0,025 % і подальше вакуумування сталі в ковшовому вакууматорі при залишковому тиску 1,5 мбар. Розливку сталі проводили у виливниці з одержанням злитків масою 3,7-6,5 тонн. Гарячі злитки при температурі 700-900 °C піддавали гомогенізуючому відпалу при температурі 1240-1260 °C та ізотермічній витримці 16-48 годин. Температуру нагріву та час витримки для конкретної марки сталі розраховували залежно від її хімічного складу, маси злитка та інших технологічних параметрів. Далі здійснювали підстужування злитків до температури початку прокатки - 1180-1200 °C, та піддавали їх гарячій деформації на прокатному стані (або на пресі) з одержанням прутків (або поковок) з перетином 130-400 мм. Температура прокатки в кінці процесу складала 980-1010 °C. Далі проводили уповільнене охолодження прокату в колодязях. Готовий прокат піддавали термічній обробці, яка полягає в відпалі при температурі 880890 °C. Для одержання необхідної твердості металу HRC45±2 проводили загартування заготовок під зразки при температурі 1030 °C, з охолодженням в теплому маслі і подвійний відпуск металу при температурі нагріву 590 °C. Режими загартування та відпуску також обирали залежно від виплавленої марки сталі згідно чинних нормативних документів для сталі даного призначення. Випробування зразків на ударний вигин проводилися за відомою методикою відповідно до Технічних умов "Deutsche Gesellshaft fur Materialkunde (DGM)», Німеччина, 2005 рік, для продукції з штампових сталей для гарячого деформування матеріалів. Додатково був вироблений прокат з інструментальної сталі марки 4 × 5МФС за способом, обраним як найближчий аналог. Значення механічних і техніко-економічних показників, які були одержані, а саме величина роботи удару (ударний вигин) і вихід придатного продукту, наведені у таблиці. Таблиця № плавки Марка сталі 1. 2. 3. 4. 5. 4 × 5МФС 6. 45 відповідно прототипу Температура Час витримки, Робота удару гомогенізуючого відпалу год. (середня), Дж гарячих злитків, °C 1240 10 188 1250 16 200 1260 24 289 1250 30 270 1240 48 156 1240 6 150 Вихід придатного продукту, % 50 100 100 100 30 45 Як видно з таблиці, ударна в'язкість прокату підвищилася (порівняно з найближчим аналогом) в 1,5-2 рази, вихід придатної продукції збільшився в 2 рази. У способі одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів, що заявляється, використовується обладнання вітчизняного виробництва, а також відомі матеріали та пристрої, що підтверджує промислову придатність способу, що заявляється. 2 UA 86026 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб одержання прокату з інструментальної сталі для гарячої обробки металів і сплавів, що включає виплавку в електропечі сталі, яка містить основні легуючі компоненти: вуглець, хром, молібден, ванадій, кремній, позапічну обробку металу на установці піч-ковш з наступним вакуумуванням металу, розливання сталі в виливниці з одержанням злитків, гомогенізуючий відпал гарячих злитків, підстужування злитків до температури початку прокатки, гарячу деформацію злитків з одержанням прокату, його охолодження та подальшу термічну обробку, який відрізняється тим, що гомогенізуючий відпал злитків здійснюють при температурі 12401260 °C та витримці 16-48 годин. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3