RU2106427C1

RU2106427C1 - Free-cutting steel

Info

Publication number: RU2106427C1
Application number: RU96118257A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Заславский; С.Г. Филимонов; Н.Н. Кузькина; Н.А. Рогулева; Е.М. Комельков; В.И. Фалкон; А.А. Гусев; Е.В. Руднев; Н.А. Волощук; Е.К. Шпатов
Original assignee: Открытое акционерное общество Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ"
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: steelmaking. SUBSTANCE: steel contains (in wt %): carbon, 0.10-0.17; manganese, 1.0-1.3; sulfur, 0.15-0.30; bismuth, 0.08-0.25; phosphorus, 0.05-0.15; iron, the balance. EFFECT: improved free-cutting characteristics and environmental condition due to reduced lead pollution. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к автоматным сталям, применяемым в машиностроении. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to automatic steels used in mechanical engineering.

Известна низкоуглеродистая автоматная сталь, содержащая кальций и серу, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03 - 0,10
Кремний - до 0,3
Марганец - 0,8 - 1,5
Фосфор - 0,04 - 0,10
Сера - 0,20 - 0,45
Кальций - 0,0003 - 0,0050
Свинец - до 0,25
Теллур - до 0,10
Висмут - до 0,15
Олово - до 0,2
Цинк - до 0,2
Мышьяк - до 0,2
Таллий - до 0,2
Железо - Остальное
Кроме того, сталь содержит примеси меди, никеля, хрома и азота. Содержание углерода, кремния, марганца, фосфора, серы, меди, никеля, хрома и азота регулируются таким образом, чтобы теоретическое значение твердости по Бринелю стальной матрицы, определяемой по формуле:
HB = 70 + 230(%C) + 560(%N) + 112(%P) + 33(%Si) + 23(%Mn) + 8(%Ni) + 8(%Cu) + 7(%Cr) - 39(%S),
составляло 110 - 130.Known low-carbon automatic steel containing calcium and sulfur, in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.03 - 0.10
Silicon - up to 0.3
Manganese - 0.8 - 1.5
Phosphorus - 0.04 - 0.10
Sulfur - 0.20 - 0.45
Calcium - 0.0003 - 0.0050
Lead - up to 0.25
Tellurium - up to 0.10
Bismuth - up to 0.15
Tin - up to 0.2
Zinc - up to 0.2
Arsenic - up to 0.2
Thallium - up to 0.2
Iron - Else
In addition, steel contains impurities of copper, nickel, chromium and nitrogen. The content of carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, copper, nickel, chromium and nitrogen are regulated so that the theoretical value of the Brinell hardness of the steel matrix, determined by the formula:
HB = 70 + 230 (% C) + 560 (% N) + 112 (% P) + 33 (% Si) + 23 (% Mn) + 8 (% Ni) + 8 (% Cu) + 7 (% Cr ) - 39 (% S),
amounted to 110 - 130.

К недостаткам этой стали следует отнести, прежде всего соотношение содержания марганца и серы, равное 1,77 - 7,5. The disadvantages of this steel include, first of all, the ratio of the content of manganese and sulfur equal to 1.77 - 7.5.

Известно, что сера при температуре 988^oC образует эвтектику Fe - FeS, что приводит к расслоению заготовок при прокатке, т.е. образованию брака.It is known that sulfur at a temperature of 988 ^o C forms an eutectic Fe - FeS, which leads to delamination of the workpieces during rolling, i.e. the formation of marriage.

Кроме того, известная сталь содержит токсичные вещества свинец, теллур, мышьяк и др.), которые выделяются при высоких температурных на всех переделах стали в окружающую среду. In addition, the known steel contains toxic substances lead, tellurium, arsenic, etc.), which are released at high temperature at all stages of steel conversion into the environment.

Известна автоматная сталь AC - 14, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,10 - 0,17
Марганец - 1,0 - 1,3
Сера - 0.15 - 0,30
Свинец - 0,15 - 0,30
Железо - Остальное.Known automatic steel AC - 14, containing, wt.%:
Carbon - 0.10 - 0.17
Manganese - 1.0 - 1.3
Sulfur - 0.15 - 0.30
Lead - 0.15 - 0.30
Iron - The rest.

Кроме того, сталь содержит примеси фосфора не более 1%, кремния - не более 0,12%. Соотношение марганца и серы равно 3,3 - 8,6. Появление красноломкости менее вероятно. In addition, steel contains impurities of phosphorus not more than 1%, silicon - not more than 0.12%. The ratio of manganese and sulfur is 3.3 to 8.6. Red brittleness is less likely.

К недостаткам этой стали следует отнести сравнительно низкую обрабатываемость и выделение вредных соединений свинца на всех металлургических переделах. Эта сталь наиболее близка по составу и назначению и взята за прототип. The disadvantages of this steel include the relatively low machinability and the release of harmful lead compounds in all metallurgical processes. This steel is the closest in composition and purpose and is taken as a prototype.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, улучшение экологической обстановки в металлургической промышленности. The problem to which the invention is directed, is to increase machinability by cutting in metalworking industries, to improve the environmental situation in the metallurgical industry.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предлагается сталь содержащая в мас.%,
Углерод - 0,10 - 0,17
Марганец - 1,0 - 1,3
Сера - 0,15 - 0,30
Висмут - 0,08 - 0,25
Фосфор - 0,05 - 0,15
Железо - Остальное.The technical solution to the problem is achieved due to the fact that the proposed steel containing in wt.%,
Carbon - 0.10 - 0.17
Manganese - 1.0 - 1.3
Sulfur - 0.15 - 0.30
Bismuth - 0.08 - 0.25
Phosphorus - 0.05 - 0.15
Iron - The rest.

Отличительной особенностью в предлагаемой стали является дополнительное содержание висмута и фосфора. A distinctive feature in the proposed steel is the additional content of bismuth and phosphorus.

Соотношение компонентов в предлагаемой стали установлено экспериментально и является оптимальным. The ratio of the components in the proposed steel is established experimentally and is optimal.

Состав и свойства известной и предлагаемой стали приведены в таблице. The composition and properties of the known and proposed steel are given in the table.

Содержание углерода 0,10 - 0,17%. The carbon content is 0.10 - 0.17%.

При содержании углерода меньше 0,10% снижаются механические характеристики, а именно пределы прочности и текучести. Следовательно, использовать сталь по прямому назначению, как конструкционный материал, пригодный для обработки резанием на повышенных скоростях, невозможно. When the carbon content is less than 0.10%, the mechanical characteristics are reduced, namely, the strength and yield strengths. Therefore, it is impossible to use steel for its intended purpose, as a structural material suitable for cutting at high speeds.

Увеличение содержания углерода выше верхнего предела 0,17% приводит к снижению пластичности и повышению твердости. Снижение пластичности ведет к повышению брака при прокатке, а повышение твердости - к невозможности использования стали по своему назначению, как конструкционного материала, пригодного для обработки резанием на повышенных скоростях. An increase in carbon content above the upper limit of 0.17% leads to a decrease in ductility and an increase in hardness. A decrease in ductility leads to an increase in reject during rolling, and an increase in hardness leads to the inability to use steel for its intended purpose as a structural material suitable for machining at high speeds.

Содержание марганца составляет 1,0 - 1,3%. The manganese content is 1.0 - 1.3%.

При содержании марганца меньше нижнего предела 1,0% снижаются механические характеристики и повышается красноломкость. Марганца недостаточно для образования сульфида марганца с температурой плавления 1700^oC, а образующаяся эвтектика Fe - FeS приводит к браку во время прокатки.When the manganese content is less than the lower limit of 1.0%, the mechanical characteristics decrease and the red breaking property increases. Manganese is not enough for the formation of manganese sulfide with a melting point of 1700 ^o C, and the resulting eutectic Fe - FeS leads to marriage during rolling.

При содержании марганца больше 1,3% снижается пластичность (относительное удлинение) и повышается твердость, что делает сталь непригодной к использованию по своему назначению, как конструкционного материала, пригодного для обработки резанием при повышенных скоростях. With a manganese content of more than 1.3%, ductility (elongation) decreases and hardness increases, which makes the steel unsuitable for use as intended, as a structural material suitable for cutting at high speeds.

Содержание серы составляет 0,15 - 0,30%. The sulfur content is 0.15 - 0.30%.

Количественное содержание серы меньше нижнего предела 0,15% приводит к резкому снижению обрабатываемости. Quantitative sulfur content below the lower limit of 0.15% leads to a sharp decrease in workability.

Количественное содержание серы выше 0,30% приводит к увелические красноломкости, а это ведет к браку в процессе прокатки. Quantitative sulfur content above 0.30% leads to uvelicheskie red breaking, and this leads to marriage during the rolling process.

Содержание висмута в стали 0,08 - 0,25%. The bismuth content in the steel is 0.08 - 0.25%.

Экспериментально установлено, что минимальное содержание висмута в предлагаемой стали обеспечивает обрабатываемость ее на уровне свинецсодержащей стали. It was experimentally established that the minimum bismuth content in the proposed steel ensures its workability at the level of lead-containing steel.

Верхний предел содержания висмута 0,25%, что совпадает с пределом растворимости висмута в жидкой стали. The upper limit of bismuth content is 0.25%, which coincides with the solubility limit of bismuth in liquid steel.

При содержании висмута меньше 0,08% обрабатываемость стали ниже обрабатываемости свинецсодержащей стали AC14. When the bismuth content is less than 0.08%, the machinability of steel is lower than the machinability of lead-containing steel AC14.

При содержании висмута более 0,25% происходит неоднородное распределение висмута по матрице. When the bismuth content is more than 0.25%, an inhomogeneous distribution of bismuth over the matrix occurs.

Установлено также, что при регламентации содержания фосфора резко возрастает обрабатываемость висмутсодержащей стали (в 1,7 раза). It was also established that, when regulating the phosphorus content, the workability of bismuth-containing steel sharply increases (1.7 times).

Содержание фосфора в стали 0,05 - 0,15%. The phosphorus content in the steel is 0.05 - 0.15%.

Количественное содержание фосфора менее 0,05% не приводит к повышению обрабатываемости стали. A quantitative phosphorus content of less than 0.05% does not increase the machinability of steel.

При содержании фосфора более 0,15% снижается пластичность стали, увеличивается ее твердость, что делает невозможным применение стали по ее основному назначению в качестве автоматной стали. When the phosphorus content is more than 0.15%, the ductility of the steel decreases, its hardness increases, which makes it impossible to use steel for its main purpose as an automatic steel.

Другим аспектом предлагаемого изобретения является улучшение экологической обстановки. Предельно-допустимая концентрация свинца в воздухе должна составлять 0,01 мг/м³.Another aspect of the invention is the improvement of the environmental situation. The maximum permissible concentration of lead in air should be 0.01 mg / m ³ .

При производстве свинецсодержащих сталей, как сталь марки AC14, концентрация свинца достигает 50 раз. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) висмута должна составлять 0,5 мг/м³, т.е. в 50 раз больше, чем свинца. При производстве предлагаемой стали содержание висмута в воздухе не достигает уровня ПДК.In the production of lead-containing steels, like AC14 steel, lead concentration reaches 50 times. The maximum permissible concentration (MAC) of bismuth should be 0.5 mg / m ³ , i.e. 50 times more than lead. In the production of the proposed steel, the bismuth content in the air does not reach the MPC level.

Примеры 1 - 3. Сталь по прототипу применяется в настоящее время как основная автоматная сталь. Обрабатываемость стали, выделение вредных примесей приняты за тот уровень, превысить который является задачей предлагаемого изобретения. Механические свойства - это уровень, который должна сохранить предлагаемая сталь. Examples 1 to 3. The steel of the prototype is currently used as the main automatic steel. The machinability of steel, the allocation of harmful impurities are taken for the level to exceed which is the task of the invention. Mechanical properties are the level that the proposed steel should maintain.

Примеры 4 - 6. Предлагаемая сталь. Все компоненты стали в заданных пределах. Механические характеристики стали находятся на уровне стали AC14 или превышают их. Выделение вредных примесей ниже ПДК. Обрабатываемость стали возрастает более чем в 1,7 раз. Examples 4 to 6. The proposed steel. All steel components are within specified limits. The mechanical properties of steel are at or above AC14. Emission of harmful impurities below the MPC. Machinability of steel increases by more than 1.7 times.

Примеры 7 - 8. Предлагаемая сталь с запредельным содержанием компонентов. Examples 7 to 8. The proposed steel with a prohibitive content of components.

Пример 7. Содержанием углерода, марганца, серы, фосфора и висмута - ниже нижних предлагаемых пределов. Из-за пониженного содержания упрочняющих элементов - углерода, марганца, фосфора снижаются прочностные характеристики стали, что делает невозможным ее использование по прямому назначению в качестве конструкционного материала. Из-за пониженного содержания серы, висмута и фосфора снижается количество включений, улучшающих обрабатываемость, что приводит к снижению обрабатываемости стали на 20% по сравнению с AC14. Example 7. The content of carbon, manganese, sulfur, phosphorus and bismuth is below the lower proposed limits. Due to the low content of reinforcing elements - carbon, manganese, phosphorus, the strength characteristics of steel are reduced, which makes it impossible to use it for its intended purpose as a structural material. Due to the reduced content of sulfur, bismuth and phosphorus, the number of inclusions that improve machinability is reduced, which leads to a decrease in machinability of steel by 20% compared to AC14.

Пример 8. Содержание углерода, марганца, серы, фосфора и висмута - выше верхних пределов. Из-за повышенного содержания углерода, марганца, фосфора повышаются прочностные характеристики стали, но существенно снижаются пластические свойства, что ведет к повышению брака в металлургическом переделе, разрушению стали при холодной деформации (калибровке). К аналогичным последствиям приводит повышенное содержание серы из-за образования излишнего количества крупных сульфидных включений. Повышенное содержание висмута приводит к его неравномерному распределению в массе металла, что не дает повышения обрабатываемости стали по сравнению с оптимальным введением висмута. При этом также ухудшается экологическая обстановка при производстве стали. Example 8. The content of carbon, manganese, sulfur, phosphorus and bismuth is above the upper limits. Due to the increased content of carbon, manganese, and phosphorus, the strength characteristics of steel increase, but the plastic properties significantly decrease, which leads to an increase in defect in the metallurgical redistribution, destruction of steel during cold deformation (calibration). The increased sulfur content leads to similar consequences due to the formation of an excessive amount of large sulfide inclusions. The increased bismuth content leads to its uneven distribution in the metal mass, which does not increase the workability of steel compared with the optimal introduction of bismuth. At the same time, the environmental situation in steel production is also deteriorating.

Практический пример выполнения. Сталь, приведенную в таблице, получили следующим образом. Выплавку стали приводили в 100-тонных мартеновских печах ОАО Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ". Легирующий компонент - висмут, вводили непосредственно в центровую во время разливки. Разливку предлагаемой висмутсодержащей стали производили в сквозные изложницы на слитки 6,5. Practical implementation example. The steel shown in the table was obtained as follows. Steel was smelted in 100-ton open-hearth furnaces of the Chelyabinsk Metallurgical Plant Mechel OAO. The alloying component, bismuth, was introduced directly into the center during casting. The proposed bismuth-containing steel was cast in through ingots on 6.5 ingots.

Металл прокатывали на блюминге 1250, заготовочных станах (НЗС и стан 800) и сортовых станах 300 - 1 и 350 по действующей технологии для автоматных сталей. The metal was rolled at 1250 blooming, blank mills (NZS and mill 800) and high-grade mills 300 - 1 and 350 according to the current technology for automatic steels.

При определении обрабатываемости стали использованы данные ВАЗ, куда поставлена опытная партия этой стали, производства ОАО "МЕЧЕЛ". Испытания проводили используя режущий инструмент из быстрорежущей стали P6M5, Р10К10Ф3М4. When determining the workability of steel, VAZ data were used, where the pilot batch of this steel, manufactured by Mechel, was delivered. The tests were carried out using a cutting tool made of high-speed steel P6M5, P10K10F3M4.

Claims

Automatic steel containing carbon, manganese, sulfur, iron, characterized in that it additionally contains bismuth and phosphorus in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.10 - 0.17
Manganese - 1.0 - 1.3
Sulfur - 0.15 - 0.30
Bismuth - 0.08 - 0.25
Phosphorus - 0.05 - 0.15
Iron - Rest