книги из ГПНТБ / Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами

ко в этом случае условия контактного трения несколько ухудшаются, так как повышается склонность стали к на­ липанию на контактную поверхность инструмента (в случае использования обычных монолитных волок). Кро­ ме то-го, отжиг при высокой температуре, если его ведут без защитной атмосферы, повышает окалинообразование и ухудшает качество поверхности проволоки.

Более распространен отжиг сталей марок 3X13 и 4X13 с нагревом до температуры 740°С и выдержкой при этой температуре в течение 2—3 ч в зависимости от конструк­ ции печи и величины садки отжигаемой катанки или про­ волоки. Отжиг по этому режиму снижает затраты време­ ни и энергии, а также окалинообразование, и облегчает последующее травление катанки и проволоки.

Скорость нагрева стали при термической -обработке обычно не регламентируют, однаконеобходимо учиты­ вать склонность сталей рассматриваемого типа к некото­ рому снижению пластических свойств при температурах порядка 475°С. Исходя из этой особенности сталей, а так­ же из общих технико-экономических показателей про­ цесса отжига нагрев целесообразно вести при макси­ мально возможных скоростях. Опыт элект-ронагрева ста­ ли индукционным или контактным способами свидетель­ ствует о том, что высокие скорости нагрева примерно 50 град/с не оказываются отрицательно на качестве ка­ танки и проволоки при условии достаточной равномер­ ности нагрева.

После отжига -сталей марок 3X13 и 4X13 их предел прочности не должен быть выше 800 МН/м? (80 кгс/мм2), а сужение площади поперечного сечения — ниже 40%.

напрев до температуры 760—780ЧС, -выдержка 2,5 ч, ох­ лаждение с печью до температуры 600°С, далее охлажде­ ние под охладительным колпаком до 300°С и, наконец, охлаждение на воздухе до комнатной температуры; 2-я стадия — нагрев до температуры 6601—680°С, выдержка 2,5 ч, охлаждение под охладительным колпаком до 300°С, далее — охлаждение на воздухе до комнатной темпера­ туры. Проволоку из стали этой марки в промежуточных размерах подвергают отжигу по режиму второй стадии предварительной термической обработки катанки.

Травление рассматриваемых сталей перед волочением или травление готовой проволоки после термической об­

40

работки производится обычно щелочно-кислотным ме­ тодом [31].

Для предотвращения возможного снижения пласти­ ческих свойств, а также растрескивания стали следует ограничивать нагрев щелочно-селитрового расплава тем­ пературой 420—430°С, так как в нем .при нормальном травлении катанка или проволока должны находиться в течение 25—30 мин. Снижение пластических свойств стали может повлечь за -собой либо невозможность про­ ведения нормального процесса волочения, либо появле­ ние на проволоке участков местного хрупкого разруше­ ния (трещин).

К числу главных факторов, влияющих на изменение механических свойств проволоки при волочении, относит­ ся температура деформации.

Влияние температуры на прочность и пластичность нагартованной проволоки из стали марки 4X13 представ­ лено на рис. 12.

Аналогичная зависимость для стали марки Х17Н2 также свидетельствует о том, что- с повышением темпе­ ратуры выше 400°С интенсивно снижается прочность ста­ ли и повышаются ее пластические свойства. Поэтому во­ лочение при температурах выше 4О0°С (до 7О0°С) можно осуществлять с незначительными упрочнением и сниже­ нием пластичности. В этом случае в зависимости от тем­ пературы нагрева проволоки -волочение может осущест­ вляться с высокими степенями суммарной деформации (до 80% и более) без опасности хрупкого разрушения стали.

Для нагрева про-волоки могут применяться индукци­ онный или электроконтактный способы, обеспечивающие

41

высокие скорости нагрева, необходимые для использова­ ния оптимальных скоростей волочения.

Волочение проволоки из мартенситных сталей в ин­ тервале температур 400—700°С не только увеличивает суммарные степени деформации, но также уменьшает возможность хрупкого разрушения полуфабриката в ре­

зультате деформации.

С внедрением в производство и усовершенствованием методов скоростного электронагрева в сталапроволочном производстве волочение проволоки из сталей мар­ тенситного класса при повышенных температурах следу­ ет считать перспективным, так как такое волочение уп­ рощает технологию, интенсифицирует процесс производ­ ства и повышает качество проволоки.

Поэтому перспективную и целесообразную в настоя­ щее время схему технологического процесса^производства проволоки из сталей мартенситного класса можно представить в следующей последовательности операций:

1)отжиг катанки;

2)щелочно-кислотное травление и отбелка поверхно­

сти катанки; 3) контроль качества поверхности катанки, определе­

ние глубины дефектов для назначения съема при об­ дирке;

4)подготовка поверхности катанки к волочению (при использовании роликовых волок операция исключается);

5)калибровка катанки на проволоку-заготовку для

обработки на проволокообдирочном станке (>в этом слу­ чае предварительная отбелка катанки не играет сущест­ венной роли, так как дефекты волочения будут удалены при обдирке проволоки);

6)обточка (обдирка) поверхности проволоки на цроволокообдирочном станке; может использоваться также' шлифование на бунтошлифовальном станке, менее про­ изводительное по сравнению с обточкой — обдиркой;

7)отжиг проволоки;

8)щелочно-кислотное травление проволоки;

9) подготовка поверхности проволоки к волочению (з случае роликовых волок операция исключается);

10)сушка;

11)волочение при повышенных температурах на окончательный диаметр проволоки;-

12)удаление технологической смазки с повецхноети проволоки;

42

13)отжиг проволоки;

14)травление и отбелка готовой проволоки (при от­ жиге с достаточной защитой от окисления травление

исключается).

Проволоку из сталей марок 3X13, 4X13 и Х17Н2 в сталепроволочных цехах на высокую прочность не обра­ батывают. Окончательную упрочняющую термическую обработку проволочных изделий из этих сталей выполня­ ют их изготовители. В том случае, если волочение при повышенных температурах осуществляют с применением роликовых волок, конструкция последних должна преду­ сматривать использование твердоеплавых материалов для роликов [37].

Подготовка поверхности проволоки из сталей мартен­ ситного класса к волочению с применением роликовых волок при повышенных температурах должна включать нанесение на поверхность проволоки перед волочением термостойкого смазочного материала, например водного коллоидального раствора графита (аквадаг) или колло­ идального раствора графита в уайт-спирте, применяе­ мых в настоящее время за рубежом [38].

При применении роликовых волок, естественно, необ­ ходимость использования агрессивного известково-соле­ вого покрытия исключается.

Волочение проволоки из сталей мартенситного клас­ са с использованием роликовых волок без специального подогрева стали также исключает необходимость приме­ нения известково-солевого или других покрытий. В этом случае поверхность протягиваемой стали и рабочую по­ верхность роликовых волок следует смачивать смазочноохлаждающей эмульсией обычных составов [39].

Что касается наиболее распространенного в настоя­ щее время процесса волочения проволоки из нержаве­ ющих сталей мартенситного класса — волочения без подогрева с применением монолитных волок, то в этом случае технологическая схема процесса производства проволоки представляется в следующей последователь­ ности операций:

1)отжиг катанки;

2)щелочно-кислотное травление и отбелка поверхно­

сти катанки; 3) контроль качества поверхности катанки, определе­

ние глубины залегания дефектов для назначения съема при обдирке;

43

4)подготовка поверхности катанки к волочению;

5)сушка;

6)калибровка катании на проволоку-заготовку для

обработки на проволокообдирочном .станке. В этом случае предварительная отбелка катанки для волочения не иг­ рает существенной отрицательней роли, так как дефек­ ты волочения будут удалены при обдирке проволоки;

7) обточка (обдирка) поверхности проволоки. Можно использовать также шлифование на бунтошлифовалышм станке, менее производительное по сравнению с обдир­ кой проволоки на проволокообдирочном станке (в 2—3 раза);

8)отжиг проволоки;

9)щелочно-кислотное травление проволоки;

10)подготовка поверхности проволоки к волочению;

11)волочение проволоки с применением сдвоенных волок с частными обжатиями 20—35% и с суммарной

степенью деформации 50—60%;

12)удаление технологической смазки с поверхности проволоки;

13)отжиг промежуточных диаметров проволоки (це­

лесообразно проводить на непрерывных агрегатах); 14) щелочно-кислотное травление проволоки (при

применении непрерывного термотравилыното агрегата производится непосредственно в одной линии с термиче­ ской обработкой);

45) нанесение подсмазочного покрытия (при приме­ нении непрерывного термотравильното агрегата может производиться непосредственно в одной линии после травления проволоки);

Ш) сушка (при применении непрерывного термотравильното агрегата сушка производится непосредственно в одной линии после нанесения подсмазотного покры­ тия) ;

17) волочение на промежуточные и окончательный диаметры проволоки со степенями деформации, указан­ ными в п. 11 настоящей схемы технологического процес­ са. В случае изготовления тонкой проволоки волочени­ ем без подогрева ограниченные суммарные степени де­ формации вызывают необходимость последовательного повторения операций, указанных в п. п. 12—16 настоя­ щей схемы технологического процесса столько раз, сколько необходимо для получения заданного диаметра проволоки;

44

18)отжиг проволоки заданного диаметра (целесообразно производить на непрерывных агрегатах);

19)травление (целесообразно проводить на непрерыв­ ных термотравильных агрегатах непосредственно после отжига);

20)отбелка (целесообразно производить на непре­ рывных термотравильных агрегатах непосредственно по­ сле травления). Применение термо-травильных непре­

рывных агрегатов возможно в том случае, если проволо­ ка сваривается методом контактной электросварки в большие мотки или наматывается на катушют до 1 т).

Проволока из аустенито-мартенситных сталей

Процессы, протекающие в аустенито-мартенситных сталях, подробно рассмотрены в работах [29, 30, 40—42]. После аустенизации в целях повышения прочности и твердости этих сталей производят их обработку на мар­ тенсит. Мартенситное превращение происходит в резуль­ тате температурных изменений или в процессе пластиче­ ской деформации. В качестве окончательной операции для обработки этих сталей применяется отпуск.

Для перевода аустенита в мартенсит после аустени­ зации возможны два основных варианта промежуточной термической обработки:

а) охлаждение до отрицательных температур (обыч­ но от —70 до —73°С);

б) дестабилизирующий нагрев или «кондиционирова­ ние» при температурах 705—790°С.

Первый из указанных вариантов обеспечивает боль­ шее упрочнение. При обработке холодам е последующим отпуском трудно получать полуфабрикаты со стабильны­ ми 'свойствами, так как упрочнение в результате мартен­ ситного превращения в этом случае во многом опреде­ ляется не только температурой аустенизации и химиче­ ским составом стали, но и скоростью охлаждения, а также временем выдержки аустенито-мартенситных ста­ лей при низких температурах.

Более стабильные свойства этих сталей обеспечива­ ются в тех случаях, когда обработка холодом произво­ дится после кондиционирования.

Наиболее высокие механические свойства достигают­ ся в результате холодной' пластической деформации с высокими суммарными обжатиями и последующего от­ пуска.

45

Химический состав высокопрочных аустенито-мартен­ ситных сталей указан в табл. 4 и б.

Наиболее' распространенными из аустенито-мартен­ ситных сталей являются хромоникелевые стали типа 17-7, содержащие алюминий, молибден и титан, марок Х16Н9Ю, Х17Н7Ю, 17-7РН, РН15-7Мо и некоторые дру­ гие.

Весьма распространенными материалами для .произ­ водства изделий ответственного назначения работающих в условиях действия значительных нагрузок, являются аустенито-мартенситные стали марок АМ-350 и АМ-355.

Сталь марки АМ-Э50 подвергают закалке с высоких температур (причем при обработке на высокую проч­ ность температура закалки должна составлять 1040— 1065°С) затем быстро охлаждают на воздухе во избежа­ ние образования в ее структуре карбидов.

Более высокие температуры аустенизации не приме­ няются, так как при 1150°С образуются значительные количества 6-феррита, причем колебания химического состава определяют и возможные отклонения от указан­ ного значения температуры. Аустенизация по опти­ мальному температурному режиму обеспечивает высо­ кую пластичность стали, что особенно важно .при обра­ ботке стали марки АМ-350 холодной пластической де­ формацией.

В результате обработки стали марки АМ-350 с аусте­ нитной структурой холодом или холодной деформацией удается обеспечить практически завершенное мартен­ ситное превращение. Окончательная обработка этой стали — отпуск при температуре 450—510°С. С повыше­ нием температуры отпуска снижается коррозионная стойкость и повышаются пластические характеристики стали.

Сталь марки АМ-355 не склонна к охрупчиванию при повышенных температурах (315°С), что, во-первых, значительно расширяет область ее применения и, во-вто­ рых, позволяет производить волочение со значительными суммарными степенями деформации без опасности поте­ ри пластичности вследствие разогрева в очаге деформа­ ции. Сталь марки АМ-355 содержит больше углерода и меньше хрома, чем сталь марш АМ-350, но режимы об­ работки и главная роль мартенситного превращения в упрочнении объединяют эти марки. Отличительными чер­ тами стали марки АМ-355 являются отсутствие 6-феррита

47

Влияние режимов обработки на свойства полуфабрикатов из сталей марок AM-350, АМ-355 и АМ-357 [40]

(в стали марш АМ-350 может быть до 20% 6-феррита) и несколько пониженная коррозионная стойкость.

Специализированными сталя-ми для производства вы­ сокопрочных изделий являются зарубежные стали марок АМ-357 и АМ-359, а также отечественная сталь марки 2Х15Н5АМЗ с более высоким содержанием углерода по сравнению с ранее рассмотренными аустенито-мартенсит­ ными сталями. Эти стали имеют некоторые признаки, свойственные аустенитным сталям с метастабильной структурой. Общепринятый режим обработки этих ста­ лей — 'пластическая деформация с различными суммар­ ными обжатиями, зависящими от требуемых свойств из­ делий, вида обработки и температуры заготовки, и окон­ чательный отпуск при температурах 300—480°С. Свойст­ ва проволоки из сталей серии AM указаны в табл. 6.

При производстве полуфабрикатов из аустенито-мар­ тенситных сталей марок Х17Н7Ю, Х15Н9Ю, Х17Н5МЗ, Х15Н82Ю, 17-17РН деформированием в некоторых слу­ чаях производят пластическую деформацию в аустенит­ ном состоянии, а затем упрочняющую термообработку.

Еще один способ, получения высокопрочных полуфаб­ рикатов или изделий — это деформация заготовки со структурой, в основном состоящей из мартенсита, когда пластическая деформация вызывает дополнительное об­ разование мартенсита, и высокая прочность проволоки достигается при меньших степенях деформации при во­ лочении.

Дополнительное упрочнение всех видов полуфабри­ катов с (высокой прочностью из аустенито-мартенситных сталей обеспечивается общепринятой для них упрочня­

перспективный материал для производства высокопроч­ ной нержавеющей проволоки. Благодаря высокому со­ держанию углерода и способности к интенсивному у—* ’"а-превращению в процессе деформации волочением сталь 'марки 2Х15Н5АМЗ упрочняется в большей степени не только по сравнению с другими нустенито-мартенсит- ными сталями, но и со сталями типа 18-8.' Высокая ин­ тенсивность и степень упрочнения обусловливают неболь­ шое допустимое суммарное обжатие при холодном воло­ чении (55—65%) в зависимости от колебаний химиче­

ского состава стали.

49