Азотсодержащая лигатура для стали и высокопрочная сталь

 

Изобретение относится к азотсодержащим лигатурам для стали и высокопрочным сталям Цель изобретения - одновременное повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу. Лигатура содержит, мае. %: ванадий 20 - 40; марганец 5 - 20; азот 8 - 12; кремний 10 - 30; углерод 0,1 - 2.5; алюминий 0,1 - 1,5; ниобий 0,5 - 5,0; кальций 0,1 - 1,5; хром 0,5 - 5,0; барий 0,1 - 1,5; железо остальное. Лигатуру получают методом самовоспламеняющегося вакуумного синтеза. С помощью лигатуры производят выплайку высокопрочной стали состава, мае.%: углерод 0,27 - 0,34; кремний 0,17-0,37; марганец0,3-0,6; хром 2.0-2,7; никель 0,5 - 1,2; молибден 0,2 - 0,3; ванадий 0,06 - 0,15: алюминий 0,02 - 0,06; азот 0,02 - 0,04; ниобий 0,03 - 0,06; кальций 0,005 - 0,01; барий 0,001 - 0,01; железо остальное. Выплавленная сталь имеет 78 1150- 1300 МПа. От 1030-1180МПа, 16%, при этом коэффициент вязкости К$ 1,74 - 1,86, а чувствительность к перекосу на образцах с надрезом равна 0,15 - 0.22. 2 с.п. ф-лы, 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 22 С 35/00, 38/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7,5

7,5

1,5 (21) 4708402/02 (22) 27.04.89 (46) 30.06.92. Бюл. ¹ 24 (72) Л.А. Смирнов, Л.М. Панфилова, M.È.

Срогович, M È. Гольдштейн, Б.М. Бронфин, А.А. Филиппенков, Г.И. Соколова, А.А.

Емельянов, М.К. Закамаркин, А.И, Журавлев, А.П. Васильев, М.А. Лойферман, Ю.Г.

Адельшин, К.К. Жданович, А.В. Лобанов, В.И. Лапытько, В.И, Ищенко, В.Д, Дашевский; B.Ã. Козлов, С.Н. Галкин. О,С. Якушев, .

В.А. Карев, В.Г. Горох, B,Т. Сулименко, В.Н.

Паслов и В.Д, Филатов (53) 669,13-018:669.15-198(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1550939, кл. С 22 С 35/00, 1988, Авторское свидетельство СССР

¹ 1126623, кл. С 22 С 38/46, 1984, (54) АЗОТСОДЕРЖАЩАЯ ЛИГАТУРА ДЛЯ

СТАЛИ И ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к азотсодержащим лигатурам для стали и высокопрочным сталям, Цель изобретения — одновременное

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к лигатурам, применяемым для легирования и модифицирования стали.

Цель изобретения — одновременное повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу стали.

Пример . Аэотсодержащую лигатуру предлагаемого состава производят в реак.торе емкостью 20,0 л методом СВС. Для получения лигатуры берут следующие материалы, кг:

Феррованадий (Ф ВД-35А) 20,0

Феррониобий (Ф Н-1) 5,0!

Ы 1744138 А1 повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу. Лигатура содержит, мас. : ванадий 20 = 40; марганец

5 — 20; азот 8 — 12; кремний 10 — 30; углерод

0,1 — 2.5; алюминий 0,1 — 1,5; ниобий 0,5—

5,0; кальций 0,1 — 1,5; хром 0,5 — 5,0; барий

0,1 — 1,5; железо остальное. Лигатуру получают методом самовоспламеняющегося вакуумного синтеза. С помощью лигатуры производят выплавку высокопрочной стали состава, мас..,ь: углерод 0,27 — 0,34: кремний

0,17 — 0,37; марганец 0,3-0,6; хром 2,0 — 2,7; никель 0,5 — 1,2; молибден 0,2 — 0,3; ванадий

0,06 —,0,15: алюминий 0,02 — 0,06: азот 0.02 — 0,04; ниобий 0,03 — 0,06; кальций 0,005—

0,01; барий 0,001 - 0,01; железо остальное.

Выплавленная сталь имеет oa = 1150 — 1300

МПа, ггг = 1030 — 1180 МПа, д= 15 — 16, при атом коэффициент вязкости К = 1,74 — 1,86, а чувствительность к перекосу на образцах с надрезом равна 0,15 — 0,22. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Ферромарганец

Силикокальций

Силикобарий

CMliHKOXpOM

Алюминий АП В (порошок)

Теплоноситель (порошок алюминия) 0,1

Исходные материалы смешивают и измельчают в пневмоимпульсном измельчителе и обрабатывают азотом при давлении 6,0 атм. Готовую смесь помещают в реактор и осуществляют азотирование в среде технического азота под давлением 10 МПа. Воспламенение смеси осуществляют путем

1744138 нагрева теплоносителя нагретой спиралью из нихромовой проволоки.

Дальнейшее азотирование проводят в самоподдерживающемся режиме без подвода тепла. Азотсодержащую лигатуру получают в виде слитка 69,2 кг.

Лигатуру вводят в процессе выплавки стали в 25-тонной электродуговой печи за 15 мин до выпуска стали, Результаты испытаний лигатуры предлагаемого состава представлены в таблице и даны в сравнении с известным составом.

Предлагаемая лигатура, полученная методом СВС, имеет высокое содержание азота, кремния и ванадия. Введение в лигатуру бария в сочетании с высоким содержанием азота (8,0 — 12 0 мас. ), кремния (10 0 — 30,0 мас. ) и ванадия (20,0 — 40,0 мас. ) обеспечивает одновременное повышение прочности и коэффициента вязкости и снижение чувствительности к перекосу.

Ванадий и ниобий в лигатуре находятся в виде мелкодисперсных комплексных карбонитридов (VNb)CN, основную долю в которых составляет ванадий. При этом повышенное содержание ванадия (наряду с содержанием ниобия) обусловливает модифицирующий эффект лигатуры (благодаря оптимальной объемной доле и равномерному введению дисперсных карбонитридов), заключающийся в уменьшении длины пакетов реечного мартенсита, Это благоприятно влияет на уровень свойств стали: происхо.дит одновременное повышение прочности, коэффициента вязкости и снижение чувствительности к перекосу, Содержание углерода менее 0,1 мас., ниобия менее 0,5 мас,, азота менее 8,0 мас. / и ванадия менее 20,0 мас. в лигатуре недостаточно для образования комплексных карбонитридов ниобия и ванадия в лигатуре и, соответственно, в стали, что приводит к снижению ее свойств, Увеличение содержания углерода более 2,5 мас. g,. азота более 12,0 мас, . ниобия более 5,0 мас.% и ванадия более 40 мас. приводит к большой объемной доле карбонитридов в лигатуре, которые находятся в виде крупных скоплений,что приводит, соответственно, к увеличению их размеров и количества в ста-. ли, Это снижает модифицирующий эффект лигатуры, при этом снижается коэффициент вязкости и повышается чувствительность к перекосу.

Барий в лигатуре находится в виде нитридов бария (Ва2К), как и кальций. Нитриды бария при введении лигатуры в сталь разлагаются на атомарные азот и барий, что усиливает модифицирующее и легирующее воздействие лигатуры. При этом барий из45

55 лице, следует. что применение .предлагаемой лигатуры при выплавке стали обеспечивает повышение ее прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству сталей для высоконагруженных деталей машиностроения, например коленчатых валов, шатунов, бурового инструмента. деталей крепежа

Цель изобретения — одновременное повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу

Пример . Сталь выплавляют в электропечи емкостью 25 т с введением азотсоменяет морфологию, состав неметаллических включений в стали, а выделяющийся азот предохраняет комплексные карбонитриды (VNb)CN от окисления.

5 Введение нитридов бария также обеспечивает лучшее усвоение кальция при выплавке и тем самым большую степень глобуляриэации неметаллических включений, более их однородное распределение

10 по размерам. При содержании бария менее

0,1 мас, не образуется достаточного количества нитридов бария как для защиты комплексных соединений (VNb)CN, так и для модифицирования неметаллических вклю15 чени и очищения границ зерен (снижаются характеристики коэффициента вязкости и чувствительности к перекосу).

Содержание бария выше 1,5 мас. в лигатуре приводит к снижению усвоения

20 щелочноземельных элементов (кальция и бария), вводимых в сталь лигатурой, что также неблагоприятно влияет на характеристики.

Хром в лигатуре (0,5 — 5,0 мас. ) нахо25 дится в виде нитридов хрома, При разложении нитридов хрома образуется азот, который является дополнительной защитой для комплексных карбонитридов. Однако благодаря повышенному содержанию вана30 дия в лигатуре до(40,0 мас. ) превышение . количества хрома выше 5,0 мас. технологически усложняет процесс и может привести к снижению характеристик коэффициента вязкости и повышению чув35 ствительности к перекосу.

Алюминий и марганец оказывают воздействие на сталь, усиливая действие ванадия и ниобия и предохраняя их комплексные соединения от окисления. Указанные пред40 елы содержания алюминия и марганца выбраны с учетом получения предлагаемого состава лигатуры методом СВС и выплавляемой при ее введении предлагаемой стали.

Из результатов, представленных в таб1744138 держащей лигатуры, полученной методом Введение 0 005 — 0,01 мас,% кальция в

СВС. комплексе с 0,001 — 0,01 мас.% бария и 0,03

Слитки весом 3,5 т разливают сифон- — 0,06 мас.% ниобия также обеспечивает ным способом, прокатывают на заготовки, . одновременный рост характеристик прочпроводят отжиг и термообработку (улучше- 5 ности и коэффициента вязкости и снижение ние). Механические свойства определяют чувствительности к перекосу. Это связано с на стандартных пятикратных образцах тем, что кальций является не только моди(ГОСТ 1497-84). Коэффициент вязкости (К ) фикатором неметаллических включений определяют по известной методике, а чувст- (НВ), но и влияет на очищение границ зерен вительность к перекосу при статической на- 10 от вредных примесей, При этом введение грузке определяют на образцах с надрезом кальция до 0,005 мас.% не влияет благоприпо OCT 1 90052-72. ятно на границы зерен и НВ, что в свою

Химический состав предлагаемой и из- очередь не обеспечивает повышения прочвестной сталей, а также механические свой- ности и коэффициента вязкости, а также ства представлены в таблице. 15 снижения чувствительности к перекосу. СоВведение ниобия в количестве 0,03 — держание кальция выше 0,01 мас,%, не обес0,06 мас.%, кальция 0,005 — 0,01 мас.%, ба- печивает положительного его эффекта в рия 0,001 — 0,01 мас. при наличии элемен- стали, так как не происходит хорошего усвотов в указанных пределах обеспечивает ения в стали, что обусловлено низкой расодновременное повышение прочности, ко- 20 творимостью кальция встали. эффициента вязкости и снижение чувстви- KBK следует из полученных результатов, тельности х перекосу. представленных в таблице, предлагаемый состав стали обеспечивает одновременное

Введение 0,03 — 0,06 мас,%,ниобия (в повышение прочности, вязкости и снижеприсутствии кальция 0,005 — 0,01, бария 25 ние чувствительности к перекосу.

0001 — 001%) благодаря образованию в Ф ор мула изобретения структуре стали комплексных карбонитри- 1. Азотсодержащая лигатура для стали, дов типа (VNb)CN. стехиометрическое соот- полученная методом самЬраспространяюношение элементов в которых . щегося вакуумногосинтеза,содержащая ваопределяется соотношением массовых до-. 30 надий, марганец, азот, кремний, углерод, лей ванадия и ниобия, углерода и азота в алюминий, ниобий, кальций,хром, железо, составе стали, обеспечивает уменьшение отличающаяся тем, что, с целью длины пакетов реечного мартенсита, обра- одновременного повышения прочности, зующегося в этой стали в результате закал- вязкости и снижения чувствительности к пеки, так как они имеют большую плотность 35 рекосу стали, она дополнительно содержит выделения и являются более дисперсными, барий при следующем соотношении компочем частицы VCN, выделяющиеся в извест- нентов,.мас,%: ной стали, Кроме того, частицы комплексно- Ванадий 20 — 40

ro карбонитрида равномерно распределены Марганец 5 — 20 в матрице. Все приведенные факторы обус- 40 Азот 8 — 12 ловливают повышение прочности, коэффи- Кремний .10 — 30 циента вязкости и снижение Углерод 0,1 — 2,5 чувствительности к перекосу. Кроме того, Алюминий . 0,1 — 1,5 уменьшение длины пакетов мартенсита Ниобий 0,5 — 5,0 приводит к снижению уровня локальных 45 Кальций 0,1 — 1,5 микроискажений, что также является одной Хром 0,5 — 5,0 из причин указанного положительного из- Барий 0,1 — 1,5 менения механических характеристик. Со- Железо Остальное держание ниобия ниже 0,03% недостаточно для образования комплексных карбонитри- 50 2. Высокопрочная сталь преимущестдов и их объемной доли, обеспечивающей венно для деталей ответственного назначеуменьшение длины пакетов мартенсита и ния, содержащая углерод, марганец, снижение микроискажений. Увеличение ко- кремний, хром, никель, ванадий, молибден, личества ниобия свыше 0,006% приводит к 55 алюминий, азот и железо, о тл и ч а ю щ азначительному укрупнению комплексных я с я тем, что, с целью одновременного карбонитридов и они становятся концент- повышения прочности, вязкости и снижераторами напряжений, при этом рост проч- ния чувствительности к перекосу, она доности сопровождается снижением полнительно. содержит ниобий, кальций и коэффициента вязкости и повышением чув- барий при следующем соотношении.компоствительности стали к перекосу, нентов, мас.%:

1744138

Химический состав лигатуры, мас.л

Лигатура и сталь ИЬ Cr Са Ва Fe

С Si Mn V Al N

30,0 20,0 40,0

10,0 5,0 20,0

15,0 10,0 . 30,0

15 0 25 0 15,0

2 5

0,1

1,2

1 5

120 50 50 15

8,0 0,5 0,5 0,1

10,0 4;О 2,0 . 1,0

100 30 320 15 l,5

0,1 ,1, О

1,0

1,5 Ост.

О 1

1 О

Предла га е>лая

II

> >»

Из вестная

t J

Продолжение таблицы

Химический состав стали, мас.Ф

Лигатура и сталь

С Si

Мп Сг Ni Мо Ч Al И Nb Ca Ba Fe

0,06 0,01 С,Q! Ост.

0,03 0,005 0,001

0 05 0,008 0,005 -"0,04 0,009

Предлагаемая 0,34

lI 0,27

« I l 0,30

Известная 0,31

o>37 o ° 60 2>,7

О 17 0 30 2 0

0,27 0,45 2,3

О> 30 . 0,42 2,4

1,2 0 30

0,5 0,30

0,8 0,25

0,8 . 0,25

0,15 О;06 0,04

0,06 .0,02 0,02

О,!О 0,03 .0,03

0,10 0,03 0,03

Продолжение. таблицы

Механические свойства стали

Лигатура и сталь

КоэФфициент вязкости, К„, Чувств. к перекосу

Предел текучести

GT- lMna

Отн. удлинен .

6>

Поперечное сужение, g,Ф еменное опрот> в,Мпа

1,83 0,22 .

1,74 0,18

1,86 О, 15

157 . 033

П редла г а е>лая

ll

»

Известная

1100

1000

16,0

15,0

15,0

12,0

62

64

П р и м е ч а н и е. Свойства стали после закалки (930-950 С) и отпуска (600 С, 2 ч) Составитель Л. Карасева

Техред М,Моргентал Корректор Т,Палий

Редактор М.Петрова

Заказ 2170 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

Ванадий

0,27 — 0,34

0,17 — 0,37

0,3 — 0,6

2,0- 2,7

0,5 — 1,2 5

0,2 — 0.3

0,06 — 0,15

Алюминий

Азот

Ниобий

Кальций

Барий

Железо

0,02 — 0,06

0,02 — 0,04

0,03 — 0,06

0,005 — 0,01

0,001 — 0,01

Остальное