Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу конструкционной стали, предназначенной для производства высокопрочных крепежных изделий класса прочности от 8,8 до 10,9 по ГОСТ 1759 - 70 методом холодной высадки. Цель изобретения - получение стали, технологичной в металлургическом производстве и при переработке у потребителя, обеспечивающей оптимальную прокаливаемость, которая позволяет расширить диапазон применения стали - не только для класса прочности 8,8, но и для класса 10,9, а также исключающую необходимость проведения отжига перед холодной деформацией у потребителя. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас. % : углерод 0,24 - 0,30; кремний 0,15 - 0,35; марганец 0,9 - 1,40; хром 0,2 - 0,5; алюминий 0,02 - 0,05; титан 0,01 - 0,03; азот 0,006 - 0,012; железо остальное, при выполнении соотношения: . 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу конструкционной стали, предназначенной для производства высокопрочных крепежных изделий класса прочности от 8,8 до 10,9 по ГОСТ 1759-70 методом холодной высадки.

Известен ряд высокопрочных конструкционных сталей, легированных марганцем, хромом, бором и другими элементами и служащих для изготовления крепежных изделий типа болтов, шпилек и др. (ГОСТ 1759-70).

Основным недостатком известных марок сталей является их высокая твердость и низкая пластичность при холодной высадке. Известна сталь 40Х (ГОСТ 4543-71) следующего состава, мас. % : Углерод 0,36 - 0,44 Кремний 0,17 - 0,37 Марганец 0,5 - 0,8 Хром 0,8 - 1,0 Железо Остальное Недостатками известного состава стали являются ее высокая прокаливаемость и твердость, низкая пластичность. Сталь требует сфероидизирующего отжига перед холодной объемной деформацией, что усложняет цикл изготовления изделий и повышает их себестоимость.

Наиболее близкой к предлагаемой по технологической сущности и достигаемому результату является сталь 20Г2Р (ТУ 14-1-4486-88) состава, мас. % : Углерод 0,17 - 0,24 Кремний 0,17 - 0,35 Марганец 0,9 - 1,3 Хром Не более 0,25 Бор Более 0,001 Титан Не менее 0,03 Алюминий Не менее 0,01 Азот Не более 0,012 Железо Остальное Недостатком данной стали является неудовлетворительная технологичность, что приводит при ее разливке сверху к получению значительного брака по поверхности. Кроме того, сталь 20Г2Р обладает недостаточным легированием и пониженной прокаливаемостью, что ограничивает возможность ее применения лишь для болтов класса прочности 8,8 (не более 100 кгс/мм²). Для болтов более высокого класса прочности эта сталь непригодна.

Цель изобретения - получение стали, технологичной в металлургическом производстве и при переработке у потребителя; обеспечивающей оптимальную прокаливаемость, которая позволяет расширить диапазон применения стали - не только для класса прочности 8,8, но и для класса 10,9, а также исключающую необходимость проведения отжига перед холодной деформацией у потребителя.

Цель достигается тем, что сталь, имеющая в составе углерод, кремний, марганец, титан, азот и железо, дополнительно содержит алюминий и хром в следующем соотношении компонентов, мас. % : Углерод 0,24 - 0,30 Кремний 0,15 - 0,35 Марганец 0,9 - 1,40 Хром 0,2 - 0,5 Алюминий 0,02 - 0,05 Титан 0,01 - 0,03 Азот Не более 0,012 Железо Остальное При этом обеспечивается соотношение _{≥ 19} Прокат, полученный из этой стали в состоянии поставки, должен обладать пониженной твердостью и высоким запасом пластич- ности.

Особенностью предлагаемого состава является то, что он учитывает необходимость получения прочной и пластичной корки при кристаллизации слитка, что предупреждает возникновение кристаллизационных трещин и соответственно - брака при изготовлении проката, а также обеспечивает возможность снижения твердости и повышения пластичности за счет регулируемого выделения карбонитридных фаз.

Пределы по содержанию углерода, марганца и кремния выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимую прокаливаемость стали для получения заданных характеристик прочности после окончательной термообработки изделий (крепежные изделия подвергаются закалке с отпуском).

Поскольку предлагаемая сталь рассчитана на получение изделий более высокого класса прочности (класс 8,8 σ_b = 1000 МПа, класс 10,9 σ_b = 1200 МПа), то это неизбежно вызовет снижение пластичности и вязкости и приведет к повышению твердости проката в состоянии поставки, что свою очередь вызовет необходимость проведения отжига.

Для компенсации или существенного снижения нежелательного эффекта в сталь вводят карбонитридообразующие элементы: алюминий, хром, титан, которые при выполнении соотношения _{≥ 19} обеспечивают связывание азота, присутствующего в стали как неизбежная примесь и частично углерода в карбонитриды, тем самым снижают легированность α -раствора. Образование и равномерное распределение карбонитридов обеспечивает получение мелкозернистой структуры с большой протяженностью границ зерен, что вызывает повышение пластичности и вязкости в готовом прокате.

В предлагаемой стали при соотношении _{≥ 19} достигаются требуемая пластичность, твердость и благоприятная микроструктура после горячей прокатки и медленного охлаждения мотков.

Характеристика относительного удлинения имеет значения δ_S = 26 - 31% , относительное сужение Ψ = 60 - 63% , прокаливаемость П и твердость HRB = 179-207 ед. Полученные свойства исключают необходимость проведения отжига потребителя при изготовлении крепежа класса прочности 10,9.

При соотношении _<19 в стали не обеспечиваются требуемых свойств после горячей прокатки.

П р и м е р. Сталь выплавляется в 300 т и 600 т мартеновских печах с продувкой ванны аргоном. Металл раскисляется комбинированным способом: силикомарганец и феррохром в печь, ферросилиций, алюминий и феррохром в ковш. Разливка в сортовую изложницу с прибыльными надставками через стакан-коллектор диаметром 40 мм.

Слитки прокатывают в заготовки диаметром 9-16 мм с охлаждением проката в мотках массой 800 кг на воздухе. Химический состав стали и ее свойства приведены в таблице.

Опытная партия в количестве 350,0 т опробована на ПО ЗИЛ для изготовления высокопрочных болтов детали 301341 класса прочности 10,9 по ГОСТ 1759-70. Перед высадкой болтов подкат был прокалиброван с 13,0 мм на круг 11,8 мм без дополнительного отжига. (56) ТУ 14-1-4486-88. Сталь 20Г2Р.

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, титан, азот, алюминий, железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. % : Углерод 0,24 - 0,30 Кремний 0,15 - 0,35 Марганец 0,9 - 1,40 Хром 0,2 - 0,5
Алюминий 0,02 - 0,05
Титан 0,01 - 0,03
Азот 0,006 - 0,012
Железо Остальное
при выполнении соотношения
19

РИСУНКИ

Рисунок 1