Среднеуглеродистая легированная сталь и изделие, выполненное из нее

 

Изобретение относится к металлургии, к составам среднеуглеродистых легированных сталей высокой прочности и пластичности, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве высоконагруженных конструктивных элементов и изделий, в том числе упаковочных поясов для обвязки хлопка, искусственных волокон, пряжи, пиломатериалов и металла, упругих лент измерительного инструмента (рулетки). Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении пластичности стали и изделий, выполненных из нее, а также повышение коррозионной стойкости в закаленном и отпущенном состоянии. Техническим результатом является также лучшая штампуемость термически упрочненной ленты из предлагаемой стали на вырубных штампах. Сущность изобретения заключается в том, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь и железо, дополнительно содержит алюминий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,30 - 0,45, марганец 1,20 - 1,60; кремний 0,20 - 0,60; хром 0,30 - 0,60; медь 0,10 - 0,30; алюминий 0,001 - 0,030; кальций 0,001 - 0,003; церий 0,001 - 0,003; железо - остальное, при этом содержание кремния и меди, а также марганца, хрома и кремния находится в следующих зависимостях: 1,0 ≥ Si + 2Cu ≥ 0,5 2,5 ≥ Si + Cr + Mn ≥ 1,8, а также в том, что изделия выполняют из стали вышеуказанного состава. 2 с. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, к составам среднеуглеродистых легированных сталей высокой прочности и пластичности, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве высоконагруженных конструктивных элементов и изделий, в том числе упаковочных поясов для обвязки хлопка, искусственных волокон, пряжи, пиломатериалов и металла, упругих лент измерительного инструмента (рулетки).

Используемые для указанного назначения марганцовистые, хромокремнемарганцовистые стали с содержанием углерода 0,25-0,40% 3ОГ2, 35Г2, 30ГС (Российская Федерация) и 30 Мn5, 36Мn5, 37МnSi5 (Германия) не позволяют получить стабильное упрочнение стальной ленты из этих сталей с достижением прочности выше 125 кг/мм² и не содержат в своем составе в достаточных количествах элементов, обеспечивающих высокую стойкость к атмосферной коррозии.

Известна сталь, содержащая, мас. углерод 0,35-0,45; марганец 1,4-2,0; кремний 0,02-0,09; медь 0,05-0,4; хром 0,05-0,4; железо остальное.

Свойства стали в горячекатаном состоянии; предел прочности 71-76 кг/мм², предел текучести 46,5-48,5 кг/мм², относительное удлинение 19-24% потеря массы образцов на воздухе 0,7-0,9 г/м³ в сутки. (Авторское свидетельство СССР N 508558, кл. С 22 С 38/00, 1976).

Недостатком известной стали является сравнительно невысокая прочность и невысокая коррозионная стойкость на воздухе.

Известны изделия, выполненные из среднеуглеродистой стали, например, термически упрочненная проволока из стали марки 55 для обвязки хлопковых кип. (ТУ 14-178-239-92 Череповецкого сталепрокатного завода). Состав стали 55 мас. углерод 0,52-0,60; кремний 0,17-0,37; марганец 0,50-0,80; хром 0,25; медь < 0,30; никель <0,30.<P> Известны изделия, а именно лента, используемая, в частности, для упаковки хлопковых тюков, длиноизмерительного инструмента (рулетки) и т.д. выполненная из среднеуглеродистой стали марки 50, содержащей, мас. углерод 0,47-0,55; марганец 0,50-0,80; кремний 0,17-0,37; хром до 0,25; медь до 0,30; железо остальное и неизбежные примеси. (ГОСТ 21996-76 "Лента стальная холоднокатаная термообработанная". Технические условия).

Целью изобретения является создание среднеуглеродистой легированной стали и изделий из нее, в частности, упаковочных лент разного типа, сочетающих высокие прочностные и пластические свойства, а также высокую коррозионную стойкость на воздухе в горячекатаном состоянии и термически упрочненном состоянии, достигаемом посредством закалки и отпуска, причем температурный интервал закалки для изделий различного сечения из предлагаемой стали должен быть достаточно широк от 840-870 до 1000^оС в случае проведения закалки с повышенной скоростью нагрева.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении пластичности стали и изделий, выполненных из нее, а также повышение коррозионной стойкости в закаленном и отпущенном состоянии. Техническим результатом является также лучшая штампуемость термоупрочненной ленты из предлагаемой стали на вырубных штампах.

Это достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь и железо дополнительно содержит алюминий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,30-0,45 Марганец 1,20-1,60 Кремний 0,20-0,60 Хром 0,30-0,60 Медь 0,10-0,30 Алюминий 0,001-0,030 Кальций 0,001-0,003 Церий 0,001-0,003 Железо Остальное при этом содержание кремния и меди, а также марганца, хрома и кремния находится в следующих зависимостях: 1,0 ≥Si + 2Cu + ≥0,5 2,5≥ Si + Cr + Mn ≥1,8 а также в том, что изделия выполняют из стали вышеуказанного состава.

Кремний в указанных количествах вместе с марганцем и хромом введен в сталь для достижения стабильной и однородной закаливаемости при ступенчатой закалке с переохлаждением аустенита в закалочных ваннах, имеющих температуру 310-350^оС с последующим отпуском, что обеспечивает получение прочности стальной термоупрочненной ленты в пределах 130-150 кг/мм².

При содержании кремния меньше 0,2% и суммарного содержания кремния, марганца и хрома менее 1,8 мас. прочность ленты σ_в после закалки с отпуском снижается до 110-120 кг/мм².

При содержании кремния, превышающем 0,6 мас. падает пластичность стали в горячекатаном состоянии до значений δ₄ меньше 15% Если общее содержание кремния, марганца и хрома в стали больше 2,5% то закаливаемость стали становится нестабильной вследствие сохранения значительного количества остаточного аустенита перед отпуском, что сопровождается одновременным снижением предела прочности σ_в ниже 120 кг/мм² и относительного удлинения ниже 4% Кремний вместе с медью повышает коррозионную стойкость. При уменьшении суммарного содержания кремния с удвоенным содержанием меди ниже 0,5 мас. коррозионная стойкость на воздухе понижается до значений привеса, превышающих 0,9 г/м² в сутки, а при увеличении указанной суммы сверх 1,0 мас. при высокой коррозионной стойкости резко снижается технологическая пластичность при горячей прокатке.

Алюминий в приведенных количествах вместе с церием обеспечивает наследственную мелкозернистость стали при термической обработке в интервале 840-1000^оС.

Кальций способствует образованию вместе с марганцем комплексных неметаллических включений сульфидного типа, благоприятно влияющих на повышение пластичности при горячей прокатке и на штампуемость холоднокатаной и термически упрочненной ленты и изделий из нее. Так например, стойкость вырубных штампов при прошивке элементов замкового соединения на закаленной и отпущенной ленте из предложенной стали на 15-20% выше, чем при проведении такой же операции на ленте из стали 35Г2.

П р и м е р. Выплавленная сталь предлагаемого состава (табл.1) после горячей прокатки на полосу толщиной 2,5 мм и отжига при 740-700^оС имеет механические свойства и коррозионную стойкость, приведенные в табл.2.

После холодной прокатки до толщины 0,5-0,8 мм с промежуточным рекристаллизационным отжигом при 680-720^оС полученная холоднокатаная лента подвергалась закалке от температуры нагрева 1000^оС. В состоянии закалки с отпуском при 480-510^оС лента обладает комплексом свойств, необходимыx для изготовления методами гибки, резки, сверления и прошивки отверстий вырубными штампами, точечной сваркой высокопрочных деталей и изделий, предназначенных для работы или хранения на воздухе (табл.2). Из термически упрочненной посредством закалки и отпуска стальной ленты указанного химического состава толщиной 0,75-0,78 мм и шириной 19,0 мм были изготовлены упаковочные пояса с проштампованными на них замковыми соединениями для упаковки тюков хлопка. В табл. 2 приведены значения разрушающего усилия для отрезка ленты, взятого от упаковочного пояса в его средней по длине части (сплошная лента) и для замкового соединения с пятипозиционным зацеплением.

Формула изобретения

1. Среднеуглеродистая легированная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, медь и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,30 - 0,45 Марганец - 1,20 - 1,60 Кремний - 0,20 - 0,60 Хром - 0,30 - 0,60 Медь - 0,10 - 0,30
Алюминий - 0,001 - 0,030
Кальций - 0,001 - 0,003
Церий - 0,001 - 0,003
Железо - Остальное
при этом содержание кремния и меди, а также марганца, хрома и кремния находятся в следующих зависимостях:
1,0 ≥ Si + 2Cu≥ 0,5,
2,5 ≥ Si + Cr + Mn ≥ 1,8.

2. Изделие, выполненное из среднеуглеродистой легированной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, медь и железо, отличающееся тем, что оно выполнено из стали, дополнительно содержащей алюминий, кальций и церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,30 - 0,45
Марганец - 1,20 - 1,60
Кремний - 0,20 - 0,60
Хром - 0,30 - 0,60
Медь - 0,10 - 0,30
Алюминий - 0,001 - 0,030
Кальций - 0,001 - 0,003
Церий - 0,001 - 0,003
Железо - Остальное
при этом содержание кремния и меди, а также марганца, хрома и кремния находится в следующих зависимостях:
1,0 ≥ Si + 2Cu ≥ 0,5,
2,5 ≥ Si + Cr + Mn ≥ 1,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2