Сталь конструкционная

 

Изобретение относится к металлургии в частности к разработке конструкционной стали для изготовления сортовых заготовок, используемых при холодной высадке крепежных изделий. Предложена конструкционная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, бор, ванадий, алюминий, титан, азот и железо при следующем соотношении, мас. % : углерод 0,18 - 0,24, марганец 0,90 - 1,30, кремний 0,17 - 0,37, бор 0,0005 - 0,0050, ванадий 0,01 - 0,08, алюминий 0,02 - 0,06, титан 0,01 - 0,04, азот 0,005 -0,015 и железо - остальное, при условии, что содержание элементов удовлетворяет следующим соотношениям: , Технический результат изобретения заключается в повышении характеристик прокаливаемости и обеспечение сквозной прокаливаемости термоулучшаемых заготовок диаметром до 25 мм. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке конструкционной высокопрочной стали, предназначенной для сортовой заготовки используемой при холодной высадке крепежных изделий.

Известна конструкционная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.06-0.30, кремний 0.17-1.0, марганец 0.8-2.0, ванадий 0,01-0,25, азот 0,005-0,040, бор 0.001-0.008, алюминий 0,005-0,10, титан 0.005-0.015, остальное железо [1]. Недостатком данной стали являются ее низкая технологичность, недостаточный уровень прокаливаемости и широкие концентрационные границы содержания элементов, что не позволяет обеспечить остаточную стабильность свойств стали.

Наиболее близкая по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой стали является сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.06-0.30, кремний 0.17-1.0, марганец 0.8-2.0, бор 0.001-0.008, ванадия 0,01-0,25, алюминий 0.005-0.10, титан 0,005-0,015, азот 0,005-0,40, остальное железо [2].

Недостатками известной стали являются широкие границы варьирования углерода, марганца, что не позволяет получить стабильный уровень механических свойств. В анализируемой композиции не учтен фактор защиты бра от связывания в нитриды, что при промышленно получаемом уровне азота в стали не позволит получить повышенные характеристики ее прокаливаемости.

Задачей изобретения является повышение характеристик прокаливаемости и обеспечение сквозной прокаливаемости термоулучшенной металлопродукции диаметром до 25 мм.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, бор, ванадий, алюминий, титан, азот и железо содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод - 0.18 - 0.24 Марганец - 0.90 - 1.30 Кремний - 0,17 - 0,37 Бор - 0.0005 - 0.0050 Ванадий - 0,01 - 0,08 Алюминий - 0.02 - 0.06 Титан - 0,01 - 0,04 Азот - 0.005 - 0.015 Железо - Остальное
при условии, что содержание элементов удовлетворяет следующим соотношениям:


Примеси: фосфор до 0.025%, никель до 0,20%, медь до 0.20%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в предлагаемой стали (пруток диаметром до 25 мм), после термоулучшения (закалка от температуры не мене 920oC с последующим отпуском от температуры не ниже 620oC) однородную мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.

Углерод и карбонитридообразующие элементы вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ванадий управляет процессами в аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита (до 950oC), стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер -- превращения. Ванадий способствует также упрочнению стадии при термоулучшении. Верхняя граница содержания углерода (0.24%), ванадия (0.08%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя (соответственно 0.18%, 0.01%) - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.

Марганец используется с одной стороны, как упрочнитесь твердого раствора, с другой стороны, как элемент существенно повышающий устойчивость переохлажденного аустенита и увеличивающий прокаливаемость стали. При этом верхний уровень содержания марганца (1.30%) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний (0.90%), необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости стали.

Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию (0.17%) обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.37% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.

Бор способствует резкому увеличению прокаливаемости стали. Верхний предел содержания бора (0.0050) определяется соображениями пластичности стали, а нижний (0.0005) - необходимостью обеспечения требуемого уровня прокаливаемости.

Алюминий и титан используются в качестве раскислителей и обеспечивают защиту бора от связывания в нитриды, что способствует резкому повышению прокаливаемости стали. Так нижний уровень содержания данных элементов (0.01 и 0.02 соответственно) определяется требованием обеспечения прокаливаемости стали, а верхний уровень (0.06 и 0.04) - требованием обеспечения заданного уровня пластичности стали.

Азот - элемент участвующий в образовании карбонитридов, при этом нижний уровень его содержания (0.005%) определяется требованием обеспечения заданного уровня прочности, а верхний уровень (0.015%) - требованием обеспечения заданного уровня пластичности и прокаливаемости.

Для обеспечения полного связывания азота в нитриды типа TiN и AIN в результате протекания реакций:
[Ti]+[N]=TiN,
[Al]+[N]=AlN
требуется выполнение следующего соотношения элементов: в противном случае не обеспечивается защита бора от связывания его в нитриды и резко снижаются характеристики прокаливаемости стали.

Соотношения определяют условия сохранения в стали более 50% эффективного бора, что обеспечивает заданные характеристики прокаливаемости стали.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного введением новых компонентов - ванадия, алюминия и титана, а также соотношениями:
Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, который достигался бы сходный эффект - повышение характеристик прокаливаемости стали.

Ниже даны примеры осуществления предлагаемого изобретения в объеме формулы изобретения.

В экспериментальных условиях в 60-кг открытой индукционной печи выплавлено 10 плавок опытных сталей, химический состав которых приведен в таблице 1. Сталь разливали на 3 слитка весом 17 кг, которые далее ковали на сутунку сечением 70 х 70 мм. Затем сутунки прокатывали на лист толщиной 14 мм. Из листа изготавливали заготовки образцов размером 14 х 14 х 300 мм, которые в дальнейшем прошли термическую обработку в лабораторных печах типа СНЗ по следующим режимам: закалка от 950oC с выдержкой 50 минут и охлаждением в воде. Отпуск при температуре 630oC с выдержкой 30 минут. Толщина заготовок и режимы охлаждения при закалке обеспечивали сквозную прокаливаемость заготовок.

Механические характеристики определяли на тангенциальных образцах. Испытания на растяжение при комнатной температуре проводили на образцах тип 1, ГОСТ 1497-84, на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяли характеристики прочности b и 0,2 и пластичности - и .
Средние значения характеристик подсчитывали по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивали с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:

где M1 и M2 - средние значения сравниваемых величин;
S21 и S22 - - дисперсии среднего; t0,kr005() - - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0.95 и числе степеней свободы -.
Определение характеристик прокаливаемости (критический диаметр D50) проводили методом торцевой закалки цилиндрических образцов диаметром 25.0 мм и длиной 100 мм с заплечиками, согласно ГОСТ 5657. Перед изготовлением образца заготовки прошли термическую обработку в камерных печах по следующему режиму: нормализация, 950oC , 1 час, воздух. Испытывали по два образца на плавку. Закалка образцов проводилась струей воды в специальной установке. В связи с необходимостью предотвращения окисления и обезуглероживания торца образца, непосредственно соприкасающегося со струей вод при закалке, нагрев образцов в камерных печах (без защитной атмосферы) проводили в специальных стаканах. Торец образца ставился на специальную графитовую пластину. Образец нагревался в камерной печи до температуры 950oC. Продолжительность прогрева образца о температуры закалки составляла 30 - 50 минут. Отклонения от заданной температуры закалки не превышало 5oC. Выдержка образца при температуре закалки после нагрева составляла 30 мин. Время с момента извлечения образца из печи до начала охлаждения не превышало 5 сек. Образец находился под струей воды до полного охлаждения (порядка 15 20 мин). Температура охлаждающей воды составляла 205oC.

Для замера твердости по всей длине закаленного образца сошлифовывались две диаметрально противоположные площадки на глубину 0.50.1 мм. Площадки сошлифовывались при обильном охлаждении водой. Шероховатость поверхности площадок была не грубее 7-го класса чистоты по ГОСТ 2789. Не допускались прижоги, вызывающие структурные изменения металла. Для построения кривой прокаливаемости стали замер твердости начинали на расстоянии 1.5 мм от закаленного торца в осевом направлении. Первые 16 замеров от торца образца производили с интервалом 1.5 мм, а затем через 3 мм. Если на определенном расстоянии от торца образца твердость не меняется, то измерения производили через один интервал, а затем прекращали испытания. С целью обеспечения очной фиксации мест измерения твердости было специально сконструировано и изготовлено приспособление. В случае необходимости повторного изменения твердости на площадке, на которой были сделаны замеры, площадку перешлифовывали. Глубина съема металла при повторной шлифовке составляла 0.1-0.2 мм. Твердость определяли по Роквеллу (HRC) в соответствии с требованиями ГОСТ 9013. Для каждой пары точек, находящихся на одинаковом расстоянии от торца образца на двух противоположных площадках, посчитывали среднее арифметическое значение твердости.

Механические свойства представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь, по сравнению с известной имеет более высокие характеристики прокаливаемости.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 601321, C 22 C 38/12, 06.02.1976 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 605854, C 22 C 38/14, 1978 г. (прототип)е


Формула изобретения

Сталь конструкционная, содержащая углерод, марганец, кремний, бор, ванадий, алюминий, титан, азот и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,18 - 0,24
Марганец - 0,90 - 1,30
Кремний - 0,17 - 0,37
Бор - 0,0005 - 0,0050
Ванадий - 0,01 - 0,08
Алюминий - 0,02 - 0,06
Титан - 0,01 - 0,04
Азот - 0,005 - 0,015
Железо - Остальное
при условии, что содержание элементов удовлетворяет следующим соотношениям:

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению плакированной коррозионно-стойкой стали и изделий из нее

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к рельсовой стали, и предназначено для использования преимущественно в сталеплавильном производстве при выплавке стали в электропечах для железнодорожных рельсов

Сталь // 2082812
Изобретение относится к металлургии, в частности к составу стали, предназначенной для производства мелющих роликов (шаров) в роликовых и шаровых мельницах

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению трехслойных листов и полос, плакированных с двух сторон коррозионно-стойкими сталями, предназначенных для получения изделия холодной штамповкой

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу цементируемой стали, и может быть использовано для изготовления цементируемых литых деталей, работающих в условиях контактно-абразивного изнашивания (звенья дробеметных барабанов и др.)

Изобретение относится к металлургии, в частности к низколегированной стали, предназначенной для изготовления металлических конструкций, устойчивых к морской коррозии и низким температурам

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к сплавам с аморфной структурой, используемых в качестве магнитно-мягких материалов, идущих на изготовление дросселей насыщения и элементов индуктивности радиоустройств

Изобретение относится к магнитным материалам, в частности к материалам для постоянных магнитов на основе соединений редкоземельных элементов с металлами железной триады

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу высокопрочного мартенситностареющего сплава для изготовления тяжелонагруженных деталей

Сталь // 2044793
Изобретение относится к производству сталей, применяемых преимущественно для восстановления деталей машин методом наплавки

Изобретение относится к металлургии в частности к разработке конструкционной высокопрочной стали для изготовления сортовых заготовок, используемых при холодной высадке крепежных изделий

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к высокопрочным свариваемым сталям

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к ультравысокопрочной с низким коэффициентом текучести стали для магистральных труб, имеющей повышенную низкотемпературную НАZ вязкость и свариваемость на месте и предел прочности по крайней мере 950 МПа, превышающий Х100 API стандарта

Сталь // 2144094
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам инструментальных сталей, которые могут найти применение при изготовлении деталей, работающих в условиях термоциклического нагружениях (ТЦН)

Изобретение относится к высокопрочной стали, используемой в строительстве и для изготовления труб, и к производству этой стали

Изобретение относится к высокопрочной стали и ее производству

Изобретение относится к металлургии, конкретно к разработке высокопрочных инварных сплавов с минимальным значением температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) ниже 2,510-6 K-1

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой, например, для арматурного литья, и к способу производства такой стали

Сталь // 2179196
Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей для магистральных нефтепроводов и газопроводов
Наверх