Сталь

 

СТАЛЬ, содержащая углерод марганец, хром, азот, бор, кремний кальций и железо, отличаю200 J400 1450 15001550 Т,С Температг/ра зали8 и я с я тем, что, с целью повышения котекучести и механических свойств низких температурах до -196 С, дополнительно содержит церий, ь, титан, цирконий при следующем тношении компонентов, мас.%: 0,02-0,15 Углерод 19-25 Марганец 12-15 0,05-0,30 0,005-0,01 0,2-0,8 Кремний . 0,005-0,01 Кальций . 0,05-0,2 0,4-4 0,005-0,2 Цирконий 0,55-1,5 Остёшьное Железо .

1 (19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО@4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.

М59 С 22 С 38/38, )

1 34()

: 1

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ Лд

4 о Юао

200

1400 1450 1500 1550 7; С

Теипература эамибни

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3602678/22-02 . (22) 13. 04. 83 (46) 07. 07. 84. Бюл.: Р 25 (72) Ф. Н. Тавадзе, Ю. П.Солнцев, Г. A. Степанов, Г. Н. Грикуров, Ю. С. Кривцов, С.С.Волков и 0.А. Федорова (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности (53) 669.14.018.41-194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 293872, кл. С 22 С 38/58, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 476329, кл. С 22 С 38/38, 1975. (54)(57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, хром, азот, бор, кремний, кальций и железо, о т л и ч а ю—

Л гм щ а я с я тем, что, с целью повышения жидкотекучести и механических свойств при низких температурах до -196 С, она дополнительно содержит церий, медь, титан, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Углерод 0,02-0, 15

Марганец 19-25

Хром 12-15

Азот 0,05-0, 30

Бор 0,005-0,01

Кремний . 0,2-0,8..

Кальций 0,005-0,01

Церий 0,05-0,2

Медь О, 4-4

Цирконий О, 005-0, 2

Титан 0,55-1,5 Е

Железо . Остальное

1101467

Изобретение относится. к металлур1 гии, а именно к хладостойким литым сталям, обладающим повыаенной вязкостью, жидкотекучестью и эксплуатационной надежностью при достаточно высокой прочности дпя нагруженных деталей и запорной арматуры, работающих при низких температурах до

-196 С.

Известна нержавеющая сталь f1), предназначенная для работы при криогенных температурах, содержащая, мас. Ъс

Углерод .До 0,03

Марганец 8,5-10,5

Никель 7-8

Хром 18,5-20,5

МоЛибден 2-2,5

Азот 0,31-0, 4

Кремний до 0Ä8

Железо Остальное 20

Недостатком стали являются неудовлетворительные характеристики( жидкотекучести.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигае- 25 мому эффекту является сталь $2), содержащая, мас.Ь

Углерод О, 01-0, 1 XpoM 12-15

Марганец 16-22 30

Кремний 0,2-0,8

Азот О, 03-0,23

Бор 0,006-0.,01

Ка ций 0,001 0,1

Сера О, 01-0 04 35

Фосфор 0у 01-0,04

Железо Остальное

Цель изобретения является повыше. ние жидкотекучести и механических свойств при низких температурах до -196 С.

Цель достигается тем, Что сталь, содержащая углерод, марганец, хром, азот, бор, кремний, кальций, железо, дополнительно содержит, церий,. медь, титан, цирконий йри следующем соотнсиаении компонентов, мас. Ъ|

Углерод 0,02-0,15

Марганец 19-25

Хром 12-15

Азот 0,05-0,30

Бор 0 005-0,01

Кремний 0,2-0,8

Кальций 0,005-0,01

Церий 0,05-0,2 55

Медь О, 4-4,0

Цирконий 0,005-0,2

Титан 0,55-1,5

Железо Остальное

Сталь может содержать примеси, 60 мас. Ф:

Сера О О О 1 -О, О 4

Фосфор 0,001-0,04.

Совместное влияние титана и циркония в указанных пределах наиболее благоприятно воздействует на структу-, ру механические и литейные свойства

Вследствие повышенного сродства циркония к азоту введение его в сталь обеспечивает поглощение азота из атмосферы, что препятствует образованию свищей, пор н микропустот в слитке. Цирконий способствует повышению общего содержания азота в металле, тем самым способствует ста-. бильности аустенита при низких тем-. пературах. Легирование стали цирконием приводит к иэмельчению аустенитного зерна.

Введение титана в количестве

0,55-1,5 мас. В приводит к образованию в хромомарганцевых сталях легкоплавких соединений Ми и Ti и.повышает технологичность стали при выплавке. Образующиеся карбиды титана Ti С значительно упрочняют аустенитную матрицу, что приводит к росту временного сопротивления и предела текучести отливаемой стали во всем интервале температур, в сравнении с известной сталью. Однако TjC, являясь фазой внедрения, имеет ограниченную растворимость аустените, и дальней- шее увеличение содержания титана в стали нецелесообразно.

Прн нагреве стали, содержащей Т и Е, аустенитное зерно растет медленнее, чем без них. Кроме того, эти легирующие элементы уменьшают чувствительность стали к перегреву.

Цирконий в выбранном интервале легирования способствует как повышению плотности литого материала, так и улучшению жидкотекучести стали на

55-60t. по сравнению.с известной

1 причем увеличение жидкотекучести значительно повышается при низкой температуре разливки (см.чертеж).

На чертеже представлена зависимость жидкотекучести от температуры разливки.

Механические свойства стали исследовали на.металле пяти опытных плавок, выплавленных в открытой индукционной печи емкостью 150 кг. Химический состав опытных плавок приведен в табл. 1., Сталь разливали в корковые оболочки для получения натурных литых многоходовых вентилей, а также в трефообразные литейные пробы (ГОСТ 7565-73). для изготовления образцов для механических испытаний.

При определении механических характеристик на статическое одноосное растяжение применяли короткие цилиндрические образцы 9 5К диаметром 10мм

no IQCT 11150-.75. Механические испытания на одноосное статическое растяжение производили на универсальной машине типа Инстрон при температурах

20, -100 и -196 С. Для определения

1101467

Содержание компонентов, мас.В:

Сталь плавки

Cr . N P с J Mn

Предлагаемая

22,0 13,5

О, 0,30

0,040

0,020

0,001

0 20 . 0 030

0,09

15,0

О, 15 25,0

0,30 .0,040

24,9 13,8

0; 020

0,001

0,026

- 0,04

0,21

0,05

19,0 12,0

0,02

О, 026

13,2

0,06

22,2

0,18

0,10 19,9 14,8 0,18 - 0,032 0,028

Известная

Продолжение табЛ7 1

Содержание компонентов, мас.В

Сталь плавки

В Са Ce Zr Cu Ti

Предлагаемая

0 34 0 007 0 007 0 15 0 10

0,010

0,80

0 010 0 20 0 20 4 0 1 5

0,54 0,007

0,012 . 0,12 0,11 0,8 0,9

0,005 0,005 07 05 0,005 0,4

0,20

0,55

0,61 0,007 0,006 0 12 0,13 1,2

1,3

Известная

0,43 0,009 0,01 характеристик вязкости прн динамическом изгибе применяли образцы типа

11 по ГОСТ 9454-78. Механические характеристики предлагаемой стали и известной приведены.в табл. 2.

Из приведенных данных видно, что с понижением температуры испытания прочность для всех исследованных сталей растет, а пластичность и вязкость падают. Стали предлагаемого состава в литом состоянии (плавки

1-5) во всем интервале температур имеют, более высокие ха" рактеристики прочности, чем известного.

Для оценки работоспособности на 15 турных изделий из предлагаемой стали и известной проведены испытания шести многоходовых вентилей. Тонкостенные литые многоходовые вентили изготовлены по выплавляемым моделям. 2()

Хладостойкость литых вентилей оценивали при испытании внутренним давлением и ударным нагружением при температурах 20 и -196 С. Результаты испытаний многоходовых литых тонкостенных вентилей внутренним давлением при температурах 20 С и -196 С приведены в табл. 3 °

Прочность, . вязкость и хладостойг. кость предлагаемой стали в литом состоянии в интервале температур от 20 до -196 С выше, чем у известной. Ударная вязкость (КСУ) при

-196 С выше в два раза, жидкотекучесть на 60%, расход жидких продуктов при захолаживании тонкостенных изделий на 30%, уменьшаются возникаюшие при захолаживании термические напряжения из-за возможности получения тонкостенных отливок на 25.% в сравнении с известной сталью. Предлагаемая сталь олее технологична.

Табл ица1

1101467

Таблицами

КСч, Дж/см

Сталь плавки о

Т„сп у С б, Мпа бои ИПа

Предлагаемая

240

740

380

540

980

140

780

1100

65

410

780

28

220

580

1000

100

830

1150

60

590

980

-100

100

390, 18

-196

64

660

160

560

920

20

800

1070

420

200

780

-100

120

600

1020

18

800

1150

-196

Известная

580

120

290

410

23

820

-100

15

580

940

-196

Таблица3

Сталь плавки

Характер разрушения

Предлагаемая

38

-196

38

Не разрушился

-196

Не разрушился

Известная

20

-196

ВЫИИПИ Заказ 4726/15 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4

-100

-196

-100

-196

-100

-196

Температур испытаний

Tllcn. ю

Максимальное . давление, Рмак i ИПа

Увеличение параметра вентиля по окружности, ф е

Не разрушился

Не разрушился

Разрушился вязко

Разрушился хрупко