Сталь

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства конструкционной стали для изготовления тяжелонагруженных крупных деталей как в литом, так и кованом исполнении, преимущественно работающих в условиях ударных и циклических нагрузок (гребные валы, бабы молотов, литье проушины и др.). Цель изобретения - повышение пластич ности, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению. Сталь имеет следующий химический состав , мас.%: углерод 0,20-0,30; марганец 0,50-0,80; кремний 0,17-0,37; ванадий 0,30-0,40; ниобий 0,06-0,10; титан 0,01-0,02; алюминий 0,20-0,40; цирконий 0,12-0,20; железо - остальное . 2 табл. е S (Л со :о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (5)) 4 С 22 С 38/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4004406/31-02 (22) 02.12.85 (46) 23.12.87. Бюл. № 47 (71) Производственное объединение

"Новокраматорский машиностроительный завод" и Краматорский индустриальный институт (72) В.П.Кривошеев, В.З.Камалов, В.М.Белкин, В.Т.Алексеенко, Л.Н.Богданова, Е.В.Михайличенко и С.Г.Ребенок (53) 669.15(088.8) (56) Сталь углеродистая, качественная конструкционная. — Сталь 25. ГОСТ

1050-74.

Авторское свидетельство СССР

N- 657079, кл. С 22 С 38/14, 1977. (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства конструкционной стали для изготовления тяжелонагруженных крупных деталей как в литом, так и кованом исполнении, преимущественно работающих в условиях. ударных и циклических нагрузок (гребные валы, бабы молотов, литье проушины и др.).

Цель изобретения — повышение пластичности, ударно-усталостной прочности и сопротивления хрупкому разрушению.

Сталь имеет следующий химический состав, мас.7.: углерод 0,20-0,30; марганец 0,50-0,80; кремний 0,17-0,37; ванадий 0,30-0,40; ниобий 0,06-0,10; титан 0 01-0,02; алюминий 0,20-0,40; цирконий 0,12-0,20; железо — остальное. 2 табл.

35

1 1З

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным сталям, и может быть использовано

I при изготовлении тяжелонагруженных крупных деталей как в литом, так и в кованом исполнении, преимущественно работающих в условиях ударных и циклических нагрузок (гребные валы, эксцентриковые валы, литые проушины и др.) .

Цель изобретения — повышение пластичности, ударно-усталостной прочности и сопротивления разрушению.

Достигаемое повышение ударно-усталостной прочности и пластичности обусловлено сильным измельчением зерна феррита и наличием мелких упрочняющих карбидных фаз, отсутствием кислорода, что обеспечивает получение плотного слитка (отливки). Упо;мянутые упрочняющие фазы блокируют плоскости скольжения и обеспечивают закрепление дислокаций в ферритной матрице, Однако количество и размеры упрочняющих фаз должно быть вполне определенным; увеличение числа этих частиц больше определенного предела вызывает излишне высокую плотность закрепленных дислокаций и повышение в связи с этим прочности, снижение пластичности и вязкости стали. Снижение же количества закрепленных дислокаций в связи с уменьшением числа частиц или укрупнением их вызывает понижение прочности. Совместное введение в малоуглеродистую сталь ванадия, ниобия, циркония, титана и алюминия и повышение на этой основе всего комплекса механических свойств как в литом, так и в кованом состояниях обусловлено также (кроме тормозящего действия карбидных частиц на рост зерна) изменением структуры аустенита, температурного интервала и характера - а-превращения, фазового состава стали и состояния феррита, а также рафинированием твердого раствора.

По степени торможения роста зерна при высоких температурах карбидообразующие элементы, вводимые в разработанную сталь, располагаются в следующей последовательности: ванадий, ниобий, титан, цирконий, при этом степень их влияния возрастает в указанном порядке. Ванадий тормозит рост зерна аустенита до температур порядо ка 1000-1020 С, при более высоких

2 температурах карбиды ванадия диссоциируют и ванадий переходит в аустенит. Дальнейшее сохранение мелкого зерна аустенита обеспечивается ниобием, а при еще более высоких температурах — титаном и цирконием. Таким образом, при наличии в стали указанных элементов сталь разработанного состава сохраняет весьма малое зерно о аустенита вплоть до 1200-1250 С. Нагрев до такой высокой температуры необходим для обеспечения высокой пластичности при ковке, при изготовлении кованых деталей, а при изготовлении литых деталей такой подход позволяет производить гомогенизирующий отжиг при высокой температуре без укрупнения зерна. Это обеспечивает высокую однородность твердого раствора и соответственно высокую ударноусталостную прочность.

Наряду с указанным благоприятным влиянием элементов, вводимых в сталь (измельчение зерна), повышение механических свойств стали (в кованом состоянии) достигается также благодаря тому, что легирующие элементы (ванадий и ниобий), растворяясь в аустените (при этом дисперсные фазы титана и циркония обеспечивают сохранение мелкого зерна), замедляют процесс его рекристаллизации. Поэтому при наличии этих элементов | g,-ïðåвращение при последующем охлаждении протекает в условиях, при которых возникающий феррит унаследует дислокационную структуру, созданную в результате предшествовавшей пластической деформации. В итоге образующаяся ферритоперлитная структура формируется в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций, обусловленных влиянием карбонитридных частиц, не растворившихся при температуре ковки, закреплением несовершенств кристаллического строения в виде границ зерен и блоков.

Следствием такой "унаследованной" структуры является одновременное повышение прочности, пластичности и сопротивления разрушению.

Сталь выплавляют в индукционной печи емкостью 60 кг.

Металл разливают в слитки массой

10 кг. Слитки разрезают вдоль образующей для исследования макроструктуры. Металл характеризуется высокой плотностью, без усадочных раковин, 1361195

Содержание, мас.Е, в составе

Компоненты

0,28 0,30

0,20

Углерод

0117 0126 0,37

0 50 0,68 0 80

0,40 0,25 0,30

0,06 0,04 0,10

Кремний

Марганец

Ванадий

Ниобий

0,20 0,12

Цирконий

0 25

0,01 0,08 0,02

Титан

0,20 0,28 0,40

Алюминий

Железо

Ост.

Ост.

Ост, Т а б л и ц а 2

Ударноциклическая долговечность тыс. цик

Ударная вяз"

Вязкость

Относи- Относительное тельное

Предел текучести, МПа

Состав

Предел прочности, МПа ! разрушения, MIIa M удлинение, 7 сужение, 7 кость, Мдж/М2 лов

62,0 1,05 109,3 112

65,0 1,44 120 2 120

63,3 1,40 105, 9 110

625

347

28,0

697

420

29,2

648

416

30,2

Известный 670

20 3 41,1 1 24 780 82 2

538 пустот и других дефектов, нарушающих сплошность. Полученные заготовки куют методом свободной ковки по технологии, принятой для низкоуглеродистых сталей. Ковку производят на поковки диаметром 30 мм, из которых изготавливают образцы для испытания на растяжение, усталость и ударный изгиб, а также образцы к копру ДСВО для испытания на ударно-циклическую усталость.

Перед изготовлением образцов для механических испытаний заготовки подвергают термической обработке. На первой стадии производят отжиг при 15 о

900-920 С с последующим охлаждением со скоростью 30-40 град/ч. Цель этой предварительной термической обработки — выравнивание химического состава, улучшение обрабатываемости реза- 20 нием.

Окончательная термическая обработка состоит в нормализации по режиму: температура нагрева 880 †9 С, выдержка 20 мин, охлаждение на воздухе до

300-400 С, далее следует отпуск: обо разцы нагревают до 620-640 С, выдержка при отпуске составляет 20 мин, охлаждение производят вместе с печью.

Результаты проведенного испытания 30 свидетельствуют о значительно более высокой пластичности, ударно-усталостной пластичности стали предлагаемого состава, чем аналогичные механические свойства стали известного сос- 35 тава.

Применение предлагаемого состава стали для изготовления крупных деталей обеспечивает значительное увеличение срока их службы.

В табл. 1 приведен химический состав исследуемых сталей.

Т а б л и ц а 1

В табл. 2 приведены механические свойства выплавленных сталей.

Составитель С.Деркачева

Редактор С.Пекарь Техред N.Èoðãåíòàë Корректор В,Бутяга

Заказ 6198/30 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

5 1361195

Формула и з обретения

Сталь, содержащая углер д, марганец, кремний, ванадий, ниобий, титан, алюминий и железо, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения пластичности, ударно-усталостной прочности и сопротивления разрушению, она дополнительно содержит цирконий .при следующем соотношении компонен- )p тов, мас.X.

Углерод

Марганец

Кремний

Ванадий

Ниобий

Титан

Алюминий

Цирконий

Железо

0,20-0,30

0,50-0,80

0,17-0,37

0,30-0,40

0,06-0,10

0,01-0,02

0,20-0,40

О, 12-0, 20

Осталь ное