Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии , в частности к производству стали, и может быть использовано при производстве холоднокатаного конструкционного листа для штамповки деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин. Сталь содержит, мас.%: углерод - 0,02-0,07; марганец - 0,15-0,30; кремний - 0,01-0,10; фосфор - 0,04-0,10; алюминий - 0,02-0,07; кальций - 0,0005-0,001; медь - 0,02-0,30; бор - 0,0005-0,005; железо - остальное, Предлагаемая сталь обладает повышенной усталостной прочностью (предел выносливости 248-260 Н/мм ) при сохранении штампуемости. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 22 С 38/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ql

Д

О

C) (21) 4883209/02 (22) 20,08.90 (46) 15.11,92. Бюл. М 42 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии и Институт черной металлургии (72) Н.M.Ôîíøòåéí, А,И.Яценко, Н.И.Репина, Г.В.Кругликова, О.А,Гирина, П.Д.Грушко, Л.А.Пантелеева, В,А.Кравченко, В.С.Щелканов, А.П,Шаповалов, Н.И.Нырков, В,Н.Хребин, А.Ф.Осипов, В.И.Фалкон, Ю.Н.Цыганков, P,Å.Ãëèíåð. О.Н,Якубовский и Е.В.Афанасьев (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1341236, кл. С 22 С 38/14, 1987, Изобретение относится к области черной металлургии, в частности — к производству, и может быть использовано при производстве холоднокатаного конструкционного листа для штамповки деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин.

В настоящее время для изготовления деталей машиностроения холодной штамповкой используют низкоуглеродистые листовые стали, которые характеризуются высокой пластичностью, но не отвечают требованиям эксплуатационной надежности и долговечности, в частности — в условиях знакопеременных нагрузок — из-за низкой усталостной прочности.

Известна сталь, содержащая, мас.%:

Углерод Не более 0,07

Марганец 0,20-0,35

Сера Не более 0,025

Фосфор Не более 0,020

Ы2 1775490 А1 (54) СТАЛ Ь (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали, и может быть использовано при производстве холоднокатаного конструкционного листа для штамповки деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин. Сталь содержит, мас.%: углерод — 0,02 — 0,07; марганец .—

0,15-0,30; кремний — 0,01 — 0,10; фосфор—

0,04 — 0,10; алюминий — 0,02 — 0,07; кальций—

0,0005-0,001; медь — 0,02-0,30; бор—

0,0005 — 0,005; железо — остальное, Предлагаемая сталь обладает повышенной усталостной прочностью (предел выносливости

248 — 260 Н/мм ) при сохранении штампуе2 мости. 2 табл.

Алюминий 0,02 — 0,07

Кремний Не более 0,01

Хром Не более 0.03

Никель Не более 0,06

Медь Не более 0.06

Железо Остальное

Недостаток этой стали — низкая прочность при статическом нагружении и энакопеременных нагрузках из-за малого содержания упрочняющих легирующих элементов.

Наиболее близкой к стали заявляемого состава по технической сущности и достигаемому эффекту является известная сталь, содержащая, мас.%:

Углерод 0,03-0,10

Марганец 0,20 — 0,40

Кремний 0,05 — 0,20

Фосфор 0.015 — 0,08

Алюминий 0.01 — 0,06

1775490

55

Кальций 0,001 — 0,025

Цирконий 0,01 — 0.05

Железо Остальное

Недостаток этой стали — низкая усталостная прочность из-за наличия в структуре включений нитридов (карбонитридов) циркония. Высокая термодинамическая активность циркония и сродство к азоту и углероду обуславливает возможность образования в жидкой стали и в процессе кристаллизации этих включений, которые отличаются большой устойчивостью при повторном нагреве, не растворяются при нагреве слябов под прокатку, и сохраняются в конечной структуре после обработки. Эти включения имеют остроугольную форму и могут служить эффективными концентраторами напряжений, вызывая снижение усталостной прочности.

Цель изобретения — повышение усталостной прочности при сохранении штампуемости.

Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний. фосфор, алюминий, кальций и >келеэо, дополнительно содержит медь и бор при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Углерод 0,02 — 0,07

Марганец 0,15 — 0,30

Кремний 0,01-0,10

Фосфор 0,04 — 0,10

Ал|оминий 0,02 — 0,07

Кальций 0,0005 — 0,001

Медь 0,02 — 0,30

Бор 0,0005-0,005

Железо Остальное

Предложенная сталь содержит углерод, марганец, кремний, фосфор, алюминий, кальций и железо, отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод 0,02-0,07; марганец

0,15 — 0,30; кремний 0,01 — 0,10; фосфор 0,04—

0,10; алюминий 0,02-0,07; кальций 0,0005—

0,001; медь 0,02-0,30;„бор 0,0005-0,005; железо — остальное.

В состав предложенной стали входят кремний и фосфор, которые легируют феррит и измельчают ферритное зерно, вызывая упрочнение стали. Это должно способствовать повышению предела выносливости при циклических нагрузках, Однако, кремний и фосфор при использовании раздельно или совместно интенсивно увеличивают склонность к старению, ускоряя выделение дисперсных карбидных включений внутри ферритных зерен и на границах, а фосфор также образует сегрегации на границах зерен. Это обуславливает повышение

40 предела текучести, уменьшение предельной амплитуды цикла напряжений и вследствие этого может вызывать снижение усталостной прочности. Для этого, чтобы использовать положительное влияние упрочняющих элементов — кремния и фосфора на упрочнение и предотвратить их отрицательное влияние на старение, и охрупчивание по границам зерен, необходимо связать находящийся в твердом растворе углерод (а также азот), Это достигается добавкой бора в сталь, Известно, что бор интенсивно связывает эти примеси при высоких температурах, уменьшая возможность старения, а также предотвращает границы зерен от сег- регации фосфора и охрупчивания. Но, как и поверхностно активный элемент, бор, в свою очередь, мо>кет образовывать выделение по границам зерен, Предотвратить это позволяет добавка меди, Известно применение совместной добавки бора и меди для повышения пластичности конструкционной стали, В стали заявляемого состава добавка бора и меди используется совместно с кремнием и фосфором и в этом сочетании позволяет получить новый эффект — повышение усталостной прочности, Сравнение известных технических решений и заявляемого состава стали не выявило совместного использования элементов медь-бор-кремний-фосфор в низкоуглеродистой конструкционной стали для холодной штамповки.

Поэтому предло>кенное решение обладает признаком существенно научной новизны и позволяет обеспечить наиболее эффективное достижение поставленной цели — повышение усталостной прочности при обеспечении пригодности к холодной штамповке листовой стали, В стали заявляемого состава нижние пределы (мас,%) углерода (0,02), марганца (0,15), кремния (0,01) и фосфора (0,04), взяты для обеспечения минимального необходимого уровня прочности, а верхние пределы этих элементов (соответственно — 0,07, 0,30, 0,10 и 0,10) — для предотвращения ухудшения штампуемости.

Нижний предел содержания алюминия (0,02) взят для достижения достаточной полноты раскисления, а верхний предел (0,07) для предотвращения снижения пластичности и усталостной прочности от образования крупных неметаллических включений (алюминатов, глинозема).

Нижний предел содержания кальция (0,0005) взят для повышения эффективности раскисляющего действия алюминия и для улучшения формы (глобуляризации) включений окислов алюминия, а верхний предел

1775490 (0,001) — для предотвращения уменьшения фосфора при взаимодействии с кальцием.

Нижний предел содержания меди (0.02) выбран для предотвращения обогащения границ зерен бором. образования погра- 5 ничных включений боридов и снижения усталостной прочности, Верхний предел содержания меди (0,30) выбран иэ ограничений увеличения предела текучести и ухудшения штампуемости, 10

Нижний предел содержания бора (0,0005) выбран для повышения предела выносливости вследствие подавления старения, связанного с влиянием добавок кремния и фосфора, и вследствие предотв- 15 ращения охрупчивания границ зерен фосфором. Верхний предел содержания бора (0,005) выбран для предотвращения охрупчивания границ зерен бором и снижения штампуемости. 20

Пример. Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 100 кг, разливали на слитки, производили горячую прокатку на полосы толщиной 5,0 мм. холодную прокатку на полосы толщиной 2,0 мм, отжиг по 25 режиму непрерывного способа — нагрев со скоростью 10 град.С/с до 850 С, выдер>кка 100 с, охлаждение до 600 С со скоростью 10 град С/с, далее до 20 С вЂ”. в воде, нагрев до 400 С со скоростью 10 град.C/c, 30 выдержка 200 с, охлаждение на воздухе, с последующей дрессировкой на 17;.

Выплавлено 8 плавок, из них 5 плавок заявленной стали предложенного состава—

М 2, 3, 4, запредельного состава — М 1, 5 и 35

3 плавки известного состава (М 6, 7, 8). Химический состав сталей приведен в табл.1.

Проводили испытания механических свойств на растяжение по ГОСТ 11701 — 84, на выдавливание по ГОСТ 10510 — 74, на ус- 40 талость по ГОСТ 25502-72, Испытания на усталость производили на гидропульсационной испытательной машине ЭДЦ вЂ” 20 дин при одностороннем асимметричном цикле с коэффициентом асимметрии = -0,2 при базе испытаний 3.10 /циклов. Результаты испытаний механических свойств представлены в табл.2, Приведенные данные показывают, что заявленная сталь имеет более высокую усталостную прочность, чем известная сталь. Кроме того, она отличается от стали прототипа более высокими характеристиками прочности на расстояние, при сохранении штампуемости на одинаковом уровне. Это должно обеспечить хорошую технологичность в обработке, увеличение надежности в эксплуатации, снижение металлоемкости деталей при использовании заявляемой стали взамен известной стали-прототипа. Технология изготовления заявляемой стали не усложняется принципиально по сравнению с известной и не ухудшает экологические условия.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, алюминий, кальций и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения усталостной прочности при сохранении штампуемости, она дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 0,02 — 0,07

Марганец 0,15 — 0,30

Кремний 0,01 — 0,10

Фосфор 0,04 — 0,10

Алюминий 0,02 — 0,07

Кальций 0,0005-0,001

Медь 0,02 — 0,30

Бор 0,0005-0,005

Железо Остальное

Таблица 1

Продолжение табл. 1

Таблица 2

Составитель А. Яценко

Редактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина

Заказ 4023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101