Автоматная легированная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке легированной автоматной стали, используемой в машиностроении. Автоматная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,09 -0,15, кремний 0,17 - 0,37, марганец 0,30 - 0,60, хром 0,40 - 0,70, никель 0,50 - 0,80, сера 0,008 - 0,035, фосфор 0,008 - 0,035, висмут 0,12 - 0,20, железо - остальное. Технический результат изобретения заключается в повышении обрабатываемости стали резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности и улучшении экологической обстановки в металлургической промышленности. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированной автоматной стали используемой в металлургии.

Известна автоматная сталь (1)Ю содержащая углерод, марганец, серу, висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,06 - 1,0 Марганец - 0,3 - 1,6 Сера - 0,03 - 0,50 Висмут - 0,05 - 0,40 Железо - Остальное Кроме того в состав стали в качестве примесей может входить кремний не более 0,30%, фосфор не более 0,12%. Микроструктура стали содержит включения сульфида марганца, которые инициируют образование микротрещин, и висмутсодержащие включения, охрупчивающие металл во время механической обработки резанием за счет образования жидкой фазы.

Недостатками известной стали является следующее: при превышении уровня содержания висмута выше предельной растворимости висмута в жидкой стали снижаются механические свойства стали независимо от химического состава, за счет которого они были достигнуты, не указано содержание серы и висмута, при которых достигается регламентированная обрабатываемость стали при сохранении требуемых механических свойств, химический состав стали не обеспечивает механических свойств, требуемых для изготовления деталей со специфическими свойствами.

Кроме того, известна легированная свинецсодержащая сталь (2) высокой обрабатываемости резанием АС12ХН, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, свинец при следующем соотношении компонентов, мас%: Углерод - 0,09 - 0,15 Кремний - 0,17 - 0,37 Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Свинец - 0,15 - 0,30
Железо - Остальное.

Сталь используют для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении и машиностроении на станках автоматах и полуавтоматах.

Недостатками этой стали являются: невозможность реализовать потенциальную производительность станков автоматов и полуавтоматов, так как свинец - компонент повышающий обрабатываемость стали резанием, исчерпал возможность к дальнейшему повышению обрабатываемости. Сера и фосфор, инициирующие повышение обрабатываемости при их содержании вплоть до предельного, в сочетании со свинцом влияния на обрабатываемость практически не оказывают. Увеличение содержания серы и фосфора сверх предельного невозможно из-за снижения механических свойств стали, что делает сталь непригодной для изготовления деталей, принятых за базовые, выпотевание свинца на поверхность полосы во время прокатки снижает коэффициент трения между полосой и валками, в результате ухудшается захват полосы в валках, а это снижает производительность и безопасность труда при прокатке; токсичность свинца ухудшает экологическую обстановку, что ограничивает производство свинецсодержащей стали и не полно удовлетворяет потребности в металле повышенной обрабатываемости в автомобилестроении и машиностроении.

Данная сталь наиболее близкая по химическому составу, идентичная по механическим свойствам и взята за прототип.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, улучшение экологической обстановки в металлургической промышленности.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предлагаемая сталь дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное
Преимущество висмута заключается в том, что висмут обладает особым свойством, а именно увеличением объема при переходе из жидкого в твердое состояние. Это свойство позволяет увеличить обрабатываемость стали выше обрабатываемости стали, легированной свинцом, а при регламентации серы и фосфора, инициирующих образование микротрещин и охрупчивающих металл во время обработки резанием, обрабатываемость повышается до 40% и более при сохранении механических свойств присущих идентичной свинецсодержащей стали.

Вторым преимуществом, являющимся следствием особого свойства висмута, гарантируется снижение вплоть до полного устранения, "выпотевание" висмута на поверхность заготовки при прокатке, что улучшает захват полосы валками, устраняет пробуксовку полосы в валках и как следствие повышает производительность и безопасность процесса прокатки.

Следующим преимуществом висмута является то, что висмут, как компонент относительно безвредный (ПДК висмута составляет 0,5 мг/м³, ПДК свинца 0,01 мг/м³ разовая, 0,007 мг/м³ среднеcменная), улучшает экологические условия производства автоматной легированной висмутсодержащей стали.

Сущность изобретения - выявление содержания висмута, серы и фосфора, улучшающего обрабатываемость стали до оптимального (максимального) уровня при сохранении механических свойств, присущих идентичной автоматной легированной cвинецcодержащей стали.

Экспериментально установлено: при содержании серы, фосфора, висмута ниже нижнего предела оптимальная обрабатываемость не достигается, увеличение содержания висмута выше верхнего предела, соответствующего предельной растворимости висмута в жидкой стали, серы или фосфора, приводит к снижению механических свойств стали, при содержании висмута 0,07%, серы и фосфора по 0,008% обрабатываемость стали соответствует обрабатываемости, идентичной свинецсодержащей стали, при содержании висмута 0,12 - 0,20%, серы и фосфора по 0,008 - 0,035% обеспечивается обрабатываемость, на 40% и более превышающая обрабатываемость идентичной свинецседержащей стали при сохранении требуемых механических свойств. Производительность прокатки стали с висмутом на 15 - 20% выше производительности прокатки свинецсодержащей стали, выделение аэрозолей висмута во время выплавки и прокатки стали ниже предельно допустимой концентрации.

Анализ технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с признаками в заявляемом объекте, и признать их соответствующими критерию "Существенные отличия".

Опытно-промышленные испытания по резанию легированной висмутсодержащей стали проводили в цехе N 31 МСП ВАЗ на 6-шпиндельных токарно-расточных полуавтоматах при изготовлении деталей, принятых за базовые по критерию интенсивности износа инструмента, характеризуемого количеством изготовленных деталей, приходящихся на 0,1 мм износа инструмента.

За базовую обрабатываемость принята обрабатываемость легированной свинецсодержащей стали АС12ХН по ГОСТу 1414-75.

Оценку экологической обстановки проводили в цехах ОАО "Мечел" ЧМК при выплавке и прокатке предлагаемой стали и стали АС12ХН методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. Производительность прокатки определяли в прокатных цехах этого же предприятия.

Химический состав, механические свойства, производительность, выделение вредных примесей и обрабатываемость приведены в таблицах 1, 2.

Пример 1. Выписка из ГОСТа 1414-75 известной стали АС12ХН, взятой за прототип. Приведено выделение аэрозолей свинца при разливке и прокатке. Производительность прокатки и обрабатываемость стали приняты за базовые.

Пример 2. Упрочняющих компонентов хрома и марганца ниже нижнего предела. Сталь не соответствует требованиям технических условий.

Пример 3. Серы меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной.

Пример 4. Серы больше верхнего предела. Ударная вязкость ниже указанной в технических условиях. Сталь непригодна по прямому назначению.

Пример 5. Фосфора меньше нижнего предела. Обрабатываемость ниже оптимальной.

Пример 6. Фосфора больше верхнего предела. Предел текучести, относительное удлинение ниже требуемых. Сталь непригодна по прямому назначению.

Пример 7. Висмута меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной.

Пример 8. Висмута больше верхнего предела. Сталь не соответствует техническим условиям.

Примеры 9-11. Обрабатываемость оптимальная. Сталь соответствует техническим условиям. Производительность прокатки на 18-20% выше, чем стали АС12ХН.

Таким образом, более высокая обрабатываемость резанием предлагаемой стали при сохранении механических свойств и технологичности производства позволяет рекомендовать ее для промышленного применения.

Формула изобретения

Автоматная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2