Автоматная легированная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству автоматной легированной стали, используемой в машиностроении. Предлагаемая сталь содержит компоненты в следующем соотношении мас.% углерод 0,27-0,33; кремний 0,17-0,37; марганец 0,40-0,70; хром 0,80-1,10; молибден 0,15-0,25; сера 0,008-0,035; фосфор 0,008-0,035; висмут 0,12-0,20; железо остальное. Техническим результатом изобретения является повышение обрабатываемости стали резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, повышение производительности и безопасности прокатки при улучшении экологической обстановки в металлургической промышленности. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству легированной автоматной стали, используемой в машиностроении. Известна автоматная сталь, содержащая углерод, марганец, серу, железо, 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 являются: при превышении содержания висмута выше его предельной растворимости в жидкой стали снижаются механические свойства стали независимо от химического состава, за счет которого они были достигнуты, не указано содержание серы и висмута, при котором 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 высокой обрабатываемости резанием АСЗОХМ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, свинец, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,27 - 0,33 Кремний - 0,17 - 0,37 Марганец - 0,40 - 0,70
Хром - 0,80 - 1,10
Молибден - 0,15 - 0,25
Сера - Не более 0,035
Фосфор - Не более 0,035
Свинец - 0,15 - 0,30
Железо - Остальное
Недостатками этой стали являются: невозможность реализовать потенциальную производительность станков-автоматов и полуавтоматов, так как свинец - компонент, повышающий обрабатываемость резанием, исчерпал возможность к дальнейшему повышению обрабатываемости. Сера и фосфор, инициирующие повышение обрабатываемости при их содержании вплоть до верхнего предела, в сочетании со свинцом влияния на обрабатываемость практически не оказывают. Увеличение содержания серы и фосфора выше верхнего предела невозможно из-за снижения механических свойств в 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, появляются "пробуксовки" полосы в валках и необходимость забивания полосы в валки вспомогательной заготовкой, а это снижает производительность и безопасность труда при прокатке; токсичность свинца, ухудшающая экологическую обстановку, ограничивает производство стали и полностью не удовлетворяет потребности в сталях высокой обрабатываемости.

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

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости стали резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, повышение производительности и безопасности прокатки при улучшении экологической обстановки металлургической промышленности.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предполагаемая сталь дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,27 - 0,33
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,40 = 0,70
Хром - 0,80 - 1,10
Молибден - 0,15 - 0,25
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 позволяет увеличить обрабатываемость стали выше обрабатываемости стали, легированной свинцом, за счет напряженного состояния обрабатываемой поверхности, 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.

Второе преимущество, являющееся следствием особого свойства висмута, - это снижение, вплоть до полного устранения "выпотевания" висмута на поверхность заготовки при прокатке, за счет снижения напряжений, создаваемых включениями висмута, 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 = 0,5 мг/м³, ПДК свинца = 0,01 мг/м³ разовая, 0,007 мг/м³ среднесменная) улучшает экологические условия производства автоматной легированной стали.

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

Экспериментально установлено: при содержании висмута, серы или фосфора 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% обрабатываемость на 40% и более превышает обрабатываемость идентичной свинецсодержащей стали при сохранении требуемых механических свойств; производительность прокатки висмутсодержащей стали на 15 - 20% выше производительности прокатки свинецсодержащей стали; 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-прутковых автоматах и на 4-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 АСЗОХМ по ГОСТу 1414-75.

Экологическую обстановку оценивали в цехах ОАО "Мечел" ЧМК при выплавке и прокатке предлагаемой стали и стали АСЗОХМ методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. Производительность и безопасность прокатки определяли в цехах этого же предприятия.

Химический состав, механические свойства, производительность, выделение вредных примесей, обрабатываемость приведены в табл. N 1 и табл. N 2 (см. таблицы в конце описания).

Пример 1. Известная сталь АСЗОХМ, взятая за ближайший аналог, выписка из ГОСТа 1414-75. Показано выделение вредных примесей свинца при разливке и прокатке стали. Производительность и обрабатываемость стали приняты за базовые.

Пример 2. Углерода и хрома меньше нижнего предела. Предел текучести, временное сопротивление, ударная вязкость меньше требуемых. Сталь непригодна для использования по прямому назначению.

Пример 3. Углерода и марганца больше верхнего предела. Твердость стали выше требуемой. Сталь непригодна для изготовления деталей.

Пример 4. Серы меньше нижнего предела. Обрабатываемость ниже оптимальной.

Пример 5. Серы больше верхнего предела. Ударная вязкость ниже требуемой. Сталь непригодна для использования по прямому назначению.

Пример 6. Фосфора меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной.

Пример 7. Фосфора больше верхнего предела. Предел текучести, временное сопротивление, ударная вязкость ниже указанных в технических условиях. Испытаний на обрабатываемость не проводили.

Пример 8. Висмута меньше нижнего предела. Сера и фосфор по нижнему пределу. Обрабатываемость соответствует обрабатываемости свинецсодержащей стали.

Пример 9. Висмута больше верхнего предела.

Сталь не соответствует техническим условиям.

Примеры 10-12. Сталь в заявленных пределах. Обрабатываемость оптимальная. Производительность прокатки на 18-20% выше, чем при прокатке свинецсодержащей стали.

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, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,27 - 0,33
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,40 - 0,70
Хром - 0,80 - 1,10
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2