Сталь для валков горячей прокатки
Владельцы патента RU 2339728:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "СОЛИТУС" (RU)
Изобретение относится к литейному производству, а именно к разработке составов сталей для изготовления валков для горячей прокатки. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, ванадий, кальций, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,55-0,65, кремний 0,20-0,52, марганец 0,40-0,90, ванадий 0,1-0,2, кальций 0,01-0,03, сера до 0,03, фосфор до 0,03, железо остальное. При этом соблюдается соотношение 3,25≤С/V≤5,5. Повышаются значения прочностных и пластических свойств, в частности, временное сопротивление при растяжении, предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость. 1 табл.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов сталей для ответственных деталей машиностроения. Известна сталь [1], содержащая, мас.%:
| Углерод | 0,55-0,65 |
| Кремний | 0,8-1,10 |
| Хром | 1,60-1,90 |
| Марганец | 0,40-0,70 |
| Химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования (медь или германий) | 0,40-0,80 |
| Ванадий | 0,15-0,30 |
| Кальций | 0,001-0,0025 |
| Железо | остальное |
Хотя известная сталь содержит ванадий и кальций, но в другом сочетании признаков и в других количествах по сравнению с предлагаемой.
Известную сталь используют при получении ответственных деталей и узлов, применяемых в машиностроении. Для получения высокого комплекса свойств используют как традиционные методы упрочнения (закалка, отпуск), так и низкотемпературное азотирование, т.е. она подвергается довольно сложной термической и термохимической обработке.
Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (1,6-1,9), которое приводит к формированию включений указанного элемента неблагоприятной морфологии, что при отсутствии специальной термохимической обработки (закалка, азотирование) ведет к снижению уровня механических свойств стали (прочности, пластичности).
При относительном удлинении 12-14% сталь чувствительна к ударным нагрузкам. В предлагаемой стали этот показатель значительно выше.
Кроме того, известная сталь сложна по составу, а следовательно, дороже.
Учитывая то обстоятельство, что предлагаемая сталь разрабатывалась преимущественно для производства валков горячей прокатки, испытывающих при работе высокие механические и тепловые нагрузки, в качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь [2], содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 0,42-0,50 |
| Кремний | 0,20-0,52 |
| Марганец | 0,40-0,90 |
| Ванадий | 0,05-0,10 |
| Сера | до 0,03 |
| Фосфор | до 0,03 |
| Железо | остальное, |
при соотношении C/V 8,4-5,0.
Недостатком указанной марки стали является недостаточный уровень механических свойств (прочности, пластичности), что приводит к преждевременному выходу из строя деталей, изготовленных из данной марки стали.
Технический результат изобретения - повышение значений прочностных и пластических свойств для ответственных деталей машиностроения, преимущественно валков горячей прокатки.
Этот технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий серу, фосфор и железо, содержит дополнительно кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 0,55-0,65 |
| Кремний | 0,20-0,52 |
| Марганец | 0,40-0,90 |
| Ванадий | 0,10-0,20 |
| Кальций | 0,01-0,03 |
| Сера | до 0,03 |
| Фосфор | до 0,03 |
| Железо | остальное, |
при этом соотношение углерода и ванадия должно находиться в следующих пределах: 3,25≤C/V≤5,5.
Повышение прочностных и пластических свойств стали достигается за счет увеличения содержания углерода и ванадия при соблюдении вышеуказанного соотношения и введения в состав стали кальция.
Увеличение концентрации углерода и ванадия до указанных пределов при соблюдении соотношения 3,25≤C/V≤5,5 приводит к измельчению зерна стали и образованию мелких, равномерно распределенных по границам зерен карбидов VC, следствием чего является увеличение прочностных и пластических характеристик стали. При соотношении C/V>5,5 уменьшается количество карбидов ванадия, процесс измельчения зерна происходит не в полном объеме, в результате чего происходит снижение комплекса механических свойств. При соотношении C/V<3,25 образуется избыточное количество карбидов ванадия, что ведет к снижению пластических свойств стали.
Кальций, обладая повышенным химическим сродством к сере и кислороду, в количестве 0,01-0,03 мас.% очищает границы зерен от неметаллических включений, тем самым повышая механические свойства стали. При содержании в стали кальция менее 0,01 мас.% он не оказывает значительного влияния на количество неметаллических включений. При содержании более 0,03 мас.% происходит загрязнение границ зерен продуктами взаимодействия кальция с серой и кислородом (CaO, CaS), что приводит к снижению прочностных и пластических свойств стали.
Количество кремния и марганца не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.
Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений, и в частности от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение прочности и пластичности стали.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.
Пример.
Выплавку заявляемой стали производили в индукционной тигельной печи ИСТ - 016 с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой. Образцы для определения механических свойств (по ГОСТ 977-88) заливались в стержневые формы. После охлаждения, выбивки и очистки образцы проходили термическую обработку (нормализацию) по следующему режиму: нагрев до Т=880-920°С, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе. Составы заявляемой и известной сталей и их механические свойства приведены в таблице.
Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для ответственных деталей машиностроения, в частности валков горячей прокатки, работающих в тяжелых технологических условиях (высокие механические нагрузки и температуры), по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить временное сопротивление при растяжении в 1,20-1,24 раза, предел текучести в 1,22-1,26 раза, относительное удлинение в 1,3-1,4 раза, ударную вязкость в 1,20-1,22 раза.
Источники информации
1. Конструкционная легированная сталь. Патент РФ. №2082813, кл С22С 38/24. Опубликовано 27.06.1997.
2. Отливки стальные. Общие технические условия. ГОСТ 977-88. Издательство стандартов, Москва, 1989 г.
| Таблица | |||||||||||||
| Химический состав и механические свойства углеродистой стали | |||||||||||||
| №№ поз. | Химический состав, мас.% | Механические свойства | |||||||||||
| С | Si | Mn | V | Ca | S | P | Fe | C/V | σВ МПа | σТ МПа | δ, % | KCU, кДж/м2 | |
| Известная сталь | |||||||||||||
| 1 | 0,42 | 0,20 | 0.40 | 0,05 | - | 0,028 | 0,030 | ост. | 8,4 | 597 | 410 | 18 | 340 |
| 2 | 0,50 | 0,52 | 0,90 | 0,10 | - | 0,026 | 0,029 | ост. | 5,0 | 684 | 480 | 13 | 305 |
| Предлагаемая сталь | |||||||||||||
| 3 | 0,55 | 0,20 | 0,40 | 0,10 | 0,01 | 0,020 | 0,026 | ост. | 5,5 | 740 | 502 | 23 | 414 |
| 4 | 0,60 | 0,35 | 0,65 | 0,15 | 0,015 | 0,018 | 0,022 | ост. | 4,0 | 789 | 552 | 20 | 390 |
| 5 | 0,65 | 0,52 | 0,90 | 0,20 | 0,03 | 0,016 | 0,021 | ост. | 3,25 | 848 | 604 | 18 | 366 |
Сталь для валков горячей прокатки, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,55-0,65 |
| кремний | 0,20-0,52 |
| марганец | 0,40-0,90 |
| ванадий | 0,1-0,2 |
| кальций | 0,01-0,03 |
| сера | до 0,03 |
| фосфор | до 0,03 |
| железо | остальное, |
при соблюдении соотношения 3,25≤C/V≤5,5.
