Сталь для ствольных заготовок


 


Владельцы патента RU 2403312:

Открытое акционерное общество "Ижсталь" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, предназначенных для изготовления ствольных заготовок. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, азот и железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,11-0,16, кремний 0,10-0,60, марганец 0,20-0,80, хром 12,0-13,5, никель 1,1-2,5, алюминий 0,01-0,10, азот 0,01-0,10, железо и примеси остальное. Содержание углерода, никеля и азота удовлетворяет соотношению Ni:(C+N)=6,8-17,5. Повышается способность стали к холодному редуцированию и обеспечиваются высокие коррозионные свойства в условиях воздействия пороховых газов и истирающих нагрузок. 3 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталям для изготовления изделий, работающих в условиях истирающих циклических нагрузок в агрессивной среде пороховых газов, а именно для ствольных заготовок.

Известна конструкционная сталь, предназначенная для ствольных заготовок следующего химического состава, мас.%: углерод 0,48-0,55, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,85, хром 0,10-0,30, бор 0,001-0,0045, цирконий 0,04-0,06, сера 0,18-0,025, железо - остальное (марка стали 50РА-В, ТУ В3-75-89). Сталь обладает повышенной прокаливаемостью и, как следствие, высоким комплексом механических свойств, в частности конструктивной прочностью, которая необходима в условиях динамических истирающих циклических нагрузок. Недостатком стали является низкая коррозионная стойкость, которая необходима в условиях агрессивной среды пороховых газов и воздействия атмосферы.

Известна коррозионно-стойкая сталь следующего химического состава, мас.%: углерод 0,09-0,15, кремний - до 0,80, марганец - до 0,80, хром 12,0-14,0, железо и примеси - остальное (марка стали 12Х13, ГОСТ 5632-72). Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью при пониженных механических характеристиках.

Наиболее близкой по технической сущности является коррозионно-стойкая сталь следующего химического состава, мас.%: углерод 0,16-0,25, кремний до 0,80, марганец до 0,80, хром 12,0-14,0, железо и сопутствующие примеси - остальное (сталь марки 20Х13, ГОСТ 5632-72, прототип). Данная сталь имеет высокую коррозионную стойкость.

Недостатком данной стали являются пониженные пластические характеристики - относительное сужение и ударная вязкость, низкая способность стали к холодной деформации, в частности к холодному редуцированию, определяемая величиной отношения предела текучести к пределу прочности. Чем эта величина меньше, тем выше способность стали воспринимать редуцирование. Это отрицательно сказывается на формирование комплекса свойств, которые достигаются при холодном редуцировании ствольных заготовок.

Задачей, решаемой изобретением, является получение стали, обладающей высокой способностью к холодному редуцированию и высокими коррозионными свойствами в условиях воздействия пороховых газов и истирающих нагрузок.

Указанная задача достигается тем, что сталь для ствольных заготовок, включающая углерод, кремний, марганец, хром, дополнительно содержит никель, алюминий, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,11-0,16
кремний 0,10-0,60
марганец 0,20-0,80
хром 12,0-13,5
никель 1,1-2,5
алюминий 0,01-0,10
азот 0,01-0,10
железо и примеси остальное

при условии, что содержание углерода, никеля и азота удовлетворяет следующему соотношению: Ni:(C+N)=6,8-17,5.

Содержание в стали хрома в пределах 12,0-13,5 мас.% обеспечивает требуемую коррозионную стойкость. В случае содержания хрома менее 12,0 мас.% коррозионная стойкость стали снижается. При содержании хрома более 13,5 мас.% снижается технологическая пластичность при металлургическом переделе.

Содержание углерода в стали 0,11-0,16 мас.% позволяет достичь однородной мартенситной структуры, что благоприятно сказывается на способности стали к холодному редуцированию. При содержании углерода менее 0,11 мас.% невозможно обеспечить однородного фазового состава и, как следствие, стабильно высокой коррозионной стойкости стали, а при содержании более 0,16 мас.% заметно снижается способность стали к холодному редуцированию. Введение никеля в сталь одновременно повышает уровень пластичности и прочности, способность стали к редуцированию. При содержании никеля менее 1,1 мас.% его влияние на способность стали к холодному редуцированию практически незаметно. При увеличении его содержания более 2,5 мас.% происходит увеличение затрат на производство стали без дальнейшего увеличения свойств.

Введение в сталь алюминия в пределах 0,01-0,10 мас.% обеспечивает измельчение зерна, что благоприятно сказывается на конструктивной прочности и способности стали к холодному редуцированию. При содержании алюминия менее 0,01 мас.% не обеспечивается измельчения зерна, а введение более 0,10 мас.% приводит к появлению большого количества нитридов алюминия, что охрупчивает сталь. Введение азота, частично заменяющего углерод, позволяет повысить конструктивную прочность не приводя к снижению пластичности. Содержание азота менее 0,01 мас.% практически не сказывается на свойствах стали, введение азота более 0,10 мас.% приводит к образованию в стали большого количества нитридов. Это снижает уровень пластических свойств, способствует образованию микротрещин и выкрашиванию нитридов алюминия с внутренней поверхности изделий при их механической обработке и редуцировании. Экспериментально установлены пределы соотношения содержания никеля к суммарному содержанию углерода и азота в стали, которые составляют Ni:(C+N)=6,8-17,5, что обеспечивает оптимальное соотношение пластических и прочностных свойств, влияющих на способность стали к холодному редуцированию.

Таким образом, одновременное введение в сталь никеля, азота и алюминия и соблюдение соотношений содержания компонентов углерода, азота и никеля позволяет повысить способность стали к холодному редуцированию при высоких коррозионных свойствах стали, что является техническим результатом изобретения.

Пример

Выплавку стали производили в дуговых электропечах постоянного тока методом переплава высоколегированных отходов без продувки металла кислородом. Легирование металла никелем производили в завалку в восстановительный период, алюминием посредством введения порошковой проволоки. Легирование стали азотом производили присадкой азотированных ферросплавов. Разливку металла производили в слитки сифонным способом с использованием экзотермической смеси. Слитки прокатывали на стане 850 на промежуточную заготовку квадрат 260 мм с перекатом на квадрат 128 мм с дальнейшим прокатом на стане 400 на сорт 36 мм. Слитки и прокат подвергались термообработке в печах камерного типа.

Определение уровня механических свойств проводили на готовых прутках в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-73. Методом холодного редуцирования из предлагаемой стали были изготовлены стволы стрелкового оружия. В соответствии с методикой ГОСТ 9.311-87 были проведены коррозионно-стойкие испытания стволов конденсационным методом.

Химический состав стали с учетом соотношения углерода, никеля, азота представлен в таблице 1. Результаты испытаний стали перед редуцированием приведены в таблице 2. Результаты коррозионных испытаний приведены в таблице 3. Сталь марки 50РА-В не относится к классу коррозионно-стойких, поэтому коррозионным испытаниям не подвергалась. Как видно из таблиц 1, 2, 3, оптимальными являются варианты 2, 3, 5, 6, 8. Для сравнения приведены составы и свойства сталей-аналогов.

Предлагаемая сталь обладает высокой способностью к холодному редуцированию, что позволяет получить качественные ствольные заготовки, которые практически не уступают по конструктивной прочности заготовкам, изготовленным из обычно применяемых конструкционных сталей, и существенно превосходящие их по коррозионной стойкости.

Таблица 1
Химический состав стали
№ плавки Химический состав, мас.% Соотношение Ni:(C+N)
C Si Mn Cr Ni Al N Fe и примеси
1 Предл. 0,08 0,08 0,17 11,24 0,94 0,007 0,008 Ост. 10,7
2 0,11 0,10 0,20 12,0 1,10 0,010 0,010 Ост. 9,2
3 0,12 0,35 0,41 12,67 2,29 0,015 0,011 Ост. 17,5
4 0,11 0,47 0,34 12,46 2,40 0,01 0,02 Ост. 18,5
5 0,14 0,38 0,32 12,94 1,58 0,02 0,02 Ост. 9,9
6 0,15 0,44 0,51 13,07 1,22 0,03 0,03 Ост. 6,8
7 0,16 0,51 0,62 13,18 1,16 0,03 0,03 Ост. 6,1
8 0,16 0,60 0,80 13,50 2,50 0,10 0,10 Ост. 9,6
9 0,18 0,65 0,87 14,2 2,72 0,11 0,12 Ост. 9,1
10. 12Х13 0,11 0,36 0,49 12,71 - - - Ост. -
11. 20Х13 0,21 0,42 0,54 12,63 - - - Ост. -
12. 50РА-В 0,51 0,26 0,63 0,20 B - 0,002; Zr - 0,05; S - 0,021 Ост. -
Таблица 2
Результаты испытаний стали перед редуцированием
№ плавки Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Отношение предела текучести к пределу прочности Ударная вязкость, KCU, Дж/см2 Твердость, HRC
1 Предл. 838 951 18 63 0,881 127 29
2 833 960 20 67 0,868 127 29
3 843 970 19 64 0,869 118 30
4 838 856 21 67 0,877 108 31
5 823 960 20 69 0,857 118 29
6 823 956 21 68 0,861 137 28
7 853 970 19 62 0,879 108 31
8 848 980 18 64 0,865 118 31
9 843 956 18 63 0,882 118 30
10. 12Х13 833 911 18 64 0,914 147 28
11. 20Х13 911 990 18 51 0,920 78,4 32
12. 50РА-В 813 931 20 56 0,873 118 30
Таблица 3
Результаты коррозионных испытаний
№ плавки Площадь коррозионного поражения, % Оценка, балл
1 Предл. 14 9
2 0 10
3 0 10
4 11 9
5 0 10
6 0 10
7 0 10
8 0 10
9 0 10
10. 12Х13 0 10
11. 20Х13 15 9

Сталь для ствольных заготовок, включающая углерод, кремний, марганец, хром и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель, алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,11-0,16
кремний 0,10-0,60
марганец 0,20-0,80
хром 12,0-13,5
никель 1,1-2,5
алюминий 0,01-0,10
азот 0,01-0,10
железо и примеси остальное,

при условии, что содержание углерода, никеля и азота удовлетворяет следующему соотношению: Ni:(C+N)=6,8-17,5.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве углеродистых и низколегированных сталей для проката и труб с повышенными механическими свойствами и стойкостью против различных видов общей и локальной коррозии.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката круглого, диаметром от 15 до 30 мм из среднеуглеродистой хромсодержащей стали для изготовления шаровых пальцев, применяемых в шаровых шарнирах подвесок автомобилей.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии горячей прокатки листовой стали. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству жаростойких высококачественных сталей с повышенными эксплуатационными и механическими свойствами, применяемыми в атомной энергетике, для деталей гусеничных и других машин, работающих в радиоактивной зоне.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения штрипсов категории прочности Х65-Х70, используемых при строительстве электросварных магистральных нефтепроводов.
Изобретение относится к металлургии, а именно к производству углеродистых и низколегированных сталей повышенной коррозионной стойкости для производства трубопроводов, транспортирующих агрессивные в коррозионном отношении жидкости.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам прецизионных сплавов на основе железа, содержащих никель и хром, предназначенных для изготовления электронагревательных элементов.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве стали специального назначения, преимущественно стали для сварочных электродов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к углеродистым сталям с высокими рабочими характеристиками. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным низколегированным литейным сталям, используемым для изготовления ответственных деталей машин и механизмов с толщиной стенок до 50 мм, работающих при ударных и циклических изменяющихся нагрузках и в условиях трения
Сталь // 2425169
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства мелющих шаров диаметром 40-100 мм

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, используемой для нефтепромыслового оборудования

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочной проволоке, используемой для сварки криогенных сталей
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу легированной стали, предназначенной для изготовления резистивных нагревательных элементов в производстве пленочных электронагревателей

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству штрипса из стали класса прочности К65-К70 толщиной до 35 мм для труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм
Изобретение относится к технологии горячего цинкования полосовой стали
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству круглого сортового проката
Наверх