Литейная сталь


 


Владельцы патента RU 2448193:

Государственное научное учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях. Сталь содержит в мас.%: углерод 0,12-0,16, кремний 0,20-0,60, марганец 0,5-0,9, хром 0,5-0,8, никель 0,4-0,7, молибден 0,04-0,07, ванадий 0,03-0,05, медь 0,25-0,42, алюминий 0,04-0,07, фосфор≤0,02, сера≤0,02, железо остальное. После нормализационного отжига сталь имеет ферритную структуру с размером зерен 12-16 мкм, объединенных в блоки размером 90-180 мкм, которые окаймлены мелкодисперсным перлитом. Сталь обладает высокой ударной вязкостью и хорошей свариваемостью при оптимальном сочетании физико-механических свойств и уменьшении себестоимости. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным литейным сталям, применяемым в различных отраслях промышленности, в том числе в автомобилестроении при изготовлении крупногабаритных отливок для карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности, работающих при повышенных ударных нагрузках и в экстремальных климатических условиях.

Известна литейная сталь [1], имеющая следующий химический состав, мас.%:

углерод 0,17-22
кремний 0,17-0,37
марганец 0,40-0,70
никель 3,2-4,5
медь 0,7-1,0
молибден 0,38-0,50
хром 0,3-0,4
сера ≤0,025
фосфор ≤0,025
железо остальное

Указанная сталь после термической обработки закалки и высокого отпуска обладает достаточно высоким пределом прочности σв≥700 МПа, пределом текучести σт≥610 МПа и пластичности, характеризуемой относительным удлинением δ≥20% и относительным сужением ψ≥50%.

Недостатком указанной стали является то, что прочностные, пластические и характеристики вязкости достигаются высоким содержанием дорогостоящих дефицитных легирующих компонентов, таких как никель, медь, молибден. Сталь обладает ограниченной свариваемостью, вследствие чего после сварки требуется применение специальных методов сварки или термическая обработка всего сварного изделия, что влечет за собой необходимость применения специальных термических печей для крупногабаритных сварных конструкций.

Известна выбранная в качестве прототипа литейная сталь [2] следующего состава, мас.%:

углерод не более 0,10
марганец 0,6-1,0
кремний 0,15-0,40
никель 1,15-1,55
ванадий 0,06-0,15
медь 0,8-1,2
хром не более 0,30
фосфор не более 0,035
сера не более 0,035
железо остальное

Недостатками указанной стали являются недостаточно высокая ударная вязкость KCU≥50 Дж/см2, что приводит к снижению долговечности изделий, изготовленных из нее, и работающих под воздействием ударных нагрузок, особенно при отрицательных температурах, а также высокое содержание дорогостоящих элементов никеля и меди.

Задачей изобретения является создание литейной стали, обладающей высокой ударной вязкостью, хорошей свариваемостью при сохранении других физико-механических свойств, и уменьшение в ее составе содержания дорогостоящих компонентов никеля и меди.

Задача решается за счет того, что низколегированная литейная сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, алюминий, фосфор, серу, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,12-0,16
кремний 0,20-0,60
марганец 0,5-0,9
хром 0,5-0,8
никель 0,4-0,7
молибден 0,04-0,07
ванадий 0,03-0,05
медь 0,25-0,42
алюминий 0,04-0,07
фосфор ≤0,02
сера ≤0,02
железо остальное

при этом после нормализационного отжига она имеет ферритную структуру с размером зерен 12-16 мкм, объединенных в блоки размером 90-180 мкм, которые окаймлены мелкодисперсным перлитом.

Наличие в составе в указанном количестве углерода достаточно для упрочнения стали. При содержании углерода менее 0,12% не достигается требуемая прочность стали, а при содержании более 0,16% - ухудшается свариваемость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочность, жидкотекучесть, но при концентрации более 0,6% снижает пластичность материала.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу, но при содержании более 0,9% снижает пластичность.

Хром повышает прочность стали. При его содержании менее 0,5% прочность ниже допустимой. Увеличение содержания хрома более 0,8% приводит к потере пластичности из-за образования карбидов.

Медь улучшает свариваемость, повышает прочность, пластические свойства и ударную вязкость материала. При сварке стали, имеющей в своем составе медь, при сравнительно низком содержании углерода не наблюдается подкалки в зоне термического влияния.

Никель способствует повышению прочности и вязкости стали, снижение содержания никеля менее 0,4% приводит к потере пластичности.

Ванадий с алюминием и их сочетание являются сильными раскисляющими элементами. При содержании ванадия в указанном выше соотношении позволит повысить прочность и ударную вязкость стали.

Алюминий раскисляет сталь и измельчает зерно. Он связывает азот в нитриды, уменьшая его вредное влияние на вязкостные свойства. Увеличение этого элемента более 0,07% загрязняет сталь неметаллическими включениями (окислами, нитридами) и приводит к снижению прочностных свойств.

Молибден увеличивает прочность и вязкость стали, но при концентрации более 0,07% ухудшает свариваемость.

Сера и фосфор являются неизбежными примесями и при концентрациях менее 0,02% повышается качество металла.

Осуществлен ряд плавок опытных сталей, химический состав которых представлен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав аналога, прототипа и полученных опытных сталей
Тип стали Химический состав, мас.%
С Si Mn Cr Ni Мо Си А1 V S Р
Аналог [1] 0,19 0,27 0,55 0,35 3,8 0,44 0,85 - - 0,025 0,025
Прототип [2] 0,10 0,35 0,8 0,30 1,35 - 1,0 - 0,10 0,03 0,03
1 опытная 0,16 1,0 0,60 0,65 0,55 0,07 0,30 0,08 0,03 0,02 0,017
2 опытная 0,11 0,30 0,32 0,48 0,57 0,05 0,45 0,1 0,01 0,02 0,02
3 опытная 0,14 0,55 0,58 0,65 0,55 0,07 0,32 0,1 0,03 0,025 0,015
4 опытная 0,12 0,42 0,58 0,93 0,61 0,04 0,35 0,04 0,03 0,02 0,02
5 опытная 0,14 0,45 0,90 0,70 0,50 0,07 0,35 0,07 0,04 0,02 0,02
Сталь заявляемого состава 0,12 0,22 0,78 0,55 0,47 0,05 0,32 0,04 0,05 0,02 0,02

Сталь заявляемого состава получали следующим способом.

В индукционной печи модели DUE C/5UHE-MF с основной футеровкой тигля печи провели плавку металлических отходов листовых сталей 09Г2С (ГОСТ 19282-73), 18ХГНМФР (ТУ 14-1-5435-2001), 10ХСНД (ГОСТ 19282-73) с добавлением ферромарганца. Время плавки ~1 час. Температура нагрева металла до 1600°С. При сливе металла провели раскисление бескремниевой комплексной лигатурой АКЦе и алюминием.

Применение основной футеровки тигля печей и разливочных ковшей позволило достигнуть максимального удаления вредных примесей: серы ≤0,02, фосфора ≤0,02.

Полученные отливки подвергали нормализационному отжигу. В результате получена структура стали, состоящая из мелких ферритных зерен размером 12-16 мкм, объединенных в блоки размером 90-180 мкм, которые окаймлены весьма дисперсным перлитом. В блоках мелких ферритных зерен имеются вкрапления перлита. Вкрапления и прослойки весьма мелкодисперсного перлита создают как бы жесткий и упругий «каркас» вокруг мелкого и пластичного феррита. Неметаллические включения приняли глобулярную форму и перераспределены равномерным фоном, что сопровождается заметным очищением от них межзеренных границ. Такое структурное строение стали обеспечивает высокий уровень прочности, пластичности и ударной вязкости изделий.

В таблице 2 приведены результаты механических испытаний опытных сталей, стали заявляемого состава, а также механические свойства аналога [1] и прототипа [2]. Для испытания опытных сталей образцы вырезали из деталей с толщиной стенки 30-35 мм, полученных в процессе разливки стали. Испытания прочности и ударной вязкости проводили на стандартном оборудовании.

Из анализа результатов, приведенных в таблицах 1 и 2, следует, что оптимальным сочетанием механических свойств обладает заявляемая сталь, обладающая по сравнению с аналогом и прототипом более высокой ударной вязкостью как при плюсовых, так и минусовых температурах при испытании на стандартных образцах с круглым и острым надрезом.

Источники информации

1. Патент RU №2203344, С22С 38/44, опубликовано 2003 г.

2. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. М: (прототип).

Литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,12-0,16
кремний 0,20-0,60
марганец 0,5-0,9
хром 0,5-0,8
никель 0,4-0,7
молибден 0,04-0,07
ванадий 0,03-0,05
медь 0,25-0,42
алюминий 0,04-0,07
фосфор ≤0,02
сера ≤0,02
железо остальное,

при этом после нормализационного отжига она имеет ферритную структуру с размером зерен 12-16 мкм, объединенных в блоки размером 90-180 мкм, которые окаймлены мелкодисперсным перлитом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к теплостойким сталям, используемым для отливки деталей паровых турбин, заготовок труб и деталей арматуры методом ЭШП и центробежным литьем, работающих при температурах 540-580°С.

Сталь // 2440436
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления контррельсовых уголков. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к производству холоднокатаных полос, предназначенных для изготовления кузовных деталей автомобилей штамповкой.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам слоистых стальных материалов, используемых для изготовления бронезащитных конструкций. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали для железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления остряковых железнодорожных рельсов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситной нержавеющей стали для сварных конструкций, стойкой к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям, используемым для изготовления сварных нефте- и газопроводных труб, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам нестареющих сталей, обладающих высокой пластичностью, и может быть использовано при производстве листов и сортового проката, применяемых в машиностроении для изделий, обладающих различной прочностью в разных местах одной и той же детали.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к стали, используемой для изготовления железнодорожных рельсов, а также рельсов для метрополитена

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно для получения штрипсов, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов в районах Крайнего Севера

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец 1,30-1,80, кремний от более 0,50 до 0,80, фосфор до 0,030, сера от более 0,01 до не более 0,030, хром до 0,3, никель до 0,3, медь до 0,3, алюминий более 0,01, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,0001-0,005, азот до 0,008 и железо остальное. Обеспечивается требуемая величина предела текучести 345 Н/мм2 при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката без использования системы ускоренного охлаждения после прокатки. 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас. редкоземельных металлов, остальное составляют, по существу, только железо и примеси. После смягчающего отжига сталь имеет матрицу, включающую перестаренный мартенсит с содержанием примерно до 5% об., по существу, круглых, равномерно распределенных карбидов, причем матрица, по существу, не содержит карбидов по границам зерен. Сталь обладает улучшенной обрабатываемостью, износостойкостью и способностью к закалке. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 21 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления. Техническим результатом является повышение прочностных свойств штрипсов при обеспечении доли волокнистой составляющей в изломе образца не менее 90%. Для достижения технического результата после выплавки стали получают непрерывнолитые слябы, нагревают их до температуры аустенитизации, проводят многопроходную черновую и чистовую прокатку с регламентируемой температурой конца прокатки и охлаждение штрипсов водой, при этом после черновой прокатки раскаты охлаждают до температуры 720-800°C, чистовую прокатку ведут с относительными обжатиями за проход 8-25% и температурой конца прокатки, равной 740-790°C, после чего штрипсы охлаждают со скоростью не менее 17°C/с. Сталь выплавляют следующего химического состава, мас.%: 0,06-0,11 C, 0,02-0,04 Si, 1,45-1,95 Mn, 0,15-0,28 Mo, 0,01-0,06 Nb, 0,01-0,09 Ti, 0,15-0,35 Ni, 0,10-0,30 Cr, 0,002-0,009 N, не более 0,20 V, остальное Fe. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей. Сталь содержит углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18 - 0,24, марганец 1,0 - 1,5, кремний 0,20 - 0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром от более 3,00 до 3,20, никель 0,90 - 1,20, молибден 0,50 - 0,70, ванадий 0,10 - 0,20, медь не более 0,25, железо и неизбежные примеси - остальное. После термомеханической обработки сталь обладает высокой пластичностью, позволяющей деформировать ее методом ротационной вытяжки в холодном состоянии со степенями деформации 50-70% и обеспечением механических свойств в упрочненном состоянии выше 155 кгс/мм2 при относительном удлинении не менее 7%. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,18 до менее 0,2, марганец 1,00-1,3, кремний 0,20-0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 2,90-3,20, медь не более 0,25, никель 2,20-2,50, молибден 0,70-0,90, ванадий от 0,15 до менее 0,20, железо и неизбежные примеси остальное. После закалки на воздухе и термомеханической обработки временное сопротивление разрыву σВ составляет не менее 170 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 составляет не менее 6%. 1 ил., 5 табл., 1 пр.
Наверх