Низколегированная литейная сталь

Авторы патента:

Федосюк Александр Александрович (RU)

Владельцы патента RU 2467089:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным литым сталям, используемым для изготовления ответственных деталей машин, например деталей вагонов. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,16-0,28, марганец 1,15-1,48, кремний 0,23-0,51, хром 0,01-0,10, никель 0,16-0,45, медь 0,23-0,57, алюминий 0,02-0,04, кальций 0,015-0,04, барий 0,015-0,04, титан 0,008-0,02, железо остальное. Показатель прокаливаемости стали П, определяющий ее структуру, определяется из условия 2C[1+Si²+Cu²+7Mn²+10Cr²+3Ni²+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr] и составляет 5,52…6,66 мм, а суммарное содержание раскислителей и модификаторов в пересчете на чистые компоненты составляет, мас.%: Са+Ва+Аl+Тi=0,08…0,11. Сталь имеет высокие и стабильные механические свойства с хорошим сочетанием прочностных свойств, пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным литым сталям для ответственных деталей машин, например деталей вагонов.

Известна сталь [1], содержащая, мас.%:

Углерод	0,19-0,25
Марганец	0,5-1,2
Кремний	0,3-0,5
Хром	0,15-0,6
Никель	0,15-0,6
Алюминий	0,01-0,2
Кальций	0,0005-0,01
Иттрий	0,1-0,4
Сера	0,003-0,06
Железо	остальное.

Механические свойства этой стали превышают минимальный уровень свойств для соответствующих сталей по ГОСТ 977-88, но не всегда достаточны для экстремальных условий работы литых деталей высокоскоростного железнодорожного транспорта.

Известна также сталь [2], содержащая, мас.%:

Углерод	0,10-0,20
Марганец	0,70-1,10
Кремний	0,17-0,37
Хром	0,05-0,35
Никель	0,05-0,35
Медь	0,05-0,50
Алюминий	0,005-0,15
Кальций	0,001-0,05
Титан	0,005-0,025
РЗМ	0,001-0,05
Железо	остальное.

Сталь имеет недостаточно высокие механические свойства (в частности, предел текучести и ударную вязкость) для работы в экстремальных условиях больших нагрузок и отрицательных температур.

Наиболее близкой к предлагаемой является сталь [3], содержащая, мас.%:

Углерод	0,12-0,26
Марганец	0,7-1,6
Кремний	0,2-0,7
Хром	0,1-0,7
Никель	0,1-0,7
Ванадий	0,004-0,02
Алюминий	0,01-0,2
Кальций	0,0005-0,01
Азот	0,005-0,03
Титан	0,004-0,1
Барий	0,001-0,01
Железо	остальное.

Эта сталь имеет недостаточно высокие и стабильные механические свойства, особенно предел текучести, который может меняться от 250 до 350 МПа, и ударную вязкость при температурах климатического холода.

Задачей изобретения является создание в стали дисперсной структуры, состоящей из феррита, перлита и зернистого бейнита.

Технический эффект - получение комплекса высоких и стабильных механических свойств стали (предела текучести, предела прочности, пластичности и ударной вязкости).

Это достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, никель, алюминий, кальций, титан и барий, дополнительно вводят медь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,16-0,28
Марганец	1,15-1,48
Кремний	0,23-0,51
Хром	0,01-0,1
Никель	0,16-0,45
Медь	0,23-0,57
Алюминий	0,02-0,04
Кальций	0,015-0,04
Барий	0,015 -0,04
Титан	0,008-0,02
Железо	остальное.

При этом соотношение компонентов должно отвечать двум условиям:

1) П=2C[1+Si²+Cu²+7Mn²+10Cr²+3Ni²+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr]=5,52…6,66 мм,

где П - показатель прокаливаемости стали, мм, определяющий ее структуру и в указанном интервале его значений обеспечивающий оптимальное сочетание свойств после термической обработки, в том числе и после нормализации;

2) суммарное количество введенных раскислителей и модификаторов в пересчете на чистые компоненты должно составлять, мас.%:

П₂=Ca+Ba+Al+Ti=0,08…0,11.

При избытке этих компонентов ухудшается их усвоение сталью и становится возможным образование неметаллических включений неблагоприятной формы, приводящее к снижению ударной вязкости.

В качестве примесей допускается содержание в стали, мас.%: сера до 0,03, фосфор до 0,04.

Предлагаемую и известную стали выплавляли на базовой однотипной шихте на установке ИСТ-0.06 в тиглях емкостью 60 кг с кислой футеровкой по идентичной технологии для обеспечения одинаковых исходных концентраций примесей и газов. В качестве шихтовых материалов использовали отходы сталей Ст3 и 20ГЛ. Для легирования и регулирования химического состава стали использовали стандартные ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферроникель, ферротитан) и отходы меди, для ковшевого раскисления и модифицирования стали применяли алюминий, силикокальций, силикобарий и ферротитан. Металл в печи перегревали до 1700°С.

От каждой плавки отбирали трефовидные стандартные пробы, из которых изготавливали заготовки образцов для механических испытаний. Заготовки подвергали нормализации от 930°С. При механических испытаниях на растяжение определяли временное сопротивление разрыву σ_в, предел текучести σ_0,2, относительное удлинение δ, относительное сужение образцов ψ. Испытания на ударную вязкость проводили на маятниковом копре МК-30, определяя KCU и KCV при температурах +20 и -60°С.

Химические составы сталей приведены в табл.1, результаты механических испытаний - в табл.2.

Ограничение содержания углерода в пределах 0,16-0,29% обеспечивает возможность получения в нормализованной стали хорошего сочетания прочностных свойств, пластичности и ударной вязкости.

Изменения в химический состав стали внесены с целью обеспечения:

1) регулирования показателя прокаливаемости в оптимальных пределах (см. условие 1, в частности, за счет дополнительного легирования стали медью), не выходя при этом за указанные выше пределы содержания углерода,

2) более глубокого рафинирующего и модифицирующего эффекта со значительным измельчением структуры стали (см. условие 2, в частности, за счет увеличения количества вводимого кальция и бария в пределах 0,015-0,04% по каждому из них),

3) возможности формирования в структуре стали зон с ультрадисперсным зернистым бейнитом за счет более жесткого ограничения содержания марганца в пределах 1,15…1,48% и дополнительного легирования стали медью в количестве 0,23-0,57%.

В таблицах приведено сопоставление химических составов и механических свойств сопоставляемых сталей: заявляемых сталей по составам, ограниченным формулой изобретения (первые 4 состава); сталей с составами, выходящими за пределы формулы изобретения (составы 5 и 6); стали-прототипа (последний состав). Для всех составов в табл.1 приведены рассчитанные значения параметров оптимизации П₁ и П₂, а в табл.2 - примечания с характеристикой уровня достигаемых механических свойств.

Видно, что предлагаемый химический состав стали обеспечивает по сравнению с прототипом более высокие и стабильные значения механических свойств, особенно прочностных свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах.

При выходе химического состава стали за предлагаемые пределы существенно ухудшаются все свойства стали (вариант 6) или сочетание свойств (по варианту 5 при высоких прочностных свойствах значительно понижен уровень пластичности и ударной вязкости).

Источники информации

1. Низколегированная литейная сталь / Дружевский М.А., Грузных И.В., Соболев А.Ю. и др. // Авторское свидетельство СССР №1770441, МКИ С22С 38/40.

2. Низколегированная сталь / Зикеев В.Н., Овчинников В.А., Иржов Г.Г. и др. // Патент РФ №2002851, МКИ С22С 38/50.

3. Сталь / Рязанов А.С., Кривошеев М.И., Савин А.М. и др. // Авторское свидетельство СССР №1463790, МКИ С22С 38/50, 38/58.

Таблица 1
№№ п/п	Химический состав сталей, мас.%	Параметры
С	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	Al	Са	Ва	Ti	П₁, мм	П₂, %
1	0,16	1,39	0,51	0,10	0,45	0,44	0,03	0,02	0,04	0,01	5,52	0,10
2	0,19	1,48	0,32	0,01	0,16	0,57	0,02	0,015	0,03	0,015	6,60	0,08
3	0,24	1,15	0,38	0,10	0,41	0,23	0,02	0,04	0,015	0,015	5,84	0,09
4	0,28	1,18	0,23	0,08	0,28	0,30	0,04	0,02	0,03	0,02	6,66	0,11
5	0,15	1,66	0,82	0,18	0,55	0,71	0,01	0,05	0,05	0,03	7,72	0,14
6	0,31	0,98	0,20	0,005	0,12	0,22	0,05	0,005	0,01	0,005	5,01	0,07
Прототип	0,20	0,87	0,49	0,40	0,18	-	0,01	0,01	0,01	0,01	3,78	0,05

Таблица 2
№№ п/п	Механические свойства	Примечания
№№ п/п	σ_в	Примечания	σ_0,2	δ	ψ	KCU₊₂₀	KCU_-60	KCV₊₂₀	KCV_-60
МПа	%	Дж/см²
1	572	380	27	57	140	63	112	58	Высокий уровень всех механических свойств
2	596	392	28	60	138	62	103	54
3	580	386	28	60	136	65	110	56
4	600	395	27	58	140	61	100	54
5	606	400	24	51	120	45	74	31	Пониженный уровень пластичности и ударной вязкости
6	560	356	24	50	120	58	90	44	Пониженный уровень всех свойств
Прототип	528	350	23	44	105	51	59	28

Низколегированная литейная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, алюминий, кальций, титан, барий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,16-0,28
марганец	1,15-1,48
кремний	0,23-0,51
хром	0,01-0,10
никель	0,16-0,45
медь	0,23-0,57
алюминий	0,02-0,04
кальций	0,015-0,04
барий	0,015-0,04
титан	0,008-0,02
железо	остальное,

при выполнении следующих условий:
П=2C[1+Si²+Cu²+7Mn²+10Cr²+3Ni²+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr]=5,52…6,66, где П - показатель прокаливаемости стали, мм,
Ca+Ba+Al+Ti=0,08…0,11, мас.%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству стальной катанки круглого сечения, ускоренно охлажденной с прокатного нагрева и предназначенной для изготовления сварочной проволоки.

Стальная труба с высокой расширяемостью и способ ее изготовления // 2459883

Высокопрочная стойкая при динамическом воздействии сталь и способ производства листов из нее // 2456368

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности производству горячекатаного листового проката для изделий и конструкций, подвергающихся воздействию динамических нагрузок.

Способ получения автокузовной стали // 2455367

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения автокузовной стали в дуговых сталеплавильных печах. .

Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь // 2454478

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, используемым для изготовления высоконагруженных немагнитных деталей, работающих в условиях коррозионного воздействия в энергомашиностроении.

Способ термической обработки деталей из конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости // 2450060

Изобретение относится к области термической обработки деталей из стали перлитного класса. .

Жаропрочный сплав // 2448194

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных хромоникелевых сплавов аустенитного класса, используемых для печей первичного риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака и метанола.

Броневая сталь // 2447181

Изобретение относится к составам свариваемых сталей, используемых в бронезащитных конструкциях в высокоупрочненном состоянии после закалки на мартенсит. .

Жаропрочный железо-хром-никелевый сплав // 2439191

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным железо-хром-никелевым сплавам, предназначенным для изготовления установок, работающих длительное время при повышенных (до 680°С) температурах.

Коррозионно-стойкая сталь для насосно-компрессорных и обсадных труб и нефтегазодобывающего оборудования // 2437955

Изобретение относится к области металлургии, а именно к легированным коррозионно-стойким сталям, используемым для производства насосно-компрессорных и обсадных труб и нефтегазодобывающего оборудования.

Способ производства холоднокатаной ленты из низкоуглеродистых марок стали // 2479641

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве холоднокатаной ленты, применяемой, например, для холодной вырубки

Способ производства холоднокатаной ленты для холодной вырубки // 2479643

Изобретение относится к термомеханической обработке и может быть использовано при производстве холоднокатаной ленты для изготовления монетной заготовки

Трубная заготовка из легированной стали // 2480532

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству трубных заготовок диаметром от 90 до 110 мм, 140 мм и 150 мм

Теплостойкая сталь для водоохлаждаемых изложниц // 2494167

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению водоохлаждаемых изложниц для производства центробежно-литых труб. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,16-0,25, кремний 0,10-0,60, марганец 0,60-1,20, хром 1,5-2,50, никель 0,60-1,50, молибден 0,18-0,75, ванадий 0,08-0,15, алюминий 0,001-0,008, медь ≤0,30, сера ≤0,006, фосфор ≤0,008, азот 0,005-0,02, цирконий 0,001-0,004, кальций 0,005-0,02, церий 0,005-0,03, железо - остальное. Сталь обеспечивает высокую прочность при нагреве и высокую трещиноустойчивость водоохлаждаемых изложниц. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Низкоуглеродистая сталь и прокат из низкоуглеродистой стали повышенной стойкости к водородному растрескиванию и повышенной хладостойкости // 2496906

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низкоуглеродистым сталям для производства проката, используемого для изготовления сварных нефте- и газопроводов, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,03-0,08, кремний 0,10-0,90, марганец 0,30-1,5, ниобий <0,08, ванадий <0,147, титан 0,003-0,03, азот 0,002-0,010, хром 0,01-0,35 или 0,36-1,2, никель 0,01-0,30, медь <0,5, сера <0,003, фосфор 0,004-0,012, алюминий 0,001-0,01 или 0,02-0,06, кальций 0,0001-0,006, водород не более 0,0002, кислород не более 0,0025, железо и неизбежные примеси остальное. Повышаются потребительские свойства стали и проката за счет увеличения стойкости против водородного растрескивания и повышения хладостойкости при сохранении вязкостных свойств и технологичности производства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

Сталь // 2502821

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам низкоуглеродистых сталей, используемых для изготовления гильз патронов автоматического стрелкового оружия калибра 7,62 мм, покрытых сплавом латуни (томпаком) или лаком. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, алюминий, хром, никель, медь, азот, титан и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,16-0,22, кремний 0,05-0,13, марганец 0,20-0,45, алюминий 0,02-0,07, хром 0,05-0,15, никель 0,08-0,25, медь 0,05-0,20, титан 0,01-0,03, азот 0,003-0,012, железо остальное. Повышается выход годных гильз за счет более высоких вытяжных свойств и адгезии к покрытию. 1 табл.

Стали со структурой пакетного мартенсита // 2507297

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным низкоуглеродистым мартенситным свариваемым сталям, закаливающимся на воздухе, используемым для изготовления термически упрочненных сварных конструкций, крупногабаритных изделий, а также строительных конструкций и деталей нефтяного машиностроения. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,04 до 0,099, хром до 7,00, марганец от 0,15 до 2,5, никель не более 4, молибден не более 1,0, ванадий не более 0,30, титан не более 0,06 и/или ниобий не более 0,15, азот не более 0,25, медь не более 2,00, редкоземельные элементы или кальций не более 0,15, железо и неизбежные примеси - остальное. Сталь имеет пакетно-реечную структуру мартенсита при выполнении соотношения, мас.%: Сr/С не менее 20. Сталь обладает повышенными значениями характеристик прочности, вязкости и свариваемости. 1 табл.

Фольга из нержавеющей стали и носитель катализатора для устройства очистки выхлопного газа, использующий эту фольгу // 2518873

Изобретение относится к области металлургии, а именно к фольге из нержавеющей стали, используемой в носителе катализатора устройства очистки выхлопного газа автомобиля. Фольга выполнена из нержавеющей стали, содержащей, в мас.%: 0,05 или меньше С, 2,0 или меньше Si, 1,0 или меньше Мn, 0,003 или меньше S, 0,05 или меньше Р, 25,0 - 35,0 Сr, 0,05 - 0,30 Ni, 3,0 - 10,0 Аl, 0,10 или меньше N, 0,02 или меньше Ti, 0,02 или меньше Nb, 0,02 или меньше Та, 0,005 - 0,20 Zr, 0,02 или меньше Се, 0,03 - 0,20 РЗЭ (редкоземельного элемента), исключая Се, 0,5 - 6,0 в сумме по меньшей мере одного из Мо и W, Fe и случайные примеси остальное. Стальная фольга имеет высокую прочность при высоких температурах, превосходную стойкость к окислению при высоких температурах и превосходную стойкость к солевой коррозии. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Аустенитно-ферритная сталь с высокой прочностью // 2522914

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочной теплостойкой проволоки различных типоразмеров и листового материала. Предложенная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод до 0,03, хром 8,0-16, никель 6-12, молибден 1-5, кобальт 0-1, алюминий 1-5, титан ≤0,3, лантан и иттрий ≤0,05 и железо - остальное. Техническим результатом изобретения является получение высокопрочного коррозионно-стойкого материала, обладающего после закалки достаточно пластичной двухфазной аустенитно-ферритной структурой, способной подвергаться высоким суммарным обжатиям при холодной пластической деформации и достигать высоких прочностных и упругих свойств после деформационного старения. 1 табл., 1 пр.

Трубная сталь // 2525874

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, используемым для производства магистральных труб. Сталь содержит, мас.%: углерод от 0,11 до менее 0,15, кремний от 0,40 до менее 0,50, марганец 1,30-1,60, хром не более 0,30, никель 0,06-0,20, медь не более 0,30, алюминий не более 0,05, титан не более 0,03, азот не более 0,008, сера не более 0,040, фосфор 0,015-0,030, железо остальное. Сталь имеет феррито-перлитную структуру, величину временного сопротивления разрыву σВ не менее 530 Н/мм2, величину ударной вязкости KCU-40 не менее 120 Дж/см2. Улучшаются потребительские свойства указанных труб. 1 пр.