Сталь


 


Владельцы патента RU 2532661:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,14-0,16, марганец 0,25-0,50, кремний 0,17-0,25, хром 1,35-1,65, никель 4,20-4,40, молибден 0,30-0,40, церий 0,007-0,009, лантан 0,001-0,005, алюминий 0,02-0,05, кальций 0,002-0,005, медь ≤0,20, серу ≤0,005, фосфор ≤0,005, железо остальное. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет 0,13-0,15. Повышается ударная вязкость и прокаливаемость стали, сплошность и твердость цементованного слоя, а также хрупкая прочность, пластичность, сопротивляемость усталости при изгибе и контактная усталость после цементации поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы, 7 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, и может найти применение для изготовления силовых деталей и шестерен, валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией.

Известна высококачественная легированная конструкционная сталь 18X2H4MA, упрочняемая цементацией, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,20; кремний 0,17-0,37; марганец 0,25-0,55; хром 1,35-1,65; никель 4,00-4,40; молибден 0,30-0,40; медь ≤0,30; сера ≤0,025; фосфор ≤0,025, железо остальное.

(ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали», утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.06.71 №1148, М., ИПК Издательство стандартов, 1996)

Недостатками известной стали, снижающими эксплуатационную надежность изделий, являются недостаточная технологичность при ковке (склонность к образованию трещин), сложность обеспечения оптимальной структуры цементованного слоя (в части регламентированного содержания остаточного аустенита); недостаточная ударная вязкость, недостаточная усталостная прочность при изгибе.

Наиболее близкой по технической сущности является сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, церий, лантан, неодим и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,21; марганец 0,4-0,7; кремний 0,6-0,9; хром 2,6-3,0; никель 1,0-1,5; молибден 0,4-0,6; вольфрам 1,0-1,4; ванадий 0,35-0,55; ниобий 0,08-0,22; церий 0,01-0,05; лантан 0,01-0,03; неодим 0,01-0,03 и железо остальное. Известную сталь используют для изготовления силовых деталей - шестерен, валов, поверхности которых упрочняют химико-термической обработкой: цементацией, нитроцементацией и азотированием.

(RU 2094520, C22C 38/48, опубликовано 27.10.1997)

Недостатками известной стали являются: склонность к образованию трещин при ковке; недостаточная ударная вязкость; неоптимальная структура цементованного слоя, снижающая эксплуатационную надежность тяжелонагруженных изделий с цементованным слоем

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, церий, лантан, алюминий, кальций, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,14-0,16
Марганец 0,25-0,50
Кремний 0,17-0,25
Хром 1,35-1,65
Никель 4,20-4,40
Молибден 0,30-0,40
Церий 0,007-0,009
Лантан 0,001-0,005
Алюминий 0,02-0,05
Кальций 0,002-0,005
Медь ≤0,20
Сера ≤0,005
Фосфор ≤0,005
Железо Остальное

при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15.

Технический результат также достигается тем, что отношение суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца составляет 9-12.

Содержание серы менее 0,005 мас.%, алюминия 0,02-0,05 мас.% и кальция 0,002-0,005 мас.% при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 до минимума снижает количество неметаллических включений в стали, повышает пластичность стали и износостойкость цементированного поверхностного слоя.

Ограничение содержания серы до 0,005 мас.% и фосфора до 0,005 мас.% повышает сплошность и стабильность по твердости поверхностного слоя, полученного цементацией.

Ограничение содержания меди до 0,2 мас.% обеспечивает уменьшение склонности стали к образованию трещин при ковке.

При отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 и отношении суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца 9-12 сталь обладает оптимальной структурой, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик цементованной (или нитроцементованной) детали.

Достижение поставленного технического результата иллюстрируется данными, представленными в таблицах 1-7.

Цементацию поверхности стали проводили стандартным методом при выдержке в газовых печах при температуре 930°C в течение 24 часа.

Из представленных материалов следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

По данным стендовых испытаний использование стали по изобретению для изготовления цементированных шестерен редуктора горно-шахтного комбайна обеспечит повышение на 35% его эксплуатационной надежности.

Таблица 1
Химический состав заявляемой стали опытных плавок (№1-4)
Сталь Номер плавки
Компоненты 1 2 3 4
C 0,14 0,15 0,15 0,16
Si 0,19 0,17 0,21 0,25
Mn 0,27 0,35 0,41 0,49
Cr 1,36 1,44 1,64 1,39
Ni 4,22 4,39 4,28 4,37
Mo 0,31 0,39 0,33 0,40
Cu 0,16 0,19 0,20 0,17
Al 0,02 0,05 0,04 0,03
Ca 0,003 0,002 0,005 0,004
Ce 0,009 0,007 0,007 0,008
La 0,002 0,001 0,003 0,005
S 0,003 0,005 0,004 0,005
P 0,005 0,004 0,002 0,004
Fe ост. ост. ост. ост.
Таблица 2
Механические свойства стали опытных плавок (№1-4)
Сталь KCU20 С, Дж/см2 KCU60 С, Дж/см2 σ0,2, МПа σв, МПа δ, % φ, %
№1 131 84 1240 1370 15 55
№2 139 91 1210 1290 17 53
№3 144 98 1190 1330 16 57
№4 155 121 1280 1410 15 55
Таблица 3
Свойства цементованного слоя заявляемой стали опытных плавок (№1-4) и известной стали
Сталь Сплошность цементованного слоя по 8-балльной шкале Показатель стабильности твердости, HRC Содержание аустенита, %
Известная сталь 4-5 59, 63, 61, 65, 60 разброс - 6 единиц 6-9
№1 1 62, 63, 65, 64, 65 разброс - 3 единицы 2-4
№2 2 63, 65, 64, 63, 65 разброс - 2 единицы 2-3
№3 1-2 65, 63, 64, 62, 64 разброс - 2 единицы 2-4
№4 1 64, 62, 63, 63, 64 разброс - 2 единицы 1-3
Таблица 4
Балл неметаллических включений и технологичность при ковке отливок заявляемой стали опытных плавок (№1-4) и стали-прототипа
Сталь Балл неметаллических включений (ГОСТ 1778-70), метод Ш4 Количество трещин на поверхности поковки
Известная сталь OC-3, C-4 5, глубиной 0,3
№1 OC-1, C-2 1, глубиной 0,1
№2 OC-2, C-1 -
№3 OC-1, C-1 1, глубиной 0,1
№4 OC-1, C-1 -
Таблица 5
Влияние содержания серы и фосфора на целостность и стабильность твердости цементитной решетки поверхностного слоя
Суммарное содержание серы и фосфора, % Сплошность цементованного слоя по 8-балльной шкале Показатель стабильности твердости, HRC
0,010 1-2 65, 64, 63, 64, 65 разброс - 2 единицы
0,050 5-6 58, 63, 59, 64, 59 разброс - 6 единиц
Таблица 6
Влияние отношения содержания Al/Ca на балл неметаллических включений и значения ударной вязкости
Номер опытной плавки Al, мас.% Ca, мас.% Al:Ca, % Балл НВ (ГОСТ 1778-70) KCU+20 C
1 0,02 0,005 4 ОС-1, С-2 112
2 0,03 0,004 7,5 ОС-1, С-1 126
3 0,04 0,003 13,33 ОС-2, С-1 137
4 0,05 0,002 25 ОС-2, С-2 144
5 0,01 0,006 1,66 ОС-4, С-4 89
6 0,06 0,001 60 ОС-5, С-5 87
Таблица 7
Сравнительная контактная выносливость и усталостная прочность при изгибе стали опытных плавок №1-4 и стали-прототипа
Сталь Предел контактной выносливости (ГОСТ 25.501-78), МПа Предел выносливости при изгибе, (ГОСТ 25.504-82), МПа
Известная сталь 1200 850
№1 1900 1100
№2 2000 1200
№3 1800 1100
№4 2100 1200

1. Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, церий, лантан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций, медь, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,14-0,16
Марганец 0,25-0,50
Кремний 0,17-0,25
Хром 1,35-1,65
Никель 4,20-4,40
Молибден 0,30-0,40
Церий 0,007-0,009
Лантан 0,001-0,005
Алюминий 0,02-0,05
Кальций 0,002-0,005
Медь ≤0,20
Сера ≤0,005
Фосфор ≤0,005,
Железо Остальное,

при этом отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет 0,13-0,15.

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что отношение суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца составляет 9-12.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям для высоконагруженных деталей, используемых в машиностроении, приборостроении.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной броневой листовой стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,28-0,40, кремний 0,80-1,40, марганец 0,50-0,80, хром 0,10-0,70, никель 1,50-2,20, молибден 0,30-0,80, алюминий 0,005-0,05, медь не более 0,30, сера не более 0,012, фосфор не более 0,015, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной нержавеющей стали для нефтяных скважин. Сталь содержит, в мас.%: С: максимум 0,05, Si: максимум 1,0, Mn: максимум 0,3, P: максимум 0,05, S: менее 0,002, Cr: более 16 и максимум 18, Мо: от 1,5 до 3,0, Cu: от 1,0 до 3,5, Ni: от 3,5 до 6,5, Al: от 0,001 до 0,1, N: максимум 0,025 и О: максимум 0,01, Fe и примеси остальное.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых для изготовления ответственных деталей машин.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяющихся в серийном производстве ответственных деталей машин.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нержавеющей стали для нефтяной скважины и трубе из нержавеющей стали для нефтяной скважины. Нержавеющая сталь для нефтяной скважины содержит, % по массе: С не более 0,05, Si не более 0,5, Mn от 0,01 до 0,5, Р не более 0,04, S не более 0,01, Cr свыше 16,0 и не более 18,0, Ni свыше 4,0 и не более 5,6, Мо от 1,6 до 4,0, Cu от 1,5 до 3,0, Al от 0,001 до 0,10, и N не более 0,050, причем остальное составляют Fe и примеси.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, используемым для изготовления рабочих колес гидротурбин и насосов, работающих в условиях циклических знакопеременных нагрузок, кавитационной эрозии и интенсивного коррозионного воздействия в пресной воде.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони. .
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам обработки высокопрочных аустенитных сталей, и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C. Износостойкая сталь содержит, в мас.%: углерод 0,25-1,2, кремний 0,2-1,8, марганец 0,3-2,0, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025, хром 0,3-6,5, никель 0,03-2,0, один или несколько элементов из группы: молибден 0,2-1,5, вольфрам 0,5-1,5, медь 0,05-0,4, ниобий 0,01-0,1 и ванадий 0,02-0,7, железо и неизбежные примеси - остальное. Свариваемая сталь содержит, в мас.%: углерод 0,002-0,3, кремний 0,10-0,6, марганец 0,4-1,8, фосфор не более 0,02, сера не более 0,01, хром 0,01-0,4, никель 0,01-0,5, один или несколько элементов из группы: медь 0,01-0,4, молибден 0,01-0,1, ниобий 0,01-0,1 и ванадий 0,02-0,1, железо и неизбежные примеси - остальное. Углеродный эквивалент свариваемой стали составляет не более 0,45, толщина слоя износостойкой стали составляет 10-40% или 60-90% от общей толщины проката, а прочность сцепления слоев составляет не менее 450 Н/мм2. После термической обработки изделия из проката при оптимальном расходе легирующих элементов обладают высокой износостойкостью, твердостью не менее 500 HBW, высокой прочностью слоя из свариваемой стали с пределом текучести не менее 500 МПа, в сочетании с хорошей свариваемостью и ударной вязкостью на остром надрезе при температуре до -40°C не менее 30 Дж/см2. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,18-0,23, кремний 0,17-0,37, марганец 0,70-1,10, хром 0,40-0,70, никель 0,40-0,70, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: медь не более 0,25, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет от 0,20 до 0,40. Повышается обрабатываемость стали резанием при сохранении требуемых механических свойств металла, а также улучшается экологическая обстановка производства за счет снижения агрессивности вредных выбросов в окружающую атмосферу высокотоксичных компонентов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 11 пр.

Изобретение относится к высокопрочной высокопластичной легированной стали и изделиям, изготавливаемым из нее. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,30-0,47, Mn 0,8-1,3, Si 1,5-2,5, Cr 1,5-2,5, Ni 3,0-5,0, Mo+½W 0,7-0,9, Cu 0,70-0,90, Со до 0,01, V+(5/9)×Nb 0,10-0,25, Ti до 0,005, Al до 0,015, Fe и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит не более 0,01 мас.% фосфора и не более 0,001 мас.% серы. Изготовляемые из стали упрочненные и закаленные при температуре 500°F изделия обладают высокой прочностью и трещиностойкостью. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,37-0,43, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, хром 0,60-0,90, никель 0,70-1,10, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: медь не более 0,25, серу не более 0,025 и фосфор не более 0,025. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет от 0,20 до 0,40. Повышается обрабатываемость стали резанием при сохранении требуемых механических свойств металла, а также улучшается экологическая обстановка производства за счет снижения агрессивности вредных выбросов в окружающую атмосферу высокотоксичных компонентов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 11 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в окислительных и восстановительных средах средней и высокой агрессивности. Сталь содержит, мас.%: углерод ≤0,03, марганец 1,0-2,0, хром 14,0-18,0, никель 8,5-14,5, азот 0,06-0,35, церий 0,001-0,05, кремний от более 2,0 до 4,5, молибден 2,5-4,5, железо и неизбежные примеси остальное. Для компонентов стали выполняется следующее соотношение: ( C r + 0,75 S i + M o ) / ( 2 N i + 0,5 M n + 40 ( N + C ) ) = 0,35 ÷ 1,30. Обеспечивается высокая коррозионная стойкость против общей и межкристаллитной коррозии в средах сильно окисляющего (кипящая азотная кислота различной концентрации) и в хлоридсодержащих средах восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера при сохранении комплекса физико-механических свойств. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной жаропрочности и хладостойкости, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,16, кремний 0,10-0,50, марганец 0,20-0,60, хром 4,2-5,0, никель 0,10-0,30, медь 0,05-0,20, молибден 0,30-0,60, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, железо остальное. Сталь обладает высокими показателями по прочности при высоких температурах и ударной вязкости при отрицательных температурах, характеризуется стойкостью к коррозии и окислению. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления изделий, работающих при высоких растягивающих и изгибающих нагрузках, преимущественно проволоки малого диаметра, используемой в авиационной промышленности и машиностроении. Сталь содержит углерод, хром, никель, молибден, азот, марганец, кремний, иттрий, лантан, церий, празеодим, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,21, хром 15,0-16,5, никель 6,0-7,2, молибден 2,7-3,2, азот 0,04-0,09, марганец не более 1,0, кремний не более 0,6, иттрий не более 0,002, лантан не более 0,002, церий не более 0,002, празеодим не более 0,002, железо и неизбежные примеси - остальное. Повышается кратковременная прочность до значений не менее 2550 МПа и относительное удлинение до значений не менее 35%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной теплоустойчивости, применяемым при производстве плавниковых труб, предназначенных для паровых котлов, труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, деталей цилиндров газовых турбин, различных деталей, работающих при температуре до +480-500°C, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников для энергооборудования и трубопроводов тепловых электростанций. Получают сляб из стали, имеющей химический состав, в мас.%: углерод 0,15-0,22, кремний 0,15-0,50, марганец 0,60-1,00, алюминий 0,01-0,06%, хром не более 0,3, никель не более 0,3, медь не более 0,3, молибден 0,20-0,50, сера не более 0,007, фосфор не более 0,020, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси - остальное. Осуществляют нагрев слябов под прокатку до температуры 1200-1250°C. Выполняют многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку. Черновую прокатку завершают при температуре не более 1100°C, а чистовую прокатку ведут за 7-11 проходов и завершают в диапазоне температур от 880 до 910°C с относительным обжатием в последнем проходе от 10% до 15%. После прокатки и охлаждения листы подвергают термообработке при температуре 900-930°C с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивается высокий уровень теплоустойчивости и ударной вязкости. 3 табл.
Наверх