Легкообрабатываемая конструкционная хромомарганцевомолибденовая сталь



Легкообрабатываемая конструкционная хромомарганцевомолибденовая сталь
Легкообрабатываемая конструкционная хромомарганцевомолибденовая сталь

 


Владельцы патента RU 2557860:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

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 0,34-0,40, кремний 0,17-0,37, марганец 0,60-0,90, хром 0,80-1,10, 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.%: сера не более 0,025, фосфор не более 0,025, никель не более 0,25, медь не более 0,25. 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 черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин.

Из уровня техники известна сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием (ГОСТ 1414-75). Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием. Технические условия (Переиздание, с Изменениями №1, 2, 3, с Поправками), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, свинец и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- углерод - 0,34-0,40;

- кремний - 0,17-0,37;

- марганец - 0,60-0,90;

- хром - 0,80-1,10;

- молибден - 0,15-0,25;

- свинец - 0,15-0,30;

- железо - основа.

Кроме того, в состав стали могут входить, мас. %:

- никель - не более 0,30;

- медь - не более 0,30;

- сера - не более 0,030;

- фосфор - не более 0,035.

К недостаткам данной стали можно отнести следующее:

- сера и фосфор, способствующие улучшению показателей обрабатываемости стали, в случае ее легирования свинцом не оказывают существенного влияния на процесс механического резания, а увеличение их содержания выше значений, обеспечивающих получение высококачественной стали, нецелесообразно в связи с аккумулятивным негативным воздействием указанных элементов на механические свойства металлопродукции;

- очевидная бесперспективность дальнейшего улучшения обрабатываемости стали путем увеличения содержания свинца больше регламентированных значений, поскольку превышение его предельной растворимости в железе приводит к ухудшению механических характеристик и росту их анизотропии, а также способствует усилению красноломкости поверхностного слоя в процессе горячей обработки металла давлением;

- неравномерное распределение свинца в теле слитка вследствие его большой физической плотности и высокой упругости пара, что затрудняет гарантированное получение требуемых свойств стали от плавки к плавке и обусловливает понижение выхода годного металла, а следовательно, и производительности процесса обработки давлением из-за образования дефектов в местах наибольшего скопления данного элемента;

- во время горячего пластического деформирования стали, содержащей свинец, происходит его диффузия на поверхность заготовки, что приводит к образованию в указанной области капиллярного слоя, ухудшающего условия захвата валками полосы металла вследствие уменьшения коэффициента трения, и снижению производительности прокатного оборудования;

- свинец крайне токсичен и согласно установленным на сегодняшний день гигиеническим нормативам относится к наивысшему 1 классу опасности, поэтому в черной металлургии все отчетливее прослеживается тенденция по отказу от его применения вследствие серьезного ухудшения экологии окружающей среды.

Кроме того, известна сталь с высокой обрабатываемостью резанием (патент RU 2128723), содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, висмут и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- углерод - 0,34-0,40;

- кремний - 0,17-0,37;

- марганец - 0,60-0,90;

- хром - 0,80-1,10;

- молибден - 0,15-0,25;

- сера - 0,008-0,030;

- фосфор - 0,008-0,035;

- висмут - 0,12-0,20;

- железо - основа.

Известная сталь имеет следующие недостатки:

- бесперспективность дальнейшего улучшения обрабатываемости стали путем увеличения содержания висмута больше реальных значений, поскольку превышает его предельную растворимость в железе и увеличивается себестоимость выплавки.

Данная сталь, как наиболее схожая по химическому составу и механическим свойствам, принята за ближайший прототип.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение обрабатываемости стали резанием при сохранении требуемых механических характеристик металла, за счет снижения агрессивности вредных выбросов в окружающую атмосферу токсичных компонентов.

Техническое решение поставленной задачи достигается за счет того, что предлагаемая сталь в своем составе содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, висмут, кальций, алюминий и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- углерод - 0,34-0,40;

- кремний - 0,17-0,37;

- марганец - 0,60-0,90;

- хром - 0,80-1,10;

- молибден - 0,15-0,25;

- висмут - 0,08-0,13;

- кальций - 0,002-0,003;

- алюминий - 0,005-0,015;

- железо - основа.

Кроме того, в качестве примесей сталь дополнительно может содержать, мас. %:

- серу - не более 0,025;

- фосфор - не более 0,025;

- медь - не более 0,25;

- никель - не более 0,25.

При этом отношение содержания кальция к содержанию алюминия находится в пределах от 0,20 до 0,40.

Применение висмута, кальция и алюминия для дополнительного легирования и раскисления стали с целью улучшения ее обрабатываемости резанием имеет целый ряд преимуществ.

Во-первых, сокращение количества алюминия, применяемого для раскисления стали, будет способствовать снижению в стали неметаллических включений Al2O3.

Во-вторых, кальций является своего рода заменителем алюминия как раскислителя и обеспечивает образование алюминатов кальция в сульфидной оболочке - комплексных оксисульфидных включений, способствует глобуризации сульфидных включений и предупреждает образование микротрещин у остроугольных включений глинозема, оказывающих положительное влияние на обрабатываемость стали.

В-третьих, оптимальное соотношение Ca/Al, способствует образованию глобулярных, малодеформируемых неметаллических включений.

В-четвертых, снижение содержания висмута, без снижения показателя обрабатываемости, обеспечивает образование ломкой стружки и расширяет диапазон применения стали (при сверлении, развертывании отверстий, нарезании и фрезеровании) и не ослабляет положительное влияние на результаты процесса со стороны фосфора и включений сульфида марганца. Он менее токсичен, чем свинец, и обеспечивает высокий уровень обрабатываемости при содержании его, в 1,5..2 раза меньшем, чем свинец.

В-пятых, висмут равномерно распределяется по сечению слитка, что обусловлено его плотностью, сопоставимой с плотностью жидкой стали, и применение висмута способствует решению экологических проблем, имеющих место при производстве автоматных сталей. Это связано с тем, что в отличие от свинца, принадлежащего к 1 классу опасности, содержание висмута в атмосфере цеха ограничено среднесменной предельно допустимой концентрацией (ПДК), равной 0,50 мг/м3.

Сущность изобретения - выявление оптимального содержания висмута, алюминия и кальция, при котором достигается наилучшее сочетание высокой обрабатываемости стали резанием при условии сохранения требуемых значений механических свойств.

В результате проведенных исследований установлено следующее:

- при содержании висмута меньше нижнего предела не удается достигнуть требуемого высокого уровня обрабатываемости стали резанием;

- при условии содержания висмута по верхнему пределу обрабатываемость предлагаемой стали сопоставима с обрабатываемостью металла аналогичной висмутсодержащей марки;

- при содержании висмута, кальция и алюминия в заявленных пределах уровень обрабатываемости предложенной стали на 14% превышает величину обрабатываемости висмутсодержащего аналога, наряду с этим сталь сохраняет свои высокие механические характеристики, а ее получение характеризуется пониженной загрязненностью воздуха рабочей зоны и более безопасными условиями труда производственного персонала.

Эффективность токарной обработки оценивалась на технической базе ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ) по изменению стойкости инструментального материала при заданной скорости резания заготовок. В качестве критерия для оценки обрабатываемости стали было установлено значение приведенной стойкости, выраженное величиной износа режущего инструмента по задней поверхности при обработке одной детали.

В качестве базового уровня приняты обрабатываемость резанием среднеуглеродистой хромомарганцевомолибденовой стали АВ38ХГМ.

Химический состав известной стали марки АВ38ХГМ, принятой за ближайший аналог, и предлагаемой стали приведен в таблице 1.

Прочностные и пластические характеристики сравниваемых сталей в деформированном и термически обработанном состоянии (после закалки и отпуска), а также измеренный уровень механической обрабатываемости представлен в таблице 2.

Пример 1. Известная конструкционная хромомарганцевомолибденовая сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием АВ38ХГМ (RU 2128723). Уровень механической обрабатываемости принят в качестве базовых значений для сравнения.

Пример 2. Содержание серы и фосфора больше заявленных значений. Механические характеристики металла не соответствуют требованиям ГОСТа. Оценка эффективности токарной обработки стали не проводилась.

Пример 3. Содержание никеля больше верхнего предела. Уменьшается производительность горячей обработки металла давлением. Оценка на обрабатываемость не производилась.

Пример 4. Содержание висмута меньше нижнего предела. Уровень обрабатываемости предложенной стали ниже, чем у известного аналога.

Пример 5. Содержание висмута в стали больше верхнего предела. Обрабатываемость предложенной стали резанием сопоставима с механической обрабатываемостью ее аналога.

Пример 6. Содержание серы, фосфора, никеля и меди находится на уровне верхней границы заявленных диапазонов. Показатели механических свойств металла соответствуют минимальным предельно допустимым значениям, установленным требованиями для висмутсодержащего аналога.

Пример 7. Соотношение между содержанием кальция и алюминия выходит за нижнюю регламентированную границу. Размер зерна ниже регламентируемого. Происходит зарастание стаканчиков на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Уровень обрабатываемости предложенной стали сопоставим с обрабатываемостью известного аналога.

Пример 8. Соотношение между содержанием кальция и алюминия находится на уровне нижнего предела из указанного диапазона. Размер зерна соответствует техническим условиям. Не происходит зарастание стаканчиков МНЛЗ. Уровень обрабатываемости выше известного аналога.

Пример 9. Соотношение между содержанием кальция и алюминия имеет значение, соответствующее верхнему заявленному пределу. Сталь соответствует техническим условиям.

Пример 10. Соотношение между содержанием кальция и алюминия выходит за верхнюю установленную границу. Сталь не соответствует техническим условиям.

Пример 11. Содержание всех элементов находится в заявленных пределах. Комплекс технологических свойств среднеуглеродистой хромомарганцевомолибденовой стали имеет оптимальный характер. Показатель обрабатываемости резанием при сохранении механических характеристик металла на 14% выше, чем у известного аналога.

Вместе с тем существенно уменьшается загрязненность воздуха рабочей зоны.

Таким образом, более высокий уровень обрабатываемости резанием предлагаемой стали с сохранением комплекса требуемых механических свойств металла и улучшением экологии металлургического производства позволяет рекомендовать ее для промышленного применения.

1. Легкообрабатываемая конструкционная хромомарганцевомолибденовая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, висмут и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,34-0,40
кремний 0,17-0,37
марганец 0,60-0,90
хром 0,80-1,10
молибден 0,15-0,25
висмут 0,08-0,13
кальций 0,002-0,003
алюминий 0,005-0,015
железо остальное

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что в ней ограничено содержание вредных примесей, мас.%: сера не более 0,025, фосфор не более 0,025, никель не более 0,25, медь не более 0,25.

3. Сталь по п. 2, отличающаяся тем, что отношение содержания кальция к содержанию алюминия находится в пределах от 0,20 до 0,40.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному листу, используемому для горячей штамповки. Лист выполнен из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%: C: 0,05-0,40, Si: 0,001-0,02, Mn: 0,1-3, Al: 0,0002-0,005, Ti: 0,0005-0,01, O: 0,003-0,03, один или оба из Cr и Mo в сумме 0,005-2, остальное Fe и неизбежные примеси.

Высокопрочный с низким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с низким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с низким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с низким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2530199
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному оцинкованному погружением стальному листу, используемому в автомобилестроении. Лист выполнен из стали, содержащей в мас.%: 0,03-0,20 С, 1,0 или менее Si, от более 1,5 до 3,0 Mn, 0,10 или менее P, 0,05 или менее S, 0,10 или менее Al, 0,010 или менее N, 0,5 или менее Cr и 0,01-0,50 Мо и остальное Fe с неизбежными примесями.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяющихся для изготовления ответственных деталей машин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению шестерней для приводных поездных систем, используемых для передачи высокого крутящего момента.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству двухслойного стального листового проката толщиной 4-20 мм для бронезащитных конструкций с классом защиты не ниже 6a по ГОСТ P5 0963-96 для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован в нефтедобыче для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками в нефтедобыче.

Изобретение относится к способу изготовления полуфабриката, в частности стальной ленты с двухфазной структурой и с пределом прочности на растяжение от 500 до 1000 МПа.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин.

Группа изобретений относится к получению азотированных спеченных стальных деталей. Получают предварительно легированный стальной порошок на основе железа, включающего менее 0,3 мас.% Mn, по меньшей мере один элемент из группы: 0,2-3,5 мас.% Cr, 0,05-1,2 мас.% Mo и 0,05-0,4 мас.% V, и максимум 0,5 мас.% неизбежных примесей. Упомянутый стальной порошок смешивают со смазывающим веществом и графитом, уплотняют под давлением 400-2000 МПа, спекают полученную прессовку в восстановительной атмосфере при температуре 1000-1400 °С и азотируют спеченную деталь в азотсодержащей атмосфере при температуре 400-600 °С с продолжительностью выдержки менее 3 часов. Полученная деталь имеет износостойкость при скользящем контакте и наличии смазки, обеспечивающую безопасный износ при давлении Герца, составляющем до по меньшей мере 800 МПа при испытании при скорости скольжения 2,5 м/с в течение 100 секунд. Обеспечивается получение спеченных стальных деталей с износостойкими свойствами, сравнимыми со свойствами деталей, изготовленных из отбеленного чугуна. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил., 5 табл., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении детали подшипника, например в виде сварного кольца или сегмента кольца, которая подвергается переменным механическим напряжениям, в частности, при качении или качении и скольжении. Деталь (10) подшипника выполнена из подшипниковой стали и содержит по меньшей мере одно сварное соединение, полученное стыковой сваркой оплавлением. Деталь выполнена из стали, содержащей, по массе, максимум 20 ppm серы, максимум 15 ppm кислорода и сульфидные включения. Менее 5% упомянутых сульфидных включений содержат инкапсулированные или внедренные оксидные включения. Упомянутая сталь также содержит элемент, выбранный из группы: Са, Mg, Те или лантаноид, такой как Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb или Lu, в количестве 10-30 ppm по массе. Сварное соединение детали подшипника обладает высокой стойкостью к усталостному разрушению. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к получению порошков. Отходы быстрорежущей вольфрамсодержащей стали Р6М5 подвергают электроэрозионному диспергированию в реакторе в среде диэлектрической жидкости посредством искровых разрядов между указанными отходами и электродами, состоящими из того же материала. В качестве диэлектрической жидкости используют керосин. Обеспечивается образование на дне реактора осадка в виде сферических частиц металлического нанопорошка на основе карбида вольфрама. 5 ил., 1 пр.
Наверх