Сталь

Изобретение относится к области металлургии и может найти широкое применение в автомобилестроении для деталей транспортной техники и другого оборудования. Наиболее близкой к заявляемой является сталь марки 38 ХС [1], которая содержит ингредиенты в следующих количествах (вес. %): углерод 0,34-0,42; кремний 1,0-1,4; марганец 0,3-0,6; хром 1,3-1,6; железо остальное до 100%. Ме ханические свойства этой стали представлены в таблице 1. Данная сталь имеет недостаточно высокие механические свойства, сопротивление хрупкому разрушению, к тому же она склонна к обратимой отпускной хрупкости, что определяется химическим составом стали. В основу изобретения поставлена задача создания стали, микролегирование которой обеспечивает повышение механических свойств, сопротивления хрупкому разрушению. уменьшение склонности стали к обратимой отпускной хрупкости, что расширяет область ее применения и гарантирует большую надежность и долговечность в эксплуатации. Поставленная задача решается тем, что в сталь, содержащую железо, углерод, кремний, марганец, хром, согласно изобретению, введены алюминий, бор, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов (вес. %): углерод 0,34-0,42; кремний 1,0-1,4; марганец 0,3-0,6; хром 1,3-1,6; алюминий 0,02-0,06; бор 0,001-0.003; ниобий 0,2-0,06; кальций 0,001-0,02; железо - остальное, при этом отношение бора к алюминию составляет не менее 0,05. Как известно, сталь содержит помимо полезных (кремний, марганец), вредные примеси (сера, фосфор, азот, кислород), взаимодействие с другими элементами и распределение которых оказывает значительное влияние на состав, состояние приграничных зерен, характер разрушения, т.е. на свойства стали после улучшения. В частности сегрегации фосфора на границах зерен ответственны за интеркристаллитное разрушение сталей после улучшения. В предлагаемой стали содержание алюминия и бора обеспечивает присутствие бора в составе твердого раствора и его влияние на состояние и состав приграничных зон зерен стали после улучшения, устраняя интеркристаллитный скол в условиях хр упкого разрушения. При вышеуказанном содержании бора затруднен перенос электронного заряда на ионы фосфора, находящиеся на межфазных границах. В результате изменение плотности электронного заряда в области сегрегации фосфора на границах зерен будет меньше, чем в стали без добавки бора. Поэтому в стали с вы шеуказанным содержанием бора склонность к межзеренному разрушению после закалки и высокого отпуска, а также охрупчивающей обработки значительно меньше, чем в прототипе. Введение ниобия в выше указанную сталь обеспечивает измельчение зерна при термической обработке и препятствует образованию нитридов бора при аустенитизации, что, в свою очередь, обеспечивает его положительное влияние на электронную стр уктур у больше угловы х границ зерен, содержащих атомы фосфора. Для получения стали были подготовлены смеси ингредиентов, содержащие (вес. %): I. Углерод 0,34; кремний 1,0; марганец 0,3; хром 1,3; алюминий 0,02; бор 0,001; ниобий 0,02; кальций 0,001; железо остальное до 100%. ІІ. Углерод 0,4; кремний 1,2; марганец 0,4; хром 1,4; алюминий 0,04; бор 0,002; ниобий 0,04; кальций 0,01; железо - остальное до 100%. ІІІ. Углерод 0,42; кремний 1,4; марганец 0,6; хром 1,6; алюминий 0,06; бор 0,003; ниобий 0,06; кальций 0,02; железо - остальное до 100%. Выплавка сталей проводилась в 30-килограммовой индукционной высокочастотной печи. В качестве шихты применялась сталь 38ХС и ферросплавы. Жидкую сталь раскисляли в ковше алюминием в количестве 0,6 г. на 1 кг жидкой стали. Стали разливали фракционным методом в слитки массой 10 кг. Слитки подвергали гомогенизации при 11000С в вакуумной печи в течении 5 часов, что обеспечивало получение однородной структуры. Отожженные слитки ковали на прутки сечением 15х15 мм при температуре 1200-8500С после чего из них изготавливали образцы для проведения последующей термической обработки (нормализации, закалки и отпуска) и испытаний. Для определения склонности стали к обратимой отпускной хрупкости проводилась обработка образцов на вязкое и охрупченное состояние. Вязкое состояние достигалось закалкой и последующим отпуском при температуре 6300С с последующим быстрым охлаждением в воде, охрупченное - повторным отпуском при температуре 5500С и медленным охлаждением с печью. Механические свойства и порог хладноломкости полученных сплавов представлены в таблице 2. Как видно, предложенная сталь имеет более высокие механические свойства как в вязком, так и в охрупченном состоянии; s 0,2 возрастает на 6-7%, s В - на 9-10%, d - на 8-10%, Y - на 9-10%. Ударная вязкость для вязкого состояния возрастает на 27% для охрупченного - на 33-34%. Порог хладноломкости для вязкого состояния смещается в сторону пониженных температур на 25-300С, для охрупченного - на 35-400С. Повышение всего комплекса механических свойств, особенно ударной вязкости, хладностойкости и снижение склонности к отпускной хрупкости предлагаемой стали расширяет область ее применения и гарантирует большую надежность и долговечность изделий из этой стали.