Сталь для вантажопідйомних хомутів

Винахід відноситься до галузі металургії, а більш конкретно до виробництва сталі, із якої виготовляють катанку для вантажопідйомних хомутів, призначених для транспортування прокатної продукції з температурою до 600°С і може бути використаним на металургійних заводах. Відомі конструктивні вуглецеві сталі звичайної якості Ст2 і СтЗ мартенівського і конвертерного виробництва стандартного хімічного складу, призначені для прокату діаметром 6,5-12мм, використовувані для виготовлення чалочних хомутів [Типовая инструкция по изготовлению и применению хомутов из катаной проволоки для транспортировки прокатной продукции.- Утвержд. МЧМ УССР 18 февраля 1974г.]. Вадою цих сталей є помітне знеміцнювання хомутів із них при транспортуванні гарячого прокату, особливо з температурою 450¸600°С, що викликано їхньою низькою стійкістю до знеміцнювання при цих температурах. Це спричинює необхідність збільшення кількості витків у хомуті і, як наслідок, збільшення витрати металу на їхнє виго товлення. Відома низьколегована конструкційна сталь 16ГС, яка містить мас. %: 0,12-0,18С, 0,44-0,70Si, 0,9-1,2Mn, не більш 0,30Cr, 0,30Ni, 0,30Cu, 0,035P, 0,040S, 0,008N, 0,08As, інше Fe і призначена для роботи при температурах до 475°С [Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др.; под общей редакцией В.Г.Сорокина.-М.: Ма шиностроение, 1989.-640с.-С.102-103]. Ця сталь по технічній сутності є найбільш близької до сталі для вантажопідйомних хомутів, що заявляється, і тому прийнята як найближчий аналог. Ознаками відомої сталі, які збігаються із суттєвими ознаками сталі для вантажопідйомних хомутів, що заявляється, є наявність у сталі вуглецю, марганцю, кремнію, заліза та домішок хрому, нікелю, міді, сірки й фосфор у. Вадами відомої сталі є: - укрупнення зерна під впливом марганцю; - підвищення стійкості аустеніту, викликане укрупненням зерна присутністю марганцю і кремнію в таких кількостях - усе це приводить до місцевого підгартовування сталі в перерізах, близьких до перерізу катанки, а це може призвести до раптових обривів витків у хомуті; - при транспортуванні гарячого прокату з температурою до 600°С відбувається розпад мартенситних структур у підгартовуваних місцях. Це помітно знижує міцність, викликає необхідність збільшення кількості витків у хомуті, і, отже, збільшує витрати металу. В основу пропонованого винаходу поставлено задачу такого удосконалення складу сталі для вантажопідйомних хомутів, яке дозволило б підвищити міцність сталі при температурах транспортування прокату до 600°С за рахунок зниження знеміцнювання витків катанки в хомуті шляхом збереження дрібнозернистої структури введенням добавок стабілізуючих елементів у невеликих кількостях. Поставлена задача вирішується тим, що сталь для вантажопідйомних хомутів, що містить вуглець, марганець, кремній, залізо та домішки хрому, нікелю, міді, сірки і фосфору, додатково містить бор і титан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,08-0,22 марганець 0,50-0,85 кремній 0,10-0,40 домішки Cr, Ni, Cu £0,30 кожного домішки S, Ρ £0,35 кожного бор 0,0005-0,006 титан 0,02-0,10 залізо інше. Новими ознаками сталі для вантажопідйомних хомутів, що заявляється, є те, що вона додатково містить бор і титан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,08-0,22 марганець 0,50-0,85 кремній 0,10-0,40 домішки Cr, Ni, Cu £0,30 кожного домішки S, Ρ £0,35 кожного бор 0,0005-0,006 титан 0,02-0,10 залізо інше. Завдяки новим ознакам стабілізується дрібнозерниста структура, одержувана при гарячому прокатуванні катанки для вантажопідйомних хомутів, знижується інтенсивність знеміцнювання при нагріванні до 600°С, підвищується міцність у гарячому стані при температурах до 600°С, підвищується надійність хомутів і знижується витрата металу на них. При вмісті вуглецю в сталі менш 0,08мас.% катанка для хомутів має низьку міцність навіть при кімнатних температурах через недостатню кількість перлітної складової структури. При вмісті вуглецю більш 0,22мас.% зростає жорсткість сталі, так що з'являються утруднення в технології виготовлення хомутів, що включає спіральне закручення вільних кінців катанки в хомуті. При вмісті марганцю менш 0,50мас.% і кремнію менш 0,10мас.% сталь недостатньо розкислюється і не забезпечується її достатня міцність при оптимальному вмісті інших елементів. При вмісті марганцю більш 0,85мас.% і кремнію більш 0,40мас.% зростає стійкість переохолодженого аустеніту, так що при охолодженні катанки для хомутів можливо підгартовування, при цьому пластичність у таких місцях помітно знижується. Домішки Сr, Ni, Cu ненавмисно попадають у сталь із шихти. їхній вміст обмежується величиною 0,30мас.% кожного тому, що при вмісті кожного з них більш 0,30мас.% також стає можливим підгартовування катанки при охолодженні після прокатування, зниження пластичності й обриви ниток катанки в хомуті при транспортуванні вантажів. При вмісті сірки більш 0,35мас.% неприпустимо росте кількість металевих включень у сталі, виникає можливість росту порожнин і субмікротріщин через зниження сіркою поверхневої енергії границь зерен. При вмісті фосфору більш 0,35мас.% підсилюється холодноламкість сталі, так що при транспортуванні прокатної продукції в зимовий час можливий обрив ниток вантажопідйомного хомута. Бор і титан у кількостях, які заявляються, подрібнюють зерно фериту і перлітні колонії, стабілізують структур у, завдяки чому сприяють збереженню більш високої міцності до температур порядку 600°С, що відповідають найбільшій температурі гарячого прокату, який транспортується за допомогою хомутів. При вмісті бора менш 0,0005мас.% і титана менш 0,02мас.% цей ефект недостатній, що зв'язано з недостатньою кількістю карбідів і карбонітридів титану і недостатньою концентрацією бору в прикордонних об'ємах зерен. При вмісті бору більш 0,006мас.% і титану більш 0,10мас.% можуть утворюватися боридні сполуки, які погіршують пластичність сталі, що необґрунтовано ускладнює технологічний процес виплавки і переділу сталі в катанку для вантажопідйомних хомутів. Приклад Для здійснення винаходу, що заявляється, виплавляли сталь декількох складів в індукційній печі ємністю 30кг із використанням технічного заліза. Марку сталі, відповідно до правил маркірування, позначили як 15ГО5ТР. Для порівняння переплавляли сталь 16ГС по найближчому аналогу. Виливки масою порядку 25кг кували на кінцевий діаметр 7,0мм. Від кованих прутків відрізали зразки для механічних досліджень, які шліфували до діаметра 6,5мм, що відповідає діаметру катанки для вантажопідйомних хомуті в. Перед механічними іспитами зразки нагрівали до температур 400 і 600°С на протязі 10хв., а потім швидко переносили й установлювали в захвати машини для досліджування на розтягання. Визначали часовий опір розривові sв і відносне подовження ds. Отримані результати приведені в таблиці, з якої видно, що нова сталь 15ГО5ТР за вивченими показниками механічних властивостей помітно перевершує сталь по найближчому аналогу. Таблиця Ме ханічні властивості сталі 15ГО5ТР у порівнянні зі сталлю 16ГС Усл. номер складу С Μn Si Cr Вміст елементів, мас.% Ni Сu S P В Ті Fe 1 0,05 0,41 0,08 0,34 0,38 0,31 0,037 0,038 0,0004 0,01 інше 2 0,08 0,51 0,11 0,17 0,21 0,22 0,031 0,021 0,0006 0,02 інше 3 0,15 0,68 0,27 0,19 0,16 0,20 0,028 0,027 0,003 0,06 інше 4 0,22 0,84 0,39 0,14 0,23 0,17 0,032 0,030 0,006 0,09 інше 5 0,25 0,91 0,47 0,35 0,33 0,31 0,036 0,037 0,010 0,12 інше 6 найближчий 0,16 1,09 аналог 0,61 0,27 0,23 0,19 0,038 0,029 інше Тем-ра дослідження ,°C 400 600 400 600 400 600 400 600 400 600 400 600 sв , ds ,% Н/мм 2 465 179 495 211 505 215 509 217 510 208 29 44 28 43 27 44 27 42 25 37 415 162 28 42 Сталь 15ГО5ТР складів, що заявляються, (склад 2,3,4) при приблизно тій же пластичності (ds), що і сталь по найближчому аналогу, міцніше (sв) більш ніж на 20% при температурі 400°С, і більш ніж на 30% при температурі 600°С. При вмісті елементів у складу менш заявляємої кількостей (склад 1), при практично тій же пластичності, міцність знижується. При вмісті елементів у складу більше, ніж заявляється (склад 5) міцність не зростає, а пластичність помітно знижується стосовно складу, який заявляється, і найближчого аналога.