Конструкційна сталь підвищеного прогартування

Конструкційна сталь підвищеного прогартування, вміщуюча вуглець, марганець, кремній, бор, 28780 кість переохолодженого аустеніту і збільшуючі прогартовуваність сталі. При цьому верхній рівень вмісту зазначених елементів (відповідно 1,50% Mn, 0,30% Мо) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижній - 1,10% Mn, 0,15% Мо, необхідністю забезпечити потрібний рівень міцності і прогартування сталі. Кремній відноситься до феритостворюючих елементів. Нижній рівень кремнію - 0,15% зумовлений технологією розкислення сталі. Вміст кремнію віще 0,30% несприятливо позначиться на характеристиках пластичності сталі. Бор сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі. При цьому верхня межа вмісту бору визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня - необхідністю забезпечення потрібного рівня прогартовуваності сталі. Титан використовується як розкислювач і забезпечує захист бору від зв'язування у нітриди, що сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі. Так нижній рівень вмісту титану - 0,01% визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі, а верхній рівень 0,03% визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі. Азот, елемент, який бере участь в створюванні карбонітридів, при цьому нижній рівень його вмісту (0,005%) визначається вимогою забезпечення заданого рівня міцності, а верхній рівень (0,015%) - необхідний для забезпечення заданого рівня пластичності і прогартовуваності сталі. Для забезпечення повного зв'язування азоту в нітриди типу ТіN у результаті протікання реакції: [Ti] + [N] = TiN потрібно виконання наступного співвідношення N £ 0,24 у протилежному виелементів: Ti + 10 ´ B падку не забезпечується захист бору від зв'язування його в нітриди і різко знижуються характеристики прогартовуваності сталі. N Співвідношення £ 0,24 визначає Ti + 10 ´ B умови зберігання в сталі більше 50% ефективного бору, що забезпечує задані властивості прогартовуваності сталі. Співвідношення Mn + 5 ´ Mo ³ 2,15 , з одного боку визначає умови, забезпечуючі заданий рівень міцності сталі, з другого боку, визначає рівень базового легування, забезпечуючого мінімальний рівень прогартовуваності сталі. Порівнюючий аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропонований склад відрізняється від відомого уводом нових компонентів молібдену і титана, а також співвідношеннями: N £ 0,24 і Mn + 5 ´ Mo ³ 2,15 . Ti + 10 ´ B Таким чином, запропоноване технічне рішення відповідає критерію "новина". Аналіз патентної та науково-технічної інформації не виявив рішень, маючих аналогічно сукупні ознаки, якими досягався б подібний ефект - підвищення характеристик прогартовуваності сталі. Отже, запропонована сукупність ознак відповідає критерієві "істотні ознаки". Нижче надані приклади здійснювання запропонованого винаходу, не виводячи інших в об'ємі формули винаходу. В експериментальних умовах в 60-кг відкритій індукційній печі виплавлено 10 плавок дослідних марок сталі, хімічний склад яких надано в табл. 1. Сталь розливали на 3 злитки вагою по 17 кг, які далі кували на сутунку поперечним перерізом 70´70 мм. Потім сутунки прокатували на лист товщиною 14 мм. З листа виготовляли заготівки зразків розміром 14´14´300 мм, котрі у подальшому пройшли термічну обробку в лабораторних печах типу СНЗ по наступних режимах: гартування від 950°С з витримкою 50 хвилин і охолодженням в воді. Відпуску при температурі 630°С з витримкою 30 хвилин. Товщина заготівки і режими охолодження при гартуванні забезпечували крізне прогартовування заготівок. Механічні характеристики визначали на тангенціальних зразках. Випробування на розтягування при кімнатній температурі проводили на зразках тип І, ГОСТ 1497-84 на випробувальній машині "INSTRON-1185" з тензометричною реєстрацією деформації. Швидкість навантаження зразка – 5 мм/хв. Визначали характеристики міцності sb і s0,2 і пластичності - d5 і j. Середні значення характеристик підраховували по результатах випробувань не менше трьох зразків на точку. Значущість відмінностей середніх значень величин, яки ми аналізували, оцінювали з використанням критерію Стьюдента, вираховували наступним чином: (M1 - M2 ) t= £ t 0,05 ( a ) KR 2 (S1 + S2 ) 2 де: М1 і M2 - середні значення порівнюваних величин; S12 i S22 - дисперсії середнього; tKR0,05(a) - критичне значення критерію Стьюдента при рівні значущості 0,95 і числі ступенів свободи - a. Визначення характеристик прогартовуваності (критичний діаметр Д50) проводили методом торцевого гартування циліндричних зразків діаметром 25,0 мм і довжиною 100 мм з заплічками, відповідно ГОСТ 5657. Перед виготовленням зразка заготівки пройшли термічну обробку у камерних печах за наступним режимом: нормалізація, 950°С, 1 год., повітря. Випробовували по два зразки на плавку. Гартування зразків проводилось струменем води в спеціальній установці. В зв'язку з необхідністю запобігання окисленню і обезвуглецювання торцю зразка, безпосередньо торкаючогося струменю води при гартуванні, нагрівання зразків у камерних печах (без захисної атмосфери) проводили в спеціальному стакані. Торець зразка ставився на спеціальну графітову пластівку. Зразок нагрівався у камерній печі до температури 950°С. Тривалість прогрівання зразка до температури гартування складала 30-50 хвилин. Відхилення від заданої температури гартування не перевищувало ±5°С. Витримка зразка при температурі гартування після нагрівання складала 30 хвилин. Час з моменту витягування зразка з печі 2 28780 до початку охолодження не перебільшував 5 сек. Зразок знаходився під струменем води до повного охолодження (приблизно 15¸20 хв.). Температура охолоджуючої води складала 20±5°С. Для вимірювання твердості по всій довжині загартованого зразка зішліфовувались дві діаметрально протилежні площі до глибин 0,5±0,1 мм. Площини зішліфовувались при великій обільності охолоджуючої води. Шерохуватість поверхні площин була не більше 7-го класу чистоти відповідно до ГОСТ 2789. Не допускались прогари, викликаючі структурні зміни металу. Для побудови кривої прогартовуваності сталі вимір твердості начинали на відстані 1,5 мм від загартованого торцю в осьовому напрямку. Перші 16 вимірів від торця зразка робили з інтервалом 1,5 мм, а потім через 3 мм. У вигадку необхідності повторного вимірювання твердості на площині, на якій були зроблені вимі ри, площину перешліфовували. Глибина зйомку металу при повторному шліфуванні складала 0,1¸0,2 мм. Твердість визначали по Роквелу (HRC) у відповідності до вимог ГОСТ 9013. Для кожної пари точок, які знаходяться на однаковій відстані від торця зразка на двох протилежних площинах, вираховували середнє арифметичне значення твердості. Механічні властивості приведені в табл. 2. Як видно з табл. 2, запропонована сталь, у порівнянні з відомою має більш високі властивості прогартовуваності. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР № 901331, С22С38/16, 21.04.1980 р. 2. Авторське свідоцтво СРСР № 462880, С22С39/00, 16.03.1973 р. (прототип). Таблиця 1 Хімічний склад запропонованої і відомої сталі Плавки С Mn 1 2 3 4 5 0,12 0,16 0,20 0,18 0,19 1,50 1,20 1,20 1,10 1,30 6 7 8 9 0,21 0,11 0,18 0,19 1,00 1,55 1,30 1,40 10 0,20 1,30 Вміст елементів, мас.% Si Mo Ті N В Запропонована сталь 0,20 0,19 0,02 0,007 0,002 0,20 0,27 0,018 0,009 0,002 0,18 0,19 0,025 0,009 0,002 0,25 0,21 0,032 0,008 0,003 0,30 0,26 0,026 0,009 0,004 За межами запропонованого 0,32 0,15 001 0,008 0,001 0,25 0,31 0,012 0,012 0,001 0,28 0,18 0,041 0,015 0,001 033 0,32 0,01 0,013 0,001 Відома сталь 0,25 0,010 0,005 N/(Ti+10´B) Mn+5,0xMo ост. ост. ост. ост. ост. 0,18 0,24 0,20 013 0,14 2,45 2,55 2,15 2,15 2,60 ост. ост. ост. ост. 0,40 0,55 0,29 0,65 1,75 3,10 2,20 3,00 ост. Fe Таблиця 2 Механічні властивості запропонованої і відомої сталі Плавка Тимчасова міцність, sв, МПа 1 2 3 4 5 760 790 800 780 800 6 7 8 9 770 740 760 790 10 700 Межа Відносне текучості, подовження, s0,2, МПа d5, % Запропонована сталь 690 21,0 700 19,0 720 18,0 710 18,0 730 18,0 За межами запропонованого 690 17,0 650 18,5 680 13,5 700 18,5 Відома сталь 610 18,0 3 Відносне звуження, j, % Критичний діаметр, Д50, мм 52,0 49,0 48,5 48,0 48,0 18,6 17,1 17,8 16,4 17,5 47,0 48,0 43,0 48,0 7,6 10,2 14,8 12,1 45,0 14,7 28780 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4