Сталь конструкційна

Сталь конструкційна, вміщуюча вуглець, марганець, кремній, хром, нікель, бор, титан, ванадій, решта залізо, яка відрізняється тим, що додатко 28782 чення заданого рівня міцності, а верхній рівень (0,015%) - необхідний для забезпечення заданого рівня пластичності і прогартовуваності сталі. Мідь підвищує ефект бору у сталі. При цьому нижній рівень її вмісту - 0,15% - визначаться необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі. Верхній рівень - 0,25% - визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі. Для забезпечення повного зв'язування азоту в нітриди типу ТіN у результаті протікання реакції: товщиною до 65 мм), після термопокращення (гартування від температури не менше 920°С з наступним відпуском від температури не нижче 620°С) однорідну дрібнодисперсну структуру мартенситу відпуску зі сприятливим сполученням характеристик міцності і пластичності. Вуглець і карбонітридостворюючі елементі запроваджуються в композицію даної сталі з ціллю забезпечення дрібнодисперсної зеренної структури, що дозволяє підвищити як рівень її міцності, так і забезпечити заданий рівень пластичності. При цьому ванадій керує процесом в аустенітній галузі (визначає схильність до зросту зерна аустеніту, стабілізує структуру при термомеханічній обробці, підвішує температуру рекристалізації і, як слідство, впливає на характер g-a-перетворення), в той час як вплив ванадію проявляється при температурах нижче А1, бо саме в цій галузі знаходиться інтервал інтенсивного виділення карбонітриду ванадію. Ванадій сприяє також зміцненню сталі при термополіпшенні. Верхня межа вмісту вуглецю (0,20%), ванадію (0,08%) зумовлена необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня, відповідно, 0,16%, 0,03% забезпеченням потрібного рівня міцності даної сталі. Марганець, хром і молібден використовуються, з однієї сторони, як зміцнювачі твердого розчину, з другої сторони, як елементи, які значно підвищують стійкість переохолодженого аустеніту і збільшують прогартовуваність сталі. При цьому верхній рівень вмісту зазначених елементів (відповідно, 1,0% Мn, 0,65% Сr, 0,65% Мо) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижній (відповідно, 0,60% Мn, 0,49% Сr, 0,40% Мо) - необхідністю забезпечити потрібний рівень міцності і прогартовуваності сталі. Нікель у заданих межах визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня прогартовуваності і в'язкості сталі. При цьому нижній рівень вмісту нікелю - 0,70% - зумовлений необхідністю забезпечити потрібний рівень в'язкості сталі, а верхній - 1,0% - необхідністю сполучення структури мартенситу при гартуванні сталі (нікель є аустенітостворюючий елемент). Кремній відноситься до феритостворюючих елементів. Нижній рівень кремнію - 0,15% - зумовлений технологією розкислення сталі. Вміст кремнію віще 0,35% несприятливо позначиться на характеристиках пластичності сталі. Бор сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі. При цьому верхня межа вмісту бору 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 забезпе [Ti]+[N]=TiN потрібно виконання такого співвідношення елемеN нтів: £ 0 , 24 , у протилежному випадку не Ti + 10 xB забезпечується захист бору від зв'язування його в нітриди і різко знижуються характеристики прогартовуваності сталі. N Співвідношення £ 0, 24 визначає Ti + 10 xB умови зберігання в сталі більше 50% ефективного бору, що забезпечує задані властивості прогартовуваності сталі. Співвідношення Мn+Сr+Мо³1,7, з одного боку, визначає умови, що забезпечують заданий рівень міцності сталі, з другого боку, визначає рівень базового легування, що забезпечує мінімальний рівень прогартовуваності сталі. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропонований склад відрізняється від відомого введенням нових компонентів - молібдену і титану, а також співвідношеннями: N £ 0, 24 і Мn+Сr+Мо³1,7. Ti + 10 xB Таким чином, запропоноване технічне рішення відповідає критерію "новизна". Аналіз патентної та науково-технічної інформації не виявив рішень, які мають аналогічні сукупні ознаки, якими досягався б подібний ефект підвищення характеристик прогартовуваності сталі. Отже, запропонована сукупність ознак відповідає критерію "істотки ознаки". Нижче надані приклади здійснення запропонованого винаходу, не виводячи інших в об'ємі формули винаходу. В експериментальних умовах в 60-кілограмовій 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 70x70 мм. Потім сутунки прокатували на лист товщиною 14 мм. З листа виготовляли заготівки зразків розміром 14х14х300 мм, котрі у подальшому пройшли термічну обробку в лабораторних печах типу СНЗ за наступними режимами: 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 2 28782 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 за результатами випробувань не менше трьох зразків на точку. Значущість відмінностей середніх значень величин, які аналізували, оцінювали з використанням критерію Стьюдента, вираховували таким чином: t= (M1 - M2 ) ( 2 S1 + S2 2 ) Витримка зразка при температурі гартування після нагрівання складала 30 хвилин. Час з моменту витягування зразка з печі 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 кількості охолоджуючої води. Шорсткість поверхні площин була не більше 7-го класу чистоти відповідно до ГОСТ 2789. Не допускались пригари, які викликають структурні зміни металу. Для побудови кривої прогартовуваності сталі вимір твердості починали на відстані 1,5 мм від загартованого торця в осьовому напрямку. Перші 16 вимірів від торця зразка робили з інтервалом 1,5 мм, а потім через 3 мм. У випадку необхідності повторного відмірювання твердості на площині, на якій були зроблені виміри, площину перешліфовували. Глибина зйомки металу при повторному шліфуванні складала 0,10,2 мм. Твердість визначали за Роквелом (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 арифметична значення твердості. Механічні властивості наведені в табл. 2. Як видно з табл. 2, запропонована сталь, у порівнянні з відомою має більш високі властивості прогартовуваності. 0.05 £ t KR (a ), де: М1 і М2 - середні значення порівнюваних величин; S12 і S22 - дисперсії середнього; tkr0.005(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 до ГОСТ 5657. Перед виготовленням зразка заготівки пройшли термічну обробку у камерних печах за таким 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, що безпосередню торкається струменю води при гартуванні, нагрівання зразків у камерних печах (без захисної атмосфери) проводили в спеціальних стаканах. Торець зразка ставився на спеціальну графітову платівку. 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. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР С22С38/54, 06.03.1978. 2. Авторське свідоцтво СРСР С22С38/32, 23.12.1982 (прототип). № 768849, № 1152974, Таблиця 1 Хімічний склад запропонованої і відомої сталі Плавки C Mn Si Ni 1 2 3 4 5 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 1,00 0,85 0,90 0,95 0,65 0,15 0,25 0,30 0,25 0,35 0,90 0.85 0,95 0,70 0,80 6 7 8 9 0,21 0,20 0,15 0,19 1,05 0,65 0,80 0,90 0,19 0,25 0,28 0,30 0.65 0,70 0,90 1,08 10 0,20 1,00 0,55 1,00 Вміст елементів, мас.% Cr Mo V Cu N B Запропонована сталь 0,45 0,45 0.01 0,15 0,007 0,001 0,55 0,40 0,04 0,20 0,009 0,002 0,50 0,55 0,07 0,22 0,009 0,002 0,65 0,50 0,07 0,25 0,008 0,003 0,55 0,65 0,08 0,15 0,009 0,003 За межами запропонованого 0,60 0,35 0,01 0,10 0,008 0,001 0,40 0,40 0,02 0,20 0,012 0,001 0,50 0,50 0,08 0,30 0,015 0,001 0,35 0,70 0,06 0,20 0,013 0,001 Відома сталь 1,45 0,10 0,05 0.015 0,002 3 Ni/(Ti+10xB) Mn+Cr+M ост. ост. ост. ост. ост. 0,023 0,038 0,030 0,029 0,025 1,90 1,80 1.95 2,10 1,85 0,01 ост 0,01 ост. 0,02 ост. 0,01 ост. 0,075 0,092 0,065 0,108 2,00 1,45 1,80 1,95 0,03 ост. Ti Fe 0,029 0,020 0,025 0,022 0,030 28782 Таблиця 2 Механічні властивості запропонованої і відомої сталі V Плавка Тимчасова міцність, sb. МПа 1 2 3 4 5 800 820 840 850 805 6 7 8 9 920 800 790 910 10 900 Межа текучості, Відносне подов- Відносне звуженs0.2, МПа ження, s5 % ня, j, % Запропонована сталь 120 17,0 48,0 740 16,5 46,0 780 16,0 45,0 770 16,0 42,0 710 17,5 44,0 За межами запропонованого 820 13,0 39,0 700 17,0 46,0 700 18,0 49,0 820 13,0 40,0 Відома сталь 800 14,0 42,0 __________________________________________________________ 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 Критичний діаметр, Д50, мм 62,5 58,6 55,9 58,2 65,3 30,6 28,2 24,1 22,2 25,4