Сталь підвищеної прогартовуваності

Сталь підвищеної прогартовуваності, що вміщує вуглець, кремній, марганець, хром, цирконій, азот, бор, залізо, яка відрізняється тим, що дода 28783 Наведені сполучення легуючих елементів дозволяють отримати в запропонованій сталі (листи товщиною до 32 мм) після термопокращання (гартування від температури не менше 920°С з наступним відпуском від температури не нижче 620°С) однорідну дрібнодисперсну структур у мартенситу відпуску з сприятливим сполученням характеристик міцності і пластичності. Вуглець вводиться в композицію даної сталі для забезпечення рівня її міцності і прогартовуваності. Верхня межа вмісту вуглецю (0,21%) зумовлена необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня - 0,150% - забезпеченням потрібного рівня міцності даної сталі. Марганець, хром і молібден використовуються, з однієї сторони, як зміцнювачі твердого розчину, з др угої сторони, як елементи, які значно підвищують стійкість переохолодженого аустеніту і збільшують прогартовуваність сталі. При цьому верхній рівень вмісту зазначених елементів (відповідно, 1,10% Мn, 0,80% Cr, 0,28% Мо) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижній - (відповідно, 0,80% Мn, 0,50% Сr, 0,18% Мо), необхідністю забезпечити потрібний рівень міцності і прогартовуваності сталі. Кремній відноситься до феритостворюючих елементів. Нижній рівень кремнію - 0,40% - зумовлений технологією розкислення сталі. Вміст кремнію віще 0,80% 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. Алюміній і цирконій використовується як розкислювач і забезпечує захист бору від зв'язування у нітриди, що сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі. Так, нижній рівень вмісту цирконію - 0,05% і алюмінію - 0,02% визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі, а верхній рівень - (0,10% і 0,06%) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі. Сірка визначає рівень пластичності сталі. Верхній рівень зумовлений необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності і в'язкості сталі, а нижній рівень питаннями технологічності виробництва. 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 ZrN і AlN у результаті протікання реакції: [Zr]+[N]-ZrN [Al]+[N]=AlN потрібно виконання наступного співвідношення N елементів: £ 0 ,012, у протилежному ви20 Zr + Al падку не забезпечується захист бору від зв'язу вання його в нітриди і різко знижуються характеристики прогартовуваності сталі. N Співвідношення £ 0, 012 , 20 Zr + Al 10 ´ B - 0,01C ³ 1,80 визначають умови зберігання N в сталі більше 50% ефективного бору, що забезпечує задані властивості прогартовуваності сталі. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що запропонований склад відрізняється від відомого тим, що не має РЗМ, уводом нового компонента - молібдену, а також співвідноN 10 ´ B - 0,01C шеннями: £ 0,012, ³ 1,80 . 20 Zr + Al N Нижче надані приклади здійснення запропонованого винаходу, не виводячи інших в об'ємі формули винаходу. В експериментальних умовах в 60-кілограмовій відкритій індукційній печі виплавлені 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 за наступними режимами: гартування від 950°С з витримкою 50 хвилин; охолодження в воді, відпуску при температурі 630°С з витримкою 30 хвилин. Товщина заготівки і режими охолодження при гартуванні забезпечували різне прогартовування заготівок. Ме ханічні 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 за результатами випробувань не менше трьох зразків на точку. Значущість відмінностей середніх значень величин, які аналізували, оцінювали з використанням критерію Стьюдента, вираховували таким чином: (M1 - M2 ) £ t 0,05 (a), t= KR 2 S1 + S2 2 ( ) 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 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 безпосередньо торкаєтьсяся струменю 2 28783 води при гартуванні, нагрівання зразків у камерних печах (без захисної атмосфери) проводили в спеціальнім 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. 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 ГОСТ 2789. Не допускались прогари, що викликають структурні зміни металу. Для побудови кривої про гартовуваності 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 вимірювання твердості на площині, на якій були зроблені виміри, площину перешліфовували. Глибина зйомку металу при повторному шліфуванні складала 0,1¸ ¸0,2 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 арифметичне значення твердості. Ме ханічні властивості наведені в табл. 2. Як видно з табл. 2, запропонована сталь, у порівнянні з відомою має більш високі властивості прогартовуваності. Джерела інформації 1. Авторское свидетельство СССР № 730863, С22С38/32, 21.09.1977. 2. Авторское свидетельство СССР № 1150279, С22С38/32, 28.07.1982 (прототип). Таблиця 1 Хімічний склад запропонованої і відомої сталі Плавки С Мn Si 1 2 3 4 5 0,16 0,18 0,20 0,20 0,19 0,80 0,85 0,90 1,10 1,00 0,20 0,25 0,30 0,25 0,20 6 7 8 9 0,22 0,20 0,14 0,19 1,15 0,65 0,80 0,90 0,19 0,25 0,28 0,30 10* 0,19 0,90 0,25 Вміст елементів, мас.% Сr Mo Zr N В Аl РЗМ Запропонована сталь 0,010 0,50 0,19 0,05 0,007 0,001 0,020 0,011 0,60 0,27 0,05 0,009 0,002 0,035 0,009 0,75 0,19 0,07 0,009 0,002 0,050 0,008 0,60 0,21 0,05 0,008 0,003 0,055 0,010 0,55 0,26 0,06 0,009 0,004 0,060 За межами запропонованого 0,012 0,60 0,15 0,03 0,008 0,001 0,02 0,010 0,70 0,20 0,04 0,012 0,001 0,03 0,011 0,50 0,12 0,05 0,015 0,001 0,03 0,010 0,35 0,29 0,06 0,013 0,001 0,02 Відома сталь 0,007 0,80 0,20 0,05 0,01 0,001 0,02 0,02 S N/(20Zr+Al) (10B+0,01C)/N ост. ост. ост. ост. ост. 0,0069 0,0087 0,0069 0,0076 0,0071 1,66 2,42 2,20 4,00 4,66 ост ост. ост. ост. 0,0129 0,0145 0,0146 0,0107 1,52 1,00 0,76 0,92 ост. F * - Zr/N=5; РЗМ/S=2,8 Таблиця 2 Ме ханічні властивості запропонованої і відомої сталі Плавка Тимчасова міцність, sb , МПа 1 2 3 4 5 780 810 820 830 820 6 7 850 830 Межа текучості, Відносне подов- Відносне звуженs0,2 , МПа ження, s5, % ня, j, % Запропонована сталь 690 19,5 49,0 750 18,0 47,0 760 17,5 48,0 770 17,0 46,5 750 18,0 47,0 За межами запропонованого 790 15,0 42,0 760 16,5 46,0 3 Критичний діаметр, Д50, мм 21,0 27,4 31,8 36,2 38,6 13,2 10,1 28783 Продовження табл. 2 8 9 Тимчасова міцність, sb , МПа 670 790 Межа текучості, s0,2 , МПа 730 700 10 830 740 Плавка Відносне подовження, s5, % 20,5 18,0 Відома сталь 16,0 Відносне звуження, j, % 53,0 46,0 Критичний діаметр, Д50, мм 15,1 14,2 42,0 16,7 __________________________________________________________ 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