Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Сталь підвищеної прогартовуваності, що вміщує вуглець, марганець, кремній, азот, кальцій, алюміній, бор, решта - залізо, яка відрізняється тим, що додатково вміщує молібден, титан та сірку, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:

вуглець, С

0,14-0,20

марганець, Mn

1,10-1,50

кремній, Si

0,15-0,35

бор, В

0,0010-0,0050

молібден, Мо

0,45-0,55%

алюміній, Аl

0,03-0,06%

титан, Ті

0,01-0,04%

азот, N

0,005-0,015

кальцій, Са

0,001-0,010%

сірка, S

0,005-0,020%

залізо, Fe

решта,

причому, дотримуватись умови:

Мn+3,0хМo≥2,7.

Текст

Сталь підвищеної прогартовуваності, що вміщує вуглець, марганець, кремній, азот, кальцій, алюміній, бор, решта - залізо, яка відрізняється тим, що додатково вміщує молібден, титан та сір ку, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: вуглець, С 0,14-0,20 марганець, Mn 1,10-1,50 кремній, Si 0,15-0,35 бор, В 0,0010-0,0050 молібден, Мо 0,45-0,55% алюміній, Аl 0,03-0,06% титан, Ті 0,01-0,04% азот, N 0,005-0,015 кальцій, Са 0,001-0,010% сірка, S 0,005-0,020% залізо, Fe решта, причому, дотримуватись умови: Ti Al N + ³ 0,6 ´ 10 -3 48 27 14 48 27 14 Мn+3,0хМo≥2,7. Домішки: фосфор до 0,025%, мідь до 0,20%. Приведені сполучення легуючи х елементів дозволяють отримати в пропонованій сталі (листи (13) 30640 (11) UA Задачею винаходу є розробка сталі підвищеної прогартовуваності, призначеної для виготовлення зварюваних конструкцій різного призначення, підвищення характеристик прогартовуваності сталі і забезпечення крізної прогартовуваності термічнопокращуваної металопродукції товщиною до 40 мм. Поставлена задача достигається тим, що запропонована сталь, вміщує вуглець, марганець, кремній, азот, кальцій, алюміній, бор, решта залізо додатково вміщує молібден, титан та сірку при слідуючому відношенні компонентів, мас. %: вуглець, С 0,14-0,20 марганець, Mn 1,10-1,50 кремній, Si 0,15-0,35 бор, В 0,0010-0,0050 молібден, Мо 0,45-0,55% алюміній, Аl 0,03-0,06% титан, Ті 0,01-0,04% азот, N 0,005-0,015 кальцій, Са 0,001-0,010% сірка, S 0,005-0,020% Причому: Ti Al N + ³ 0,6 ´ 10- 3 ; (19) Винахід відноситься до галузі металурги, зокрема до розробки конструкційної високоміцної сталі, призначеної для виготовлення зварюваних конструкцій різного призначення. Відома конструкційна сталь, яка містить (мас.%): вуглець 0,08-0,20%, кремній 0,2-0,6%, марганець 1,2-2,0%, кальцій 0,0002-0,060%, азот 0,005-0,025%, бор 0,0005-0,0050%, алюміній 0,010-0,060%, титан 0,01-0,10%, итрій 0,00010,050%, решта залізо [1]. Недоліками вказаної сталі є її низька технологічність та недостатній рівень прогартовуваності та широкі межі вмісту легуючих елементів, що може привести до нестабільності механічних властивостей сталі. Найбільш близька по технічній суті і достигаючому ефектові до пропонованої сталі є сталь, яка містить (мас.%): вуглець 0,12-0,20%, кремній 0,1-0,5%, марганець 1,0-1,6%, азот 0,015-0,030%, бор 0,003-0,01%, кальцій 0,005-0,3%, алюміній 0,02-0,08%, решта залізо [2]. Недоліки відомої сталі в тому, що при відносно низькому вмісту елементів значно підвищуючих стійкість переохолодженого аустеніту не можна забезпечить потрібній рівень її міцності і прогартовуваності При відносно високому вмісті азоту не врахований фактор захисту бор у від зв'язування у нітриди, що не дозволить одержати підвищені характеристики прогартовуваності. A Мn+3,0хМo≥2,7. 30640 товщиною до 40 мм), після термопокращення (гартування від температури не менше 920°С з наступним відпуском від температури не нижче 620°С) однорідну мілко дисперсну структуру 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%) замовлена необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня – 0,16% - забезпеченням потрібного рівня міцності даної сталі. Марганець та молібден використовуються з однієї сторони, як зміцнювачі твердого розчину, з другої сторони, як елементи значно підвищуючи стійкість переохолодженого аустеніту і збільшуючи прогартовуваність сталі. При цьому верхній рівень вмісту зазначених елементів (відповідно 1,50% Мn, 0,55% Мо) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижній - (відповідно 1,10% Мn, 0,45% Мо), необхідністю забезпечити потрібний рівень міцності і прогартовуваності сталі. Кремній відноситься до ферритостворющи х елементів. Нижній рівень кремнію – 0,20% умовлений 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 визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня - необхідністю забезпечення потрібного рівня прогартовуваності сталі. Алюміній і титан використовується як розкислювач і забезпечує захист бор у від зв'язування у нітриди, що сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі. Так нижній рівень вмісту титану – 0,01% і алюмінію – 0,03 визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі, а верхній рівень - (0,03% Ті та 0,06% Аl) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі. Азот, елемент який бере участь в створюванні карбонітрідів, при цьому нижній рівень його вмісту (0,005%) визначається вимогою забезпечення заданого рівня міцності, а верхній рівень (0,015%) необхідне для забезпечення заданого рівня пластичності і прогартовуваності сталі. Сірка визначає рівень пластичності сталі. Верхній рівень зумовлено необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності і в'язкості сталі, а нижній рівень питаннями технологічності виробництва. Кальцій є модифицируючий елемент. Верхній рівень, як у сірки, зумовлено необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності і в'язкості сталі, а нижній рівень питаннями технологічності виробництва. Для забезпечення повного зв'язування азоту в нітриди типу TiN і AIN у результаті протікання реакції: [Ti]+[N]=TiN [Al]+[N]=AlN потрібно виконання наступного співвідношення елементів: Ti Al N + ³ 0,6 ´ 10- 3 48 27 14 у протилежному випадку не забезпечується захист бору від зв'язування його в нітриди і різко знижуються характеристики прогартовуваності сталі. Співвідношення Ti + Al - N ³ 0,6 ´ 10- 3 визна48 27 14 чає умови зберігання в сталі більше 50% ефективного бору, що забезпечує задані властивості прогартовуваності сталі. Співвідношення Мn+3,0хМo≥2,7, з одного боку визначає умови, забезпечуючи заданий рівень міцності сталі, з другого боку, визначає рівень базового легування, забезпечуючого мінімальний рівень прогартовуваності сталі. Порівнючий аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що даний склад відрізняється від відомого відсутністю вводом нових компонентів молібдену титану та сірки, а також співвідношеннями: Ti Al N + ³ 0,6 ´ 10- 3 , Мn+3,0хМo≥2,7. 48 27 14 Таким чином, дане технічне рішення відповідає критерію "новина". Аналіз патентної та науково-технічної інформації не виявив рішень, миючих аналогічне сукупні ознаки, якими досягався б подібний ефект - підвищення характеристик прогартовуваності сталі. В експериментальних умовах в 60-кг відкритий індукційній печі вплавлено 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 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 заготовки і режими охолодження при гартуванні забезпечували крізне 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 регістрацією деформації. Швидкість навантаження зразка – 5 мм/хв. Визначали характеристики міцності σb і σ0,2 і пластичності – δ5 і φ. Середні значення характеристик підраховували по результатах випробувань не менше трьох зразків на точку. Значущість відмінностей середніх значень величин, які ми аналізували, оцінювали з використанням критерію Стьюдента, вираховували наступним чином: (M1 - M2 ) 0,05 t= £ t KR (a ) , 2 (S1 + S2 ) 2 де: М1 та М2 - середні значення порівнюваних величин; S12 та S22 - дисперсії середнього; tKr0,05(α) критичне значення критерію Стьюдента при рівні значущості 0,95 і числі ступенів свободи - α. Визначення характеристик прогартовуваності (критичний діаметр Д50) проводили методом торцьового гартування циліндричних зразків діамет 2 30640 ром 25,0 ми і довжиною 100 мм з заплічками, відповідно ГОСТ 5657. Перед виготовленням зразка заготівки пройшли термічну обробку у камерних печах по слідуючому режимові: 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, безпосередню торкаючогося струменю води при гартуванні, нагрівання зразків у камерних печах (без захисної атмосфери) проводили в спеціальних стаканах. Торець зразка ставився на спеціальну графітову пластівку. Зразок нагрівався у камерної 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 обильнисті охолоджуючої вода. Шерахуватість поверхні площин була не більше 7-го класу чистоти відповідно 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 випадку необхідності повторного відмірювання твердості на площині, на якій були зроблені виміри, площину перешліфовували. Глибина зйомку металу при повторному шлі фуванні складала 0,1¸0,2 мм. Твердість визначали по Роквелу (HRC) у відповідності з вимогами ГОСТ 9013. Для кожної пари точок, які знаходяться на однаковій відстані від торця зразка на двох протилежних площинах, вираховували середнє арифметична значення твердості. Ме ханічні властивості приведені в табл. 2. Як видно з табл. 2, пропонована сталь, у порівнянні з відомою має більш високі властивості прогартовуваності. Джерела інформації. 1. А.с. СРСР № 1052558, С22С38/4, 04.06.1982. 2. А.с. СРСР № 773125, С22С38/06, 26.03.1979 (прототип). Таблиця 1 Хімічний склад пропонованої і відомої сталі Плавки С Мn Si В 1 2 3 4 5 0,21 0,15 0,19 0,18 0,20 0,90 1,50 1,30 0,80 1,10 0,37 0,17 0,20 0,25 0,25 0,002 0,001 0,004 0,002 0,003 6 7 8 9 0,19 0,22 0,14 0,20 0,90 1,55 0,80 0,75 0,30 0,19 0,28 0,25 0,001 0,001 0,001 0,001 10 0,20 1,30 0,25 0,003 Вміст елементів, мас. % Мо Аl Тi N Са Пропонована сталь 0,49 0,051 0,02 0,009 0,08 0,45 0,022 0,02 0,007 0,09 0,50 0,061 0,04 0,012 0,09 0,48 0,035 0,03 0,009 0,07 0,55 0,055 0,03 0,012 0,08 За межами пропонованого 0,40 0,024 0,01 0,013 0,08 0,59 0,025 0,03 0,016 0,08 0,50 0,033 0,01 0,015 0,07 0,50 0,031 0,05 0,012 0,08 Відома сталь 0,052 0,02 0,08 3 S Fe Тi/48+Аl/27N/14х10-3 Мn+ 3,0xМо 0,008 0,010 0,010 0,009 0,009 ост. ост. ост. ост. ост. 1,625661 0,657407 2,198413 1,278439 1,804894 2,37 2,85 2,8 2,24 2,75 0,010 0,010 0,011 0,010 ост. ост ост. ост. 0,020503 0,222884 0,248016 1,295635 2,1 3,32 2,3 2,25 ост. 30640 Таблиця 2 Ме ханічні властивості пропонованої і відомої сталі Плавка Тимчасова міцність, σb, МПа Межа текучості, σ0,2, МПа Відносне Відносне звуження, подовження, φ, % σ5, % Пропонована сталь 17,0 46,5 18,5 49,0 17,5 48,0 18,0 47,0 18,0 47,0 За межами пропонованого 18,0 46,0 13,0 40,0 20,5 53,0 16,5 46,0 Відома сталь 18,0 44,0 Критичний діаметр, Д50, мм 1 2 3 4 5 835 780 820 810 820 775 690 770 760 750 41,2 45,0 49,6 44,6 46,6 6 7 8 9 790 880 700 730 700 800 650 670 10 800 720 __________________________________________________________ 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 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4 20,2 23,5 15,1 21,1 22,7

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Highly calcinated steel

Автори англійською

Kurdiukov Anatolii Andriiovych, Bobyliov Mykhailo Viktorovych, Nosochenko Oleh Vasyliovych, Melnik Serhii Hryhorovych, Tykhoniuk Leonid Serhiiovych, Buha Illia Dmytrovych, Chanaiakh Mykhailo Ivanovych, Sahirov Ivan Vasyliovych, Kukush Serhii Fedorovych

Назва патенту російською

Сталь повышенной прокаленности

Автори російською

Курдюков Анатолий Андреевич, Бобилев Михаил Викторович, Носоченко Олег Васильевич, Мельник Сергей Григорьевич, Тихонюк Леонид Сергеевич, Буга Илья Дмитриевич, Чанаях Михаил Иванович, Сагиров Иван Васильевич, Кукуш Сергей Федорович

МПК / Мітки

МПК: C22C 38/24

Мітки: підвищеної, прогартовуваності, сталь

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-30640-stal-pidvishheno-progartovuvanosti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Сталь підвищеної прогартовуваності</a>

Подібні патенти