Сталь

1 Сталь, яка містить вуглець, хром, марганець, кремній, титан та залізо, відрізняється тим, що вона додатково містить алюміній та кальцій Винахід відноситься до області металурги, конкретно до корозійностійких економнолегованих сталей аустенітно-ферітного класу Відома сталь 08Х20Г6СФ (патент України, 18 01 2А, С22С, 38/38. Бюл №5 від 31 10 97 р ) , яка містить (в мас %) вуглець 0,08-0,12, хром 17-23, марганець 4,0-6,5, кремній 0,35-0,7, ванадій 0 1-0,5, алюміній 0,01-0,05, кальцій 0,01-0,05, залізо решта Ця сталь відноситься до аустенітно-ферітного класу, але містить в своєму складі дорогий та гостродефіцитний ванадій, що затрудняє й виробництво, також в литому складі має невисокий комплекс механічних властивостей Найбільш близькою по вмісту ознак та досягненому результату до запропонованої являється сталь 08Х18Г8Н2Т (ГОСТ 7350-77, Журавльов В М , Ніколаєва О І Машинобудівні матеріали Довідник - М Машинобудування, 1981 р с 248), вміщуюча (в мас %) вуглець < 0,08, хром - 17-19, марганець 7-9, нікель 1,8-2,8, титан 0,2-0,5, кремній = 350 МПа, 6= 20 %), із-за відсутності в структурі метастабільного аустеніту. В основу винаходу поставлена задача розробити такий склад сталі, в якому введення нових компонентів та їх вагове співвідношення доз при слідуючому (мас %) Вуглець Хром Марганець Кремній Титан співвідношенні компонентів 0,1-0,2 15-20 7,5-13 0,5-1,6 0,05-0,35 АЛЮМІНІЙ 0,055-0,1 Кальцій 0,055-0,1 Залізо Решта 2 Сталь по п 1, відрізняється тим, що вона додатково містить 0,3—1,4% МІДІ воляє підвищити ЗМІЦНЮЮЧІ та пластичні властивості, ударну в'язкість В литому стані, при цьому виключити зі складу дорогі компоненти - нікель та ванадій Для рішення поставленої задачі в сталь, що містить вуглець, хром, марганець, кремній, титан та залізо, згідно запропонованому винаходу, додатково введені алюміній та кальцій (при необхідності мідь) при слідуючому співвідношенні компонентів (мас %) Вуглець 0,1-0,2 Хром 15-20 Марганець 7,5-13 Кремній 0,5-1,6 Титан 0,05-0,035 АЛЮМІНІЙ 0,055-0,1 Кальцій 0,055-0,1 Залізо Решта При цьому дана сталь може вміщувати мідь в КІЛЬКОСТІ 0,3-1,4 мас % У ВІДОМІЙ сталі 08Х18Г8Н2Т за рахунок вмісту 1,8-2,8% нікелю поряд з 7-9% марганцю аустенітна складова структури має підвищену стабільність і не забезпечує необхідного зміцнення при навантаженні в ході випробування механічних властивостей В складі запропоновано) сталі, у відзнаку від прототипу відсутній дорогий та гостродефіцитний в Україні нікель, додатково вводять мідь, алюміній та кальцій, при відповідному співвідношенні компонентів Це забезпечує аустенітні складові стру О 00 ф со 34980 ктури метастабільність, а її перетворення при напруженні в ході дослідів в мартенсит визиває самозміцнення, та значне підвищення комплексу зміцнюючих (а в , аог) пластичних (5, у) властивостей та ударної в'язкості (KCU). Введення в сталь алюмінія та кальція забезпечує рафінування структури, знижує вміст добавок на межах зерен, допомагає сфероїдизації неметалевих включень і як результат - забезпечує підвищення механічних властивостей. Додаткове введення в сталь міді підвищує корозійну стійкість, пластичність та ударну в'язкість, сприяє дисперсійному твердінню, що збільшує і текучість. Вміст в запропоновані сталі вуглецю менш як 0,1% пов'язано зі значними технологічними труднощами виплавки, а більше 0,20% збільшує вміст карбідів хрому, що знижує пластичність, в'язкість і корозійну стійкість. При вмісті хрому менше 15% в структурі сталі майже зникає ферітна складова та зменшується корозійна стійкість, а більше 20% виникає майже ферітна структура та аустеніт підвищеної стабільності, що не забезпечує підвищення зміцнення. Вміст в сталі менш як 7,5% марганцю робить аустеніт дуже метастабільним, що знижує пластичність та в'язкість сталі. При його вмісті більш як 13% в структурі виникає є-мартенсит, що також знижує ці механічні характеристики. Нижня межа вмісту кремнія недостатньо зміцнює сталь, а його вміст більш як 1,6% знижує її пластичність та в'язкість. Введення в сталь дуже малої кількості титану, менш як 0,05 %, малоефективно для зв'язку вуглецю в карбід, а збільшення більш, як 0,35%, вже мало впливає на зміцнення та збільшення в'язкості. При вмісті менш як 0,05% алюмінія та кальція малоефективно для рафінування структури, а більш як 0,1% вже не визиває помітного збільшення властивостей сталі. В сталь може додатково вводитися 0,3-1,4% міді. Ті вміст менш як 0,3% малоефективний, а більше 1,4% замітне збільшення пластичності, в'язкості та корозійної стійкості вже не визиває, однак це трохи удорожає сталь. Сталі заявлених складів були виплавлені в ОАО "Завод, "Южгідромаш" (м Бердянськ). Сталі виплавлялися в індукційній печі ИСТ-016 з основною хромомагнезитовою футеровкою та розливалися в оболочкові форми у вигляді заготовок для образчиків та деталей Із заготовок мехобробкою виготовлялися образчики для випробувань властивостей та досліджень Хімічний склад сталей одержували хімічними, фізико-хімічними та фізичними методами по відповідним ГОСТ та ДСТУ. Фазовий склад визначали металографічно, магнітометрично та на рентгеновському дифрактометру ДРОН-3 в залізному Кя-випромінюванні Випробування механічних властивостей на розтяг проводили відповідно ГОСТ 1497-84 на образчиках діаметром 5 мм; та динамічний згиб з U-образним надрізом на маятниковому копрі МК-ЗОЛ по ГОСТ 9454-78 Хімічний склад, термообробку, та порівняльні випробування властивостей проводили в ОАО "Завод "Южгідромаш" (м. Бердянськ), ОАО "Азов" (м. Маріуполь) та Приазовському державному технічному університеті Хімічний склад та механічні властивості після закалки з 1050°С в воду запропонованої та взятої' за прототип сталей, приведені в таблицях 1 та 2. З таблиці 1 слідує, що стал» заявленого складу не містять дорогий та гостродефіцитний нікель, який міститься в прототипі (08Х1818Н2Т) З таблиці 2 слідує, що заявлена сталь № З оптимального складу (яка не містить мідь) перевищує відому сталь 08Х18Г8Н1Т, взяту за прототип по змінюючим властивостям (о в та оог) пластичності (б, у) та ударної в'язкості KCU. Заявлена сталь № 4, яка містить додатково мідь, має ще більш високий комплекс механічних властивостей, ніж сталь N9 3 (без міді) та значно більш високий, ніж сталь 08Х18Г8Н2Т, що взята за прототип. Ефективність запропонованої сталі заключається в її економічності (більш меншої вартості) та доступності для виробництва, т. як вона не містить дорогий та гостродефіцитний нікель, а також у зниженні витрат сталі, підвищенням надійності деталей, в зв'язку з підвищеним комплексом її механічних властивостей. Таблиця 1 Ns сталі 1 2 Хімічний склад досліджених сталей Склад елементів, мас. % Мп Si Си 0,35 7,0 0,5 7.5 ТІ 0,01 0,05 АІ 0,02 0,055 Са 0,01 0,055 С 0,07 0.1 Сг 14 15 0,17 17,6 9.2 0,8 0,2 0,08 0,08 0.17 0,2 0,25 17,5 20,0 21,5 12,3 13,0 14,0 1,3 1.6 2,0 0,8 1.4 1,8 0,32 0,35 0,5 0,09 0,1 0,15 0,08 0,1 0,16 п О (оптим.) А (оптим.) 5 6 Склад: S £ 0,016%; Р й 0,022%; залізо - решта до 100%. 34980 Таблиця 2 Механічні властивості досліджених сталей Механічні властивості № сталі о в , МПа 0о,г, МПа 6,% 710 730 490 510 18 21 V,% 20 20 KCU, МДж/м* 1 750 560 25 21 2.7 600 -520 290 32 21,5 25 30 22 23 2,8 2,0 1,7 20 2 3 (оптим.) 4 (оптим) 5 6 930 815 735 08Х18Г8Н2Т (прототип) 600 . 350 ' Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03 1,7 1.8