Сталь

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали, и может быть использовано при производстве холоднокатаного конструкционного листа для штамповки деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин Сталь содержит, мас.%: углерод - 0,02-0,07; марганец 0,15-0,30; кремний - 0,01-0,10; фосфор 0,04-0,10, алюминий - 0.02-0,07; кальций 0,0005-0,001; медь - 0,02-0,30; бор 0,0005-0,005; железо - остальное. Предлагаемая сталь обладает повышенной усталостной прочностью (предел выносливости 248-260 Н/мм ) при сохранении штампуемости. 2 табл. Изобретение относится к области черной металлургии, в частности - к производству, и может быть использовано при производстве холоднокатаного конструкционного листа для штамповки деталей автомобилей, тракторов сельхозмашин. В настоящее время для изготовления деталей машиностроения холодной штамповкой используют низкоуглеродистые листовые стали, которые характеризуются высокой пластичностью, но не отвечают требованиям эксплуатационной надежности и долговечности, а частности - а условиях знакопеременных нагрузок - из-за низкой усталостной прочности Известна сталь содержащая, мае %: Углерод Не более 0.07 Марганец 0,20 0 35 Сера Не более 0 025 Фосфор Не более 0.020 Алюминий 0,02-0,07 Кремний Не более 0,01 Хром Не более 0,03 Никель Не более 0,06 Медь Не более 0,06 Железо Остальное Недостаток этой стали - низкая прочность при статическом нагружении и знакопеременных нагрузках из-за малого содержания упрочняющих легирующих элементов Наиболее близкой к стали заявляемого состава по технической сущности и достигаемому эффекту является известная сталь, содержащая, мае %; Углерод 0,03-0.10 Марганец 0,20-0.40 Кремний 0,05-0,20 Фосфор 0 015-0,08 Алюминий 0,01-0,06 (21)4883209/02 (22)20 08.90 (46) 15.11.92. Бюл. №42 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии и Институт черной металлургии ел о з 1775490 Кальций 0,001-0,025 предела текучести, уменьшение предельной Цирконий 0,01-0,05 амплитуды цикла напряжений и вследствие Железо Остальное этого может вызывать снижение усталостной прочности. Для этого, чтобы использоНедостаток этой стали - низкая усталостная прочность из-за наличия в структуре 5 вать положительное влияние упрочняющих элементов - кремния и фосфора на упрочневключений нитридов (карбонитридов) цирние и предотвратить их отрицательное вликония. Высокая термодинамическая активяние на старение, и охрупчивание по ность циркония и сродст во к азоту и углероду границам зерен, необходимо связать нахообуславливает возможность образования в жидкой стали и в процессе кристаллизации 10 дящийся в твердом растворе углерод (а также азот). Это достигается добавкой бора в этих включений, которые отличаются больсгаль. Известно, что бор интенсивно свяшой устойчивостью при повторном нагреве, зывает эти примеси при высоких темперане растворяются при нагреве слябов под турах, уменьшая возможность старения, а прокатку, и сохраняются в конечной структуре после обработки. Эти включения име- 15 также предотвращает границы зерен от сегрегации фосфора и охрупчиваиия. Но, как и ют остроугольную форму и могут служить поверхностно активный элемент, бор, в эффективными концентраторами напряжесвою очередь, может образовывать выделений, вызывая снижение усталостной прочние по границам зерен. Предотвратить это ности. позволяет добавка меди. Известно примеЦель изобретения - повышение устало- 20 нение совместной добавки бора и меди для стнои прочности при сохранении штампуеповышения пластичности конструкционной мое ти. стали Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, В стали заявляемого состава добавка кремний, фосфор, алюминий, кальций и же- 25 бора и меди используется совместно с кремпезо, дополнительно содержит медь и бор нием и фосфором и в этом сочетании позвопри следующих соотношениях компоненляет получить новый эффект - повышение тов, мас.%: усталостной прочности Сравнение известных технических решений и заявляемого соУглерод 0,02-0 07 става стали не выявило с о в м е с т н о г о Марганец 0,15-0,30 30 использования элементов медь-бор-кремКремний 0,01-0,10 ний-фосфор в низкоуглеродистой конструкФосфор 0,04-0,10 ционной стали для холодной штамповки Алюминий 0,02-0,07 Поэтому предложенное решение обладает Кальций 0,0005-0,001 Медь 0,02-0,30 35 признаком существенно научной новизны и позволяет обеспечить наиболее эффективБор 0,0005-0.005 ное достижение поставленной цели - повыЖелезо Остальное шение усталостной п р о ч н о с т и при Предложенная сталь содержит углерод, обеспечении приюдности к холодной штаммарганец, кремний, фосфор, алюминий, кальций и железо, отличается от прототипа 40 повке листовой стали. тем, что дополнительно содержит медь и В стали заявляемого состава нижние бор при следующем соотношении компопределы (мас.%) углерода (0,02), марганца нентов, мас.%: углерод 0,02-0,07; марганец (0,15), кремния (0,01) и фосфора (0.04), взягы 0,15-0,30; кремний 0.01-0.10; фосфор 0.04для обеспечения минимального необходи0,10; алюминий 0,02-0.07; кальций 0,0005- 45 мого уровня прочности, а верхние пределы 0,001; медь 0,02-0,30, бор 0 0005-0,005; этих элементов (соответственно - 0,07, 0,30, железо - остальное 0,10 и 0,10)-для предотвращения ухудшения штампуемое™. В состав предложенной стали входят кремний и фосфор, которые легируют Нижний предел содержания алюминия феррит и измельчают ферритное зерно, 50 (0,02) в "ят для достижения достаточной полвызывая упрочнение стали Это должно ноты раскисления, а верхний предел (0,07) способствовать повышению предела выдля предотвращения снижения пластичноносливости при циклических нагрузках. Одсти и усталостной прочности от образованако, кремнии и фосфор при использовании иш| крупных неметаллических включений раздельно или совместно интенсивно уве- 55 (алюминатов, глинозема) личивают склонность к старению, ускоряя Нижний предел содержания кальция выделение дисперсных карбидных включе(0.0005) взят для повышения эффективности ний внутри ферритных зерен и на границах раскисляющего действия алюминия и для а фосфор также образует сегрегации на граулучшения формы (глобуляризэции) включеницах зерен Это обуславливает повышение ний окислов алюминия а верхний предел 1775490 (0,001) - для предотвращения уменьшения фосфора при взаимодействии с кальцием. Нижний предел содержания меди (0.02) еыбран для предотвращения обогащения границ зерен бором.образования пограничных включений боридов и снижения усталостной прочности Верхний предел содержания меди (0.30) выбран из ограничен и й увеличений предела текучести и ухудшения штампуемости. 10 Н и ж н и й предел содержания бора (0,0005) выбран для повышения предела выносливости вследствие подавления старен и я , с в я з а н н о г о с влиянием добавок кремния и фосфора, и вследствие предотв- 15 ращения охрупчиэения границ зерен фосфором. Верхний предел содержания бора (0,005) выбран для предотвращения охрупчивания границ зерен бором и снижения штампуемости. 20 П р и м е р , Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 100 кг. разливали на слитки, производили горячую прокатку на полосы толщиной 5,0 мм, холодную прокатку на полосы толщиной 2,0 мм, отжиг по 25 режиму непрерывного способа - нагрев со скоростью 10 град-С/с до 850°С, выдержка 100 с, охлаждение до 800°С со скоростью 10 (рад -С/с, далее до 20°С - в воде, нагрев до 400°С со скоростью 10 град-С/с, 30 выдержка 200 с, охлаждение на воздухе, с последующей дрессировкой на 1%. Выплавлено 8 плавок, из них 5 плавок заявленной стали предложенного состава Ns 2, 3, 4, запредельного состава - № 1, 5 и 35 3 плавки известного состава (№ 6, 7, 8). Химический состав сталей приведен в табл.1. Проводили испытания механических свойств на растяжение по ГОСТ 11701-84, на выдавливание по ГОСТ 10510-74, на ус- 40 талосгь по ГОСТ 25502-72 Испытания на усталость производили на гидропульсэционной испытательной машине ЭДЦ-20 дин при одностороннем асимметричном цикле с коэффициентом асимметрии ~ -0.2 при базе испытаний 3 ' 10 /циклов Результаты испытаний механических свойств представлены в табл 2. Приведенные данные показывают, что заявленная сталь имеет более высокую усталостную прочность, чем известная сталь. Кроме того, она отличается от стали прототипа более высокими характеристиками прочности на расстояние, при сохранении ш г а м п у е м о с т и на о д и н а к о в о м уровне. Это должно обеспечить хорошую технологичность в обработке, увеличение надежности в эксплуатации, снижение металлоемкости деталей при использовании заявляемой стали взамен известной стали-прототипа. Технология изготовления заявляемой стали не усложняется принципиально по сравнению с известной и не ухудшает экологические условия. Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, фосфор, алюминий, кальций и железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что. с целью повышения усталостной прочности при сохранении штампуемости, она дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, мае %: Углерод 0,02-0.07 Марганец 0,15-0,30 Кремний 0,01-0,10 Фосфор 0.04-0,10 Алюминий 0,02-0,07 Кальций 0,0005-0,001 Медь 0,02-0,30 Бор 0.0005-0.005 Железо Остальное Таблица 1 Плавка Углерод 1 2 3 4 5 0.015 0,02 0,04 0,07 0,08 6 7 8 0.03 0,07 0.10 Содержание элементов , мас.% Марганец Кремний Фосфор Сталь заявляемого состава 0,007 0,10 0.02 0,015 0.04 0.01 0,20 0.05 0 06 0,30 0.10 0,10 0,15 0.35 0,15 Сталь известного состава 0,05 0,20 0,015 0,30 0,15 0,03 0,40 0,20 0,08 Алюминий 0,01 0 02 0.04 0.07 0.08 0,01 0,04 0,06 1775490 Продолжение табл. 1 Плавка Кальций 1 2 3 4 5 0,0003 0.0005 0,0008 0.001 0.0015 6 7 8 0.001 0,005 0.025 Содержание элементов мас.% Медь Бор Цирконий Сталь заявляемого состава 0.016 0.0002 0,02 0,0005 0.10 0.002 0,30 0,005 0,40 0.008 Сталь известного состава 0,01 0,02 0,05 Железо Остальное Остальное 'Таблица 2 Плавка Предел текучести, МПа 1 2 237 260 265 3 4 5 6 7 8 273 278 235 243 255 Редактор В, Трубченко Относитель- Глубина сфери- Предел выносное удлинеческой лунки, ливости, Е. мм Н/мм 2 ние. % Сталь заявляемого состава 38,5 230 330 11.8 38.0 342 11,5 248 11.2 354 37.5 255 36.0 11,0 260 375 35,0 390 10,5 250 Сталь известного состава (прототип) г 37.5 208 325 11.5 ' 36.0 11.0 332 220 34.5 10.7 340 215 Предел прочности, МПа Составитель А. Яценко Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина Заказ 4023 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35. Раушская наб , 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101