Маловуглецева низьколегована сталь

Реферат: Маловуглецева низьколегована сталь містить вуглець, кремній, манган, хром, сірку, фосфор, залізо та додатково містить молібден. UA 81167 U (54) МАЛОВУГЛЕЦЕВА НИЗЬКОЛЕГОВАНА СТАЛЬ UA 81167 U UA 81167 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до чорної металургії, а саме до складу маловуглецевих низьколегованих сталей, які після пластичного поверхневого зміцнення можуть застосовуватися для виготовлення коліс транспортних засобів. Відома маловуглецева сталь - сталь 15 кп [1], що містить (мас. %): вуглець - 0,12-0,19; кремній - ≤0,07; манган - 0,25-0,5; хром - ≤0,25; залізо - решта, при цьому вміст сірки і фосфору в сталі не перевищує 0,04 % і 0,035 % відповідно. Недоліком відомої сталі є низька пластичність, а саме здатність до витягування під час холодної деформації. Найбільш близьким по технічної суті та хімічному складу до пропонованої корисної моделі є, взята за прототип маловуглецева сталь 10 кп [1], що містить (мас. %): вуглець - 0,07-0,14; кремній - 0,01-0,07; манган - 0,25-0,5; хром - 0,01-0,15; залізо - решта, при цьому вміст сірки і фосфору в сталі не перевищує 0,04 % і 0,035 % відповідно. Недоліком відомої сталі є слабка стійкість сталі до вм'ятин і відносно крупне зерно, що обумовлює незадовільний рівень пластичності сталі, та зніжені механічні характеристики, а саме твердість, загартовуваність та зносостійкість. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення пластичності сталі, отримання дрібнодисперсної структури за рахунок максимального здрібнення зерна, що дозволить при подальшому поверхневому зміцненні забезпечити отримання поверхневого шару з підвищеними механічними характеристиками, а саме підвищеними твердістю, загартовуваністю та зносостійкістю. Поставлена задача вирішується тим, що сталь містить вуглець, кремній, манган, хром, сірку, фосфор і залізо, додатково містить молібден, при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): вуглець 0,07-0,14 кремній 0,01-0,07 манган 0,25-0,50 молібден 0,15-0,25 хром 0,01-0,15 сірка 001-0,04 фосфор 0,01-0,0035 залізо решта. Приведене співвідношення легувальних елементів дозволяє отримати в сталі, що заявляється, підвищену пластичність та після зміцнення однорідну дрібнозернисту структуру з більш високими механічними характеристиками. Вміст вуглецю, кремнію, мангану, сірки, фосфору і хрому в сталі, що заявляється, збережено на рівні вимог прототипу [2], що забезпечує з додаванням молібдену підвищені механічні характеристики та можливість більш широкого використання вдосконаленої сталі без змін технічних умов на різні деталі, які виготовлялися з сталі 10кп. Вибране співвідношення компонентів визначається наступними факторами. Вуглець вводиться у композицію даної сталі з метою забезпечення рівня її твердості та загартовуваності. Підвищення вмісту вуглецю більш ніж 0,14 мас. % негативно впливає на пластичність сталі за рахунок росту дрібнодисперсної структури, нижче 0,07 мас. % не забезпечить рівня твердості. Кремній належить до феритоутворюючих елементів. Границі вмісту кремнію обумовлено технологією розкислення сталі. Верхня границя вмісту кремнію вище 0,07 % негативно впливає на характеристики пластичності сталі. Вміст кремнію менш ніж 0,01 % не забезпечує необхідну технологію розкислення сталі і не впливає на його пластичні характеристики. Манган і хром використовуються як компоненти, що зміцнюють твердий розчин та істотно збільшують стійкість переохолодженого аустеніту і загартовуваність сталі. Підвищення вмісту мангану і хрому більш ніж 0,50 % та 0,15 %, відповідно, негативно впливає на загартовуваність сталі, сприяє зростанню дрібнодисперсної структури, нижче 0,25 % та 0,01 %, відповідно, не забезпечує дрібнодисперсну структуру та вимогам міцності і загартовуваності сталі. Наявність у сталі молібдену кількістю 0,15-0,25 %, який додатково введено в склад сталі, найсильніше з усіх лігатур подрібнює зерно і зменшує схильність до перегрівання. Він різко збільшує межу твердості та текучості без зменшення пластичності сталі. Вміст молібдену менш ніж 0,15 мас. % не забезпечує ефективного подрібнення структурних складових сталі, що негативно впливає на макро- та мікроструктуру сталі і її властивості. При вмісті більш ніж 0,25 мас. % молібдену спостерігається пересичення розплаву цим компонентом і він поводить себе як шкідлива домішка, при цьому погіршуючи якість сталі в цілому. 1 UA 81167 U 5 10 Ознаки, що відрізняють технічне рішення, яке заявляється, від прототипу, не виявлені в інших технічних рішеннях при вивчені цієї галузі техніки. Експериментальне плавлення сталі, що заявляється, проводили у відкритій індукційній печі марки ИСТ-01, потім сталь розливали на зливки вагою 10 кг, які піддавали гомогенізуючому відпалюванню при температурі 1200 °C протягом 5 годин, після чого прокатувались в прутки 12×12 мм. Для зміцнення сталі проводили гартування сталей у воді. Склад маловуглецевої низьколегованої сталі, що заявляється, представлений в таблиці 1, містить компоненти кількістю, відповідно: нижній границі, що заявляється відповідає сталь №2; верхній границі, що заявляється, відповідає сталь №4; оптимальному складу відповідає сталь №3; нижче за нижню границю - сталь №1; вище за верхню границю - сталь №5. Таблиця 1 Хімічний склад сталей Вміст легувальних елементів, мас. % № Сталь С Мn 10 кп (ГОСТ 1050-88) 0,07-0,14 0,25-0,5 1 0,06 0,15 2 0,07 0,25 Запропо3 0,10 0,40 новані 4 0,14 0,5 5 0,15 0,55 15 Si ≤0,07 0,05 0,01 0,05 0,07 0,06 Сr ≤0,15 0,009 0,01 0,14 0,15 0,16 Мо 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 S 0,035 0,005 0,01 0,034 0,04 0,043 P 0,032 0,005 0,01 0,031 0,035 0,037 Fe решта решта решта решта решта решта Механічні властивості сталі визначали за ГОСТ 1497-84. Величину дійсного розміру зерна визначали за шкалою ГОСТ 5939-82 [2]. Результати випробувань приведені у таблиці 2. Результати випробувань показали, що співвідношення легувальних елементів в сталі, що заявляється дозволяє підвищити на 20-25 % твердість, на 10-15 % пластичність металу. Таблиця 2 Результати порівняльних випробувань № Сталь 10кп 1 2 3 4 5 20 Запропонований Механічні властивості Границя текучості Границя міцності Відносне ς02, МПа ςв, МПа подовження δ, % 265-295 510-530 16-17 297 535 15,5 310 575 15,7 320 625 16,0 330 635 15,8 330 636 14,5 Величина дійсного зерна (бал) 5-6 7 8 10 8 7 Джерела інформації: 1. ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали [Текст]. - М.: Государственный стандарт СССР, 1988.-121 с. 2. Третьяков А.В. Механические свойства металлов и сплавов по обработке металлов давлением [Текст] / А.В. Третьяков, В.И. Зюзин. - М.: Металлургия, 1973.-253 с. 2 UA 81167 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Маловуглецева низьколегована сталь, що містить вуглець, кремній, манган, хром, сірку, фосфор, залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково містить молібден при наступному співвідношенні компонентів, мас %: вуглець 0,07-0,14 кремній 0,01-0,07 манган 0,25-0,50 молібден 0,15-0,25 хром 0,01-0,15 сірка 0,01-0,04 фосфор 0,01-0,035 залізо решта. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3