Сталь конструкційна підвищеної прогартовуваності

Сталь конструкційна підвищеної прогартовуваності, яка вміщує вуглець, марганець, крем ній, нікель, хром, мідь, ванадій, титан, кальцій алюміній бор решта залізо, яка відрізняється тим. що додатково вміщує молібден, сірку та азот при наступному співвідношенні компонентів мас % вуглець, С 0,14-0,21 0,95-1,30 0,15-0,35 0,0010-0,0050 1,20-1,50 1.0-1,5 0,40-0,60 0 03-0 08 МІДЬ Си 0014)20 титан, Ті 0 01-0,04 алюміній АІ 0 02-0.06 азот, N 0,005-0,015 кальцій. Са 0,001-0 010 сірка, S 0,005-0,020 залізо решта, причому підтримуються такі співвідношення 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 0,04-0 12% кремній 0 20 9%, марганець 0,7-2 3%, хром 0 30-150%, алюміній 0 030-0,080% титан та/або цирконій 0 03-0.12% РЗМ 0 01-0 10 бор 0 0009-0,010%. азот 0 002-О 020 сірку 0 003-0 015 решта залізо [Ц Недоліками вказаної сталі є м низька технологічність та недостатній рівень прогартовуеаності та широкі межі вмісту легуючих елементів, що може привести до нестабільності механічних властивостей сталі Недоліки відомої сталі в тому, що при відносно низькому вмісту вуглецю та хрому не можна забезпечити потрібний рівень міцності і прогартовуваності сталі, широкі межі варьюровання титану алюмінію азоту та бору не дозволяють забезпечити фактор захиста бору від зв*язування в нитріди що при промисловому одержанні рівень азоту у сталі не дозволяє одержати підвищення характеристики ії прогартовуваності Задачею винаходу є розробка сталі конструкційної підвищеної прогартовуваності, призначеної для виготовлення зварюваних конструкцій різного призначення, підвищення характеристик прогартовуваності сталі і забезпечення крізно) прогартовувэносп термічнопокращуваної метапопродукци товщиною до 100 мм Найбільш близька по технічній суті і достигаючому ефектові до пропонованої сталі є сталь яка містить (мас %) вуглець 0 08-0 14% кремній 0 60-1 0% марганець 0,50-0 90% хром 0 50,9% нікель 0 1-0 8% мідь 0 4-0 6 ванадій 0 060 15% титан 0 01-0 04%. бор 0,001- 0,0050%, кальцій 0 002-0 008% алюміній 0 01-0 03%. решта залізо [2] марганець, Мп кремній Si бор, В нікель, Ni хром.Сг молібден Мо ванадій, V 48 + 27 14 Поставлена задача достигається тим що запропонована сталь, вміщує вуглець, марганець, кремній, нікель, хром, мідь, ванадій, титан, кальцій, алюміній, бор, решта залізо додатково вміщує молібден, сірку та азот при слідуючому відношенні компонентів, мас % вуглець, С 0,14-0,21 со ю со 34586 0,95-1,30 марганець, Мп кремній, Si 0,15-0,35 ' бор, В 0,0010-0,0050 нікель, Ni 1,20-1,50% хром, Сг 1,0-1,5% молібден, Мо 0.40-0,60% ванадій, V 0,03-0,08% мідь, Си 0,01-0,20% титан, Ті 0,01-0,04% алюміній, АІ 0,02-0,06% азот, N 0,005-0,015 кальцій, Са 0,001-0,010% сірка, S 0,005-0,020% Причому Ті АІ N 48 27 14 Мп+2,5 хМо>2.3 Домішки: фосфор до 0,025%. Приведені сполучення легуючих елементів дозволяють отримати в запропонованій сталі (листи товщиною до 100 мм), після термоприкращення (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 і карбонітридостворюючі елементи заправоджуються в композицію даної" сталі з ціллю забезпечення дрібнодисперсної зеренної структури, що дозволяє підвищити як рівень її міцності, так і забезпечити заданий рівень пластичності. При цьому ванадій управляє процесом в аустенітній галузі (визначає схильність до зросту зерна аустеніту, стабілізує структуру при термомеханічній обробці, підвищує температуру рекристалізації і, як слідство, впливає на характер у - а -перетворювання). Ванадій сприяє також зміцненню сталі при термополіпшенні Верхня межа вмісту вуглецю (0,21%) та ванадія (0,08%) зумовлена необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижня - (відповідно 0,14% та 0,03%)- забезпеченням потрібного рівня міцності даної' сталі. Марганець, хром і молібден використовуються з однієї сторони, як змщнювачі твердого розчину, з другої сторони, як елементи, значно підвищуючі стійкість переохолодженого аустеніту t збільшуючі прогартовуваність сталі. При цьому верхній рівень вмісту зазначених елементів (відповідно 1,30% Мп, 1,50%Сг, 0,60% Мо) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі, а нижній - (відповідно 0,95% Мп, 1,0% Сг, 0,40% Мо), необхідністю забезпечити потрібний рівень міцності і прогартовуваності сталі Нікель у заданих межах визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня прогартовуваності і пластичності сталі. Кремній відноситься до феритостворюючих елементів. Нижній рівень кремнію - 0,15% зумовлений технологією розкислення сталі Вміст кремнію вище 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 бору від зв'язування у нітриди, що сприяє різкому підвищенню прогартовуваності сталі Так нижній рівень вмісту титану - 0,01% і алюмінію - 0,02% визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі, а верхній рівень - (0,03% Ті та 0,06% АІ) визначається необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі. 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. Сірка визначає рівень пластичності сталі. Верхній рівень зумовлений необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності і в'язкості сталі, а нижній рівень питаннями технологічності виробництва. Кальцій є модифікуючий елемент. Верхній рівень, як у сірки, зумовлений необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності і в'язкості сталі, а нижній рівень питаннями технологічності виробництва Мідь підвищує ефект бору у сталі При цьому нижній рівень її вмісту - 0,15 %, визначається ' необхідністю забезпечення потрібного рівня пластичності сталі Верхній рівень - 0,25% визначається необхідністю забезпечення заданого рівня прогартовуваності сталі Для забезпечення повного зв'язування азоту в нітриди типу TiN t AIN у результаті протікання реакції1 [Ti]+[N] =TiN [АІ] + IN] = AIN потрібно виконання наступного співвідношення Ті АІ N п „ А п з елементів: — + > 0.6x10 , у лротилеж48 27 14 ному випадку не забезпечується захист бору від зв'язування його в нітриди І різко знижуються характеристики прогартовуваності сталі. Співвідношення — + > 0.6 х10" 3 , 48 27 14 визначає умови зберігання в сталі більше 50% ефективного бору, що забезпечує задані властивості прогартовуваності сталі. Співвідношення Мп+2,5 х Мо > 2.3; з одного боку визначає умови, забезпечуючі заданий рівень міцності сталі, з другого боку, визначає рівень базового легування, забезпечуючого мінімальний рівень прогартовуваності сталі. Порівнюючий аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що заявлений склад відрізняється від відомого відсутністю уводом нових компонентів - молібдену, сірки та азоту, а також співвідношеннями" — ++ 48 27 1 4 ~ Мп+2,5 х Мо > 2.3. Таким чином, заявлене технічне рішення відповідає критерію 'новина" 34586 Аналіз патентної та науково-технічної інформації не виявив рішень, маючих аналогічне сукупні ознаки, якими досягався б подібний ефект - підвищення характеристик прогартовуваності сталі. Отже, заявлена сукупність ознак відповідає критерієві "істотні ознаки". Нижче надані приклади здійснення запропонованого винаходу, не виводячи інших в об'ємі формули винаходу В експериментальних умовах в 60-кг відкритій індукційній печі виплавлено 10 плавок дослідних марок сталі, хімічний склад яких надано в таблиці 1 Сталь розливали на 3 злитки ватою 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 14х14х300мм, котрі \ подальшому пройшли термічну обробку в лабораторних печах типу СНЗ по наступних режимах: гартування від 950"С з витримкою 50 хвилин t охолодженням в воді. Відпуску при температурі 630°С з витримкою 30 хвилин Товщина заготівки і режими охолодження при гартуванні забезпечували крізне прогартовування заготівок. Механічні характеристики визначали на тангенціальних зразках Випробування на розтягування при кімнатній температурі проводили на зразках тип І, ГОСТ 1497-84 на випробувальній машині1 "INSTRON-1185" з тензометричною регістрацією деформації. Швидкість навантаження зразка - 5 мм/хв. Визначали характеристики міцності аь і Оог пластичності - 5s І ф . 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' { , де: Мі і г - середні значення порівнюваних ве2 оооь личин. S i 2 і s / - дисперсії середнього; іь,оооь (a)і критичне значення критерію Стьюдента при рівні значущості 0,95 і числі ступенів свободи - а . Визначення характеристик прогартовуваності (критичний діаметр Д*,о) проводили методом торцьового гартування циліндричних зразків діаметром 25.0 мм і довжиною 100 мм з заппічками, ВІДПОВІДНО ГОСТ 5657. Перед виготовленням зразка заготівки пройшли термічну обробку у камерних печах по слідуючому режимові: норма лізація, 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 обезвутлецюеання торцю зразка, безпосередньо торкаючогося струменю води при гартуванні, нагрівання зразків у камерних печах (без захисної атмосфери) проводили в спеціальних стаканах. Торець зразка ставився на спеціальну графітову плзстівку 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 Х Витримка зразка при темперзтурі гартування після нагрівання складала ЗО 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 ппощі до глибин 0.5±0,1 .мм Площини зішліфовувались при великій обільності охолоджуючої води Шерохуватість поверхні площин була не більше 7-го класу чистоти ВІДПОВІДНО ГОСТ 2789. Не допускались прогари, вікликаючі структурні зміни металу Для побудови кривої прогартовуваності 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 зйомки металу при повторному шліфуванні складала 0,1-0,2 мм Твердість визначали по Рокеелу (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 арифметичне значення твердості. Механічні властивості приведені в таблиці 2. Як видно з таблиці 2. запропонована сталь, у порівнянні з відомою, має більш високі властивості прогартовуваності ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 Авторське свідоцтво СРСР № 1150279. С22С 38/32, 38/38. 2S 07 1982 р. 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1222709. С22С 38/54. 18 09 1984 р (прототип). 34586 Таблиця 1 Хімічний склад запропонованої і відомої сталі Вміст елементів, мас. % Плавка С Мп SI 3 4 5 0,14 0,19 0,21 0.2 0,1В 1.30 1.10 0,95 1.15 1,20 0,15 0,22 0,35 0,24 0,22 6 7 8 9 0,22 0,2 0,13 0.18 1.35 0,91 1,12 •1,23 0.19 0,25 0.28 0,31 Ю 0,14 1,14 0,25 1 2 N А1 0,007 0,009 0.009 0.012 0,012 0,03 0,035 0,05 0,055 0,06 9 0,016 0,012 0,015 0,013 0,02 0,03 0,03 0.02 10 0,02 2 3 4 5 6 7 В Сг N1 Запропонована сталь 0,002 1,50 1.5 О.О02 1,32 1,24 0,002 1.21 1.12 0,003 1,24 1.42 0,004 1,31 1,33 За межами заявленого 1,12 0,001 1,53 1,14 1,44 0,001 1,32 1,14 0,001 0,001 1,45 1,22 Відома сталь 0,001 0,91 0,90 Mo V Си ТІ 0,58 0,51 0,58 0,51 0,51 0,03 0,04 0,04 0,06 0,08 0,12 0.15 0,14 0,11 0,18 0,02 0.02 0,02 0,03 0,04 0,62 0.44 0,42 0,38 0.09 0.07 0,05 0,03 0,21 0,18 0,16 0,14 0,05 0,01 0,01 0,01 0,07 0.41 0,01 Т1/48+А1/27-Т/14 S Запропонована 0,006 0,010 0,008 0,007 0,007 0,009 0,008 0,009 0,007 0,008 Са Г Прод овження табл 1 Вміст елементів, мас. % Плавка 1 В Fe сталь ост. ост ост ост ост. За межами заявленого 0.009 д,ои ост 0,006 0,009 ост ост 0,007 0,008 ост 0,008 0.015 Відома сталь 0,008 ост Мп+2.5Мо хЮ 0,66 1,07 1,63 1,80 2,20 2,75 2,38 2,4 2.43 2,48 0,64 0.46 0,25 0,02 2.90 2,00 2,15 2.15 _ Механічні властивості запропонованої і відомої сталі Плавка Тимчасова міцність, вь, МПа Межа текучості. Ooji МПа Відносне Відносне подовження, &s, % звуження, Ф, % Таблиця 2 Критичний діаметр, Д«, мм Запропонована сталь 1 2 3 4 5 800 820 810 845 710 820 18,5 18,0 49,0 47,0 112,0 790 785 17,5 119,6 17,0 48,0 47,5 750 18,0 48,0 103,6 780 110,4 100,1 За межами заявленого 6 890 .7 730 700 790 в . 9 810 670 12,0 40,0 48,1 16,5 46,0 52,2 650 700 20,5 53,0 18,0 46,0 35,1 54,2 19,0 45,0 61,8 Відома сталь 10 700 620 34586 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріиа, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03