Сталь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 8 О 4 С 22 С 38/1 ЬСТВУ инениеоительныйтриальный алов,нк ественная ГОСТ свидетельство С 22 С 38/14,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ Н АВТОРСКОМУ Сни(57) Изобретение относится к областиметаллургии и может быть использованодля производства конструкционной стали для изготовления тяжелонагруженных крупных деталей как в литом, таки кованом исполнении, преимущественноработающих в условиях. ударных и циклических нагрузок (гребные валы,бабы молотов, литье проушины и др.).Цель изобретения - повышение пластичности, ударно-усталостной прочностии сопротивления хрупкому разрушению.Сталь имеет следующий химический состав, мас.7.: углерод 0,20-0,30; марганец 0,50-0,80; кремний 0,17-0,37; ва- анадий 0,30-0,40; ниобий 0,06-0,10;титан 0,01-0,02; алюминий 0,20-0,40 рцирконий 0,12-0,20; железо - остальное. 2 табл.5 10 15 20 25 Ф 35 40 45 50 55 1 13Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным сталям, и может быть использованопри изготовлении тяжелонагруженных крупных деталей как в литом, так и в кованом исполнении, преимущественно работающих в условиях ударных и циклических нагрузок (гребные валы, эксцентриковые валы, литые проушины и др.) .Цель изобретения - повышение пластичности, ударно-усталостной прочности и сопротивления разрушению.Достигаемое повышение ударно-усталостной прочности и пластичности обусловлено сильным измельчением зерна феррита и наличием мелких упрочняющих карбидных фаз, отсутствием кислорода, что обеспечивает получение плотного слитка (отливки), Упо,мянутые упрочняющие Фазы блокируют плоскости скольжения и обеспечивают закрепление дислокаций в Ферритной матрице, Однако количество и размеры упрочняющих Фаз должно быть вполне определенным; увеличение числа этих частиц больше определенного предела вызывает излишне высокую плотность закрепленных дислокаций и повышение в связи с этим прочности, снижение пластичности и вязкости стали, Снижение же количества закрепленных дислокаций в связи с уменьшением числа частиц или укрупнением их вызывает понижение прочности. Совместное введение в малоуглеродистую сталь ванадия, ниобия, циркония, титана и алюминия и повышение на этой основе всего комплекса механических свойств как в литом, так и в кованом состояниях обусловлено также (кроме тормозящего действия карбидных частиц на рост зерна) изменением структуры аустенита, температурного интервала и характера -к-превращения, Фазового состава стали и состояния Феррита, а также рафинированием твердого раствора.По степени торможения роста зерна при высоких температурах карбидообразующие элементы, вводимые в разработанную сталь, располагаются в следующей последовательности: ванадий, ниобий, титан, цирконий, при этом степень их влияния возрастает в указанном порядке. Ванадий тормозит рост зерна аустенита до температур порядока 1000-1020 С, при более высоких 611952 температурах карбиды ванадия диссоциируют и ванадий переходит в аустенит. Дальнейшее сохранение мелкого зерна аустенита обеспечивается ниобием, а при еще более высоких температурах - титаном и цирконием. Таким образом, при наличии в стали указанных элементов сталь разработанного состава сохраняет весьма малое зерноо аустенита вплоть до 1200-1250 С, Нагрев до такой высокой температуры необходим для обеспечения высокой пластичности при ковке, при изготовлении кованых деталей, а при изготовлении литых деталей такой подход позволяет производить гомогенизирующий отжиг при высокой температуре без укрупнения зерна. Это обеспечивает высокую однородность твердого раствора и соответственно высокую ударноусталостную прочность.Наряду с указанным благоприятным влиянием элементов, вводимых в сталь (измельчение зерна), повышение механических свойств стали (в кованом состоянии) достигается также благодаря тому, что легирующие элементы (ванадий и ниобий), растворяясь в аустените (при этом дисперсные фазы титана и циркония обеспечивают сохранение мелкого зерна), замедляют процесс его рекристаллизации. Поэтомупри наличии этих элементовЫ,-превращение при последующем охлаждениипротекает в условиях, при которыхвозникающий феррит унаследует дислокационную структуру, созданную в результате предшествовавшей пластической деформации. В итоге образующаясяферритоперлитная структура формируется в условиях повышенной плотностии оптимального распределения дислокаций, обусловленных влиянием карбонитридных частиц, не растворившихся притемпературе ковки, закреплением несовершенств кристаллического строенияв виде границ зерен и блоков,Следствием такой "унаследованной"структуры является одновременное повышение прочности, пластичности и сопротивления разрушению.Сталь выплавляют в индукционнойпечи емкостью бО кг,Металл разливают в слитки массой10 кг. Слитки разрезают вдоль образующей для исследования макроструктуры, Металл характеризуется высокойплотностью, без усадочных раковин,1361195 Содержание, мас.Е, в составе Компоненты 0,28 0,30 0,20 Углерод 0,17 0,26 0.37 0,50 0,68 0,80 0,40 0,25 0,30 0,06 0,04 0,10 Кремний Марганец Ванадий Ниобий 0,20 0,12 Цирконий О. 25 0,01 0,08 0,02 Титан 0,20 0,28 0,40 Алюминий Железо Ост. Ост. Ост,Таблица 2 Относи- Ударная УдарноВязкость Относи- тельное Пределтекучести, МПа Состав Предел прочности, МПаразрушения,МПа 4 м цикли- ческая тельное вяз" удлинение, 7 сужение, 7 кость, МД / 2 долговечност тыс циклов 109 0 1,0 1,28,0 20,2 120 05,9 110 29,2 4 О,Известный 670,2 7 2 О,пустот и других дефектов, нарушающих сплошность. Полученные заготовки куют методом свободной ковки по технологии, принятой для низкоуглеродистых сталей. Ковку производят на поковки диаметром 30 мм, из которых изготавливают образцы для испытания на растяжение, усталость и ударный изгиб, а также образцы к копру ДСВО для испы тания на ударно-циклическую усталость.Перед изготовлением образцов для механических испытаний заготовки подвергают термической обработке. На первой стадии производят отжиг при 15о900-920 С с последующим охлаждением со скоростью 30-40 град/ч, Цель этой предварительной термической обработки - выравнивание химического состава, улучшение обрабатываемости реза нием. Окончательная термическая обработка состоит в нормализации по режиму: температура нагрева 880 в 9 С, выдержка 20 мин, охлаждение на воздухе до 25 300-400 С, далее следует отпуск: оборазцы нагревают до 620-640 С, выдержка при отпуске составляет 20 мин, охлаждение производят вместе с печью.Результаты проведенного испытания 30 свидетельствуют о значительно более высокой пластичности, ударно-усталостной пластичности стали предлагаемого состава, чем аналогичные механические свойства стали известного сос- З 5тава. Применение предлагаемого состава стали для изготовления крупных деталей обеспечивает значительное увеличение срока их службы.В табл, 1 приведен химический состав исследуемых сталей.Т а б л и ц а 1 В табл. 2 приведены механическиесвойства выплавленных сталей.Составитель С.ДеркачеваРедактор С,Пекарь Техред М,Моргентал Корректор В,Бутяга Заказ 6198/30 Тираж 605 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 5 1361195Формула изобретенияСталь, содержащая углер д, марганец, кремний, ванадий, ниобий, титан,алюминий и железо, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения пластичности, ударно-усталостнойпрочности и сопротивления разрушению,она дополнительно содержит цирконий