Азотсодержащая лигатура для стали и высокопрочная сталь

(порош енное по- снижение лигатуру т в реакСВС. Для щие мате 20,0 . 5,0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1550939, кл, С 22 С 35/00, 1988,Авторское свидетельство СССРМ 1126623, кл. С 22 С 38/46, 1984,(54) АЗОТСОДЕРЖАЩАЯ ЛИГАТУРА ДЛЯСТАЛИ И ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ(57) Изобретение относится к азотсодержащим лигатурам для стали и высокопрочнымсталям, Цель изобретения - одновременное Изобретение относится к чернлургии, в частности к лигатурам, имым для легирования и модифицстали.Цель изобретения - одновремвышение прочности, вязкости ичувствительности к перекосу сталП р и м е р . Аэотсодержащуюпредлагаемого состава производ,торе емкостью 20,0 л методомполучения лигатуры берут следуюриалы, кг:Феррованадий (Ф ВДА)Феррониобий (Ф Н) повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу, Лигатура содержит, мас. : ванадий 20 - 40; маргане 5 - 20; азот 8 - 12; кремний 10 - 30; углерод 0,1 - 2.5; алюминий 0,1 - 1,5; ниобий 0,5 - 5,0; кальций 0,1 - 1,5; хром 0,5 - 5,0; барий 0,1 - 1,5; железо остальное. Лигатуру получают методом самовоспламеняющегося вакуумного синтеза. С помощью лигатуры производят выплаВку высокопрочной стали состава, мас,ф: углерод 0,27 - 0,34; кремний 0,17 - 0,37; марганец 0,3-0,6; хром 2,0 - 2,7; никель 0,5 - 1,2; молибден 0,2 - 0,3; ванадий 0,06 - ,0,15; алюминий 0,02 - 0,06: азот 0.02 - 0,04; ниобий 0,03 - 0,06; кальций 0,005 - 0,01; барий 0,001 - 0,01; железо остальное. Выплавленная сталь имеет те = 1150 - 1300 МПа, о=1030 - 1180 МПа,д=15 - 16;, при атом коэффициент вязкости К = 1,74 - 1,86, а чувствительность к перекосу на образцах с надрезом равна 0,15 - 0,22, 2 с.п. ф-лы, 1 табл. Ферромаргане Силикокальций Силикобарий Силикохром Алюминий АПВ Теплоноситель (порошок алюм Исходные мате мельчают в пневмои е и обрабатывают тм. Готовую смесь существляют азоти еского азота под д аменение смеси иния) 0,1 риалы смешиваюти измпульсном измельчитезотом при давлении 6,0 помещают в реактор и рование в среде технивлением 10 МПа. Воспосуществляют путемнагрева теплоносителя нагретой спиральюиз нихромовой проволоки.Дальнейшее азотирование проводят всамоподдерживающемся режиме без подвода тепла, Азотсодержащую лигатуру получают в виде слитка 69,2 кг.Лигатуру вводят в процессе выплавкистали в 25-тонной электродуговой печи за 15мин до выпуска стали,Результаты испытаний лигатуры предлагаемого состава представлены в таблицеи даны в сравнении с известным составом.Предлагаемая лигатура, полученная методом СВС, имеет высокое содержание азота, кремния и ванадия, Введение в лигатурубария в сочетании с высоким содержаниемазота 8,0 - 12,0 мас. ), кремния 10,0 - 30,0мас. ) и ванадия (20,0 - 40,0 мас.) обеспечивает одновременное повышение прочности и коэффициента вязкости и снижениечувствительности к перекосу.Ванадий и ниобий в лигатуре находятсяв виде мелкодисперсных комплексных карбонитридов (ЧКЬ)СК, основную долю в которых составляет ванадий. При этомповышенное содержание ванадия (наряду ссодержанием ниобия) обусловливает модифицирующий эффект лигатуры (благодаряоптимальной объемной доле и равномерному введению дисперсных карбонитридов),заключающийся в уменьшении длины пакетов реечного мартенсита, Это благоприятновлияет на уровень свойств стали: происхо.дит одновременное повышение прочности,коэффициента вязкости и снижение чувствительности к перекосу,Содержание углерода менее 0,1 мас. ,ниобия менее 0,5 мас, , азота менее 8,0мас. и ванадия менее 20,0 мас.;6 в лигатуре недостаточно для образования комплексных карбонитридов ниобия и ванадия влигатуре и, соответственно, в стали, что приводит к снижению ее свойств, Увеличениесодержания углерода более 2,5 мас.;. азота более 12.,0 мас,, ниобия более 5,0 мас.;и ванадия более 40 мас.приводит к большой объемной доле карбонитридов в лигатуре, которые находятся в виде крупныхскоплений,что приводит, соответственно, кувеличению их размеров и количества в стали, Это снижает модифицирующий эффектлигатуры, при этом снижается коэффициентвязкости и повышается чувствительность кперекосу.Барий в лигатуре находится в виде нитридов бария (Ва 2 К), как и кальций. Нитридыбария при введении лигатуры в сталь разлагаются на атомарные азот и барий, что усиливает модифицирующее и легирующеевоздействие лигатуры. При этом барий из меняет морфологию, состав неметаллических включений в стали, а выделяющийся азот предохраняет комплексные карбонитриды (ЧМЬ)СИ от окисления,Введение нитридов бария также обеспечивает лучшее усвоение кальция при выплавке и тем самым большую степень глобуляриэации неметаллических включений, более их однородное распределение по размерам. При содержании бария менее 5 10 0,1 мас,не образуется достаточного количества нитридов бария как для защиты комплексных соединений (ЧИЬ)СИ, так и для модифицирования неметаллических вклю- чениГ и очищения границ зерен (снижаются 15 45 лице, следует. что применение .предлагаемой лигатуры при выплавке стали обеспечивает повышение ее прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу. 50 Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству сталей для высоконагруженных деталей машиностроения, например коленчатых валов, шатунов, бурового инструмента, деталей 55 крепежа Цель изобретения - одновременное повышение прочности, вязкости и снижение чувствительности к перекосу П р и м е р, Сталь выплавляют в электропечи емкостью 25 т с введением азотсохарактеристики коэффициента вязкости ичувствительности к перекосу).Содержание бария выше 1,5 мас.влигатуре приводит к снижению усвоения20 щелочноземельных элементов (кальция ибария), вводимых в сталь лигатурой, что также неблагоприятно влияет на характеристики.Хром в лигатуре (0,5 - 5,0 мас.) нахо 25 дится в виде нитридов хрома, При разложении нитридов хрома образуется азот,который является дополнительной защитойдля комплексных карбонитридов. Однакоблагодаря повышенному содержанию вана 30 дия в лигатуре до (40,0 мас. ) превышениеколичества хрома выше 5,0 мас.технологически усложняет процесс и может привести к снижению характеристиккоэффициента вязкости и повышению чув 35 ствительности к перекосу,Алюминий и марганец оказывают воздействие на сталь, усиливая действие ванадияи ниобия и предохраняя их комплексныесоединения от окисления. Указанные пред 40 елы содержания алюминия и марганца выбраны с учетом получения предлагаемогосостава лигатуры методом СВС и выплавляемой при ее введении предлагаемой стали,Из результатов, представленных в табдержащей лигатуры, полученной методом Введение 0,005 - 0,01 мас, кальция в СВС. комплексе с 0,001 - 0,01 мас. 6 бария и 0,03Слитки весом 3,5 т разливают сифон- - 0,06 мас.6 ниобия также обеспечивает ным способом, прокатывают на заготовки, . одновременный рост характеристик проч- проводят отжиг и термообработку (улучше ности и коэффициента вязкости и снижение ние). Механические свойства определяют чувствительности к перекосу, Это связано с на стандартных пятикратных образцах тем, что кальций является не только моди- (ГОСТ 1497-84). Коэффициент вязкости (К) фикатором неметаллическихвключений определяют по известной методике, а чувст- (НВ), но и влияет на очищение границ зерен вительность к перекосу при статической на от вредных примесей, При этом введение грузке определяют на образцах с надрезом кальция до 0,005 мас,% не влияет благопри. поОСТ 1 90052-72. ятно на границы зерен и НВ, что в своюХимический состав предлагаемой и из- очередь не обеспечивает повышения прочвестной сталей, а также механические свой- ности и коэффициента вязкости, а также ства представлены в таблице. 15 снижения чувствительности к перекосу. СоВведение ниобия в количестве 0,03 - держание кальция выше 0,01 мас,% не обес,06 мас.о , кальция 0,005 - 0,01 мас., ба- печивает положительного его эффекта в рия 0,001 - 0,01 мас.% при наличии элемен- стали, так как не происходитхорошего усвотов в указанных пределах обеспечивает ения в стали, что обусловлено низкой расодновременное повышение прочности, ко творимостью кальция встали.эффициента вязкости и снижение чувстви- Как следует из полученных результатов, тельности х перекосу, представленных в таблице, предлагаемыйсостав стали обеспечиваетодновременноеВведение 0,03 - 0,06 мас,% ниобия (в повышение прочности, вязкости и снижеприсутствии кальция 0,005 - 0,01, бария 25 ние чувствительности к перекосу.0001 - 001%) благодаря образованию в Ф ор мула изобретения структуре стали комплексных карбонитри. Азотсодержащая лигатура для стали, дов типа (ЧИЬ)СК. стехиометрическое соот- полученная методом самЬраспространяюношение элементов в которых . щегося вакуумногосинтеза,содержащая ваопределяется соотношением массовых до-. 30 надий, марганец, азот, кремний, углерод, лей ванадия и ниобия, углерода и азота в алюминий, ниобий, кальций,хром, железо, составе стали, обеспечивает уменьшение о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью длины пакетов реечного мартенсита, обра- одновременного повышения прочности, зующегося в этой стали в результате закал- вязкости и снижения чувствительности к пеки, так как они имеют большую плотность 35 рекосу стали, она дополнительно содержит выделения и являются более дисперсными, барий при следующем соотношении компочем частицы УСИ, выделяющиеся в извест- нентов,.мас,%:ной стали, Кроме того, частицы комплексно-Ванадий 20 - 40 го карбонитрида равномерно распределены Марганец 5 - 20 в матрице. Все приведенные факторы обус Азот 8 - 12 ловливают повышение прочности, коэффи- Кремний .10 - 30 циента вязкости и снижение Углерод 0,1 - 2,5чувствительности к перекосу. Кроме того,Алюминий . 0,1 - 1,5 уменьшение длины пакетов мартенсита Ниобий 0,5 - 5,0 приводит к снижению уровня локальных 45 Кальций 0,1 - 1,5 микроискажений, что также является одной Хром 0,5 - 5,0 из причин указанного положительного из- Барий 0,1 - 1,5 менения механических характеристик. Со- Железо Остальное держание ниобия ниже 0,03% недостаточнодля образования комплексных карбонитри 2. Высокопрочная сталь преимущестдов и их объемной доли, обеспечивающей венно для деталей ответственного назначеуменьшение длины пакетов мартенсита и ния, содержащая углерод, марганец, снижение микроискажений. Увеличение ко- кремний, хром, никель, ванадий, молибден, личества ниобия свыше 0,006% приводит к 55 алюминий, азот и железо, о тл и ч а ю щ а- значительному укрупнению комплексных я с я тем, что, с целью одновременного карбонитридов и они становятся концент- повышения прочности, вязкости и снижераторами напряжений, при этом рост проч- ния чувствительности к перекосу, она доности сопровождается снижением полнительно содержит ниобий, кальций и коэффициента вязкости и повышением чув- барий при следующем соотношении.компоствительности стали к перекосу, нентов, мас,%:1744138 0,27 - 0,340,17 - 0,370,3 - 0,62,0- 2,70,5 - 1,2 50,2 - 0,30,06 - 0,15 Химический состав лигатуры, мас.4 Лигатура исталь ИЬ Сг Са Ва Ре С ЯС Мп У А 130,0 20,0 40,0 10,0 5,0 20,0 15,о 1 о,о . 3 о,о 5,о 25,0 15,о 2 т 5 о, 1,2 1,5 12 О 5 О 5 О 15 8,0 ,0,5 0,5 0,1 10,0 4; 0 2,0 . 1,0 о,О 3,о 32,о 1,5 15 О, 1,о 1,О 1,5Ост.0 1 "11"0Предла га елая1111Известная Продолжение таблицы Химический состав стали, мас.л Лигатура исталь с й Мп Сг К Мо Ч А 1 И ИЬ Са Ва Ге 0,06 0,01 С 01 Ост.0,03 0,005 0,001 -11 О,05 0,008 0,005 -110,04 0,009 - 1 Предлагаемая О 34 11 0,27 1 0,30 Известная 0,310,37 060 2,7 0,17 0,30 2,0 0,27 045 2,3 030 0,42 24 1,2 030 0,5 0,30 08 0,25 08 . 0,25 0,15 0;Об 0,04 0,06 .0,02 0,02 о, 1 О 0,03 о,оз 0,10 0,03 0,03 Продолжение таблицы Механические свойства стали Лигатура исталь Чувств.к перекосу Отн.у линен Поперечное сужение, г еменное рот 1 ,МПа Предлагаела 11 1,83 1,74 1,86 1,57 126 115 130 11 О 16,0 15,0 15,0 120 62 60 64 55 0,22 .0,180,150,33 тная осле закалки (930-950 С) и отпуска (60 С, 2 ч) е. Свойства стали и м чан Составитель Л. КарасеваТехред М,Моргентал Корректор Т,Палий едактор М.Петров Заказ 2170 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 роизв УглеродКремнийМарганецХромНикельМолибденВанадий Пределтекучести