Сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09 (И) 22 С 38/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЦТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. С.М.Кирова53) 669.14.018-584-194 (088.8)561 1.Авторское свидетельство СССРР 773126, кл. С 22 С 38/12, 1980.2.Гуляев А,П. Металловедение. М."Металлургия", 1968, с. 401,С 543 (57) СТАЛЬ, содержащая углерод,марганец, алюминий, железо, о т л,и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьааения пластических свойств.при криогеницх температурах при сохранении прочности и стабильности немагнитности, а также свариваемости и коррозионно-механической прочности, она дополнительно содержит азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.В:Углерод 0,01-0,05 Марганец 25,0 -30,0 Алюминий 3,5 -5,0 Азот 0,02-0,10 Кальций 0,004-0,006 Железо Осталь ное10 Изобретение относится к чернойметаллургии, а именно к высокопрочным немагнитным Сталям и может бытьиспользовано в специальном машиностроении для немагнитных деталей машин и приборов, работающих при нормальных и низких температурах, атакже для криогенного оборудования.Известна высокомарганцевая стальСодержащая, вес.г,Углерод 0,04-0,08Марганец 3 7,0 -23,0Алюминий 1,0 -3,0Кремний 0,1 -0,3Ва надий 0,05-0,10Кальций 0,03-0,10 15Железо ОстальноеОднако эта сталь характеризуетсянедостаточной стабильностью аустенитной структуры из-за относительнонизкой концентрации основного аустенитообразующего элемента - марганца.В соответствии с диаграммой состояния системы 1 е-Мп в стали с 17-23Мп, содержащей 1-3 вес. А 6, возможно образование, с одной стороны,приохлаждении от высоких температур небольшого количества О -феррита,уменьшающего пластич ость стали, а,с другой стороны, при нагружении вобласти отрицательных температур -мартенситных В - и Е -фаз, сообщающих.стали повышенную склонность кхрупкому разрушению. Появление вструктуре стали Ферромагнитных Ки Ь -фаз наряду с понижением пластичности и ударной вязкости приводитк возрастанию величины магнитной проницаемости выше допустимого значения1,003, что в сочетании со сравнительно невысокими прочностными характеристиками указанной стали делает невозможным ве применение в качественемагнитного материала для криоген.ной техники.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемому эффекту является сталь 2содержащая, вес.:Углерод 0,4-0,5Марганец 16,0-18,0Хром До 0,550Никель До 0,5Алюминий До 2,5-3,2Железо ОстальноеНедостатком известной стали является резкое ухудшение свариваемостии коррозионно-механической прочностииз-за высокого содержания углерода,делающего эту сталь непригодной дляиспользования в сварных конструкциях.Кроме того, повышенная концентрация углерода требует высокой температуры нагрева под закалку и большихскоростей охлаждения вследствие опас-ности выделения по границам зеренкарбидной сетки, способствующей они жению пластичности и ударной вязкости сталиТаким образом, в реальных условиях применение известной стали ограничено изделиями только небольшого сечения.Выделение карбидов в структуре стали с 16-18 вес. ММ уменьшает стабильность аустенита при низких температурах и приводит к образованию 6 - и Е -мартенситов деформации, следствием чего является пониженный уровень пластических и вязких свойств в области отрицательных температур.Цель изобретения - повышение пластических свойств при криогенных температурах при сохранении прочности и стабильной немагнитности, а также свариваемости и коррозионно-механической прочности стали.Для достижения указанной цели сталь, содержащая углерод, марганец, алюминий, железо, дополнительно содержит азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.:Углерод 0,01-0,05Марганец 25,0-30,0Алюминий 3,5-5,0Азот 0,02-0,10Кальций 0,004-0,006Железо ОстальноеПониженное содержание углерода в предлагаемой стали обуславливает хорошую свариваемость и повышенную коррозионно-механйческую прочность стали образцы из предлагаемой стали при переменных напряжениях +30 МПа выдерживают беэ разрушения 3,5 10 циклов при испытаниях в синтетической морской воде, в то время как образцы из известной стали разрушаются через 2, 510 т циклов) .Более высокое содержание марганца (25,0-30,0 мас.) в стали, в первую очередь, связано со стабилизацией аустенита по отношению кпревращению, протекающему в железо- марганцевых сплавах с концентрацией марганца менее 25,0 и охрупчивающему сталь, без дополнительного легирования углеродом.С другой стороны марганец, как аустенитообраэующий элемент, в указанных пределах компенсирует ферритообразующее действие алюминия. Увеличение содержания марганца в стали выше 30 мас. нецелесообразно как с экономической точки зрения, так и вследствие появления склонности к хрупкому разрушению, свойственному высокомарганцевому аустениту с 33- 50 Мп.Высокая стабильность к образованию Ферромагнитного Ы, -мартенсита при низкотемпературной пластической деформации достигнута в стали за счет микродобавок другого аустенитообразующего элемента - азота (до 0,1 мас.Ъ) . Легирование стали азотомэприводит к,образованию дисперсных нитридов алюминия уменьшающих склонность к росту зерна стали в процессе нагрева под закалку.5При концентрации азота в стали менее 0,02 мас.Ъ нитриды алюминия не образуются.Устойчивость стали по отношению к--превращению при деформации достигнута за счет легирования 3,5- 5,0 мас.Ъ алюминия. Уменьшение количества алюминия в стали ниже 3,5 мас. может приводить к образованию-мартенсита при нагружении и, 15 как следствие, к снижению значенийУвеличение содержания алюминия выше 5 мас.Ъ сопровождается появлением в структуре стали 3 -феррита и, следовательно, потерей не О магнитности стали и снижеНием величин 8 и(Кроме того, легирование алюминия в указанных пределах, увеличивая энергию дефектов упаковки стали, 25 обеспечивает получение достаточно высоких пластических свойств в стали с понижением температуры нагружения до 196 С, а также приводит к росту прочностных характеристик. Последнее может быть связано с изменением механизма пластического деФормирования стали при охлаждении, развитием двойникования, требующего приложения относительно больших механических нагрузок и приводящего к образованию в аустенитной матрице большого количества пересекающихся по различным кристаллографическим направлениям микродвойникоз деформации-феррит, К - и- мар тенситные Фазы в структуре стали отсутствуют. 196)ф С и не отражается на магнитных характеристиках стали, повышение содержания углерода более 0,05 мас.% ухудшает свариваемость и коррозионно-механическую прочность стали.Предлагаемая сталь легко обрабатывается резанием, имеет меньший удельный вес, не содержит дефицитных легирующих элементов. Горячая прокатка и ковка не вызывают затруднений.Слитки предлагаемой и известной сталей массой по 10 кг выплавлены в индукционной печи ЛПЗи прокатаны в пртки сечением 13 ф 13 ммпри 1050-1150 С.В табл, 1 и 2 приведены химический состав и механические свойства исследуеьжх сталей, закаленных от 1060 С в воду, при температуре исапытания 20 и -196 С.физические свойства исследуемых сталей приведены в табл. 3.Испытания коррозионно-механической прочности производят на плоских гладких образцах толщиной 2,5 мм на вибраторах резонансного типа в синтетической морской воде (3-ный раствор Н аС 1) при нулевом изгибе. Долговечность, характеризующая в данном случае величину КПМ сталей, оценивается по числу циклов до разрушения при знакопеременном циклическом напряжении +30 МПа.Испытания на снариваемоеть предлагаемой и известной стали осущест- вляют в одинаковых условиях на образцах-пластинах толщиной 6-10 мм. Перед сваркой производили Ч -образную подготовку кромок испытуемого материала. Сварочное соединение выполняют с двух сторон покрытыми электродами типа ЭХ 19 Н 9 Ф 2 С 2 (ГОСТ 10052-75) диаметром 4 мм при токе не более 150 А. Ток постоянный, обратной полярности, Выбранный режим сверки обеспечивает минимальное . ,проплавление основного металла и ч 1 о.лучение иаплавленного металла со структурой стабильного аустенита,В соответствии с ГОСТ б 996"66 из металла сварного шва соединений из предлагаемой и известной сталиготовят образцы для испытания меха 6 нических свойств при 20 и -196 С.Результаты испытаний представлены в табл. 4. Модифицирование стали поверхностно-активным элементом - кальцием 45 в количестве 0,004-0,006 мас.Ъ препятствует росту зерна и положительно влияет на глобуляризацию неметаллических включений, что способствует росту пластических характерно О тик стали при низких температурах.Колебание содержания углерода в указанных пределах практически ие влияет на механические свойства стали в интервале температур (2011079688 Таблица 1 Содержание элементов, мас. В11ГСталь С Мр М М Са М;, Ср Ге Предла гаемая 3,5 Остальное 25,0 0,02 4,5 27,5 0,05 5,0 30,0 0,01 0,04, Мпа оИПа 50 2,8 800 1100 43 50 2,9 810 1120 45 45 2,3 680 900 25 2,4 260 500 2,4 280 525 1 ф 2 265 550 2,4 650 800 13 0,8 280 600 30 Составитель Л.СуязоваРедактор Т.Веселова ТехредЛ.Микеш, Корректор Л. Пилипенко Заказ 1262/26 Тираж 603 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 филиал. ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4