Сталь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН вЯО,в 1219667 151) 4 С 22 С 38/3 тсовзюю ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тем, что, с целью повышения механических свойств усталостной прочности и прокаливаемости стали в массивных частях отливок и однородности структуры по сечению она дополни- тельно содержит азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. 7.:УглеродМарганецКремнийХромВанадийАлюминий и э ТитанБорЦерийЛантан АзотКальцийЖелезо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Чебоксарский завод промышленных тракторов1219661 Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям, и может ,быть использовано при изготовлении литых деталей мощных тракторов.Цель изобретения - повышение механических сйойств, усталостной прочности и прокаливаемости стали в массивных частях отливок и однородности структуры по сечению. ОСерия опытно-промышленных пла,вок проведена на однотипной базовой шихте для обеспечения в металле одинаковых содержаний серы, фосфора и цветных металлов по идентичной технологической схеме в основном дуговой электропечи двушлаковым процессом с проведением дефосфорации и десульфурации,20Состав сталей приведен в табл. 1,В зависимости от заданного содержания компонентов силикокальций марки СК 15 в количестве 0,6-4,0 кг/т и лигатуру с редкоземельными металлами ФСЗОРЗМЗО в количестве 0,3- 5,0 кг/т вводят в ковш в хорошо раскисленный марганцем, кремнием и алюминием металл в жестяных конвертах. Усвоение Е: Се 40-50 Еа 25-30;30 Са 15-20.Металл заливают в трефовидные пробы, из которых после термообработки изготавливают образцы для исследований.Концентрацию серы, фосфора и угле- З 5 рода определяют химическим методом, концентрацию марганца, кремния, хрома, ванадия, меди, титана, кальция, бора, церия, лантана, алюминия спектральным путем, концентрацию азота - на газоанализаторе Бальцерс". Механические свойства определяют по ГОСТам. Усталостные испытания образцов с различными концентраторами напряжения проводят на машине МУИ 45 при различных нагрузках с определением предела выносливости на базе 10 циклов.тПрокаливаемость стали сравниваемых вариантов изучают методом торцовой закалки образцов, вырезанных из центральнь 1 х зон отливок с толщинойстенки 40 мм и 200 мм. Величину прокаливаемости определяют по стандартной методике, как глубину полумартенситной зоны твердостью НЕС = 43 для низколегированных сталей с содержанием углерода 0,30-0,35 Х. 3,1 исперсность дендритной структурь (ДДС) определяют по количеству осей, приходящихся на единицу длины 10 мм (одно поле зрения); подсчет производят при увеличении (х 20) в 30-и полях зрения. Размер зерна определяют методом случайных секущих,Приведенные в табл. 2 результаты механических испытаний сравниваемых сталей н нормализованном состоянии (920 С) свидетельствуют о значительно более высоких значениях прочностных характеристик у предлагаемой стали, что обусловлено, главным образом, наличием азота и большим содержанием углерода, в результате чего интенсифицированы процессы образования мелких карбонитридов ванадия и титана. В то же время меньшая степень снижения механических свойств по мере увеличения толщины стенки у предлагаемой стали по сравнению с известной обусловлена большей устойчивостьюпереохлажденнога аустенита и повышенной дисперсностью структуры нормализованного металла в различных сечениях и его однородностью (табл. 3).оПосле закалки (от 900 С) и высо,окого отпуска (650 С) предлагаемаясталь, как и после нормализации,имеет прочностные свойства, намногопреьышающие таковые у известнойстали (табл, 4),Указанное отличие по углеродуи азоту у предлагаемой стали обуславливают протекание процессов дисперсионного твердения за счет выделения в процессе отпуска дисперсныхнитридных и карбонитридных фаз.Лнализ данных (табл, 3) показывает, что предлагаемая сталь в отливках с толщиной стенки до 40 мм имеетпо сравнению с известной более высокие значения усталостной прочностина образцах без надреза (на ЗЗЕ) ис надрезом (на 68), что обусловленоизвестной корреляционной зависимостью от уровня прочностных свойств.При увеличении толщины стенки отливки до 200 мм выносливость предлагаемой стали остается без изменения,тогда как у известной стали этяхарактеристика уменьшается на образцах без надреза с 165 до 142 МПя(на 167), а в случае надреза - с 73до б МПа (на 19,7%). Наличие кальция в предлагаемой стали обуславли 9вяет более полное раскисление металла по сравнению с известной, а благо 12196 б 7даря высокому химическому сродствук сере - образование благоприятныхпо форме и характеру распределениясульфидных и оксисульфидных фаз,содержаших кальций, церий и лантан,препятствующих распространению усталостной трещины, Об этом свидетельствует и значительно более низкий,эффективный коэффициент концентрации напряжения (К) у предлагаемойстали по сравнению с известной. Этавеличина у предлагаемой стали заметно возрастает при содержании элементов ниже нижнего и выше среднегопределов. В первом случае это обусловлено очень слабым влиянием малыхколичеств бора, углерода, легирую щих добавок на упрочнение твердогораствора и однородность структурыпо сечению стенки отливки. Во втором случае при высоких концентрацияхуказанных компонентов образуетсябольшое количество охрупчивающихфаз, в первую очередь нитридовбора и сложных боридов, резко уменьшающих предел выносливости, особеннона образцах с надрезом (концентратором напряжений) и в центральных зонахстенки отливки толщиной 200 мм. Указанные процессы образованиядисперсных нитридных и карбонитридных фаз у предлагаемой стали тормозят рост зерна при кристаллизации 5 и аустенизации, способствуя измельчению дендритов и действительной структуры значительно в большей степени, чем в известной стали (табл,З).10 Увеличение толщины стенки отливкивлечет за собой некоторое увеличение размеров аустенитного зерна (табл.З) у обеих сравниваемых сталей и соответствующее небольшое увеличе ние прокаливаемости на фоне значительно больших величин у предлагаемой стали,Предлагаемая сталь обладает высоко кой прокаливаемостью (табл. 5), после закалки структура центральныхзон отливки идентичнаструктуре поверхностных зон отливки и отличаетсятолько дисперсностью, в результате р 5 чего получаются сравнительно однородное строение металла после отпуска и близкие величины механическихсвойств в различных сечениях отливки.о Ю л Ю ЮлЮ Юло оЮлЮ Ю лЮ МЪ Ю Ю м Ю л Ю)Я х Еф ц Э СЧ С 3 Л ц 1 О (4 Г 4 л л о о л Л л л о о СО М л л с 4 л м м т л л л СО СО Ою и ц О Ю сч м л л о о л ло о Ю СОл ю о м м ЯЛ о О 4 ф л л о о т О л л о о С 4 Л л л ;1 м С 4 СЧ ол СЧ12 1219667 Тььннфв 4 Предел содернзнзлементов Показатели лри сечении стенки отлнвнн более 100 ми (не глубине 100 мм лрн сеченнн 200 за) 100 мм (не глубине 40 мм) 8 8 ф КСП, 7 С(а/ ОВ, 8 8, ф, КСО, 7 цз/нз,.Л 1625 412 18,674 4 Нзвест 035 27 412 09 0,47 31,6 0942 709 137 962 728 15,4 955 73,0 5, 0 0,2 длнй 7,0 74 Э 8,6 0,82 О,2 О7 0,3 Верни 20 8 33,025 15,1020 24 706 15 3,4 0,65 5,4 055 830 05 10 е нннлего 180 906 верзнего 5 абл Глубина закаленоливки, мм Пределы содержанияэлементов в стали го слоя, мм, при сечении стенк 0 (до 1 О 200 (более 100 3 звестн 1 б 8 2 0 Верхний иже ннжнег ыше верхне ставитель А.Османцевхред И.Попович 1 Корре В. Синицка едактор ор Подписнокомитета СССР открытии я наб., д.илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, ч Нижни Среды акаэ 1236/37 Тираж 567 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Иосква, Ж, Рауш