низколегированная литейная сталь

Классы МПК:C22C38/50 с титаном или цирконием
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-04-07
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным литым сталям, используемым для изготовления ответственных деталей машин, например деталей вагонов. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,16-0,28, марганец 1,15-1,48, кремний 0,23-0,51, хром 0,01-0,10, никель 0,16-0,45, медь 0,23-0,57, алюминий 0,02-0,04, кальций 0,015-0,04, барий 0,015-0,04, титан 0,008-0,02, железо остальное. Показатель прокаливаемости стали П, определяющий ее структуру, определяется из условия 2C[1+Si 2+Cu2+7Mn2+10Cr2+3Ni 2+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr] и составляет 5,52низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 6,66 мм, а суммарное содержание раскислителей и модификаторов в пересчете на чистые компоненты составляет, мас.%: Са+Ва+Аl+Тi=0,08низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 0,11. Сталь имеет высокие и стабильные механические свойства с хорошим сочетанием прочностных свойств, пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

Формула изобретения

Низколегированная литейная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, алюминий, кальций, титан, барий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод0,16-0,28
марганец 1,15-1,48
кремний 0,23-0,51
хром0,01-0,10
никель 0,16-0,45
медь0,23-0,57
алюминий 0,02-0,04
кальций 0,015-0,04
барий0,015-0,04
титан 0,008-0,02
железоостальное,


при выполнении следующих условий:

П=2C[1+Si2+Cu2+7Mn 2+10Cr2+3Ni2+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr]=5,52низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 6,66, где П - показатель прокаливаемости стали, мм,

Ca+Ba+Al+Ti=0,08низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 0,11, мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным литым сталям для ответственных деталей машин, например деталей вагонов.

Известна сталь [1], содержащая, мас.%:

Углерод0,19-0,25
Марганец 0,5-1,2
Кремний 0,3-0,5
Хром 0,15-0,6
Никель 0,15-0,6
Алюминий0,01-0,2
Кальций 0,0005-0,01
Иттрий0,1-0,4
Сера 0,003-0,06
Железоостальное.

Механические свойства этой стали превышают минимальный уровень свойств для соответствующих сталей по ГОСТ 977-88, но не всегда достаточны для экстремальных условий работы литых деталей высокоскоростного железнодорожного транспорта.

Известна также сталь [2], содержащая, мас.%:

Углерод0,10-0,20
Марганец 0,70-1,10
Кремний 0,17-0,37
Хром0,05-0,35
Никель 0,05-0,35
Медь0,05-0,50
Алюминий 0,005-0,15
Кальций 0,001-0,05
Титан0,005-0,025
РЗМ 0,001-0,05
Железоостальное.

Сталь имеет недостаточно высокие механические свойства (в частности, предел текучести и ударную вязкость) для работы в экстремальных условиях больших нагрузок и отрицательных температур.

Наиболее близкой к предлагаемой является сталь [3], содержащая, мас.%:

Углерод0,12-0,26
Марганец 0,7-1,6
Кремний 0,2-0,7
Хром 0,1-0,7
Никель 0,1-0,7
Ванадий 0,004-0,02
Алюминий 0,01-0,2
Кальций0,0005-0,01
Азот 0,005-0,03
Титан0,004-0,1
Барий 0,001-0,01
Железоостальное.

Эта сталь имеет недостаточно высокие и стабильные механические свойства, особенно предел текучести, который может меняться от 250 до 350 МПа, и ударную вязкость при температурах климатического холода.

Задачей изобретения является создание в стали дисперсной структуры, состоящей из феррита, перлита и зернистого бейнита.

Технический эффект - получение комплекса высоких и стабильных механических свойств стали (предела текучести, предела прочности, пластичности и ударной вязкости).

Это достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, марганец, кремний, хром, никель, алюминий, кальций, титан и барий, дополнительно вводят медь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,16-0,28
Марганец 1,15-1,48
Кремний 0,23-0,51
Хром0,01-0,1
Никель 0,16-0,45
Медь0,23-0,57
Алюминий 0,02-0,04
Кальций 0,015-0,04
Барий0,015 -0,04
Титан 0,008-0,02
Железоостальное.

При этом соотношение компонентов должно отвечать двум условиям:

1) П=2C[1+Si2+Cu2+7Mn2+10Cr 2+3Ni2+0,5Si(Mn+Ni)+3SiCr+MnNi+4NiCr+3CuCr]=5,52низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 6,66 мм,

где П - показатель прокаливаемости стали, мм, определяющий ее структуру и в указанном интервале его значений обеспечивающий оптимальное сочетание свойств после термической обработки, в том числе и после нормализации;

2) суммарное количество введенных раскислителей и модификаторов в пересчете на чистые компоненты должно составлять, мас.%:

П2=Ca+Ba+Al+Ti=0,08низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 0,11.

При избытке этих компонентов ухудшается их усвоение сталью и становится возможным образование неметаллических включений неблагоприятной формы, приводящее к снижению ударной вязкости.

В качестве примесей допускается содержание в стали, мас.%: сера до 0,03, фосфор до 0,04.

Предлагаемую и известную стали выплавляли на базовой однотипной шихте на установке ИСТ-0.06 в тиглях емкостью 60 кг с кислой футеровкой по идентичной технологии для обеспечения одинаковых исходных концентраций примесей и газов. В качестве шихтовых материалов использовали отходы сталей Ст3 и 20ГЛ. Для легирования и регулирования химического состава стали использовали стандартные ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферроникель, ферротитан) и отходы меди, для ковшевого раскисления и модифицирования стали применяли алюминий, силикокальций, силикобарий и ферротитан. Металл в печи перегревали до 1700°С.

От каждой плавки отбирали трефовидные стандартные пробы, из которых изготавливали заготовки образцов для механических испытаний. Заготовки подвергали нормализации от 930°С. При механических испытаниях на растяжение определяли временное сопротивление разрыву низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 в, предел текучести низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 0,2, относительное удлинение низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 , относительное сужение образцов низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 . Испытания на ударную вязкость проводили на маятниковом копре МК-30, определяя KCU и KCV при температурах +20 и -60°С.

Химические составы сталей приведены в табл.1, результаты механических испытаний - в табл.2.

Ограничение содержания углерода в пределах 0,16-0,29% обеспечивает возможность получения в нормализованной стали хорошего сочетания прочностных свойств, пластичности и ударной вязкости.

Изменения в химический состав стали внесены с целью обеспечения:

1) регулирования показателя прокаливаемости в оптимальных пределах (см. условие 1, в частности, за счет дополнительного легирования стали медью), не выходя при этом за указанные выше пределы содержания углерода,

2) более глубокого рафинирующего и модифицирующего эффекта со значительным измельчением структуры стали (см. условие 2, в частности, за счет увеличения количества вводимого кальция и бария в пределах 0,015-0,04% по каждому из них),

3) возможности формирования в структуре стали зон с ультрадисперсным зернистым бейнитом за счет более жесткого ограничения содержания марганца в пределах 1,15низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 1,48% и дополнительного легирования стали медью в количестве 0,23-0,57%.

В таблицах приведено сопоставление химических составов и механических свойств сопоставляемых сталей: заявляемых сталей по составам, ограниченным формулой изобретения (первые 4 состава); сталей с составами, выходящими за пределы формулы изобретения (составы 5 и 6); стали-прототипа (последний состав). Для всех составов в табл.1 приведены рассчитанные значения параметров оптимизации П1 и П2, а в табл.2 - примечания с характеристикой уровня достигаемых механических свойств.

Видно, что предлагаемый химический состав стали обеспечивает по сравнению с прототипом более высокие и стабильные значения механических свойств, особенно прочностных свойств и ударной вязкости при отрицательных температурах.

При выходе химического состава стали за предлагаемые пределы существенно ухудшаются все свойства стали (вариант 6) или сочетание свойств (по варианту 5 при высоких прочностных свойствах значительно понижен уровень пластичности и ударной вязкости).

Источники информации

1. Низколегированная литейная сталь / Дружевский М.А., Грузных И.В., Соболев А.Ю. и др. // Авторское свидетельство СССР № 1770441, МКИ С22С 38/40.

2. Низколегированная сталь / Зикеев В.Н., Овчинников В.А., Иржов Г.Г. и др. // Патент РФ № 2002851, МКИ С22С 38/50.

3. Сталь / Рязанов А.С., Кривошеев М.И., Савин А.М. и др. // Авторское свидетельство СССР № 1463790, МКИ С22С 38/50, 38/58.

Таблица 1
№ № п/п Химический состав сталей, мас.% Параметры
СMn SiCr NiCu AlСа ВаTi П1, мм П2, %
10,16 1,390,51 0,100,45 0,440,03 0,020,04 0,015,52 0,10
2 0,19 1,480,32 0,010,16 0,570,02 0,0150,03 0,0156,60 0,08
3 0,24 1,150,38 0,100,41 0,230,02 0,040,015 0,0155,84 0,09
4 0,28 1,180,23 0,080,28 0,300,04 0,020,03 0,026,66 0,11
5 0,15 1,660,82 0,180,55 0,710,01 0,050,05 0,037,72 0,14
6 0,31 0,980,20 0,0050,12 0,220,05 0,0050,01 0,0055,01 0,07
Прототип 0,20 0,870,49 0,400,18 -0,01 0,010,01 0,013,78 0,05

Таблица 2
№ № п/п Механические свойства Примечания
низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 в низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 0,2 низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 низколегированная литейная сталь, патент № 2467089 KCU+20 KCU-60 KCV+20 KCV-60
МПа % Дж/см2
1572 38027 57140 63112 58 Высокий уровень всех механических свойств
2596 39228 60138 62103 54
3 580 38628 60136 65110 56
4 600 39527 58140 61100 54
5 606 40024 51120 4574 31Пониженный уровень пластичности и ударной вязкости
6560 35624 50120 5890 44 Пониженный уровень всех свойств
Прототип528 350 2344 10551 5928

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2467089

patent-2467089.pdf

Класс C22C38/50 с титаном или цирконием

трубная сталь -  патент 2525874 (20.08.2014)
аустенитно-ферритная сталь с высокой прочностью -  патент 2522914 (20.07.2014)
фольга из нержавеющей стали и носитель катализатора для устройства очистки выхлопного газа, использующий эту фольгу -  патент 2518873 (10.06.2014)
стали со структурой пакетного мартенсита -  патент 2507297 (20.02.2014)
сталь -  патент 2502821 (27.12.2013)
теплостойкая сталь для водоохлаждаемых изложниц -  патент 2494167 (27.09.2013)
трубная заготовка из легированной стали -  патент 2480532 (27.04.2013)
способ производства холоднокатаной ленты для холодной вырубки -  патент 2479643 (20.04.2013)
способ производства холоднокатаной ленты из низкоуглеродистых марок стали -  патент 2479641 (20.04.2013)
низкоуглеродистая марганец-молибденовая сталь -  патент 2461640 (20.09.2012)
Наверх