Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь

Классы МПК:C22C38/58 с более 1,5 % марганца по массе
C22C38/46 с ванадием
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-10-11
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей. Сталь содержит углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18 - 0,24, марганец 1,0 - 1,5, кремний 0,20 - 0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром от более 3,00 до 3,20, никель 0,90 - 1,20, молибден 0,50 - 0,70, ванадий 0,10 - 0,20, медь не более 0,25, железо и неизбежные примеси - остальное. После термомеханической обработки сталь обладает высокой пластичностью, позволяющей деформировать ее методом ротационной вытяжки в холодном состоянии со степенями деформации 50-70% и обеспечением механических свойств в упрочненном состоянии выше 155 кгс/мм2 при относительном удлинении не менее 7%. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, закаливающимся на воздухе, применение которых возможно для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

В этом случае необходима минимизация изменения размеров и формы осесимметричных деталей при термообработке. С этой целью используется термообработка с закалкой в заневоленном состоянии и известная высокопрочная сталь марки 28Х3СНМ1ФА ТУАДИ 543-2002, содержащая, мас.%: углерод 0,26-0,31; марганец 0,50-0,80; кремний 0,90-1,20; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; хром 2,8-3,2; никель 0,9-1,2; молибден 0,75-0,85; ванадий 0,05-0,15; медь не более 0,15.

Указанная композиция не является оптимальной, так как после закалки и отпуска относительное удлинение данной стали не превышает 12% даже после отпуска 600°С. Поэтому она не может использоваться для изготовления корпусов по схеме «Термомеханическое упрочнение» как с точки зрения недостаточной эластичности после закалки и отпуска, так и с точки зрения накопления при холодной деформации больших внутренних напряжений, которые могут приводить материал к разрушению непосредственно при деформации. Отсюда использование указанной стали возможно только путем финишной закалки и отпуска, что приводит к потере геометрических размеров, несмотря на закалку в заневоленном состоянии.

Известна высокопрочная, свариваемая сталь с повышенной прокаливаемостью по патенту РФ № 2314361, С22С 38/58, опубл. 10.01.2008 г., принятая авторами за прототип, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, остальное - железо.

Указанная сталь в выбранных интервалах варьирования компонентов по приведенным данным при содержаниях по минимуму после закалки с прокатного нагрева, а так же после закалки с температур 950-1050°С имеет следующие минимальные свойства: высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 в - 130,6 кгс/мм2, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 02 - 107,1 кгс/мм2, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5 -16%, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 - 60%, KCU+20 - 11,3 Дж/см2.

Однако для обеспечения свойств в упрочненном состоянии после холодной деформации прочность после термического упрочнения должна быть не ниже 135 кгс/мм2, что обеспечивается в техническом решении по патенту № 3214361, в котором химический состав представлен с минимальным содержанием ингредиентов (легирующих компонентов). Так, при содержании компонентов стали по прототипу свойства имеют значения, не позволяющие получение после деформации механических свойств не ниже 155 кгс/мм 2.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокопрочной среднеуглеродистой комплекснолегированной стали, обладающей высокой пластичностью после закалки и отпуска, позволяющей деформировать ее методом ротационной вытяжки в холодном состоянии со степенями деформации 50-70% и обеспечением механических свойств в упрочненном состоянии выше 155 кгс/мм2 при относительном удлинении не менее 7%.

Поставленная задача достигается тем, что высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, остальное - железо, особенность заключается в том, что указанная сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,18-0,24; марганец 1,0-1,5; кремний 0,20-0,40; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; хром от более 3,00 до 3,20; никель 0,90-1,20; молибден 0,50-0,70; ванадий 0,10-0,20; медь не более 0,25, при этом остаток составляет железо и неизбежные примеси.

Составы, режимы термической обработки, свойства стали после термической обработки и различных степеней деформации ротационной вытяжкой представлены в табл.1, 2, 3.

Таблица 1
Химический состав исследуемых плавок и прототипа
№ п/п плавокСодержание элементов
C SiMnS PCrNi MoVNb Ca/ CeCu
10,240,37 1,30,022 0,0153,10,95 0,510,20 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 0,20
2 пром. плавка0,21 0,331,190,007 0,0043,2 1,160,590,15 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 0,18
3 прото

тип
0,10 0,122,02высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 2,01,01 0,410,12 0,050,05высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424

Таблица 2
Механические свойства сталей и прототипа после закалки и различных температур отпуска
№ п/п плавокТемпература отпуска, °Cвысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 02высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 ввысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 KCU+20 KCU-50
кгс/мм2% кгс-м/см2
1200126,0 152,014,8 57,09,17,9
500111,0 140,017,1 59,011,59,6
2 200137,1152,0 13,253,0 9,07,3
500118,0130,0 14,156,0 12,18,3
3 промышл. плавка450 110,0136,017,7 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 9,56,47
65078,5 89,521,0 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 22,015,5
4 прототип отпуск отсутствует107,0 130,616,060,0 высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 11,3

Таблица 3
Механические свойства стали в зависимости от степени деформации ротационной вытяжкой
Степень деформациивысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 ввысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 02высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5KCU +20 KCU-50
кгс/мм2% кгс·м/мм2
t отп 450 деф. отсут. 80135-137 190-195 118-121 178-18116-19 8,0-9,67,9-10,0 5,0-8,45
tотп 650°C деф. отсут. 8089,0-89,5 106,0-110,0 66,0-78,5 100,0-107,0 19,0-21,0 12,5-16,020,0-22,0 15,0-15,5

В заявленном интервале значений состава и параметров термообработки временное сопротивление разрыву более 135 кгс/мм2 обеспечивается при отпуске ниже 500°C, при этом сохраняется высокая пластичность высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5=13,1-18,5%, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 =56-65% для последующей деформации в холодном состоянии. При исходном высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 ввысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 135 кгс/мм2 после деформации ротационной вытяжкой имеем высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 ввысокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 169 кгс/мм2. Из сопоставления с прототипом видно, что заданный в узких пределах состав заявленной стали позволяет получать более высокие характеристики свойств как в термообработанном, так и в деформированном состоянии и, следовательно, соответствует критерию «новизна».

Пример 1. Сталь предложенного состава контрольных плавок № 1, 2 выплавляли в индукционной печи с магнезитовым тиглем. В качестве шихты использовали шихтовую заготовку, синтетический чугун, металлические хром, никель, алюминий, марганец, а так же ферромолибден, ферросилиций, феррованадий.

Выплавку стали вели под шлаковой смесью, состоящей из прокаленных извести и плавикового шпата.

Перед вводом чугуна и ферросплавов проводили раскисление металла алюминием.

Сталь разливали в слитки с утеплением прибыли песчано-графитовой смесью. Слитки ковали на прессе с усилием обжатия 2000 тс до сечения 50×50 мм. Температурный интервал ковки составлял 1080-1150°C.

Из слитков были откованы прутки размерами высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 16×500 мм, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 20×500 мм, высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 14×500 мм. Из прутков после термической обработки были изготовлены образцы для определения механических характеристик стали:

тип 2-11 (для определения предела текучести, временного сопротивления, относительных удлинения и сужения);

тип 6-1 (для определения величины ударной вязкости).

Данные по химическому составу исследуемых плавок 1, и механические свойства их представлены в табл.1 и 2.

Пример 2. Сталь выплавляли в дуговой электропечи.

Сталь разливали в кузнечную изложницу для получения слитка. Разливка проходила с вакуумированием металла.

Слиток под ковку нагревали в печи с температурой 1200высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 1230°C и ковали на гидравлическом прессе.

Ковку слитка проводили в 4 этапа с подогревом поковки в печи после каждого этапа.

Откованные 2 заготовки диаметром 355 мм и длиной 4920 мм были направлены на отжиг при температуре 660-680°C.

После отжига поковки подвергли механической обработке наружной поверхности до диаметра 330 мм.

Опытная партия труб с наружным диаметром 138 мм и толщиной стенки 14 мм из стали марки 20Х3ГНМФА была изготовлена методом горячего прессования.

В качестве трубной заготовки были использованы механически обработанные поковки диаметром 324 мм и длиной 880 мм.

Технологический процесс производства труб на линии прессования включает в себя две стадии:

- изготовление из трубной заготовки гильз на вертикальном прессе;

- изготовление из гильз труб на горизонтальном прессе. Технологический процесс изготовления гильз включает следующие

этапы:

- сверление в трубной заготовке осевого канала на диаметре 30 мм;

- нагрев трубной заготовки до температуры 1080-1140°C;

- экспландирование на прессе.

Технологический процесс изготовления трубы из гильзы включает следующие этапы:

- индукционный нагрев гильзы;

- нанесение стеклосмазки;

- прессование гильзы на прессе с помощью иглы, в результате чего получается труба с наружным диаметром;

- охлаждение труб на воздухе;

- удаление стеклосмазки и окалины;

- отжиг;

- правка труб;

- ультразвуковой и визуальный контроль труб.

Для ротационной вытяжки были использованы горячедеформированные трубы 0 138×14 мм из стали 20Х3ГНМФА.

Из отожженных горячедеформированных труб были вырезаны заготовки (обечайки).

Заготовки (обечайки) под холодную деформацию были подвергнуты упрочняющей термообработке.

Ротационная вытяжка осуществлялась на станке модели СХР2.

За первый переход реализовывалась степень деформации высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 =40%, за второй высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 =60%, за третий высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 =80%.

После проведения ротационной вытяжки с различными степенями деформации заготовки подвергались низкотемпературному отжигу.

Для определения механических характеристик трубных заготовок и холоднокатаного полуфабриката при различных степенях деформации изготавливались продольные и радиальные пятикратные образцы в соответствии с ГОСТ 10006-80.

Испытания на растяжение проводили по ГОСТ 1497-84. В качестве основных характеристик механических свойств стали определяли временное сопротивление разрыву высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 в, условный предел текучести высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 0,2 и относительное удлинение высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5 в продольном и в радиальном направлениях.

Результаты механических свойств стали 20Х3ГНМФА, определенные на трубных заготовках после холодной ротационной вытяжки в зависимости от температуры отпуска и степени деформации, представлены в таблице 3.

Из анализа результатов, представленных в таблице 3, следует:

- при температуре отпуска в пределах 450-550°C исходная заготовка обеспечивает прочность высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 в в пределах 135-137 кгс/мм2;

- при температуре отпуска 450°C холодная пластическая деформация стали со степенью 40-60% обеспечивает комплекс механических свойств:

- условный предел текучести высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 пц=170-175 кгс/мм2,

- временное сопротивление высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 в=177-183 кгс/мм2,

- относительное удлинение высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, патент № 2510424 5=7-9%,

- ударную вязкость KCU=3,3-4,9 кгс·м/см2.

Таким образом, полученные экспериментальные данные подтверждают возможность использования заявленной стали для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,18 - 0,24
марганец 1,0 - 1,5
кремний 0,20 - 0,40
сера не более 0,010
фосфор не более 0,015
хром от более 3,00 до 3,20
никель 0,90 - 1,20
молибден 0,50 - 0,70
ванадий 0,10 - 0,20
медь не более 0,25
железо и неизбежные примеси остальное


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2510424

patent-2510424.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22C38/58 с более 1,5 % марганца по массе

Патенты РФ в классе C22C38/58:
термостойкая аустенитная сталь, обладающая стойкостью к растрескиванию при снятии напряжений -  патент 2528606 (20.09.2014)
трубная сталь -  патент 2525874 (20.08.2014)
холоднодеформируемая сталь повышенной прочности и состоящее из нее плоское изделие -  патент 2524027 (27.07.2014)
листовая конструкционная нержавеющая сталь, обладающая превосходной коррозионной устойчивостью в сварном шве, и способ ее производства -  патент 2522065 (10.07.2014)
коррозионностойкая высокопрочная сталь -  патент 2519337 (10.06.2014)
способ получения металлоизделия с заданным структурным состоянием -  патент 2516213 (20.05.2014)
малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь -  патент 2515716 (20.05.2014)
сталь -  патент 2514901 (10.05.2014)
высокопрочная гальванизированная листовая сталь и способ ее изготовления -  патент 2510423 (27.03.2014)
стали со структурой пакетного мартенсита -  патент 2507297 (20.02.2014)

Класс C22C38/46 с ванадием


Наверх