Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СТАЛЬ
СТАЛЬ

СТАЛЬ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к термоулучшаемой хладостойкой стали, применяемой для изготовления конструкций горнодобывающей техники, работающей в условиях Крайнего Севера. С целью повышения предела выносливости в сочетании с хорошей свариваемостью сталь дополнительно содержит вольфрам, алюминий, цирконий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,09 - 0,14; кремний 0,25 - 0,50; марганец 0,60 - 1,0; хром 0,20 - 0,5; никель 1,0 - 1,5; молибден 0,20 - 0,3; медь 0,20 - 0,5; ванадий 0,04 - 0,1; вольфрам 0,005 - 0,01; алюминий 0,015 - 0,035; цирконий 0,002 - 0,012; азот 0,005 - 0,015; железо остальное. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2016129
Класс(ы) патента: C22C38/50
Номер заявки: 5007835/02
Дата подачи заявки: 22.07.1991
Дата публикации: 15.07.1994
Заявитель(и): Акционерное общество "Ижорские заводы"
Автор(ы): Лебедев В.В.; Белороссова А.С.; Ивкина И.Б.; Пославский А.В.; Борисов В.И.; Хазак В.И.; Зарина Ж.А.; Орестов А.М.; Ривкин С.И.; Ионов В.А.; Литвак В.А.; Штейнцайг В.М.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Ижорские заводы"
Описание изобретения: Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к термоулучшаемым хладостойким свариваемым сталям, применяемым для изготовления конструкций горнодобывающей техники, работающей в условиях Крайнего Севера.
Известна вязкая хладостойкая сталь типа 14NiMn6 (стандарт ФРГ, DIN 17.280, содержащая следующие элементы, %: углерод 0,18 кремний 0,35 марганец 1,50 никель 1,70 ванадий 0,05 железо остальное
Недостатком этой стали является то, что данная сталь не обеспечивает необходимого уровня свойств при температуре минус 70оС.
Широко известна применяемая в экскаваторостроении сталь ИЗ-6 (17СНМД) ТУ 108.11.938-87, содержащая следующие элементы, мас.%: углерод 0,15-0,19 кремний 0,30-0,70 марганец 0,70-0,90 никель 0,90-1,30 молибден 0,17-0,25 медь 0,70-1,0 хром не более 0,30 ванадий 0,03 -0,04 (по расчету) титан 0,03-0,04 (по расчету) железо остальное
Данная сталь сваривается в толщинах до 70 мм, при этом температура предварительного подогрева составляет 250оС.
Однако, данная сталь имеет низкие значения предела выносливости σ1 = 24.4 кг/мм2.
Целью данного изобретения является создание термоулучшаемой хладостойкой стали с температурой предварительного подогрева, не превышающей температуру подогрева для стали ИЗ-6 (250оС) и с существенно большим пределом выносливости (31,7-84,0 кг/мм2) вместо 24,6 кг/мм2.
Указанная цель достигается введением в известную сталь новых легирующих элементов вольфрама, алюминия, циркония, азота, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,09-0,14 кремний 0,25-0,50 марганец 0,60-1,00 хром 0,20-0,50 никель 1,00-1,50 молибден 0,20-0,30 медь 0,20-0,50 ванадий 0,04-0,10 алюминий 0,015-0,035 цирконий 0,002-0,012 вольфрам 0,005-0,010 азот 0,005-0,015 железо остальное
Введение углерода в количестве 0,09% выбрано из необходимости обеспечения закаливаемости и прокаливаемости стали в толщинах до 70 мм и достаточно высокого уровня предела выносливости для работы в условиях минусовых температур и знакопеpеменных нагрузок. Верхний предел углерода 0,14% принят из условий обеспечения свариваемости и максимального уровня предела выносливости (при содержании углерода 0,14% после закалки 920 " отпуск 630-640оС предел выносливости составляет 31 кг/мм2), а также достижения необходимой температуры подогрева при сварке.
Нижний предел содержания кремния 0,25% принят для обеспечения минимальной прокаливаемости и достаточной раскисленности металла. Увеличение содержания кремния до 0,50% обеспечивает довольно высокий уровень прочностных свойств, способствует смягчению зональной и зерноограниченной сегрегаций (в том числе углерода), вследствие чего повышается устойчивость аустенита, а, следовательно, прокаливаемость стали. Введение кремния в пределах от 0,25 до 0,50% обеспечивает возможность получения низкого порога хладоломкости в стали и необходимой температуры подогрева при сварке.
Марганец в количестве 0,60% выбран из необходимости обеспечения требуемой прокаливаемости и получения необходимого уровня предела выносливости стали.
Максимальное содержание марганца 1,0% выбрано с условием обеспечения температуры хладостойкости стали и соответственно низкой температуры подогрева при сварке (150оС вместо 190оС у прототипа).
Хром ухудшает свариваемость стали, увеличивая ее закаливаемость, этим ограничено максимальное его содержание в стали 0,50%. Минимальное содержание хрома 0,2% выбрано для обеспечения необходимых структурных составляющих, обеспечивающих высокий уровень предела выносливости и прокаливаемости стали.
Никель, как легирующий элемент, повышает сопротивление хрупкому разрушению, повышает пластичность и вязкость, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладоломкости, а также повышает прокаливаемость стали за счет более высокой устойчивости аустенита, которая усиливается в присутствии хрома. Минимальное количество никеля 1,00% обеспечивает минимальную прокаливаемость стали снижение порога хладоломкости, а максимальное количество 1,50% - более глубокую прокаливаемость, свариваемость стали, повышает предел выносливости и обеспечивает необходимую темпеpатуру подогрева при сварке.
Молибден в сочетании с другими легирующими элементами повышает прочностные характеристики стали. Введение минимального содержания молибдена 0,20% выбрано из условия обеспечения высокой прокаливаемости стали и уменьшения склонности к отпускной хрупкости стали. Максимальное содержание молибдена 0,30% повышает отпускоустойчивость стали, обеспечивает сквозную прокаливаемость и хорошую свариваемость стали.
Введение 0,2% меди увеличивает коррозионную устойчивость материала, повышая его долговечность. Введение в сталь меди в количестве 0,50% повышает прочностные характеристики стали и предел выносливости, а следовательно срок службы деталей за счет дисперсионного твердения материала, так как медь, находясь в пересыщенном состоянии в твердом растворе с α -железом, упрочняет его на дислокационном уровне. Введение 0,20% меди снижает критическую скорость закалки, увеличивая прокаливаемость стали, содержание 0,5% меди в металле уменьшает подкаливаемость в зоне термического влияния при сварке. Сочетание никеля и меди в указанных количествах позволяет избежать трещинообразования в процессе сварки деталей.
Введение ванадия ограничено количеством 0,04-0,10% в связи с образованием ванадием с углеродом труднорастворимых карбидов ванадия, что обедняет твердый раствор углеродом, снижая устойчивость аустенита, и, как следствие, уменьшается прокаливаемость стали.
Введение алюминия в количестве 0,015% улучшает раскисленность стали. Содержание в стали алюминия в количестве 0,035% обеспечивает достаточную прокаливаемость металла и удовлетворительную проработку структуры, что обеспечивает высокий уровень прочностных свойств, а частности, усталостную прочность.
Цирконий, как и ванадий, образует в стали труднорастворимые карбиды и действие его аналогично, поэтому введение циркония ограничено пределами 0,02-0,012%.
Введение вольфрама в количеств 0,005% существенно замедляет распад переохлажденного аустенита и повышает прокаливаемость. Введение вольфрама свыше 0,012% вызывает образование труднорастворимых карбидов, что охрупчивает сталь и ухудшает ее свариваемость.
Азот в стали в количестве 0,005% присутствует в твердом растворе в качестве микролегирующей добавки, что повышает прокаливаемость и механические свойства - ударную вязкость и предел выносливости.
Верхний предел азота ограничен 0,015% в связи с образованием в стали нитридов алюминия и хрома, в результате чего происходит обеднение твердого раствора легирующими элементами и вызывает снижение прокаливаемости, и требует более высоких температур подогрева при сварке.
Для получения стали предлагаемого состава были проведены опытные плавки по шести указанным в таблице химическим составам. Сталь выплавлялась в индукционной электропечи.
При выплавке применялись ферросплавы следующих марок: ферросилиций по ГОСТ 1415-78 марки ФС-45; марганец металлический по ГОСТ 6008-75; феррохром по ГОСТ 4757-79 марки ФХО50А; ферромолибден по ГОСТ 4759-79 марки ФМО52; никель по ГОСТ 849-70; ферротитан по ГОСТ 4761-80 марки ФТ и 40А; феррованадий по ТУ 14-5-98-78 марки ФВД35А; медь по ГОСТ 85 978; ферроалюминоцирконий по ТУ-14-5-40-40-74 марки АУр-1; ферровольфрам по ГОСТ 17293-82 марки ФВ-70.
Ферросплавы кремния, марганца, ванадия применялись в дробленном виде с фракцией 5-50 мм. Слитки разливались в изложницы по 50 кг.
Химический состав и свойства известной и предлагаемой сталей приведены в таблице.
Как следует из таблицы предлагаемая сталь превосходит известную по пределу выносливости в 1,5 раза и требует меньшей температуры подогрева при сварке. Плавка, содержащая легирующие элементы ниже нижнего предела легирования, имеет достаточно высокий предел выносливости (выше, чем у известной стали на 5,4 кгс/мм2) и низкую температуру подогрева при сварке. Однако, при данном содержании - 0,20% - 0, 58% и - 0,013% сталь будет недораскисленной и могут создаться условия появления пор, как в основном металле, так и в сварном шве. Плавка, выплавленная по химическому составу с превышением верхнего предела легирования, требует высокой температуры подогрева при сварке (выше, чем у известной).
Технико-экономический эффект выражается в повышении долговечности и улучшении технологии изготовления сварных конструкций за счет уменьшения температуры подогрева при сварке.
Формула изобретения: СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, ванадий, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения предела выносливости в сочетании с хорошей свариваемостью, она дополнительно содержит вольфрам, алюминий, цирконий, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,09 - 0,14
Кремний 0,25 - 0,50
Марганец 0,60 - 1,00
Хром 0,20 - 0,50
Никель 1,00 - 1,50
Молибден 0,20 - 0,30
Медь 0,20 - 0,50
Ванадий 0,04 - 0,10
Алюминий 0,015 - 0,035
Цирконий 0,002 - 0,012
Вольфрам 0,005 - 0,010
Азот 0,005 - 0,15
Железо Остальное