CZ20014130A3

CZ20014130A3 - Ocel pro kování s vysokou pevností a zalomené hřídele

Info

Publication number: CZ20014130A3
Application number: CZ20014130A
Authority: CZ
Inventors: Yasunori Kagawa; Tomohiro Tsuchiyama
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2002-07-17
Also published as: ES2208030B1; DE10156999A1; CZ298442B6; ES2208030A1; DE10156999B4

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se vztahuje na ocel s vysokou pevností pro kování a pro výrobu zalomených hřídelí (popisovaná v následujícím jako ocel s vysokou pevností pro kování), a je zaměřený především na vysoce pevnou ocel pro výkovky, vyznačující se nízkou cenou (s ohledem na obsah nákladných legujících prvků, především niklu), a vysokou pevností. Taková ocel pro výkovky nachází upotřebení především jako materiál pro výkovky zalomených hřídelů s velkými rozměry pro přenos energie u lodí a podobně. Proto jsou zalomené hřídele z výkovkové oceli o vysoké pevnosti rovněž zahrnuté do předmětu předloženého vynálezu.

Dosavadní stav techniky

Zalomené hřídele pro přenos energie na lodích jsou obvykle vyrobené z chrommolybdenové oceli, značené jako ISO 42CrMo4, ISO 36CrNiMo6 a DIN 32CrMo12. První z uvedených ocelí obsahuje poměrně vysoký obsah C a poměrně malé obsahy Cr a Mo, což má za následek úměrně malou pevnost, ale i relativně nízkou cenu, a proto se používá v případech, kde nároky na zatížení nejsou tak velké. Druhá z uvedených ocelí obsahuje velké množství niklu jako legující přísadu, který ji dodává nejlepší pevnost a houževnatost mezi uvedenými třemi ocelemi, a proto nalézá uplatnění v případech, kdy je zatížení zvlášt vysoké. Třetí ocel vykazuje mezihodnoty jak v ceně, tak i v pevnosti mezi oběma předešlými, a proto nalézá uplatnění v případech, kdy je důležitá především houževnatost.

V nedávných dobách se stalo běžným vyrábět velké zalomené hřídele pro použití na lodích z oceli ISO 36CrNiMo6, která je sice nákladná, ale má vysokou pevnost, aby se vyloučila námořní rizika.

• · •·· ··· • · · · · ·

Shora zmíněná ocel ISO 36CrNiMo6, což je niklchrommolybdenová ocel, má vynikající pevnost a houževnatost, které ji dodává vysoký obsah niklu jako zpevňující přísada, ale je proto cenově nákladnější než jiné výkovkové chrommolybdenové oceli, protože nikl je nákladný legující kov. To omezuje široké využití této oceli.

Podstata vynálezu

Předložený vynález byl vyvinut s ohledem na předcházející skutečnosti. Předmětem předloženého vynálezu bylo vyvinout méně nákladnou, vysoce pevnou ocel pro výkovky, se srovnatelnou nebo lepší pevností, houževnatostí a schopností vytvrzení (což je požadavek nynějších výrobců) než je 36CrNiMo6, a tak připravit pro praktické využití velmi pevnou ocel Ni-Cr-Mo pro kování. Dalším předmětem předloženého vynálezu je výroba zalomených hřídelí ze zmíněné oceli pro kování, charakterizované nízkou cenou, vysokou pevností a houževnatostí a dobrou vytvrditelností.

Hlavním předmětem předloženého vynálezu je ocel s vysokou pevností pro výkovky, obsahující C (0,3 až 0,5 %), Si (0,1 až 0,4 %), Mn (0,7 až 1,5 %), Cr (1,2 až 3,5 %, Mo (0,1 až 0,6 %), Ni (ne více než 0,7 %), a nejméně jeden prvek vybraný ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta (0,03 až 0,35 % celkem), a N (30 až 250 ppm), zatím co zbytek je Fe a nevítané nečistoty, jejíž mikrostrukturu tvoří hlavně bainit a martenzit a která obsahuje N v tuhém roztoku a tolik V, Nb a Ta, aby byla splněna následující podmínka 1.

[Celkový obsah (%) V, Nb a Ta] + 0,001 x [N (ppm) v tuhém roztoku] > 0,068 ... (1) (% značí hmotn. %. Totéž platí i v následujícím).

Ocel s vysokou pevností pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována omezeným obsahem niklu, jak je uvedeno shora, úmyslně přisazeným dusíkem (N) a nejméně jedním prvkem ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta, s takovým obsahem N v tuhém roztoku a celkovým obsahem V, Nb a Ta , aby byl splněm shora uvedený vztah, a s mikrostrukturou složenou převážně z bainitu a martenzitu. Má vysokou mez pevnosti v tahu a dobrou houževnatost s dobrou vytvrditelností a je porovnatelně • · · · • · · · · · cenově výhodná.

Obsah každého prvku byl určen podle dále uvedených a vysvětlovaných zásad. Výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu zachovává svoji charakteristiku bez ohledu na základní složení, pokud obsah niklu, obsah V, Nb a Ta, obsah celkového dusíku a obsah dusíku v tuhém roztoku zachovává shora uvedené podmínky. Výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu musí mít následující základní složení, aby plně zachovala shora uvedené vlastnosti.

C: 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %

Mn: 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %

Cr: 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %

Mo: 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 % se zbytkem, který tvoří převážně železo.

Ocel s velkou pevností pro kování, která má shora uvedené základní složení, obsahuje malé množství Al jako dezoxidační prvek. Al je účinný, pokud jeho množství je vyšší než 0,001 %, ale nemá dodatečný účinek v případě, že jeho obsah je vyšší než 0,040 %. Proto je vhodné obsah Al udržovat pod hranicí 0,040 %. Jiným škodlivým prvkem, který bývá přítomný ve výkovkové oceli, je S, která nepříznivě ovlivňuje houževnatost a únavovou pevnost. Obsah S by měl být vhodně udržován pod hranicí 0,006 %.

Navíc je výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu charakterizována hodnotou Dl ne menší než 30 mm. (Hodnota Dl je kritický průměr ocelového výrobku, jehož střední část vykazuje 50 % martenzitické tvrdost po zakalení do vody). Takové charakteristické vlastnosti činí výkovkovou ocel zvlášt vhodnou pro výrobu zalomených lodních hřídelů o velkých rozměrech. Předložený vynález proto zahrnuje zalomené hřídele, především takové s velkými rozměry, vyrobené kováním ze shora uvedené výkovkové oceli.

S ohledem na uvedené problémy vynaložili vynálezci velké úsilí na vývoj takové výkovkové oceli, která by byla méně nákladná, ale která by měla porovnatelnou • · pevnost a houževnatost jako „ISO 36CrNiMo6“, která je známá jako výkovková ocel NiCr-Mo s velkou pevností. Nová výkovková ocel obsahuje menší množství niklu jako legující přísadu, aby se snížily náklady a aby se zachovala dobrá vytvrditelnost důležitá pro výrobu velkých výkovků s vysokou pevností. Výsledkem vývoje je shora uvedená výkovková ocel, obsahující ne více než 0,7 % niklu jako zpevňující přísadu, dodávající vysokou pevnost a houževnatost ve spojení s přísadou nejméně jednoho prvku, vybraného ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta a s velmi malým obsahu dusíku tak, aby celkový obsah V, Nb a Ta a množství dusíku, rozpuštěného v tuhém roztoku uspokojoval shora uvedenou podmínku 1. Tím se kompenzuje snížení pevnosti v důsledku sníženého obsahu niklu. Ocel pro kování rovněž vykazuje velmi dobrou vytvrditelnost. Tento objev vedl k předloženému vynálezu.

Oceli Cr-Mo pro kování obecně vyžadují přítomnost niklu, aby měly vysokou pevnost a houževnatost a zvýšenou schopnost vytvrzení. Naneštěstí je nikl tak nákladnou přísadou, že zvyšuje náklady na ocel nad cenu požadovanou uživatelem, pokud je jeho obsah vyšší. Předložený vynález tedy popisuje novou ocel s porovnatelnou pevností a vytvrditelnost! v porovnání s běžnou výkovkovou ocelí Ni-Cr-Mo, i když má minimální obsah niklu. Pro snížení nákladů je obsah niklu udržován nižší než 0,7 %, výhodněji nižší než 0,5 % a nejvýhodněji nižší než 0,3 %.

Snížení obsahu niklu snižuje mez pevnosti, houževnatost a vytvrditelnost, způsobené niklem, a proto taková výsledná ocel není spotřebiteli požadována. Vynálezci předloženého vynálezu důkladně přezkoušeli možnosti, jak nahradit nedostatečné vlastnosti způsobené sníženým obsahem niklu dodáním jiných prvků, a tím vyvinuli novou ocel ke kování, která splňuje spotřebitelské požadavky jak v ohledu na cenu, tak i v ohledu na požadované vlastnosti. Zjistili, že tento požadavek je možno splnit, když k oceli Cr-Mo pro kování se sníženým obsahem niklu přidají nejméně jeden prvek vybraný ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta a dusík (který byl dosud posuzován jako škodlivý stopový prvek) v takovém množství, aby obsah V, Nb a Ta a množství dusíku rozpuštěného v tuhém roztoku uspokojil shora uvedený požadavek 1.

Pro dosažení praktického účinku u oceli pro kování je důležité, aby obsah niklu • · · • ···

nepřevyšoval 0,7 %, obsah nejméně jednoho prvku ze skupiny V, Nb a Ta byl od 0,03 %, výhodněji od 0,045 %, až do 0,35 %, nejvýhodněji 0,15 % a obsah dusíku byl od 30 ppm, výhodněji od 40 ppm, do 250 ppm, nejvýhodněji 100 ppm. Konečně je důležité, aby celkový obsah V, Nb a Ta a obsah dusíku, rozpuštěného v tuhém roztoku, uspokojoval shora uvedený požadavek 1.

Pokud je celkový obsah V, Nb a Ta a obsah dusíku náhodně mimo shora specifikovaný rozsah a požadavky podle 1 nejsou splněny, nemá výsledná výkovková ocel vysokou pevnost a houževnatost a dobrou vytvrditelnost, jak to předpokládá předložený vynález.

Vynálezci předloženého vynálezu nepodávají vysvětlení příčiny, proč ocel pro výkovky s nízkým obsahem niklu tak význačně zvyšuje mez pevnosti a houževnatosti za přítomnosti takového celkového obsahu V, Nb a Ta a dusíku obsaženého v tuhém roztoku, aby se splnil požadavek podle 1. Možný důvod je, že dusík sloučený s V, Nb a Ta vytváří nitridy a rozpuštěný dusík samotný je příčinou účinného zvýšení meze pevnosti. Protože prvky zvyšující pevnost, jaké představují V, Nb a Ta, jsou velmi drahé, je ekonomicky výhodné je pro zvýšení pevnosti přidávat v malém množství ve spojení s nenákladným dusíkem, rozpuštěném v tuhém roztoku.

Účinné zvýšení pevností se objeví jen tehdy, když prvky zvyšující pevnost a dusík jsou přidány do oceli Cr-Mo pro kování, obsahující ne více než 0,7 % Ni. Tento účinek se neobjeví, pokud jsou přidány do výkovkové oceli vysoké třídy, obsahující více než 0,7 % Ni.

Ocel pro kování podle předloženého vynálezu je založena na oceli Cr-Mo pro kování, neobsahující více než 0,7 % Ni. Při přilegování jednoho nebo více prvků zvyšujících mez pevnosti (V, Nb, Ta) a dusíku tak, aby celkový obsah V, Nb a Ta a celkový obsah dusíku rozpuštěného a nerozpuštěného v tuhém roztoku a dusík celkový vyhovoval shora uvedenému požadavku 1, získá se požadovaná ocel pro kování, která je co do meze pevnosti, houževnatosti a vytvrditelnosti porovnatelná s poměrně nenákladnou výkovkovou ocelí Cr-Mo vyšší třídy s vysokým obsahem niklu.

• ···

Jak bylo uvedeno shora, ocel pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována omezeným obsahem niklu. Je dále charakterizována obsahem nejméně jednoho druhu z prvků V, Nb a Ta a dusíkem (a dusíkem rozpuštěným v tuhém roztoku) ve specifickém množství. Výkovková ocel není specificky omezována v základním složení. Pro přípravu oceli pro kování s vlastnostmi podle předloženého vynálezu, tj. s pevností, houževnatostí a vytvrditelností, vhodné pro výrobu zalomených hřídelů a pod., je možno použít ocel Cr-Mo pro kování s následujícím základním složením:

C: 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %

Si: 0,1 až 0,4 %, výhodněji 0,15 až 0,4 %

Mn: 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %

Cr: 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %

Mo: 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 %.

Obsah každého shora vyjmenovaného prvku byl stanoven na základě důvodů, které jsou vysvětlovány v následujícím.

C: 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %.

Uhlík podmiňuje vytvrditelnost stejně jako pevnost. Pro největší účinnost musí být uhlík přítomen v množství od 0,3 %, výhodněji 0,36% nebo více a nejvýhodněji 0,38 % nebo více. Uhlík v přebytku má však negativní účinek na houževnatost a vyvolává invertní segregaci ve tvaru V. Proto je vhodná horní mez obsahu uhlíku 0,5 % nebo méně, výhodněji 0,45 % nebo méně a nejvýhodněji 0,42 % nebo méně.

Si: 0,1 až 0,4 %, výhodněji 0,15 až 0,4 %.

Křemík přispívá k pevnosti. Pro největší účinek by měl být obsah křemíku v množství od 0,1 % nebo více, výhodněji 0,15 % nebo více a nejvýhodněji 0,20 % nebo více. Naopak však křemík v nadměrném množství podporuje tvoření invertní segregace ve tvaru V, jejíž výsledkem je malá čistota ingotů. Proto by horní mez obsahu křemíku neměla překročit 0,4 % nebo méně a výhodněji 0,3 % nebo méně.

····

Μη: 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %.

Mangan přispívá k vytvrzování stejně jako k pevnosti. Pro největší účinek by měl být přítomen v množství 0,7 % nebo více, 0,8 % nebo více a nejvýhodněji 0,9 % nebo více. Přebytek obsahu manganu však podporuje vznik invertní segregace ve tvaru V. Proto by měla být horní mez obsahu manganu 1,5 % nebo méně, výhodněji 1,2 % nebo méně a nejvýhodněji 1,1 % nebo méně.

Cr: 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %,

Chrom podporuje houževnatost stejně jako pevnost. Pro největší účinek by měl být obsah chrómu 1,2 % nebo více, výhodněji 1,5 % nebo více a nejvýhodněji 1,75 % nebo více. Naopak však chrom v nadměrném množství podporuje tvoření invertní segregace ve tvaru V, jejímž výsledkem je malá čistota ingotů. Proto by horní mez obsahu chrómu měla být 3,5 % nebo méně, výhodněji 2,5 % nebo méně.

Mo: 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 %.

Molybden podporuje pevnost, houževnatost a vytvrditeinost. Pro největší účinek by měl být molybden přítomný v množství 0,1 % nebo více, výhodněji 0,15 % nebo více a nejvýhodněji 0,20 % nebo více. Molybden je však náchylný k mikrosegregaci (normální segregace), vzhledem kjeho malému rozdělovacímu koeficientu. Proto je vhodná horní mez obsahu molybdenu 0,6 % nebo méně, výhodněji 0,35 nebo méně a nejvýhodněji 0,30 % nebo méně.

Ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu má dříve uvedené základní složení, ve kterém je základem Fe. Nepochybně obsahuje i stopová množství nežádoucích nečistot, nebo může případně obsahovat jiné prvky, které jsou neškodné pro účinek podle předloženého vynálezu. Příklady takových doplňkových prvků zahrnují B (který přispívá k vytvrditelnosti), Ti (přispívající k desoxidaci) a Ca, Mg, Ce, Zr a Te (kontrolující formu MnS). Mohou být použity samostatně nebo v kombinaci každý s každým. Jejich celkové množství by mělo být menší než asi 0,03 %.

Navíc k dříve uvedenému základnímu složení ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu obsahuje hliník jako jednu z nevítaných nečistot. Hliník (jako desoxidující

• ···· ·9 • •9 > 9 • ·♦♦ 9 9 · 9 9 9 9 ° · · 9 9 • •9999 99 činidlo) se přidává ke snížení obsahu kyslíku v oceli pro výkovky. Pro dobrý účinek ve snížení obsahu kyslíku by měl být hliník přítomen v množství asi 0,001 % nebo více. Hliník přítomný v přebytku však váže dusík a vytváří AIN (a zamezuje tím zvýšení meze pevnosti v důsledku přísady N a V), a rovněž se slučuje s řadou dalších prvků a vytváří nekovové vměstky a intermetalické sloučeniny (a tím negativně ovlivňuje houževnatost). Proto by maximální obsah hliníku měl být 0,10 % nebo méně, výhodněji 0,04 % nebo méně. Pro zamezení vzniku AIN je z hlediska zvýšení meze pevnosti důležité přilegování V a pod. a dusíkem. Pokud je obsah dusíku velmi nízký, jmenovitě asi 0,001 %, množství vytvořeného AIN je malé a zpevňující účinek se vyvolá, i když obsah dusíku je asi 30 ppm. Pokud je však obsah hliníku vysoký, jmenovitě asi 0,03 %, vytvoří se značné množství AIN a v důsledku toho je vhodné zvýšit obsah dusíku jen na asi 250 ppm nebo zvětšit obsah V a atd., aby se získal požadovaný účinek navýšení pevnosti, jak je požadováno.

Jiným znečisťujícím prvkem je síra, která pochází ze sulfidů obsažených v koksu pro výrobu železa. Síra v oceli vytváří sulfidy (jako je MnS), které ruší únavovou charakteristiku. K zamezení podobných potíží je nezbytné zachovávat obsah síry pod 0,006 %, výhodněji pod 0,005 %.

Ocel pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována tím, že má dříve uvedené základní složení a její mikrostrukturu tvoří hlavně bainit a martenzit. Nedosáhne však tak vysokou pevnost jak se předpokládá podle předloženého vynálezu, pokud lomovou plochu tvoří více než 10 % feritu a perlitu. Termín „složená hlavně z bainitu a martenzitu“ značí, že výřez struktury, který může být rozlišen pod optickým mikroskopem tvoří většinou bainit a martenzit a oblast lomové plochy bainitu a martenzitu je menší než 10 %. Nešťastnou náhodou neexistuje spolehlivý způsob kvantitativního stanovení množství bainitu a martenzitu v lomové ploše. Nicméně je možné empiricky rozlišit mikrostrukturu složenou hlavně z bainitu a martenzitu na strukturních fotografiích.

Mikrostrukturu složenou především z bainitu a martenzitu je možno docílit u oceli se shora uvedeným chemickým složením, pokud ocel je tepelně zpracovaná průměrnou * · ·· ·

• ,· · · · · »· ··» ·· ·>ι· ochlazovací rychlostí asi 0,5 °C až 100 °C/min. z rozsahu teplot 870 °C až 500 °C.

Ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu má chemické složení, jak bylo shora uvedeno. V důsledku omezeného obsahu niklu (méně než 0,7 %), vykazuje vysokou mez pevnosti bez přísady význačného množství legujících přísad vzhledem k přítomnosti nejméně jednoho prvku z V, Nb a Ta a dusíku, které jsou přisazovány ve specifickém množství. Je výhodná svou schopností vytvrzení, jak ukazuje vysoká hodnota Dl i nad 30 mm (i 32 mm) podle Jominiho zkoušky. (Hodnota Dl je kritický průměr středu k získání tvrdosti v důsledku vytvoření 50 % martenzitu po zakalení do vody). Z toho důvodu je ocel velmi vhodná pro výkovky, které jsou po kování kaleny, tedy pro výrobu zalomených hřídelů, především hřídelů s velkými rozměry pro použití na lodích.

Vzhledem k význačné vytvrditelnosti, kterou označuje hodnota Dl, ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu je obzvláště výhodná pro výkovky s velikou hmotou, jakou mají zalomené hřídele o průměru 150 až 1000 mm, u kterých se vyžaduje po zakalení velká pevnost jak ve středu, tak i na povrchu.

Neexistují žádná význačná omezení pro výrobu při zpracování oceli pro kování podle předloženého vynálezu. Výroba se může uskutečnit litím po smíchání požadovaných složek ve vysokofrekvenční indukční peci, elektrické peci nebo konvertoru. Smíchání složek následuje odplynění ve vakuu. Lití může být uskutečněno odlitím ingotů pro velké výkovky nebo kontinuálním litím pro malé výkovky. Podle předloženého vynálezu je však nezbytná přísná kontrola obsahu dusíku přítomného ve výkovkové oceli. Vhodným způsobem dodržení tohoto požadavku je přísada surových materiálů do roztavené oceli, které obsahují dusík ve formě nitridu, jako nitridu manganu a nitridu chrómu, nebo vháněním dusíku do roztaveného kovu. Za odpovídajících podmínek je naopak možné snížit obsah dusíku vakuovým odplyněním.

Ocel pro kování podle předloženého vynálezu může být tvarována na zalomený hřídel a pod. jakýmkoliv způsobem, který není čímkoliv ovlivněn. Obvyklý způsob zahrnuje následující kroky:

• » • 9 «9 » » ♦ 9 • 9 * * · » • · ··

• · 9 · • · · • * ··· · • Výroba ocelí požadovaného složení v elektrické peci nebo podobným způsobem.

. Odstranění znečisťujících prvků (jako je síra) a plynných složek (jako je kyslík) vakuovým čistěním.

• Zhotovení ingotu.

• Ohřev ingotu a kování ohřátého ingotu.

• Mezikontrola, opětný ohřev a vykování do potřebného tvaru zalomeného hřídele.

• Homogenizace ohřevem a vytvrzení kalením.

• Konečné opracování.

Vykování tvaru požadovaného zalomeného hřídele může být provedeno buď volným kováním nebo R-R (nebo T-R) kováním. Při volném kování se vytvoří ramena zalomeného hřídele a hřídelové klikové čepy v jednoduchém bloku, který se následně dokončí do potřebného tvaru hřídele plynovým řezem a strojním opracováním. Kování R-R (nebo T-R) se vykoná tak, že osy ingotu souhlasí s hlavní osou hřídele. Výhoda tohoto kovacího způsobu je v tom, že středová část znečistěná segregacemi se stane středovou částí zalomeného hřídele. Proto má výsledný zalomený hřídel čistý povrch a tím i lepší charakteristiku pevnosti a houževnatosti.

Vzhledem k vysoké pevnosti a nízké ceně je ocel pro kování podle předloženého vynálezu vhodná pro jakékoliv i jiné výkovky než pro zalomené hřídele, jako jsou spojovací hřídele a šroubové hřídele pro lodě, vestavené, resp. výkyvné hřídele a rovněž duté předměty, u kterých se nevyžaduje svařování.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 a 2 představují grafické znázornění vztahu mezi obsahem niklu a mezí pevnosti v tahu a vztah mezi pevností v tahu a obsahem dusíku u zkušebních ocelí. Tyto grafy byly vypracovány na základě dat uvedených v tab. 1 a 2. Z obr. 1 je zřejmé, že maximální zvýšení pevnosti se dosáhne vnesením dusíku a jakéhokoliv množství V, Nb a Ta při obsahu 0,7 % niklu v oceli nebo méně. Z obrázku 2 je patrno, že nejúčinnější obsah dusíku je množství 30 ppm nebo více, výhodněji 40 ppm nebo více a nejvýhodněji 50 ppm nebo více. Dále je patrné, že účinek dusíku klesá, pokud jeho

množství přesahuje 60 až 70 ppm. To dokazuje, že přebytek dusíku (zvláště v množství nad 100 ppm) nemá žádný účinek ve smyslu zvýšení pevnosti, ale zvětšuje obsah nitridů se záporným účinkem na houževnatost. Proto by měl být obsah dusíku menší než 100 ppm, výhodněji menší než 80 ppm.

Obr. 3 představuje grafické znázornění hodnot Dl u zkušebních a porovnávacích příkladů. Tento obrázek ukazuje porovnání vlivu hodnoty Dl u vzorků a porovnávacích vzorků. Z obrázku je zřejmé, že zkušební vzorky výkovkové oceli mají vyšší hodnoty Dl a tím i lepší vytvrditelnost než porovnávací vzorky.

Obr. 4 představuje grafické znázornění závislosti meze pevnosti v tahu na obsahu V v oceli a na obsahu N v tuhém roztoku. Je patrné, že vzorky obsahující V a dusík podle požadavku dříve uvedeného vztahu 1 mají vyšší pevnost. Podle obrázku je zřejmé, že pokud celkový obsah V, Nb a Ta je vyšší než 0,068 %, výkovková ocel má dostatečnou pevnost, když je množství dusíku rozpuštěného v tuhém roztoku prakticky nulové.

Obr. 5 představuje grafické znázornění způsobu stanovení obsahu dusíku v tuhém roztoku.

Průmyslová využitelnost

Jak bylo uvedeno shora, předložený vynález je směrován na novou ocel Ni-Cr-Mo pro výkovky, která je nenákladná a přece vykazuje vysokou využitelnost. Výkovkovou ocel charakterizuje kontrolovaný nízký obsah niklu (za účelem snížení nákladů) a vysoká pevnost v důsledku přítomnosti přidaných stopových množství V, Nb a Ta. Ocel pro výkovky má rovněž výbornou vytvrditelnost, která ji činí vhodnou k použití pro výrobky s velkými rozměry, zvláště pro velké zalomené lodní hřídele.

Tabulka 1

Chemické složení (hmotn. %) |

N v tuhém roztoku (ppm)

•

LO CM

34 I

*3- OJ

V“ co

25 I

OJ

CO

σ>

05

o

0

-

0

CM

θε

I 20 I

θε

52

N (ppm)

37

40

45

38

42

39

⁴³

29

²⁴

28

co

O)

r--

r-

00

CT)

45

50

58

59

<

0,003

0,004

0,003

0,004

co o o o

0,004

0,005

0,009

0,006

0,007

0,003

0,003 !

0,003

0,006

0,003

0,002

Ta

o

0

o

0

o

0

Nb

o

0

>

0,081

0,053

0,054

0,056

| 0,056

0,055

0,054

I 0,052 I

I 0,056 I

I 0,053

0,055

[ 0,060

0,050

0,060

I 0,060

0

0,048

0,054

0,055

Mo

0,22

0,25

0,26

0,25

0,25 I

0,25 |

0,25 I

0,26 I

I 0,25 I

0,26

0,26 i

I 0,24

0,28

0,37

| 0,26

I 0,96

I 0,24

| 0,23

0,24

Ó

1,49 I

1,95 |

1,97 |

2,48

2,45 I

2,44 I

i 2,94 I

11,92 |

Η,98 I

I 1,97 I

I 1,99 I

L I·³⁷ I

I 2,19 I

I 2,22

I 2,48

| 1,96

I 1,96

00 cn

ž

LO

0,21 I

0,20 I

L 0,20

0,19 I

0,20 |

I 0,20 I

o

I 0,50 I

I 0,20

0

I 0,20

I 0,19

0 CM θ'

0,20

w

0,003 |

I 0,003 I

0,003 |

| 0,003 I

| 0,0031

| 0,003 |

| 0,003 I

| 0,0021

[ 0,003!

| 0,0021

| 0,002

OJ 0 0 0

| 0,002 j

| 0,003

| 0,0031

0,004

Mn

0,62 |

1,04 |

1,05 |

1,04 |

1,05 |

I 1,05 I

f 0,97 )

r·* CD

I 0,77

f 0,79 )

I 0,78 j

I 0,80

I 0,94

| 0,95

| 0,97

0“

| 1,03

I 1-02 J

1,04

w

0,24 |

0,23 |

0,24 |

0,23 |

0,24 |

i O·³⁴!

0,10 ]

0,26 |

CCT

I 0,13 I

I 0,12η

I 0,13 ]

| 0,27 I

I 0,27η

I 0,26

I 0,24 j

I 0,24η

I 0,25 η

0,24

o

0,35 |

0,40 |

0,32 |

0,40 I

0,36 |

i 0,40 I

I 0,39 I

0,38 |

I 0,37 I

I 0,40 I

I 0,38 I

| 0,40 j

| 0,39 |

I 0,39 I

I 0,38 I

| 0,39 |

f 0,39 |

0,40 |

I 0,42

| Porovnávací příklad 1 |

| Příklad 1 |

| Příklad 2 |

| Příklad 3 |

I Příklad 4 |

| Příklad 5 j

I Příklad 6 |

| Porovnávací příklad 2 |

I Porovnávací příklad 3 |

I Porovnávací příklad 4 |

I Porovnávací příklad 5 |

I Porovnávací příklad 6 |

| Porovnávací příklad 7 |

| Porovnávací příklad 8 |

I Porovnávací příklad 9

I Porovnávací příklad 10

| Porovnávací příklad 11

| Příklad 7

I Příklad 8 |

| Příklad 9

Tabulka 2

Chemické složení (hmotn. %) |

N v tuhém roztoku (ppm)

23 |

1

5

23 |

35 |

l 43 |

CM CM

0

co

I 27 I

w

to

σ>

r-

0

I™

I |

00

CM v

N (ppm)

00

50 |

co

25 ]

| 09

40 I

T™ L0

⁵⁵ I

( 57 j

CD

00

I 50

| 114

00

89 I

| 54

CM

I 104

t“

I 59

47

<

0,003 I

0,003 |

0,003 I

0,004 I

0,003 I

0,020 |

l 0,005 |

| 0,005

I 0,006

•M· O O

I 0,036

I 0,014

I 0,017

I 0,025

| 0,003

I 0,003

0,002

Ta

o

0

O

0

o

0

CM O cf

0

_Q

o

0

O

0,03

>

0,050 I

0,051 |

o co o o“

0,025 I

0,015 |

l 0,016 I

[ 0,055 I

I 0,056 I

| 0,077 !

| 0,049 !

00 Μ^- O 0

I 0,048 I

I 0,055

I 0,097

I 0,110

I 0,049

I 0,070

I 0,047

00 0 0

I 0,051

0,043

o 2

0,25 |

0,24 |

0,22 I

0,23 I

0,24 I

0,26 I

0,24 l

0-21

! 0,26

! 0,25

| 0,24

r- CM 0

I 0,23

I 0,25

I 0,24

I 0,25

I 0,23

I 0,31

0,28

O

1,98 I

1,99 I

1,50 I

to

L98

I 2,48 |

I 1,99 |

I 1,50 I

L 1,46 |

I 1,96 |

L 1,97 |

I 96'L |

I 1.97 I

| 2,02

I 1,93

| 2,01

CO

I 1,52

CM O cm

N. CD

řž

0,75 |

co >- o

1,52 I

1,53 |

,0,21 I

I ^θ’^1θ l

I 0,20 I

L 0,21 I

I 0,19

| 0,19

I 0,21

I 0,20

| 0,21

I 0,19

I 0,20

I 0,19

L1,⁵²

I 0,20

w

0,003 |

0,002 |

0,002)

0,002 l

( 0,002!

l 0,003

| 0,003

| 0,004

! 0,003

| 0,003

! 0,002

| 0,003

! 0,002

! 0,003

Mn

| 86‘0

1,02 |

0,60 |

0,63 |

, 0,99 I

| 86Ό |

I 0,75 I

I 1,03 I

| 6s'o j

I 1,03 |

I 1,04 I

I 1,03 |

r- <0 v—

1“ σ>

| 1,05

0

| 1,02

I 1,06

| 0,63

0

w

0,23 |

0,24 |

0,25 |

0,26 |

0,24 |

I 0,23 I

0,25 |

I 0,24 I

! 0,22 |

i 0,25 |

I 0,23 I

I 0,24 !

| 0,26

I θ,27

| 0,24

I 0,25

I 0,23

I 0,25

I 0,23

CM o

O

0,40 |

0,39 |

0,36 |

0,37 |

00 co o'

| 0,34 I

I 0,39η

I 0,41 |

I 0,35 |

| 0,39 !

I 0,39 |

I 0,39 ]

| 0,40 ]

1 0,40 !

I 0,39

| 0,38

T^- o

I 0,38

| 0,36

I 0,41

| 0,40

I Porovnávací příklad 12]

I Porovnávací příklad 13 |

| Porovnávací příklad 14 ]

| Porovnávací příklad 15 |

| Porovnávací příklad 16 |

I Porovnávací příklad 17 |

I Příklad 10

| Příklad 11 ]

I Porovnávací příklad 18

| Porovnávací příklad 19 ]

| Porovnávací příklad 20

| Příklad 12

| Příklad 13 I

| Příklad 14

| Příklad 15

| Porovnávací příklad 21

| Příklad 16

| Příklad 17

| Porovnávací příklad 22

| Příklad 18

| Příklad 19

· β · • ··

Tabuka 3

	0,2 % mez kluzu (MPa)	Napětí v tahu (MPa)	Prodloužení (%)	Zúžení (%)	Nárazová práce (J)	Hodnota Dl (mm)
Porovnávací příklad 1	803,6	947,4	18,6	65,7	72,9	27
Příklad 1	764,4	915,3	18,7	67,2	64,2	30
Příklad 2	806,5	963,3	18,4	67,4	58,3	32
Příklad 3	769,3	817,3	20,0	70,2	60,2	34
Příklad 4	762,4	919,2	17,7	67,6	48,7	38
Příklad 5	760,5	909,4	20,0	71,2	55,1	41
Příklad 6	772,2	934,9	19,4	69,5	48,1	44
Porovnávací příklad 2	720,3	886,9	20,1	70,6	106,4	27
Porovnávací příklad 3	720,3	885,9	20,1	70,6	75,6	25
Porovnávací příklad 4	699,7	872,2	17,8	69,4	42,7	23
Porovnávací příklad 5	705,6	887,9	18,7	66,7	42,2	22
Porovnávací příklad 6	723,2	898,7	19,9	68,2	67,7	27
Porovnávací příklad 7	711,2	896,7	19,3	69,8	54,4	27
Porovnávací příklad 8	685,0	874,0	20,3	68,7	79,0	29
Porovnávací příklad 9	705,0	898,0	19,5	66,2	73,0	30
Porovnávací příklad 10	677,0	873,0	20,3	68,5	81,3	31
Porovnávací příklad 11	702,6	888,9	19,3	63,9	39,2	24
Příklad 7	775,0	935,0	19,6	66,2	53,9	32
Příklad 8	825,0	989,0	12,7	64,6	46,3	32
Příklad 9	819,0	979,0	18,6	65,2	36,5	33

• 4

4444

Tabuka 4

	0,2 % mez kluzu (MPa)	Napětí v tahu (MPa)	Prodloužení (%)	Zúžení (%)	Nárazová práce (J)	Hodnota Dl (mm)
Porovnávací příklad 12	774	935	18,9	68,4	72,0	-
Porovnávací příklad 13	770	930	19,1	68,6	74,0	-
Porovnávací příklad 14	800	942	19,0	66,0	71,9	28
Porovnávací příklad 15	788	930	18,8	65,8	77,0	29
Porovnávací příklad 16	740	901	18,6	67,7	55,3	31
Porovnávací příklad 17	728	878	2,0	68,9	56,3	-
Příklad 10	791	946,5	18,7	67,9	60,5	-
Příklad 11	801	952	18,6	66,2	49,6	--
Porovnávací příklad 18	779	928	18,1	65,0	47,3	25
Porovnávací příklad 19	722	900	19,7	68,6	94,0	-
Porovnávací příklad 20	724	904	19,5	67,2	75,0	-
Příklad 12	775	935	19,6	66,2	54,0	32
Příklad 13	805	959	18,9	66,8	87,5	33
Příklad 14	803	966	17,7	66,0	64,0	33
Příklad 15	790	945	21,4	682	103,5	32
Porovnávací příklad 21	718	902	20,5	67,6	115,8	30
Příklad 16	775	924	19,1	65,2	83,0	33
Příklad 17	84	992	16,3	62,7	37,7	32
Porovnávací příklad 22	809	951	18,1	62,8	82,7	32
Příklad 18	783	930	17,2	62,1	45,0	29
Příklad 19	806	954	176	64,1	12,0	32

Poznámka: -: neměřeno

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Ocel pro kování s vysokou pevností, vyznačující se tím, že obsahuje:

C: 0,3 až 0,5 hmotn. %

Si: 0,1 až 0,4 hmotn. %

Mn: 0,7 až 1,5 hmotn. %

Cr: 1,2 až 3,5 hmotn. %

Mo: 0,1 až 0,6 hmotn. %

Ni: ne více než 0,7 hmotn. % nejméně jeden prvek vybraný ze skupiny zahrnující C, Nb a Ta: 0,03 až 0,35 hmotn. % celkem, a N: 30 až 250 ppm, zbytek je železo a nežádoucí nečistoty, a zmíněná ocel pro kování má mikrostrukturu složenou hlavně z bainitu a martenzitu a obsahuje N v tuhém roztoku a tolik V, Nb a Ta, aby byla splněna podmínka vyjádřená následujícím výrazem 1:

[Celkem (hmotn. %) V, Nb a Ta] + 0,001 x [N (ppm) v tuhém roztoku ] > 0,068...(1)
2. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 1 vyznačující se tím, že obsah každé složky je specifikováno následovně:

C: 0,36 až 0,45 hmotn. %

Si: 0,15 až 0,4 hmotn. %

Mn: 0,8 až 1,2 hmotn. %

Cr: 1,5 až 3,0 hmotn. %

Mo: 0,15 až 0,35 hmotn. %

V: 0,35 až 0,17 hmotn. %
3. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje:

Al: 0,001 až 0,10 hmotn. %.

3. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje:

Al: 0,001 až 0,10 hmotn. %.
4. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 1, vyznačující se tím, že neobsahuje více než 0,006 hmotn. % síry.
5. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 1, vyznačující se tím, že její hodnota Dl je menší než 30 mm, při čemž hodnota Dl je kritický průměr výrobku z oceli, jejíž centrální část obsahuje 50 % martenzitické tvrdosti po zakalení do vody.
6. Ocel pro kování s vysokou pevností podle kteréhokoliv nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že se použije pro výrobu zalomených hřídelů velkých rozměrů pro použití v lodích.
7. Ocel pro kování s vysokou pevností podle nároku 6, vyznačující se tím, že se použije pro výrobu zalomených hřídelů velkých rozměrů pro použití v lodích.
8. Zalomený hřídel vyrobený kováním z oceli pro kování s vysokou pevností, vyznačující se tím, že byl vyroben z materiálu podle kteréhokoliv nároku 1 až 5.
9. Zalomený hřídel podle nároku 8, představující zalomený hřídel velkého rozměru, vyznačující se tím, že je určen pro použití v lodích.