RU2001965C1 - Хладостойка лита сталь - Google Patents
Хладостойка лита стальInfo
- Publication number
- RU2001965C1 RU2001965C1 SU5026719A RU2001965C1 RU 2001965 C1 RU2001965 C1 RU 2001965C1 SU 5026719 A SU5026719 A SU 5026719A RU 2001965 C1 RU2001965 C1 RU 2001965C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- titanium
- aluminum
- boron
- cold
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к металлургии, в частности к хладостойкой литой стали, и может быть использовано дл изготовлени литых деталей машин , работающих при циклических нагрузках и низких температурах Цепь - повышение сопротивлени хрупкому разрушению при циклических нагрузках и отрицательных температурах Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас%. углерод 0,1000 - 0.160; кремний 0,3000 - 0,700, марганец 0,8000 - 1200; хром 0,1000 - 0,800, никель 0,1000 - 0,800, медь 0,1000 - 0,500, алюминий 0,0300 - 0,060, барий 0,0010 - 0,005; титан 0,0050 - 0,025; бор 0,0005 - 0,002; кальций 0,0010 - 0,002, железо остальное, при этом суммарное содержание алюмини и титана составл ет 0,04 - 0,08. а отношение суммарного содержани алюмини и титана к содержанию бора в пределах от 40 до 80. 2 табл
Description
Изобретение относитс к металлургии, в частности касаетс хладостойкой литой стали, и может быть использовано, например , дл изготовлени литых деталей машин , работающих при циклических нагрузках и низких температурах.
В насто щее врем очень остро стоит проблема разработки сталей дл изготовлени литых деталей, работающих в услови х циклического нагружени при низких тем- пературах.
Известна сталь, содержаща углерод, кремний, марганец, хром, медь, алюминий, барий, кальций, железо, титан, бор, а также магний, при следующем соотношении ком- понентов, мас.%;
Углерод0,15-50
Марганец0,60-1,50
Кремний0,170-0,60
Алюминий0.0050-0.10
Титан0,0050-0,050
Бор0,0008-0.004
Кальций0,0008-0,007
Хром0.20-0,80
Барий0,0008-0,006
Медь0.05-2,0
Магний0.0001-0,005
ЖелезоОстальное
Эта сталь имеет механические эксплуатационные свойства, позвол ющие приме- н ть ее дл бурильных труб и в машиностроении.
Так, абразивна износостойкость стали составл ет 16-22 х
(5 40-48 %;# 69-84%.
Однако, сталь имеет недостаточно высокую ударную в зкость, в частности, при
СП ° р
низких температурах, (KCV , 0,7 МДж/м2) и соответственно понижен- ную хладостойкость.
Указанные свойства не позвол ют изготовл ть из указанной стали литые детали дл работы в услови х циклического нагружени при низких температурах.
Наиболее близкой к за вл емой стали по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс хладостойка лита сталь 1, содержаща компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод 0.0400-0,160 Марганец 0.7000-1,60 Кремний 0,2000-0,70 Хром 0,100-0,80 Никель 0,030-0,30 Медь 0,0300-0,30 Алюминий 0,0200-0.055 Кальций 0,0005-0,010 Ванадий 0,04-0,250 Азот 0,005-0,030
Барий0,001-0.010
Цирконий0,0005-0,030
ЖелезоОстальное
Эта сталь примен етс дл изготовлени литых деталей, работающих при низких температурах (порог хладноломкости (Tso) стали, определ емый по наличию в изломе ударных образцов 50% волокнистой составл ющей , достигает - 33°С).
Критический коэффициент интенсивности напр жений (Kic), определ ющий склонность стали к хрупкому разрушению и описывающий поле напр жений в вершине трещины в момент начала ее развити , дл этой стали достигает 42 МПа М .
Определ емые при испытани х стали на многоцикловую усталость эффективный коэффициент концентрации напр жений (К о) и коэффициент чувствительности к концентраторам напр жений (q) составл ют дл этой стали соответственно 1,84-1,90 и 0,38-0.42.
Энергоемкость разрушени (КСТ), определ ема на ударных образцах с предварительно нанесенной усталостной трещиной, у этой стали составл ет 93-105 Дж/см2.
Таким образом, механические свойства этой известной стали позвол ют примен ть ее дл изготовлени литых деталей, работающих при низких температурах и высоких нагрузках, но недостаточно эффективно. Это затрудн ет использование стали дл массового производства таких деталей.
В основу насто щего изобретени положена задача разработать такой состав стали , котора обладала бы повышенным сопротивлением хрупкому разрушению при циклических нагрузках и низких температурах. Задача решена тем, что хладостойка лита сталь, содержаща углерод, марганец , кремний, хром, никель, медь, алюминий , барий, кальций, железо, согласно изобретению, дополнительно содержит титан и бор при следующем соотношении компонентов , мас.%:
Углерод0,1000-0.160
Кремний0,3000-0,700
Марганец0.8000-Т.200
Хром0.1000-0,800
Никель0,1000-0.800
Медь0.1000-0.500
Алюминий0,0300-0.060
Барий0.0010-0,005
Титан0,0050-0.025
Бор0,0005-0.002
Кальций0,0010-0,020
ЖелезоОстальное,
при этом суммарное содержание алюмини и титана составл ет 0.04-0,08 мае. %, а отношение суммарного содержани алюмини и титана к содержанию бора в пределах от 40 до 80. Снижение указанных соотношений ниже нижнего предела неэффективно а увеличение выше верхнего предела нарушает равновесное соотношение между титаном , алюминием и бором - сильными нитридообразующими элементами, наход щимис в структуре стали в виде кэрбонит- ридов (титан), оксидов (алюминий) и в твердом растворе (алюминий и бор). Указанное нарушение равновеси приводит к образованию крупных нитридов бора, нитридои алюмини и сульфидов титана, располагающихс по границам зорен и снижающих пластические и в зкио свойства материала, а следовательно,сопротивление хрупкому разрушению и хладостойкое ь.
Введение в за вл емую сталь титана и бора при одновременном концентрационном ограничении алюмини , титана и бора обусловлено следующим.
Бор, вл сь поверхностно-активным элементом, подавл ет ликвацию серы и позвол ет удалить ее с границ зерен и, благодар этому, повысить межзеренную прочность, что обуславливает повышение технологических (снижение гор чих трещин ) и механических свойств. Кроме того. бор в количестве 0.0005-0,002 мас.% значительно повышает прокаливаемость стали и уменьшает величину зерна. Этот эффект усиливают легирующие элементы, вход щие в состав предлагаемой стали в указанных пределах.
Легирование бором выше 0.002 мас.% приводит к образованию крупных нитридов бора, а ниже 0.0005 мас.% неэффективно.
Титан необходим в стали дл предотвращени образовани нитридов бора, наличие которых снижает прокаливаемость и хладостойкость стали. Использование только алюмини с той же целью недостаточно. так как нитриды алюмини образуютс при температуре ниже 1250°С. а нитриды титана образуютс в жидкой стали. Наличие титана в стали при соблюдении указанных концентрационных соотношений повышает прочность, уменьшает величину зерна и соответственно хладостойкость и ударную в зкость, улучшает свариваемость. Кальций совместно с барием усиливает воздействие титана.
Применение титана в количестве 0,005 мас.% неэффективно, а более 0.025 мас.% приводит к образованию крупных нитридов , сульфидов титана, снижающих пластические и в зкие свойства.
Наиболее высокий уровень сопротивлени хрупкому разрушению и хладостойкосги стали достигаетс в случае если суммарна концентраци алюмини и титана составл ет 0,04-0,08 %, а ее отношение к концентрации бора находитс в пределах 40-80 При этом содержание кальци должно быть 0.001-0,020 %. При концентрации кальци менее 0,001 % заметно снижаетс сопротивление хрупкому разрушению и хладостойкость , а увеличение содержани 0 кальци более 0,020 % не приводит к дальнейшему увеличению указанных параметров .
Изменение содержани в стали хрома и меди, при оптимальном соотношении кон- 5 центрации других легирующих элементов (и однгпремегмсм искпючении из состава стали молибдена и ванади ) также способствует решению поставленной задачи, обеспечива повышение долговечности и 0 жсплуатационнои надежности литых деталей из предлагаемого материала, в частности , при работе в услови х циклических нагрузок и низких температур.
Таким образом, введение в сталь титана 5 и бора при за вл емом соотношении компонентов и одновременных ограничени х по соотношению концентраций титана, алюмини и бора позвол ет повысить надежность и долговечность изготавливаемых из нее де- 0 галей за счет более высокого уровн сопро- тивлени хрупкому разрушению и хладостойкости, что св зано с образованием мелкодисперсных карбонигридов титана , измельчением зерна при 5 одновременном рафинировании границ зерен и благопри тном изменении морфологии неметаллических включений. При невыполнении услооий, указанных выше, не будет достигнута поставленна цель. 0Из источников информации известно,
что титан и бор уже нашли применение при разработке новых сталей. Например, титан использован при создании хладостойкой стали, обладающей повышенной стойко- 5 стью против возникновени трещин при сварке (сталь содержит 0,08-0,13 % С. 1,0- 1,6 % Мп. 0,2-1,0% SI, 0,03-0,1 °/ AI, 0,002- 0,01 % Са. О 02-0.08 % It)
Известна также сталь, содержаща ком- 0 поненты. в том числе титан и бор. при следующем соотношении, мас.%
Углерод0.70 0,90
КремнийС, 350- ).9Г
МарганецО.ПО 1,20
5Никель1 0 1 50
Хром1,80 2.40
Молибден0.60 0,90
Ванадий0,000-0,120
Алюминий0.0 0.0°О
Кальций0015 О 080
0,002-0,010
0,002-0.004
0,100-0,180
0,070-0,120
0,050-0,120
Остальное
Сталь рекомендуетс использовать дл изготовлени валков-оправок станов поперечно-винтовой холодной прокатки, то есть в деформированном виде, и она имеет низкую ударную в зкость KCV б° с 0,406- 0,435 кДж/м2.
Таким образом, известные стали не обеспечивают решение задачи, решаемой предлагаемым изобретением.
При изучении уровн техники не было обнаружено хладостойких литых сталей, имеющих предлагаемую композицию компонентов .
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что за вл ема сталь обладает новизной и кроме того, предлагаемое изобретение удовлетвор ет критерию Изобретательский уровень, так как предлагаемое решение задачи дл специалиста не следует вным образом на уровне техники .
Предлагаема по изобретению сталь выплавлена в электродуговых печах емкостью 12 т с основной футеровкой. В качестве шихтовой заготовки использовали армко- желедо и отходы низкоуглеродистых сталей. Легирующие элементы и раскислители вводили в виде стандартных ферросплавов, а также в виде лигатуры, содержащей кремний , кальций, барий, титан и бор. Введение всех элементов осуществл ли из расчета остаточного их содержани на верхнем, среднем и нижнем уровн х химического состава, Ограничени по содержанию каждого из элементов св заны с комплексным вли нием на свойства стали легирующей системы в целом и каждого элемента в отдельности, экономическими соображени ми и были установлены экспериментальным путем.
Механические свойства вариантов предлагаемой стали, химический состав которых приведен в табл.1, определ ли на образцах , вырезанных из треф по ГОСТ 977-88. Режим термической обработки - нормализаци при 930°С с выдержкой 1 час.
Дл определени эффективности коэффициента концентрации напр жений (Ко) и коэффициента чувствительности к концентраторам напр жений (q) проводили испыта- ни на многоцикловую усталость. Испытани проводили на образцах круглого профил по ГОСТ 2860-65 по схеме чистого
изгиба симметриичным циклом на машине МУИ-6000 на базе 107 циклов с частотой 2700 цикл-мин.
Энергоемкость разрушени (КСТ) определ ли на ударных образцах с предварительно нанесенной усталостной трещиной по ГОСТ 9454-78. Порог хладноломкости (Tso) определ ли по наличию в изломе ударных образцов 50 % в зкой составл ющей.
0 Дл вы влени склонности стали к хрупкому разрушению определ ли критический коэффициент интенсивности напр жений, характеризующей работоспособность детали с трещиной (например, с трещиной уста5 лости).
Испытани дл определени критического коэффициента интенсивности напр жений проводили на испытательной машине Истрон согласно ГОСТ 7855-68 и
0 9651-73. Испытывались образцы на внецен- тренное раст жение с усталостной трещиной
Как видно из табл. 2, у предлагаемой стали по сравнению с известной на 20-40 %
5 повышаетс критический коэффициент концентрации напр жений (К|С), на 10- 20% снижаетс эффективный коэффициент концентрации напр жений (Ку), на 14-23%
уменьшаетс коэффициент чувствительно- 0 Сти к концентраторам напр жений (q). По сравнению со сталью-прототипом у предлагаемой стали на 15-20% увеличиваетс энергоемкость разрушени образца с усталостной трещиной (КСТ). Порог хладнолом- 5 кости (Tso) снижаетс от минус 30°С (у известной) до минус 47°С (у стали предлагаемого состава).
Такое улучшение свойств стали достигаетс за счет уменьшени величины зерна до 0 9-ю баллов (сталь-прототип 7-8 баллов), повышени дисперсности карбонитридов в 3-4 раза, снижени количества неметаллических включений на границах зерен с 71.6% (сталь по прототипу) до 24,3 %.
Предлагаема сталь имеет следующие механические свойства:
f/e 580-630 МПа. Ob2 470-540 МПа, 6 25-32 %,
0 V 55-65 %, К 40-60 Дж/см2.
Технико-экономическа эффективность предлагаемого изобретени состоит в следующем:
5
1) использование за вл емой стали дл т желонагруженных деталей, работающих при низких климатических температурах, взамен известной стали позволит на 10- 15% снизить металлоемкость деталей ма5
шин, повысить их надежность и долговечность;
2) более высокий уровень сопротивлени хрупкому разрушению и хладостойко- сти предлагаемой стали по сравнению с примен емыми позвол ет решить проблему материалов дл новых машин с повышенным комплексом технических характеристик,
За вл ема хладостойка сталь в промышленных услови х может быть получена в электродуговых печах. При этом должны быть обеспечены оптимальные услови разливки жидкой стали.
Основной экономический эффект ожидаетс при внедрении стали в серийное про
изводство, Экономический эффект может быть получен за счет снижени металлоемкости литых деталей, а также за счет повышени эксплуатационной надежности и долговечности изделий.
Кроме того, использование за вл емой стали позволит экономить дефицитные и дорогосто щие ванадий и молибден, что обеспечит дополнительный экономический эффект.
(56) Авторское свидетельство СССР № 998573.кл. С 22 С 38/50. 1983.
15
Химический состав сталей
Т а б л и ц а 1
Примечание:
+ выполнение условий, - невыполнение условий.
Продолжение табл. 1
Результаты испытаний предлагаемой cfann
Приведены средние значени четырех измерений + выполнение условий;
-невыполнение условий.
Таблиц а 2
Claims (1)
- Формула изобретениХЛАДОСТОЙКАЯ ЛИТАЯ СТАЛЬ. содержаща углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, барий, кальций, железо, отличающа с тем, что она дополнительно содержит титан и бор при следующем соотношении компонентов , мае. %:Углерод0,1000-0,160Кремний0,3000 - 0,700Марганец0,8000-1,200Хром0,1000-0,800Никель0,1000-0,800МедьАлюминийБарийТитанБорКальцийЖелезо0.1000-0.500 0,0300 - 0.060 0,0010 - 0.005 0.0050 - 0,025 0,0005 - 0,002 0.0010 - 0.020 Остальное.при этом суммарное содержание алюмини и титана составл ет 0,04 - 0,08, а отношение суммарного содержани алюмини и титана к содержанию бора находитс в пределах 40 - 80.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5026719 RU2001965C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Хладостойка лита сталь |
PCT/RU1993/000031 WO1993016208A1 (en) | 1992-02-14 | 1993-02-05 | Cold-resistant cast steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5026719 RU2001965C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Хладостойка лита сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001965C1 true RU2001965C1 (ru) | 1993-10-30 |
Family
ID=21596593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5026719 RU2001965C1 (ru) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | Хладостойка лита сталь |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2001965C1 (ru) |
WO (1) | WO1993016208A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467089C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Низколегированная литейная сталь |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6144121A (ja) * | 1984-08-09 | 1986-03-03 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 高強度、高靭性圧力容器用鋼の製造方法 |
GB8603500D0 (en) * | 1986-02-13 | 1986-03-19 | Hunting Oilfield Services Ltd | Steel alloys |
-
1992
- 1992-02-14 RU SU5026719 patent/RU2001965C1/ru active
-
1993
- 1993-02-05 WO PCT/RU1993/000031 patent/WO1993016208A1/ru active Search and Examination
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1993016208A1 (en) | 1993-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2633153C (en) | Steel for springs, process of manufacture for spring using this steel, and spring made from such steel | |
EP1384794B1 (en) | Spheroidal cast iron particulary for piston rings and method for its production | |
EP0949340B1 (en) | Steel having excellent outer surface scc resistance for pipeline | |
JP2956324B2 (ja) | 加工性および転動疲労性に優れた軸受用鋼 | |
EP0643148A1 (en) | Steel material for induction-hardened shaft part and shaft part made therefrom | |
RU2679679C1 (ru) | Литая хладостойкая сталь | |
JP3432950B2 (ja) | 冷間加工性と捩り疲労強度特性を兼備した高周波焼入れ軸部品用鋼材 | |
RU2001965C1 (ru) | Хладостойка лита сталь | |
US4282047A (en) | Method of producing steel pipe material for oil well | |
RU2606825C1 (ru) | Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) | |
Rizov | Some results from the investigation of effects of heat treatment on properties of ni-hard cast irons | |
Craig et al. | The role of nickel in the sulfide stress cracking of low-alloy steels | |
RU2085610C1 (ru) | Феррито-перлитная литейная сталь | |
Vaško et al. | Static and dynamic mechanical properties of nodular cast irons | |
CN111500941A (zh) | 一种基于组织调控的抗hic管道用钢及其制备方法 | |
Takita et al. | Effect of retained austenite on properties of austempered ductile iron | |
JPS58171558A (ja) | 機械部品用強靭窒化用鋼 | |
SU1700090A1 (ru) | Лита износостойка сталь | |
RU2009264C1 (ru) | Сталь | |
JPS59129756A (ja) | 駆動軸クロスピン用高強度浸炭焼入用鋼 | |
SU1076488A1 (ru) | Немагнитна сталь | |
RU2026408C1 (ru) | Сталь | |
EP0003208A1 (en) | Silicon alloyed steel | |
RU2002849C1 (ru) | Сталь | |
RU2016127C1 (ru) | Сталь |