RU2128724C1

RU2128724C1 - Automatic alloy steel

Info

Publication number: RU2128724C1
Application number: RU97114431A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Топорищев; А.Я. Заславский; Н.И. Воробьев; Е.М. Комельков; Е.В. Руднев; В.И. Антонов; В.Н. Яськин; Д.А. Пумпянский; С.Н. Ковалева; А.А. Гусев; В.И. Фалкон; В.А. Широков; Е.К. Шпатов
Original assignee: Открытое акционерное общество Челябинский металлургический комбинат "МЕЧЕЛ"
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: metallurgy and machine building. SUBSTANCE: present invention describes automatic alloy steel which comprises carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, sulfur, phosphorus, iron and bismuth, ratio of components being as follows (wt %): carbon, 0.09-0.15; silicon, 0.17-0.37; manganese, 0.30- 0.60; chromium, 0.40-0.70; nickel, 0.50-0.80; sulfur 0.008-0.035; phosphorus 0.008-0.0035; bismuth 0.12-0.20; and iron, the balance. EFFECT: improved machinability of steel by cutting in metal-working industries and improved ecological situation in metallurgical industry. 11 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированной автоматной стали используемой в металлургии. The invention relates to metallurgy, and in particular to alloy machine steel used in metallurgy.

Известна автоматная сталь (1)Ю содержащая углерод, марганец, серу, висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,06 - 1,0
Марганец - 0,3 - 1,6
Сера - 0,03 - 0,50
Висмут - 0,05 - 0,40
Железо - Остальное
Кроме того в состав стали в качестве примесей может входить кремний не более 0,30%, фосфор не более 0,12%. Микроструктура стали содержит включения сульфида марганца, которые инициируют образование микротрещин, и висмутсодержащие включения, охрупчивающие металл во время механической обработки резанием за счет образования жидкой фазы.Known automatic steel (1) Yu containing carbon, manganese, sulfur, bismuth in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.06 - 1.0
Manganese - 0.3 - 1.6
Sulfur - 0.03 - 0.50
Bismuth - 0.05 - 0.40
Iron - Else
In addition, the composition of the steel as impurities may include silicon not more than 0.30%, phosphorus not more than 0.12%. The microstructure of steel contains inclusions of manganese sulfide, which initiate the formation of microcracks, and bismuth-containing inclusions that embrittle the metal during machining by cutting due to the formation of a liquid phase.

Недостатками известной стали является следующее: при превышении уровня содержания висмута выше предельной растворимости висмута в жидкой стали снижаются механические свойства стали независимо от химического состава, за счет которого они были достигнуты, не указано содержание серы и висмута, при которых достигается регламентированная обрабатываемость стали при сохранении требуемых механических свойств, химический состав стали не обеспечивает механических свойств, требуемых для изготовления деталей со специфическими свойствами. The disadvantages of the known steel are the following: when the bismuth content exceeds the solubility limit of bismuth in liquid steel, the mechanical properties of the steel decrease, regardless of the chemical composition due to which they were achieved, the sulfur and bismuth contents are not specified, at which the regulated workability of the steel is achieved while maintaining the required mechanical properties, the chemical composition of steel does not provide the mechanical properties required for the manufacture of parts with specific properties.

Кроме того, известна легированная свинецсодержащая сталь (2) высокой обрабатываемости резанием АС12ХН, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, свинец при следующем соотношении компонентов, мас%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Свинец - 0,15 - 0,30
Железо - Остальное.In addition, it is known alloyed lead-containing steel (2) with high machinability by cutting AC12XH containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, lead in the following ratio of components, wt%:
Carbon - 0.09 - 0.15
Silicon - 0.17 - 0.37
Manganese - 0.30 - 0.60
Chrome - 0.40 - 0.70
Nickel - 0.50 - 0.80
Lead - 0.15 - 0.30
Iron - The rest.

Сталь используют для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении и машиностроении на станках автоматах и полуавтоматах. Steel is used for the manufacture of critical parts in the automotive and mechanical engineering on machine tools and semi-automatic machines.

Недостатками этой стали являются: невозможность реализовать потенциальную производительность станков автоматов и полуавтоматов, так как свинец - компонент повышающий обрабатываемость стали резанием, исчерпал возможность к дальнейшему повышению обрабатываемости. Сера и фосфор, инициирующие повышение обрабатываемости при их содержании вплоть до предельного, в сочетании со свинцом влияния на обрабатываемость практически не оказывают. Увеличение содержания серы и фосфора сверх предельного невозможно из-за снижения механических свойств стали, что делает сталь непригодной для изготовления деталей, принятых за базовые, выпотевание свинца на поверхность полосы во время прокатки снижает коэффициент трения между полосой и валками, в результате ухудшается захват полосы в валках, а это снижает производительность и безопасность труда при прокатке; токсичность свинца ухудшает экологическую обстановку, что ограничивает производство свинецсодержащей стали и не полно удовлетворяет потребности в металле повышенной обрабатываемости в автомобилестроении и машиностроении. The disadvantages of this steel are: the inability to realize the potential productivity of automatic and semi-automatic machine tools, since lead, a component that increases the machinability of steel by cutting, has exhausted the possibility of further improving machinability. Sulfur and phosphorus, which initiate an increase in workability with their contents up to the limit, in combination with lead, practically do not affect the workability. An increase in the content of sulfur and phosphorus beyond the limit is impossible due to a decrease in the mechanical properties of steel, which makes the steel unsuitable for manufacturing parts that are taken as the base, sweating the lead on the surface of the strip during rolling reduces the friction coefficient between the strip and the rollers, as a result, the capture of the strip in rolls, and this reduces productivity and safety during rolling; lead toxicity worsens the ecological situation, which limits the production of lead-containing steel and does not fully satisfy the need for high-machinability metal in the automotive and mechanical engineering industries.

Данная сталь наиболее близкая по химическому составу, идентичная по механическим свойствам и взята за прототип. This steel is the closest in chemical composition, identical in mechanical properties and taken as a prototype.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, улучшение экологической обстановки в металлургической промышленности. The problem to which the invention is directed, is to increase machinability by cutting in metalworking industries, to improve the environmental situation in the metallurgical industry.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предлагаемая сталь дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное
Преимущество висмута заключается в том, что висмут обладает особым свойством, а именно увеличением объема при переходе из жидкого в твердое состояние. Это свойство позволяет увеличить обрабатываемость стали выше обрабатываемости стали, легированной свинцом, а при регламентации серы и фосфора, инициирующих образование микротрещин и охрупчивающих металл во время обработки резанием, обрабатываемость повышается до 40% и более при сохранении механических свойств присущих идентичной свинецсодержащей стали.The technical solution to the problem is achieved due to the fact that the proposed steel additionally contains bismuth in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.09 - 0.15
Silicon - 0.17 - 0.37
Manganese - 0.30 - 0.60
Chrome - 0.40 - 0.70
Nickel - 0.50 - 0.80
Sulfur - 0.008 - 0.035
Phosphorus - 0.008 - 0.035
Bismuth - 0.12 - 0.20
Iron - Else
The advantage of bismuth is that bismuth has a special property, namely, an increase in volume during the transition from a liquid to a solid state. This property allows to increase the workability of steel above the workability of lead alloyed steel, and when regulating sulfur and phosphorus, which initiate the formation of microcracks and embrittle the metal during cutting, the workability is increased to 40% or more while maintaining the mechanical properties inherent in identical lead-containing steel.

Вторым преимуществом, являющимся следствием особого свойства висмута, гарантируется снижение вплоть до полного устранения, "выпотевание" висмута на поверхность заготовки при прокатке, что улучшает захват полосы валками, устраняет пробуксовку полосы в валках и как следствие повышает производительность и безопасность процесса прокатки. The second advantage, which is a consequence of the special properties of bismuth, is guaranteed reduction until complete elimination, "sweating" of bismuth on the surface of the workpiece during rolling, which improves the capture of the strip by rolls, eliminates slipping of the strip in the rolls and, as a result, increases the productivity and safety of the rolling process.

Следующим преимуществом висмута является то, что висмут, как компонент относительно безвредный (ПДК висмута составляет 0,5 мг/м³, ПДК свинца 0,01 мг/м³ разовая, 0,007 мг/м³ среднеcменная), улучшает экологические условия производства автоматной легированной висмутсодержащей стали.Another advantage of bismuth is that bismuth, as a component, is relatively harmless (bismuth MPC is 0.5 mg / m ³ , lead MPC is 0.01 mg / m ³ one-time, 0.007 mg / m ³ average), improves the environmental conditions for the production of automatic alloyed bismuth-containing steel.

Сущность изобретения - выявление содержания висмута, серы и фосфора, улучшающего обрабатываемость стали до оптимального (максимального) уровня при сохранении механических свойств, присущих идентичной автоматной легированной cвинецcодержащей стали. The essence of the invention is the identification of the content of bismuth, sulfur and phosphorus, which improves the workability of steel to the optimum (maximum) level while maintaining the mechanical properties inherent in an identical automatic alloyed lead-containing steel.

Экспериментально установлено: при содержании серы, фосфора, висмута ниже нижнего предела оптимальная обрабатываемость не достигается, увеличение содержания висмута выше верхнего предела, соответствующего предельной растворимости висмута в жидкой стали, серы или фосфора, приводит к снижению механических свойств стали, при содержании висмута 0,07%, серы и фосфора по 0,008% обрабатываемость стали соответствует обрабатываемости, идентичной свинецсодержащей стали, при содержании висмута 0,12 - 0,20%, серы и фосфора по 0,008 - 0,035% обеспечивается обрабатываемость, на 40% и более превышающая обрабатываемость идентичной свинецседержащей стали при сохранении требуемых механических свойств. Производительность прокатки стали с висмутом на 15 - 20% выше производительности прокатки свинецсодержащей стали, выделение аэрозолей висмута во время выплавки и прокатки стали ниже предельно допустимой концентрации. It has been experimentally established: when the content of sulfur, phosphorus, bismuth is below the lower limit, optimal workability is not achieved, an increase in the bismuth content above the upper limit, corresponding to the ultimate solubility of bismuth in liquid steel, sulfur or phosphorus, leads to a decrease in the mechanical properties of steel, with a bismuth content of 0.07 %, sulfur and phosphorus at 0.008% machinability of steel corresponds to machinability identical to lead-containing steel, with a bismuth content of 0.12 - 0.20%, sulfur and phosphorus at 0.008 - 0.035% is ensured yvaemost, 40% or more identical svinetssederzhaschey exceeds the machinability of steel while maintaining the required mechanical properties. The productivity of rolling steel with bismuth is 15 - 20% higher than the performance of rolling lead-containing steel, the release of aerosols of bismuth during smelting and rolling of steel is below the maximum permissible concentration.

Анализ технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с признаками в заявляемом объекте, и признать их соответствующими критерию "Существенные отличия". The analysis of technical solutions in the studied and related fields allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the signs in the claimed object, and to recognize them as meeting the criterion of "Significant differences".

Опытно-промышленные испытания по резанию легированной висмутсодержащей стали проводили в цехе N 31 МСП ВАЗ на 6-шпиндельных токарно-расточных полуавтоматах при изготовлении деталей, принятых за базовые по критерию интенсивности износа инструмента, характеризуемого количеством изготовленных деталей, приходящихся на 0,1 мм износа инструмента. Pilot tests for cutting alloyed bismuth-containing steel were carried out in workshop No. 31 of VAZ SMEs on 6-spindle turning-boring semiautomatic devices in the manufacture of parts that are accepted as basic according to the criterion of tool wear intensity, characterized by the number of manufactured parts per 0.1 mm tool wear .

За базовую обрабатываемость принята обрабатываемость легированной свинецсодержащей стали АС12ХН по ГОСТу 1414-75. The machinability of alloyed lead-containing steel AC12XH according to GOST 1414-75 is taken as the basic workability.

Оценку экологической обстановки проводили в цехах ОАО "Мечел" ЧМК при выплавке и прокатке предлагаемой стали и стали АС12ХН методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. Производительность прокатки определяли в прокатных цехах этого же предприятия. The environmental situation was assessed at the workshops of Mechel OAO Chelyabinsk Metallurgical Plant during the smelting and rolling of the proposed steel and steel АС12ХН by the method of suctioning samples in places of intense emission of harmful impurities. Rolling performance was determined in the rolling shops of the same enterprise.

Химический состав, механические свойства, производительность, выделение вредных примесей и обрабатываемость приведены в таблицах 1, 2. The chemical composition, mechanical properties, performance, emission of harmful impurities and workability are shown in tables 1, 2.

Пример 1. Выписка из ГОСТа 1414-75 известной стали АС12ХН, взятой за прототип. Приведено выделение аэрозолей свинца при разливке и прокатке. Производительность прокатки и обрабатываемость стали приняты за базовые. Example 1. Extract from GOST 1414-75 known steel AC12XH, taken as a prototype. The release of lead aerosols during casting and rolling is given. Rolling performance and machinability were taken as the base.

Пример 2. Упрочняющих компонентов хрома и марганца ниже нижнего предела. Сталь не соответствует требованиям технических условий. Example 2. The hardening components of chromium and manganese are below the lower limit. Steel does not meet the specifications.

Пример 3. Серы меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной. Example 3. Sulfur is less than the lower limit. Machinability is not optimal.

Пример 4. Серы больше верхнего предела. Ударная вязкость ниже указанной в технических условиях. Сталь непригодна по прямому назначению. Example 4. Sulfur is greater than the upper limit. Impact strength is lower than specified in the technical specifications. Steel is unsuitable for its intended purpose.

Пример 5. Фосфора меньше нижнего предела. Обрабатываемость ниже оптимальной. Example 5. Phosphorus is less than the lower limit. Machinability below optimal.

Пример 6. Фосфора больше верхнего предела. Предел текучести, относительное удлинение ниже требуемых. Сталь непригодна по прямому назначению. Example 6. Phosphorus is greater than the upper limit. Yield strength, elongation below required. Steel is unsuitable for its intended purpose.

Пример 7. Висмута меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной. Example 7. Bismuth is less than the lower limit. Machinability is not optimal.

Пример 8. Висмута больше верхнего предела. Сталь не соответствует техническим условиям. Example 8. Bismuth is greater than the upper limit. Steel does not meet specifications.

Примеры 9-11. Обрабатываемость оптимальная. Сталь соответствует техническим условиям. Производительность прокатки на 18-20% выше, чем стали АС12ХН. Examples 9-11. Machinability is optimal. Steel meets specifications. Rolling performance is 18-20% higher than AC12XH steel.

Таким образом, более высокая обрабатываемость резанием предлагаемой стали при сохранении механических свойств и технологичности производства позволяет рекомендовать ее для промышленного применения. Thus, higher machinability by cutting the proposed steel while maintaining the mechanical properties and manufacturability of production allows us to recommend it for industrial applications.

Claims

Automatic alloy steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, sulfur, phosphorus and iron, characterized in that it additionally contains bismuth in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.09 - 0.15
Silicon - 0.17 - 0.37
Manganese - 0.30 - 0.60
Chrome - 0.40 - 0.70
Nickel - 0.50 - 0.80
Sulfur - 0.008 - 0.035
Phosphorus - 0.008 - 0.035
Bismuth - 0.12 - 0.20
Iron - Else