RU2203344C2

RU2203344C2 - Casting steel

Info

Publication number: RU2203344C2
Application number: RU2001108609A
Authority: RU
Inventors: В.А. Чащинов; К.П. Камышина; Ю.Н. Петров; Г.А. Зарубин; Л.К. Цыганко; Г.А. Шандыба; В.Т. Соколов; В.И. Томаш; В.К. Широков; А.А. Хлудов; В.А. Кононов; В.Е. Хая
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2003-04-27

Abstract

FIELD: metallurgy of casting steels used in shipbuilding for manufacture of massive units working under action of static and dynamic loads. SUBSTANCE: steel possesses enhanced toughness, ductility and cracking resistance in solidifying and resistance to brittle failure. Casting steel contains the following components, mass-%: carbon, 0.17-0.22; silicon, 0.17-0.37; manganese, 0.40-0.70; nickel, 3.20-4.50; copper, 0.70-1.00; molybdenum, 0.38-0.50, chromium, 0.3-0.4, the remainder being iron. Content of sulfur and phosphorus shall not exceed 0.025% each or 0.04% in sum. Said steel after heat treatment has the following characteristics: yield point, no less than 610 MPa; ultimate strength, 700 MPa; relative elongation, 20% ; relative reduction, 50%; impact work at temperature of 0 C is 100 J. EFFECT: enhanced ductility, toughness and cracking resistance. 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к области металлургии литейных сталей судового и общемашиностроительного назначения, содержащих углерод, марганец, кремний, никель, медь, хром, молибден. The present invention relates to the field of metallurgy of foundry steels for ship and general engineering purposes containing carbon, manganese, silicon, nickel, copper, chromium, molybdenum.

В настоящее время для изготовления литых деталей (стеллажей холодильника под блюмсы, стрелок для стапельных поездов, штамповой оснастки и др.), работающих под действием статических и динамических нагрузок, к которым предъявляются требования по прочности и вязкости, применяются конструкционные нелегированные стали марок 25Л, 35Л, 45Л. At present, for the manufacture of cast parts (shelves for refrigerators for blooms, arrows for slipways trains, die tooling, etc.), operating under the action of static and dynamic loads, which are required for strength and toughness, structural unalloyed steel grades 25L, 35L are used , 45L.

Указанные стали, обладая невысокими характеристиками прочности и вязкости, не обеспечивают требуемую надежность и долговечность деталей при эксплуатации. These steels, having low strength and toughness characteristics, do not provide the required reliability and durability of parts during operation.

Наиболее близкой по требуемым механическим свойствам к заявляемой стали является сталь марки 12ДН2ФЛ по ГОСТ 977-88, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,08-0,16
Марганец - 0,4-0,9
Кремний - 0,2-0,4
Никель - 1,8-2,2
Медь - 1,2-1,5
Ванадий - 0,08-0,15
Хром - до 0,3
Железо - Остальное
Фосфор и сера - До 0,035 каждого
Указанная сталь обладает высокими характеристиками прочности (σ_0,2≥580 МПа, σ_в≥725 МПа).Closest to the required mechanical properties of the claimed steel is steel grade 12DN2FL according to GOST 977-88, containing, wt.%:
Carbon - 0.08-0.16
Manganese - 0.4-0.9
Silicon - 0.2-0.4
Nickel - 1.8-2.2
Copper - 1.2-1.5
Vanadium - 0.08-0.15
Chrome - up to 0.3
Iron - Else
Phosphorus and Sulfur - Up to 0.035 each
The specified steel has high strength characteristics (σ _0.2 ≥580 MPa, σ _in ≥725 MPa).

Однако имеет ряд недостатков:
- обладает недостаточно высокими характеристиками вязкости и пластичности (KV^o≥39 Дж, δ₅≥12%), что приводит к снижению долговечности изделий, работающих под воздействием ударных нагрузок и при отрицательных температурах;
- имеет пониженную жидкотекучесть, а также склонна к образованию горячих и холодных трещин, являющихся концентраторами напряжений, вызывающих разрушение деталей при эксплуатации.However, it has several disadvantages:
- has not enough high viscosity and ductility characteristics (KV ^o ≥39 J, δ ₅ ≥12%), which leads to a decrease in the durability of products working under the influence of shock loads and at low temperatures;
- has a low fluidity, and is also prone to the formation of hot and cold cracks, which are stress concentrators that cause the destruction of parts during operation.

Целью настоящего изобретения является создание литейной стали, обладающей достаточной прочностью и повышенной вязкостью, хорошей жидкотекучестью и высокой трещиноустойчивостью при изготовлении отливок, а также высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению. The aim of the present invention is to provide casting steel with sufficient strength and high viscosity, good fluidity and high crack resistance in the manufacture of castings, as well as high resistance to brittle fracture.

Одним из способов повышения вязкости и снижения склонности литейной стали перлитного класса к хрупким разрушениям является обеспечение мелкодисперсной феррито-перлитной структуры, что достигается легированием марганцовистых сталей никелем и снижением содержания вредных примесей. One way to increase the viscosity and reduce the tendency of pearlite cast steel to brittle fracture is to provide a finely dispersed ferrite-pearlite structure, which is achieved by alloying manganese steels with nickel and reducing the content of harmful impurities.

На основании проведенных работ установлено, что поставленная цель достигается за счет повышения в марганценикелевой стали содержания углерода, никеля, ограничения содержания кремния и меди, исключения из состава ванадия и дополнительного введения молибдена, а также снижения содержания вредных примесей серы и фосфора. Based on the work performed, it was found that the goal is achieved by increasing the content of carbon, nickel in manganese-nickel steel, limiting the content of silicon and copper, eliminating vanadium from the composition and adding molybdenum, as well as reducing the content of harmful impurities of sulfur and phosphorus.

Предлагается сталь, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,17-0,22
Кремний - 0,17-0,37
Марганец - 0,40-0,70
Никель - 3,20-4,50
Медь - 0,70-1,00
Молибден - 0,38-0,50
Хром - 0,3-0,4
Железо - Остальное
Сталь может содержать примеси, мас.%: сера - не более 0,025; фосфор - не более 0,025.It is proposed steel containing, wt.%:
Carbon - 0.17-0.22
Silicon - 0.17-0.37
Manganese - 0.40-0.70
Nickel - 3.20-4.50
Copper - 0.70-1.00
Molybdenum - 0.38-0.50
Chrome - 0.3-0.4
Iron - Else
Steel may contain impurities, wt.%: Sulfur - not more than 0,025; phosphorus - not more than 0.025.

Условное обозначение стали - 20Н3ДМЛ. The symbol for steel is 20N3DML.

Предлагаемая сталь исследовалась на металле 5 промышленных плавок и 5 лабораторных по следующим характеристикам:
- механические свойства проверены на 3 промышленных и 5 лабораторных плавках;
- оценка сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженных температурах проводилась на 3 промышленных и 5 лабораторных плавках;
- определение трещиноустойчивости при затвердевании и охлаждении металла в форме и жидкотекучести при заливке металла проводилось на 3 лабораторных плавках.The proposed steel was studied on metal of 5 industrial heats and 5 laboratory heats according to the following characteristics:
- mechanical properties tested on 3 industrial and 5 laboratory swimming trunks;
- assessment of resistance to brittle fracture at low temperatures was carried out on 3 industrial and 5 laboratory swimming trunks;
- determination of crack resistance during solidification and cooling of the metal in the mold and fluidity when pouring the metal was carried out on 3 laboratory swimming trunks.

Для сравнения исследовались механические свойства, сопротивляемость хрупкому разрушению при пониженных температурах и литейные характеристики известной стали-прототипа (табл. 1). For comparison, we studied the mechanical properties, resistance to brittle fracture at low temperatures, and casting characteristics of the known prototype steel (Table 1).

Определение механических свойств и сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженной температуре (Т_к) проводились по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, литейные свойства - по методике Санкт-Петербургского государственного технического университета.The determination of mechanical properties and resistance to brittle fracture at low temperature (T _c ) was carried out according to GOST 1497-84, GOST 9454-78, foundry properties - according to the methodology of St. Petersburg State Technical University.

По сравнению с известной сталью-прототипом предлагаемая сталь обладает следующими преимуществами:
1. Высокой вязкостью при одинаковом уровне прочности, достигаемой за счет повышения в стали содержания никеля (до 3,2-4,5%) и снижения содержания меди (до 0,7-1,00%), серы и фосфора (до 0,025%).Compared with the known prototype steel, the proposed steel has the following advantages:
1. High viscosity with the same level of strength achieved by increasing the content of nickel in steel (up to 3.2-4.5%) and lowering the content of copper (up to 0.7-1.00%), sulfur and phosphorus (up to 0.025 %).

Повышение содержания никеля укрупняет структуру стали при первичной кристаллизации, но благодаря своему влиянию на понижение температуры и скорости превращения аустенита способствует резкому измельчению структуры при вторичной кристаллизации, что обеспечивает наибольшую дисперсность элементов структуры (ферритокарбидной смеси-сорбита), обладающей повышенной вязкостью. Ограничение в стали содержания меди до 1% снижает склонность к дисперсионному твердению, что способствует повышению вязкости металла. An increase in the nickel content enlarges the steel structure during primary crystallization, but due to its effect on lowering the temperature and the rate of transformation of austenite, it contributes to a sharp refinement of the structure during secondary crystallization, which ensures the highest dispersion of structural elements (ferritocarbide-sorbitol mixture), which has an increased viscosity. Limiting the copper content in steel to 1% reduces the tendency to dispersion hardening, which contributes to an increase in the viscosity of the metal.

Снижение содержания серы и фосфора уменьшает количество неметаллических включений, располагающихся по границам зерен, что повышает межкристаллическую прочность, пластичность и вязкость металла. The decrease in the content of sulfur and phosphorus reduces the number of non-metallic inclusions located at the grain boundaries, which increases the intercrystalline strength, ductility and viscosity of the metal.

2. Хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает равномерность свойств по сечению массивных отливок и высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при пониженных температурах благодаря повышенному содержанию никеля и введению молибдена, снижающего склонность стали к отпускной хрупкости. 2. Good hardenability, which ensures uniform cross-sectional properties of massive castings and high resistance to brittle fracture at low temperatures due to the increased nickel content and the introduction of molybdenum, which reduces the tendency of steel to temper brittleness.

3. Более высокой трещиноустойчивостью в процессе затвердевания за счет снижения содержания серы, устраняющего возможность образования легкоплавких оксисульфидных пленок, располагающихся в межкристаллитных областях в районе высоких температур, повышая пластичность и сопротивление стали к образованию горячих трещин. 3. Higher crack resistance during hardening due to lower sulfur content, eliminating the possibility of the formation of fusible oxysulfide films located in the intergranular regions at high temperatures, increasing the ductility and resistance of steel to the formation of hot cracks.

Указанные преимущества позволяют использовать предлагаемую сталь для крупных отливок ответственного назначения, работающих под воздействием ударных нагрузок, а также в условиях Крайнего Севера при пониженных температурах. These advantages allow us to use the proposed steel for large castings for critical purposes, working under the influence of shock loads, as well as in the Far North at low temperatures.

В термически обработанном состоянии структура стали представляет мелкодисперсную феррито-перлитную смесь (сорбит). Сталь обеспечивает следующий уровень механических свойств:
σ_0,2≥610 МПа, σ_в≥700 МПа, δ₅≥20%, ψ≥50%, KV^o≥100 Дж.In the heat-treated state, the steel structure is a finely divided ferrite-pearlite mixture (sorbitol). Steel provides the following level of mechanical properties:
σ _0.2 ≥610 MPa, σ _in ≥700 MPa, δ ₅ ≥20%, ψ≥50%, KV ^o ≥100 J.

Критическая температура перехода из вязкого в хрупкое состояние при динамическом нагружении (Т_к) составляет 50^oС.The critical temperature of the transition from viscous to brittle state under dynamic loading (T _to ) is 50 ^o C.

Предлагаемая сталь обладает хорошей технологичностью при литье и может быть использована для крупных отливок сложной конфигурации сечением до 300 мм. При выплавке предлагаемой стали в качестве шихты могут использоваться отходы легированных никелем сталей типа АЛ и АК, за счет чего достигается большая экономия легирующих элементов, обеспечивающая значительный экономический эффект. The proposed steel has good processability during casting and can be used for large castings of complex configuration with a cross section up to 300 mm. In the smelting of the proposed steel, waste of alloyed with nickel steel of the AL and AK type can be used as a charge, due to which a large saving of alloying elements is achieved, which provides a significant economic effect.

Claims

Foundry steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, sulfur, phosphorus, iron, characterized in that it additionally contains molybdenum in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.17 - 0.22
Manganese - 0.4 - 0.7
Silicon - 0.17 - 0.37
Chrome - 0.3 - 0.4
Nickel - 3.2 - 4.5
Copper - 0.7 - 1.0
Molybdenum - 0.38 - 0.50
Sulfur - 0.011 - 0.025
Phosphorus - 0.009 - 0.025
Iron - Else
while the total content of sulfur and phosphorus should not exceed 0.04%.