RU2237103C1 - Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости - Google Patents

Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости Download PDF

Info

Publication number
RU2237103C1
RU2237103C1 RU2003110346/02A RU2003110346A RU2237103C1 RU 2237103 C1 RU2237103 C1 RU 2237103C1 RU 2003110346/02 A RU2003110346/02 A RU 2003110346/02A RU 2003110346 A RU2003110346 A RU 2003110346A RU 2237103 C1 RU2237103 C1 RU 2237103C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
hardenability
boron
silicon
vanadium
Prior art date
Application number
RU2003110346/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2003110346A (ru
Inventor
М.В. Бобылев (RU)
М.В. Бобылев
А.Н. Кулапов (RU)
А.Н. Кулапов
Н.В. Степанов (RU)
Н.В. Степанов
З.А. Антонова (RU)
З.А. Антонова
А.А. Лехтман (RU)
А.А. Лехтман
Е.И. Гонтарук (RU)
Е.И. Гонтарук
А.Д. Пешев (RU)
А.Д. Пешев
А.М. Ламухин (RU)
А.М. Ламухин
Г.С. Водовозова (RU)
Г.С. Водовозова
П.А. Штанников (RU)
П.А. Штанников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НОРМА-ИМПОРТ ИНСО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НОРМА-ИМПОРТ ИНСО" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НОРМА-ИМПОРТ ИНСО"
Priority to RU2003110346/02A priority Critical patent/RU2237103C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2237103C1 publication Critical patent/RU2237103C1/ru
Publication of RU2003110346A publication Critical patent/RU2003110346A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке конструкционной высокопрочной стали, предназначенной для изготовления сварных конструкций. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0.16-0.21; марганец 0.95-1.30; кремний 0.20-0.35; никель 0.30-0.70; хром 0.40-0.65; молибден 0.20-0.30; ванадий 0.03-0.08; бор 0.0005-0.0050; алюминий 0.030-0.060; титан 0.01-0.03; азот 0.005-0.015; железо – остальное. Причем
Figure 00000001
;

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке конструкционной высокопрочной стали, предназначенной для изготовления сварных конструкций различного назначения.
Известна конструкционная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.17-0.24, кремний 0.17-0.37, марганец 0.8-1.2, хром 0.8-1.2, бор 0.002-0.004, молибден 0.07-0.11, сера не более 0.03, фосфор не более 0.03, остальное железо [1].
Недостатком данной стали являются: широкие границы содержания легирующих элементов, что может привести к нестабильности механических свойств; низкие характеристики технологичности, прокаливаемости и прочности.
Наиболее близкая по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой стали является сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.16-0.27, кремний 0.20-0.80, марганец 0.30-1.20, хром 0.15-0.35, никель 0.3-1.0, ванадий 0,03-0,5, бор 0.0015-0.06, титан 0.03-0,20, алюминий 0.04-0.15, азот 0.02-0.3, остальное железо [2].
Недостатки известной стали заключаются в том, что при относительно высоком содержании азота не учтен фактор защиты бора от связывания в нитриды, что не позволит получить повышенные характеристики прокаливаемости.
Задачей изобретения является повышение характеристик прокаливаемости и обеспечение сквозной прокаливаемости термоулучшенных листов в толщинах до 50 мм и сортового проката диаметром до 65 мм.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, бор, титан, ванадий, алюминий, азот, остальное железо, дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0.16-0.21
Марганец 0,95-1.30
Кремний 0.20-0.35
Никель 0.30-0.70
Хром 0.40-0.65
Молибден 0.20-0.30
Ванадий 0.03-0.08
Бор 0.0005-0.0050
Алюминий 0.030-0.060
Титан 0.01-0.03
Азот 0.005-0.015
Причем
Figure 00000003
Mn+Cr+Mo+10×V≥2.0
Примеси: сера до 0.025%, фосфор до 0.025%, медь до 0.20%.
Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в предлагаемой стали (листы толщиной до 50 мм и сортовой прокат диаметром до 65 мм), после термоулучшения (закалка от температуры не менее 920°С с последующим отпуском от температуры не ниже 620°С) однородную мелкодисперсную структуру мартенсита отпуска с благоприятным сочетанием характеристик прочности и пластичности.
Углерод и карбонитридообразующие элементы вводятся в композицию данной стали с целью обеспечения мелкодисперсной зеренной структуры, что позволит повысить как уровень ее прочности, так и обеспечить заданный уровень пластичности. При этом ванадий управляет процессами в аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита (до 950°С), стабилизирует структуру при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации и, как следствие, влияет на характер γ-α-превращения. Ванадий способствует также упрочнению стали при термоулучшении. Верхняя граница содержания углерода (0.21%), ванадия (0.08%) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижняя - соответственно 0.16%, 0.03% - обеспечением требуемого уровня прочности данной стали.
Марганец, хром и молибден используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, существенно повышающие устойчивость переохлажденного аустенита и увеличивающие прокаливаемость стали. При этом верхний уровень содержания указанных элементов (соответственно 1.3% Мn, 0.65% Сr, 30% Мо) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, а нижний - (соответственно 0.95% Мn, 0.40% Сr, 0.20% Мо), необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности и прокаливаемости стали.
Никель в заданных пределах влияет на характеристики прокаливаемости и вязкости стали. При этом нижний уровень содержания никеля - 0.30% обусловливается необходимостью обеспечения заданного уровня вязкости стали, а верхний - 0.7% - необходимостью получения мартенситной структуры при закалке стали (так как никель является аустенитизатором).
Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию - 0.20% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0.35% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.
Бор способствует резкому увеличению прокаливаемости стали. При этом верхний предел содержания бора определяется соображениями пластичности стали, а нижний - необходимостью обеспечения требуемого уровня прокаливаемости.
Титан и алюминий используются в качестве раскислителей и обеспечивают защиту бора от связывания в нитриды, что способствует резкому повышению прокаливаемости стали. Так нижний уровень содержания титана - 0.01% и алюминия - 0.03% определяется требованием обеспечения прокаливаемости стали, а верхний уровень - 0.03% и 0.06% соответственно требованием обеспечения заданного уровня пластичности стали.
Азот, элемент участвующий в образовании карбонитридов, при этом нижний уровень его содержания (0.005%) определяется требованием обеспечения заданного уровня прочности, а верхний уровень (0.015%) - требованием обеспечения заданного уровня пластичности и прокаливаемости.
Для обеспечения полного связывания азота в нитриды типа TiN и AlN в результате протекания реакций:
[Ti]+[N]=TiN
[Al]+[N]=AlN
требуется выполнение следующего соотношения элементов:
Figure 00000004
в противном случае не обеспечивается защита бора от связывания его в нитриды и резко снижаются характеристики прокаливаемости стали.
Соотношение
Figure 00000005
определяет условия сохранения в стали более 50% эффективного бора, что обеспечивает заданные характеристики прокаливаемости стали.
Соотношение Mn+Cr+Mo+10×V≥2.0, с одной стороны, определяет условия, обеспечивающие заданный уровень прочности стали, с другой стороны, определяет уровень базового легирования, обеспечивающего минимальный уровень прокаливаемости стали.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного введением новых компонентов - молибдена и титана, а также соотношениями:
Figure 00000006
и
Mn+Cr+Mo+10×V≥2.0.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Анализ патентной и научно-технической информации не выявил решений, имеющих аналогичную совокупность признаков, которой достигался бы сходный эффект - повышение характеристик прокаливаемости стали.
Следовательно, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "существенные отличия".
Ниже дан пример осуществления предлагаемого изобретения, не исключая других в объеме формулы изобретения.
В экспериментальных условиях выплавлено 10 плавок опытных сталей, химический состав которых приведен в таблице 1. Заготовки образцов размером 14×14×300 мм прошли термическую обработку в лабораторных печах типа СНЗ по следующим режимам: закалка от 950°С с выдержкой 50 минут и охлаждением в воде. Отпуск при температуре 630°С с выдержкой 30 минут. Толщина заготовок и режимы охлаждения при закалке обеспечивали сквозную прокаливаемость заготовок. Механические характеристики определяли на тангенциальных образцах. Испытания на растяжение при комнатной температуре проводили на образцах тип I, ГОСТ 1497-84, на испытательной машине "INSTRON-1185" с тензометрической регистрацией деформации. Скорость нагружения образца - 5 мм/мин. Определяли характеристики прочности σb и σ0.2 и вязкости - δ и φ. Средние значения характеристик подсчитывали по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. Значимость различий средних значений анализируемых величин оценивали с использованием критерия Стьюдента, вычисляемого следующим образом:
Figure 00000007
где M1 и М2 - средние значения сравниваемых величин; S 2 1 и S 2 2 - дисперсии среднего; t 0,05 KR (α) - критическое значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0.95 и числе степеней свободы - α.
Определение характеристик прокаливаемости (критический диаметр Д50) проводили методом торцевой закалки цилиндрических образцов диаметром 25.0 мм и длиной 100 мм с заплечиками согласно ГОСТ 5657. Перед изготовлением образца заготовки прошли термическую обработку в камерных печах по следующему режиму: нормализация, 950°С, 1 час, воздух. Испытывали по два образца на плавку. Закалка образцов проводилась струей воды в специальной установке. В связи с необходимостью предотвращения окисления и обезуглероживания торца образца, непосредственно соприкасающегося со струей воды при закалке, нагрев образцов в камерных печах (без защитной атмосферы) проводили в специальных стаканах. Торец образца ставился на специальную графитовую пластину. Образец нагревался в камерной печи до температуры 950°С. Продолжительность прогрева образца до температуры закалки составляла 30÷50 минут. Отклонения от заданной температуры закалки не превышало ±5°С. Выдержка образца при температуре закалки после нагрева составляла 30 мин. Время с момента извлечения образца из печи до начала охлаждения не превышало 5 сек. Образец находился под струей воды до полного охлаждения (порядка 15-20 мин). Температура охлаждающей воды составляла 20±5°С. Для замера твердости по всей длине закаленного образца сошлифовывались две диаметрально противоположные площадки на глубину 0.5±0.1 мм. Площадки сошлифовывались при обильном охлаждении водой. Шероховатость поверхности площадок была не грубее 7-го класса чистоты по ГОСТ 2789. Не допускались прижоги, вызывающие структурные изменения металла. Для построения кривой прокаливаемости стали замер твердости начинали на расстоянии 1.5 мм от закаленного торца в осевом направлении. Первые 16 замеров от торца образца производили с интервалом 1.5 мм, а затем через 3 мм. В случае необходимости повторного измерения твердости на площадке, на которой были сделаны замеры, площадку перешлифовывали. Глубина съема металла при повторной шлифовке составляла 0.1-0.2 мм. Твердость определяли по Роквеллу (HRC) в соответствии с требованиями ГОСТ 9013. Для каждой пары точек, находящихся на одинаковом расстоянии от торца образца на двух противоположных площадках, подсчитывали среднее арифметическое значение твердости.
Механические свойства представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь по сравнению с известной имеет более высокие характеристики прокаливаемости.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 282658, С 22 С 39/00, 11.11.1968.
2. Авторское свидетельство СССР № 432225, С 22 С 39/00, 16.11.1972 (прототип).

Claims (1)

  1. Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, бор, титан, ванадий, алюминий, азот и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
    Углерод 0,16-0,21
    Марганец 0,95-1,30
    Кремний 0,20-0,35
    Никель 0,30-0,70
    Хром 0,40-0,65
    Молибден 0,20-0,30
    Ванадий 0,03-0,08
    Бор 0,0005-0,0050
    Алюминий 0,030-0,060
    Титан 0,01-0,03
    Азот 0,005-0,015
    Железо Остальное
    причем
    Figure 00000010
    Figure 00000011
RU2003110346/02A 2003-04-14 2003-04-14 Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости RU2237103C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003110346/02A RU2237103C1 (ru) 2003-04-14 2003-04-14 Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003110346/02A RU2237103C1 (ru) 2003-04-14 2003-04-14 Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2237103C1 true RU2237103C1 (ru) 2004-09-27
RU2003110346A RU2003110346A (ru) 2005-01-10

Family

ID=33433741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003110346/02A RU2237103C1 (ru) 2003-04-14 2003-04-14 Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2237103C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU432225A1 (ru) * 1972-11-16 1974-06-15 Б. В. Иванов Сталь
SU863706A1 (ru) * 1979-05-03 1981-09-15 Научно-исследовательский институт металлургии Сталь
GB2162857A (en) * 1984-08-09 1986-02-12 Nippon Kokan Kk Method of manufacturing pressure vessel steel with high strength and toughness
SU1497266A1 (ru) * 1987-11-04 1989-07-30 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Сталь
EP0666332A1 (en) * 1993-08-04 1995-08-09 Nippon Steel Corporation High tensile strength steel having superior fatigue strength and weldability at welds and method for manufacturing the same
RU2042734C1 (ru) * 1993-04-20 1995-08-27 Пермский машиностроительный завод им.В.И.Ленина Конструкционная сталь
EP0877097A1 (en) * 1997-04-29 1998-11-11 Ovako Steel AB Case hardening steel

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU432225A1 (ru) * 1972-11-16 1974-06-15 Б. В. Иванов Сталь
SU863706A1 (ru) * 1979-05-03 1981-09-15 Научно-исследовательский институт металлургии Сталь
GB2162857A (en) * 1984-08-09 1986-02-12 Nippon Kokan Kk Method of manufacturing pressure vessel steel with high strength and toughness
SU1497266A1 (ru) * 1987-11-04 1989-07-30 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Сталь
RU2042734C1 (ru) * 1993-04-20 1995-08-27 Пермский машиностроительный завод им.В.И.Ленина Конструкционная сталь
EP0666332A1 (en) * 1993-08-04 1995-08-09 Nippon Steel Corporation High tensile strength steel having superior fatigue strength and weldability at welds and method for manufacturing the same
EP0877097A1 (en) * 1997-04-29 1998-11-11 Ovako Steel AB Case hardening steel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003110346A (ru) 2005-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101745224B1 (ko) 침탄용 강
KR20190031533A (ko) 열간 프레스 성형 부재
RU2127770C1 (ru) Конструкционная сталь повышенной прокаливаемости
KR102402361B1 (ko) 침탄 처리가 행해지는 부품용 강재
US20140182414A1 (en) Steel for induction hardening and crankshaft manufactured by using the same
JPH09170017A (ja) 高強度高靭性鋼板の製造方法
EP3115477B1 (en) Age hardening non-heat treated bainitic steel
US3379582A (en) Low-alloy high-strength steel
RU2237103C1 (ru) Высокопрочная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости
RU2237108C1 (ru) Высокопрочная конструкционная сталь
RU2237104C1 (ru) Сталь конструкционная повышенной прокаливаемости
RU2237106C1 (ru) Сталь конструкционная
RU2225457C1 (ru) Сталь повышенной прокаливаемости для холодной объемной штамповки
RU2071989C1 (ru) Сталь (ее варианты)
CN113316651A (zh) 钢材及部件
RU2127769C1 (ru) Сталь конструкционная
RU2237105C1 (ru) Конструкционная сталь повышенной прокаливаемости
RU2225894C1 (ru) Термоупрочняемая сталь повышенной прокаливаемости для холодной объемной штамповки
RU2237107C1 (ru) Сталь повышенной прокаливаемости для холодной объемной штамповки
RU2237100C1 (ru) Сталь повышенной прокаливаемости
RU2224815C1 (ru) Сталь конструкционная для электротермообработки
RU2224814C1 (ru) Высокопластичная конструкционная сталь повышенной прокаливаемости для холодной объемной штамповки
RU2237099C1 (ru) Высокопрочная сталь повышенной прокаливаемости
RU2071988C1 (ru) Сталь (ее варианты)
JPH10183296A (ja) 高周波焼入れ用鋼材及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 27-2004 FOR TAG: (73)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070415