RU2462532C1 - Steel with structure of low-carbon martensite - Google Patents
Steel with structure of low-carbon martensite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462532C1 RU2462532C1 RU2011103365/02A RU2011103365A RU2462532C1 RU 2462532 C1 RU2462532 C1 RU 2462532C1 RU 2011103365/02 A RU2011103365/02 A RU 2011103365/02A RU 2011103365 A RU2011103365 A RU 2011103365A RU 2462532 C1 RU2462532 C1 RU 2462532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- carbon
- rack
- globular
- niobium
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, закаливающимся на воздухе, применение которых возможно в термоупрочненных конструкциях и крупногабаритных изделиях.The invention relates to the field of metallurgy, namely to structural steels hardened in air, the use of which is possible in heat-strengthened structures and large-sized products.
Известна низкоуглеродистая бейнитная сталь (заявка Японии №53-6613, кл. С22С 38/38, 1978), содержащая, мас.%:Known low-carbon bainitic steel (Japanese application No. 53-6613, class C22C 38/38, 1978), containing, wt.%:
Бейнитная структура не способна обеспечить достаточную прочность и ударную вязкость в широких температурных интервалах и особенно при низких температурах из-за небольшой прокаливаемости при минимальном содержании углерода и легирующих элементов и относительно невысокой вязкости бейнита.The bainitic structure is not capable of providing sufficient strength and toughness in wide temperature ranges and especially at low temperatures due to the low hardenability with a minimum content of carbon and alloying elements and the relatively low viscosity of bainite.
Недостатки бейнитной структуры могут быть устранены использованием низкоуглеродистых мартенситных сталей. В качестве аналога (Патент РФ №2009260 от 15 марта 1994 г. Высокопрочная свариваемая сталь // Л.М.Клейнер, И.В.Толчина, Л.Д.Пиликина, A.M.Молганов, В.М.Архипов) выбрана сталь со следующим соотношением компонентов, мас.%:The disadvantages of bainitic structure can be eliminated using low-carbon martensitic steels. As an analogue (RF Patent No. 20099260 dated March 15, 1994, High-strength weldable steel // L.M. Kleiner, I.V. Tolchina, L.D. Pilikina, AMMolganov, V.M. Arkhipov) steel with the following the ratio of components, wt.%:
Недостатком данной стали являются низкие механические свойства. Повысить механические свойства возможно изменением состава, когда при указанном выше в аналогах содержании элементов дополнительно введены Ni - не более 4,0%, Cu - не более 2,5%, N - 0,001-0,25%, Са - не более 0,15%, РЗМ - не более 0,03%, Се - 0,005-0,15%. В качестве прототипа (Патент РФ №2314361 от 10 января 2008 г. Высокопрочная, свариваемая сталь с повышенной прокаливаемостью // Л.М.Клейнер, И.В.Толчина, А.А.Шацов) выбрана сталь следующего состава, мас.%:The disadvantage of this steel is its low mechanical properties. It is possible to increase the mechanical properties by changing the composition, when, at the above-mentioned content of elements, Ni is additionally introduced - not more than 4.0%, Cu - not more than 2.5%, N - 0.001-0.25%, Ca - not more than 0, 15%, REM - not more than 0.03%, Ce - 0.005-0.15%. As a prototype (RF Patent No. 2314361 of January 10, 2008. High-strength, welded steel with increased hardenability // L.M. Kleiner, I.V. Tolchina, A.A. Shatsov) steel of the following composition was selected, wt.%:
При выбранном соотношении компонентов прокаливаемость на воздухе с образованием мартенситной структуры обеспечивается в сечениях до 200 мм. Дальнейшее повышение характеристик прочности и/или вязкости возможно в случае образования реечно-глобулярной структуры с различным соотношением высокотемпературных морфологических типов мартенсита (обе составляющие - реечная и глобулярная являются высокотемпературными формами мартенсита). Такой тип структуры с повышенными свойствами может быть получен термической обработкой прототипа и/или изменением состава стали.With the selected ratio of components, hardenability in air with the formation of a martensitic structure is provided in cross sections up to 200 mm. A further increase in the strength and / or viscosity characteristics is possible in the case of the formation of a rack-globular structure with a different ratio of high-temperature morphological types of martensite (both the rack and globular components are high-temperature forms of martensite). This type of structure with improved properties can be obtained by heat treatment of the prototype and / or by changing the composition of the steel.
В тех случаях, когда использовали составы, соответствующие прототипу, для получения реечно-глобулярной структуры (фиг.1) применяли специальную термоциклическую обработку (ТЦО), при большем содержании углерода подобную структуру можно получить без ТЦО, термической обработкой стали 20Х2Г2НМФБ, включающей закалку с охлаждением на спокойном воздухе (фиг.2).In those cases when the compositions corresponding to the prototype were used, a special thermocyclic treatment (TCO) was used to obtain a rack-globular structure (Fig. 1), with a higher carbon content a similar structure can be obtained without a TCO, by heat treatment of 20Kh2G2NMFB steel, including quenching with cooling in calm air (figure 2).
Структура состоит из реечного 1 и глобулярного 2 морфологических типов мартенсита.The structure consists of
Таким образом, известные низкоуглеродистые стали позволяют получить реечно-глобулярную структуру мартенсита только после специально подобранных режимов ТЦО, в то время как новые составы позволяют получать подобного типа структуру только термической обработкой, включающей закалку с деформационного нагрева или после аустенитизации с охлаждением на спокойном воздухе и последующего отпуска.Thus, the well-known low-carbon steels make it possible to obtain the rack-globular structure of martensite only after specially selected TTZ modes, while new compositions make it possible to obtain this type of structure only by heat treatment, including quenching from deformation heating or after austenitization with cooling in still air and subsequent vacation time.
Целью изобретения является разработка малоуглеродистых сталей с реечно-глобулярной структурой мартенсита и высокой прокаливаемостью на спокойном воздухе. Кроме того, НМС должны обладать высокой технологичностью при изготовлении сварных конструкций и металлургических полуфабрикатов, термоупрочненных совмещением горячего формообразования с закалкой (совмещенный процесс) или аустенитизацией с последующим охлаждением на воздухе и отпуском, и обеспечивать повышенные прочность и ударную вязкость.The aim of the invention is the development of low carbon steels with rack and globular martensite structure and high hardenability in calm air. In addition, NMSs must be highly technological in the manufacture of welded structures and metallurgical semi-finished products, heat-strengthened by combining hot forming with quenching (a combined process) or austenitization, followed by cooling in air and tempering, and provide increased strength and toughness.
Поставленная цель достигается применением термической обработки и тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, ванадий, титан, ниобий, кальций, медь, азот, церий и редкоземельные элементы, дополнительно вводят углерод, при суммарном содержании карбидообразующих элементов не более 9% и при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:This goal is achieved by the use of heat treatment and the fact that carbon is additionally introduced into the steel containing carbon, silicon, chromium, manganese, nickel, molybdenum, vanadium, titanium, niobium, calcium, copper, nitrogen, cerium and rare earth elements, with the total content carbide-forming elements not more than 9% and in the following ratio of ingredients, wt.%:
Таким образом, получение реечно-глобулярной структуры обеспечивает содержание углерода от 0,182 до 0,272% при заданных концентрациях легирующих добавок и последующая термообработка.Thus, obtaining a rack-globular structure provides a carbon content of from 0.182 to 0.272% at given concentrations of dopants and subsequent heat treatment.
По результатам поиска в патентной и научно-технической литературе не обнаружено сталей, имеющих такой же качественный и количественный состав компонентов в сочетании с такой же термической обработкой, обеспечивающей реечно-глобулярную структуру, на основании чего можно сделать вывод о соответствии предлагаемой стали критерию "существенные отличия".According to the search results, no steels were found in the patent and scientific literature with the same qualitative and quantitative composition of components in combination with the same heat treatment, providing a rack-globular structure, on the basis of which we can conclude that the proposed steel meets the criterion of "significant differences "
Соотношение компонентов в выбранном сочетании в предлагаемых составах благодаря образованию структуры реечно-глобулярного мартенсита обеспечивает повышение комплекса характеристик механических свойств и технологичность. Необходимые свойства получены благодаря тому, что углерод, хром, никель и марганец в указанных пределах обеспечивают высокую устойчивость переохлажденного низкоуглеродистого аустенита и, следовательно, прокаливаемость при охлаждении на воздухе с образованием реечно-глобулярной структуры. Для обеспечения работоспособности после охлаждения в широких температурных интервалах, например после сварки, сталь должна содержать молибден. Молибден дополнительно увеличивает прокаливаемость, обеспечивает свариваемость и снижает склонность к отпускной хрупкости. Ванадий, и/или титан, и/или ниобий, введенные в сталь, легированную хромом, марганцем, никелем и молибденом при содержании в ней углерода 0,182-0,272%, связывают часть углерода в карбиды, обусловливающие дополнительное упрочнение малоуглеродистой легированной основы, закаливающейся при охлаждении на воздухе с образованием мартенситной структуры; церий и/или кальций в стали образуют благоприятную форму неметаллических включений; титан, и/или ванадий, и/или ниобий, и/или церий, и/или кальций в заданных пределах способствуют измельчению зерна, обеспечивая необходимую ударную вязкость при высокой прочности, и повышают отпускоустойчивость стали.The ratio of the components in the selected combination in the proposed compositions due to the formation of the structure of rack-globular martensite provides an increase in the set of characteristics of mechanical properties and manufacturability. The necessary properties are obtained due to the fact that carbon, chromium, nickel and manganese within the specified limits provide high stability of supercooled low-carbon austenite and, therefore, hardenability upon cooling in air with the formation of a rack-globular structure. To ensure operability after cooling in wide temperature ranges, for example after welding, steel should contain molybdenum. Molybdenum additionally increases hardenability, provides weldability and reduces the tendency to temper brittleness. Vanadium, and / or titanium, and / or niobium, introduced into steel alloyed with chromium, manganese, nickel and molybdenum with a carbon content of 0.182-0.272%, bind part of the carbon to carbides, causing additional hardening of the low-carbon alloy base, quenched by cooling in air with the formation of a martensitic structure; cerium and / or calcium in steel form a favorable form of non-metallic inclusions; titanium, and / or vanadium, and / or niobium, and / or cerium, and / or calcium within the specified limits contribute to the grinding of grain, providing the necessary toughness at high strength, and increase the tempering resistance of steel.
Итак, для формирования структуры реечно-глобулярного мартенсита достаточно, чтобы сталь содержала хром, марганец и никель в указанных соотношениях, кроме того, по мере необходимости для повышения значений характеристик работоспособности и технологичности в сталь дополнительно вводят молибден, и/или ванадий, и/или титан, и/или ниобий, и/или церий, и/или кальций, и/или РЗМ в указанных соотношениях.So, for the formation of the structure of rack-globular martensite, it is sufficient that the steel contains chromium, manganese and nickel in the indicated proportions, in addition, molybdenum and / or vanadium and / or titanium, and / or niobium, and / or cerium, and / or calcium, and / or REM in the indicated proportions.
Содержание углерода в пределах 0,182-0,272% является оптимальным в заданных пределах легирования для обеспечения прочности в указанном диапазоне значений. Содержание углерода менее 0,182% снижает некоторые характеристики конструкционной прочности и не позволяет без применения специально подобранных режимов термоциклирования получать реечно-глобулярную структуру.The carbon content in the range of 0.182-0.272% is optimal within the specified alloying limits to ensure strength in the specified range of values. A carbon content of less than 0.182% reduces some characteristics of structural strength and does not allow to obtain a rack-globular structure without the use of specially selected thermal cycling modes.
Комплекс характеристик механических свойств обусловлен гарантированным обеспечением получения структуры реечного и глобулярного мартенсита при закалке медленным охлаждением на воздухе. Отличительной особенностью сталей с такой структурой мартенсита является возможность осуществления совмещенного процесса горячего формообразования с закалкой охлаждением на воздухе, поскольку обеспечивается высокая ударная вязкость. Такой процесс становится возможным, поскольку ответственным за вязкость является размер характерных элементов структуры мартенсита, слабо зависящий от параметров горячей обработки давлением, т.е. температурного интервала и значений степеней деформации.The set of characteristics of the mechanical properties is due to the guaranteed provision of the structure of rack and globular martensite during quenching by slow cooling in air. A distinctive feature of steels with such a martensite structure is the possibility of carrying out a combined process of hot forming with quenching by cooling in air, since high toughness is ensured. Such a process becomes possible, since the size of the characteristic elements of the martensite structure, weakly dependent on the parameters of the hot pressure treatment, is responsible for the viscosity. temperature range and values of degrees of deformation.
Таким образом, предложенный состав и режимы термообработки обеспечивают при закалке на воздухе предел текучести σ0,2=1100-1400 МПа, ударную вязкость KCV=70 Дж/см2 и более.Thus, the proposed composition and heat treatment conditions provide, when quenching in air, yield strength σ 0.2 = 1100-1400 MPa, impact strength KCV = 70 J / cm 2 or more.
На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого состава критерию "новизна" и "положительный эффект".Based on the foregoing, it can be concluded that the proposed composition meets the criteria of "novelty" and "positive effect".
Для исследования изготовили слитки по 50 кг, сталь плавили в индукционных печах. Из стали каждой плавки изготовили прутки ⌀ 19 мм для исследования механических свойств и устойчивости аустенита.For the study, 50 kg ingots were made, steel was smelted in induction furnaces. Bars of ⌀ 19 mm were made from the steel of each heat to study the mechanical properties and stability of austenite.
В табл.1, 2 представлен химический состав исследованных сталей.Table 1, 2 shows the chemical composition of the studied steels.
Механические свойства определяли на образцах разрывных тип Ш-7к ГОСТ 1497-84 и ударных тип 13 ГОСТ 9454-78 после термического упрочнения их по режимам, оптимальным для стали-прототипа и стали предлагаемого состава, табл.3, 4.Mechanical properties were determined on specimens discontinuous type Sh-7k GOST 1497-84 and shock type 13 GOST 9454-78 after thermal hardening them according to the regimes optimal for prototype steel and steel of the proposed composition, Tables 3, 4.
Стали, в состав которых не вводили молибден, ванадий, ниобий, титан, медь, кальций, церий и РЗМ, представлены в таблице 2.Steel, which did not include molybdenum, vanadium, niobium, titanium, copper, calcium, cerium and rare-earth metals, are presented in table 2.
Механические свойства сталей представлены в таблице 3.The mechanical properties of steels are presented in table 3.
Механические свойства сталей, в состав которых не вводили молибден, ванадий, ниобий, титан, медь, кальций, церий и РЗМ, представлены в таблице 4.The mechanical properties of steels, which were not included molybdenum, vanadium, niobium, titanium, copper, calcium, cerium and rare-earth metals, are presented in table 4.
Таким образом, при близких с прототипом значениях прочности формирование реечно-глобулярной структуры обеспечивает более высокую вязкость (KCV) по сравнению со сталями с меньшим содержанием углерода (прототип) и сталями с большим содержанием углерода, не имеющими реечной и глобулярной структуры.Thus, at close strength values with the prototype, the formation of a rack-globular structure provides a higher viscosity (KCV) compared with steels with a lower carbon content (prototype) and steels with a high carbon content that do not have a rack and globular structure.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фигура 1 - Речная и реечно-глобулярная структура НМС (прототип), подвергнутая ТЦО:Figure 1 - River and rack-globular structure of the NMS (prototype), subjected to a TTZ:
а - реечная, × 30000;and - rack, × 30000;
б - реечно-глобулярная, × 20000.b - rack-globular, × 20,000.
Представлена тонкая структура низкоуглеродистой мартенситной стали, являющейся прототипом, подвергнутая термоциклической обработке. 1 - реечная составляющая, 2 - глобулярная составляющая структуры.The fine structure of low-carbon martensitic steel, which is a prototype, is subjected to thermocyclic processing. 1 - rack component, 2 - globular component of the structure.
Фигура 2 - Реечно-глобулярная структура НМС 20Х2Г2НМФБ, × 37000. Представлена тонкая структура разработанной низкоуглеродистой мартенситной стали, закаленной на спокойном воздухе. 1 - реечная составляющая, 2 - глобулярная составляющая структуры.Figure 2 - The rack-globular structure of the NMS 20X2G2NMFB, × 37000. The fine structure of the developed low-carbon martensitic steel hardened in calm air is presented. 1 - rack component, 2 - globular component of the structure.
Claims (1)
при этом после закалки с деформационного нагрева или после аустенитизации с охлаждением на спокойном воздухе и последующего отпуска она имеет реечно-глобулярную мартенситную структуру. Steel containing carbon, silicon, chromium, manganese, nickel, molybdenum, vanadium, titanium, niobium, calcium, cerium and iron, characterized in that it additionally contains copper, nitrogen and rare-earth metals in the following ratio, wt.%:
Moreover, after quenching from deformation heating or after austenitization with cooling in still air and subsequent tempering, it has a rack-globular martensitic structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011103365/02A RU2462532C1 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | Steel with structure of low-carbon martensite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011103365/02A RU2462532C1 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | Steel with structure of low-carbon martensite |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011103365A RU2011103365A (en) | 2012-08-10 |
RU2462532C1 true RU2462532C1 (en) | 2012-09-27 |
Family
ID=46849238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011103365/02A RU2462532C1 (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | Steel with structure of low-carbon martensite |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2462532C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2530095C1 (en) * | 2013-07-12 | 2014-10-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | High-strength steel of higher deformability after quenching |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1749310A1 (en) * | 1990-07-18 | 1992-07-23 | Производственное Объединение "Горьковский Машиностроительный Завод" | Low-carbon weld steel |
RU2314361C2 (en) * | 2005-06-28 | 2008-01-10 | Ооо "Красс" | High-strength weldable steel at enhanced hardenability |
RU95020U1 (en) * | 2009-10-27 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | WELL PIPE |
-
2011
- 2011-01-31 RU RU2011103365/02A patent/RU2462532C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1749310A1 (en) * | 1990-07-18 | 1992-07-23 | Производственное Объединение "Горьковский Машиностроительный Завод" | Low-carbon weld steel |
RU2314361C2 (en) * | 2005-06-28 | 2008-01-10 | Ооо "Красс" | High-strength weldable steel at enhanced hardenability |
RU95020U1 (en) * | 2009-10-27 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | WELL PIPE |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2530095C1 (en) * | 2013-07-12 | 2014-10-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | High-strength steel of higher deformability after quenching |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011103365A (en) | 2012-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110100034B (en) | High-hardness wear-resistant steel and method for manufacturing same | |
RU2763027C1 (en) | Forged part made of bainite steel and its manufacturing method | |
JP4926447B2 (en) | Manufacturing method of high strength steel with excellent weld crack resistance | |
JP6426621B2 (en) | High strength steel plate and method of manufacturing the same | |
RU2450079C1 (en) | Structural steel for volume-surface hardening | |
JP2005179783A (en) | Wear-resistant steel sheet and manufacturing method therefor | |
JP7226598B2 (en) | Abrasion-resistant steel plate and manufacturing method thereof | |
JP2016148098A (en) | Ultra high strength steel sheet excellent in yield ratio and workability | |
JP6754494B2 (en) | High-strength high-manganese steel with excellent low-temperature toughness and its manufacturing method | |
JP2017106079A (en) | Steel for machine structural use excellent in crystal grain coarsening resistance, bending fatigue-resistant strength and impact-resistant strength | |
CN112877591A (en) | High-strength and high-toughness steel for hardware tool and chain and manufacturing method thereof | |
JP6729522B2 (en) | Thick wear-resistant steel plate, method of manufacturing the same, and method of manufacturing wear-resistant member | |
RU2533469C1 (en) | Production of steel sheets of higher wear resistance | |
JP2019002078A (en) | Ultra high strength steel sheet excellent in yield ratio and workability | |
JP2013237904A (en) | High chromium wear resistant cast iron | |
JP2014009387A (en) | High tensile strength steel plate having excellent base metal toughness and haz toughness | |
RU2625861C1 (en) | Production of steel sheets of higher wear resistance | |
JP4539447B2 (en) | High strength hot rolled steel sheet and method for producing the same | |
RU2462532C1 (en) | Steel with structure of low-carbon martensite | |
RU2603404C1 (en) | Method for production of high-hardness wear-resistant sheet products | |
RU2532628C1 (en) | Steel for manufacture of items with increased hardness penetration | |
KR102174416B1 (en) | Low Carbon Bainite Micro-alloyed Steels for Cold Heading Applications having High Strength and High Impact Toughness and Method for Manufacturing the Same | |
JP2017071859A (en) | Non-heat-treated steel and method for producing the same | |
JP5412915B2 (en) | Ferrite-pearlite rolled non-heat treated steel | |
JP5194571B2 (en) | Method for producing high-strength steel excellent in weld crack sensitivity with tensile strength of 570 N / mm2 or higher |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210201 |