RU2530095C1 - Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки - Google Patents
Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530095C1 RU2530095C1 RU2013132189/02A RU2013132189A RU2530095C1 RU 2530095 C1 RU2530095 C1 RU 2530095C1 RU 2013132189/02 A RU2013132189/02 A RU 2013132189/02A RU 2013132189 A RU2013132189 A RU 2013132189A RU 2530095 C1 RU2530095 C1 RU 2530095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- kgf
- quenching
- strength
- elongation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением. Сталь содержит, в мас.%: углерод от 0,18 до менее 0,2, марганец 1,00-1,3, кремний 0,20-0,40, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, хром 2,90-3,20, медь не более 0,25, никель 2,20-2,50, молибден 0,70-0,90, ванадий от 0,15 до менее 0,20, железо и неизбежные примеси остальное. После закалки на воздухе и термомеханической обработки временное сопротивление разрыву σВ составляет не менее 170 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 составляет не менее 6%. 1 ил., 5 табл., 1 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным комплекснолегированным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением.
Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки может применяться для осуществления термомеханической обработки на прочность 170-180 кгс/мм2 путем деформации после закалки и отпуска.
Известна комплекснолегированная сталь марки 28Х3СНМ1ФА ТУ АД И 543-2002, содержащая, мас.%: углерод 0,26-0,31; марганец 0,50-0,80; кремний 0,90-1,20; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; хром 2,80-3,20; никель 0,90-1,20; молибден 0,75-0,85; ванадий 0,05-0,15; медь не более 0,15.
Данная композиция не обеспечивает требуемые параметры деформируемости после закалки, так как даже после отпуска 700°С характеристика пластичности ее по относительному удлинению δ5 не превышает 12% (см. фиг.1). Поэтому она не может использоваться для изготовления деталей термомеханическим упрочнением как с точки зрения пластичности, так и с точки зрения накопления при холодной деформации внутренних напряжений, которые могут приводить материал к разрушению непосредственно при деформации.
Известна также сталь 18Х2Н4МА ГОСТ 4543-71, имеющая химический состав, мас.%: углерод 0,14-0,20; марганец 0,25-0,55; кремний 0,17-0,37; хром 1,35-1,65; никель 4,00-4,40; молибден 0,30-0,40; сера не более 0,025; фосфор не более 0,025; медь не более 0,030.
Указанная сталь применяется для изготовления ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой вязкости и износостойкости однако относительное удлинение δ5 в диапазоне отпуска при температурах 200-500°С не поднимается выше 12%, при отпуске 600°С - выше 19%, но при этом временное сопротивление разрыву σв становится равным 94 кгс/мм2, что не позволяет обеспечить требуемую прочность после деформации на уровне 170 кгс/мм2.
Наиболее близкой по характеристикам является сталь марки 12Х3ГНМФБА по патенту РФ №2104325, С22С 38/48, опубл. 10.02.1998 г.), принятая авторами за прототип, имеющая следующий химический состав, мас.%: углерод 0,12-0,24; марганец 0,80-1,20; кремний 0,20-0,50; хром 2,90-3,40; никель 0,9-2,0; молибден 0,25-0,90; ванадий 0,03-0,15; ниобий 0,02-0,05; кальций 0,005-0,030; железо - остальное.
Указанный состав высокопрочной стали обеспечивает при всех температурах отпуска высокое относительное удлинение δ5=16…20% и свидетельствует о высокой ее деформируемости после закалки и отпуска.
Недостатком данной стали является уменьшенное значение временного сопротивления разрыву при пониженном содержании легирующих элементов в рамках широкого интервала значений.
Общими признаками с предлагаемой авторами сталью являются содержание в ней углерода, кремния, хрома, марганца, никеля, молибдена, ванадия, остальное - железо.
В отличие от прототипа предлагаемая авторами высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,18-0,24; марганец 1,00-1,30; кремний 0,20-0,40; сера не более 0,010; фосфор не более 0,015; хром 2,90-3,20; медь не более 0,25; никель 2,20-2,50; молибден 0,70-0,90; ванадий 0,15-0,20, при этом остаток составляет железо и неизбежные примеси.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны во всех случаях, достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка высокопрочной стали с повышенной деформируемостью после закалки, закаливаемой на воздухе с последующей термомеханической обработкой и получением готовой детали с временным сопротивлением разрыву σв не ниже 170 кгс/мм2 при сохранении δ5 не ниже 6%.
Новая совокупность признаков изобретения позволяет получить сталь с повышенной деформируемостью после закалки и термомеханической обработки при температуре 450-600°C с улучшенной структурой и повышенной способностью к деформируемости.
Составы, режимы термической обработки, свойства стали после термической обработки и различных степеней деформации ротационной вытяжкой представлены в табл.1, 2, 3.
Таблица 1 | ||||||||||||
Химический состав исследуемых плавок и прототипа | ||||||||||||
№ плавки | Содержание элементов, масс.% | |||||||||||
С | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | V | Nb | Ca | Fe | |
1 (прототип) | 0,15 | 0,30 | 0,70 | 2,70 | 1,40 | 0,40 | 0,02 | 0,04 | 0,001 | ост. | ||
2 | 0,22 | 0,33 | 1,05 | 0,006 | 0,006 | 3,30 | 2,30 | 0,81 | 0,19 | ост. | ||
3 | 0,20 | 0,38 | 1,16 | 0,005 | 0,007 | 2,98 | 2,29 | 0,78 | 0,19 | ост. |
Таблица 2 | ||||||
Механические свойства прототипа и сталей после закалки и различных температур отпуска | ||||||
№ плавки | Температура отпуска, °С | σв, кгс/см2 | δ5, % | ψ, % | KCU+20, кгсм/см2 | KCU-50, кгсм/см2 |
1 (прототип) | 200 | 130 | 16,0 | 63,0 | 17,6 | 12,0 |
300 | 128 | 16,0 | 62,5 | 17,6 | 13,3 | |
400 | 127 | 16,5 | 62,0 | 16,0 | 13,0 | |
500 | 129 | 17,0 | 64,0 | 15,0 | 12,3 | |
600 | 105 | 17,0 | 70,0 | 18,0 | 13,8 | |
2 | 200 | 149 | 13,8 | 58,0 | 6,8 | 5,3 |
300 | 148 | 13,6 | 57,4 | 7,0 | 5,4 | |
400 | 147 | 13,8 | 57,0 | 7,3 | 5,9 | |
500 | 150 | 13,8 | 57,0 | 8,4 | 5,7 | |
600 | 122 | 14,6 | 60,0 | 8,8 | 6,4 | |
3 | 200 | 147 | 12,1 | 53,0 | 7,0 | 5,0 |
300 | 148 | 12,2 | 53,5 | 7,2 | 5,2 | |
400 | 148 | 12,5 | 55,0 | 7,2 | 5,5 | |
500 | 150 | 13,0 | 55,0 | 8,2 | 5,7 | |
600 | 125 | 14,5 | 59,0 | 8,6 | 6,2 |
Таблица 3 | ||||||||
Механические свойства прототипа и стали 22Х3ГН2М1ФА в зависимости от степени деформации ротационной вытяжкой | ||||||||
Температура отпуска, °С | Временное сопротивление разрыву σв, кгс/мм2 | Относительное удлинение δ5, % | ||||||
Степень деформации ε, % | Степень деформации ε, % | |||||||
0 | 40 | 60 | 80 | 0 | 40 | 60 | 80 | |
Прототип сталь 12Х3ГНМФБА | ||||||||
600 | 93,0 | 99,0 | 102,0 | 105,0 | 12,0 | 17,0 | 18,0 | 20,0 |
550 | 124,0 | 150,0 | 157,5 | 165,0 | 13,0 | 9,6 | 9,0 | 13,0 |
500 | 129,0 | 154,0 | 166,5 | 190,0 | 14,0 | 9,0 | 5,8 | 5,5 |
450 | 129,3 | 160,0 | 170,0 | 203,5 | 15,0 | 9,0 | 5,0 | 4,5 |
Сталь 22Х3ГН2М1ФА | ||||||||
600 | 128,0 | 136,0 | 144,0 | 153,0 | 14,0 | 12,5 | 12,0 | 11,0 |
550 | 142,0 | 162,0 | 173,0 | 184,0 | 13,0 | 10,6 | 10,2 | 7,2 |
500 | 158,0 | 185,0 | 195,0 | 202,0 | 13,0 | 12,5 | 10,0 | 5,0 |
450 | 155,0 | 169,0 | 196,0 | разр. при деформ. | 13,0 | 3,0 | 7,1 | разр. при деформ. |
Как видно из табл.3, в результате термомеханической обработки известного технического решения (прототип) при исходной прочности стали 129 кгс/мм2 (температура отпуска 450-500°С, степень деформации 60-80%) достигается прочность выше 170 кгс/мм2, однако, при этом относительное удлинение δ5 не превышает 6%, что приводит к охрупчиванию материала и разрушению детали с фрагментацией, что является не допустимым.
В предлагаемом техническом решении (сталь 22Х3ГН2М1ФА) при исходной прочности 142 кгс/мм2 (температура отпуска 550°С) требуемую прочность достигают при степени деформации 60% и пластичности δ5 на уровне 10,2%.
Таким образом, вышеуказанные признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизны».
Пример.
Заявляемую сталь 22Х3ГН2М1ФА производили на металлургическом заводе в 12-тонной дуговой электропечи, при этом было выплавлено 2 плавки с химическим составом 2 и 3, указанными в табл.1.
Сталь разливали в изложницы для получения слитка массой 13,5 т. Далее слитки выдерживали в изложницах и направляли в кузнечный цех.
Перед ковкой слиток нагревали в печи. Ковку слитка проводили на гидравлическом прессе в 3 этапа с подогревом поковки после каждого этапа.
Заготовки охлаждали на воздухе, затем подвергали высокому отпуску 720-740°С.
Оценка качества трубной заготовки по механическим свойствам показала на образцах, подвергнутых термической обработке (закалка с температуры 880°С, отпуск 400-550°С), значения, указанные в табл.4.
Таблица 4 | |||||
Механические свойства стали 22Х3ГН2М1ФА в трубной заготовке | |||||
Температура отпуска, °С | Временное сопротивление разрыву σв, кгс/см2 | Условный предел текучести σ0,2, кгс/см2 | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | Ударная вязкость KCU+20, кгсм/см2 |
400 | 147 | 127 | 12,2 | 53 | 7,3 |
148 | 126 | 12,5 | 55 | 6,8 | |
450 | 149 | 130 | 12,0 | 45 | 8,4 |
149 | 129 | 12,1 | 48 | 8,6 | |
500 | 150 | 125 | 13,0 | 55 | 8,4 |
148 | 123 | 12,6 | 49 | 7,8 | |
550 | 143 | 121 | 12,9 | 55 | 8,4 |
148 | 122 | 13,1 | 43 | 8,4 |
Из результатов табл.4 видно, что временное сопротивление разрыву σв соответствует 143-150 кгс/мм2 при получении относительного удлинения δ5, равного 12,0-13,1%, при хорошем запасе ресурса деформируемости стали после закалки, исходя из соотношения σ02/σв, равного 0,83-0,87.
Затем трубную заготовку из стали 22Х3ГН2М1ФА диаметром 440 мм и длиной 5810 мм отправили для изготовления тонкостенной трубы на трубопрокатный агрегат ТПА "159-426" Волжского трубного завода.
Результаты контроля качества полученных труб по механическим свойствам после закалки и отпуска при 550°С представлены в табл.5.
Таблица 5 | |||
№ плавки | Временное сопротивление разрыву σв, кгс/мм2 | Относительное удлинение δ5, % | Ударная вязкость KCU кгсм/см2 |
2 | 154,0 | 18,0 | 6,1 |
150,0 | 16,0 | 7,6 | |
153,6 | 18,5 | 6,7 | |
151,0 | 15,1 | 7,3 | |
3 | 153,2 | 13,4 | 6,4 |
154,9 | 12,7 | 7,5 | |
150,6 | 16,2 | 6,3 | |
151,6 | 13,0 | 6,4 |
Из полученной трубы методом ротационной вытяжки изготовили осесимметричные тонкостенные детали. Термомеханическую обработку вели по схеме: калибровка, предварительная механическая обработка, закалка + отпуск, механическая обработка под ротационную вытяжку, I ротационная вытяжка + II ротационная вытяжка + отжиг, уменьшающий напряжения. Партию деталей испытали на прочность до разрушения, при этом давление разрушения составило 316-331,4 кгс/см2, вместо 270 кгс/см2 (см. фиг.1). Проведенный контроль механических свойств показал, что временное сопротивление разрыву σв составило 175-185 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 - 8-10%.
Таким образом, полученные данные по изготовлению опытной партии осесимметричных деталей подтверждают возможность их изготовления из заявленной стали с повышенной деформируемостью после закалки термомеханическими методами обработки.
Claims (1)
- Высокопрочная сталь для изготовления осесимметричных деталей, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Углерод от 0,18 до менее 0,2 Марганец 1,00 - 1,3 Кремний 0,20 - 0,40 Сера не более 0,010 Фосфор не более 0,015 Хром 2,90 - 3,20 Медь не более 0,25 Никель 2,20 - 2,50 Молибден 0,70 - 0,90 Ванадий от 0,15 до менее 0,2 Железо и неизбежные примеси Остальное,
при этом после закалки на воздухе и термомеханической обработки временное сопротивление разрыву σВ составляет не менее 170 кгс/мм2, а относительное удлинение δ5 составляет не менее 6%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132189/02A RU2530095C1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132189/02A RU2530095C1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530095C1 true RU2530095C1 (ru) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132189/02A RU2530095C1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530095C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2104325C1 (ru) * | 1996-06-07 | 1998-02-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Конструкционная сталь |
EP1123984A2 (en) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High and low pressure integrated type turbine rotor and process for producing the same |
EP1312690A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-05-21 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Steel material having improved fatigue crack driving resistance and manufacturing process therefor |
EP2159296A1 (en) * | 2007-04-13 | 2010-03-03 | Sidenor Investigacion y Desarrollo, S.A. | Hardened and tempered steel and method for producing parts of said steel |
RU2462532C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-09-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита |
-
2013
- 2013-07-12 RU RU2013132189/02A patent/RU2530095C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2104325C1 (ru) * | 1996-06-07 | 1998-02-10 | Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Конструкционная сталь |
EP1123984A2 (en) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | High and low pressure integrated type turbine rotor and process for producing the same |
EP1312690A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-05-21 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Steel material having improved fatigue crack driving resistance and manufacturing process therefor |
EP2159296A1 (en) * | 2007-04-13 | 2010-03-03 | Sidenor Investigacion y Desarrollo, S.A. | Hardened and tempered steel and method for producing parts of said steel |
RU2462532C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-09-27 | Леонид Михайлович Клейнер | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5928654B2 (ja) | 厚肉高靭性高張力鋼板およびその製造方法 | |
JP6156574B2 (ja) | 厚肉高靭性高張力鋼板およびその製造方法 | |
US8293037B2 (en) | Method for producing duplex stainless steel pipe | |
CN108368575B (zh) | 冷锻调质品用轧制线棒 | |
CN108779529B (zh) | 钢材和油井用钢管 | |
EP3209806B1 (en) | An ultra-high strength thermo-mechanically processed steel | |
CN105408512A (zh) | 高强度油井用钢材和油井管 | |
KR20170066612A (ko) | 재질 균일성이 우수한 후육 고인성 고장력 강판 및 그 제조 방법 | |
JP6819198B2 (ja) | 冷間鍛造調質品用圧延棒線 | |
EP3222743A1 (en) | Rolled steel bar or rolled wire material for cold-forged component | |
US20170219000A1 (en) | Steel for bolts, and bolt | |
CN108699656B (zh) | 钢材和油井用钢管 | |
US11447849B2 (en) | Non-heat treated steel for induction hardening | |
KR20120134534A (ko) | 금형수명이 개선된 고강도 냉간단조용 강선 및 그 제조방법 | |
JP6679935B2 (ja) | 冷間加工部品用鋼 | |
EP3168319A1 (en) | Microalloyed steel for heat-forming high-resistance and high-yield-strength parts, and method for producing components made of said steel | |
WO2015163226A1 (ja) | 地熱発電用タービンロータ材及びその製造方法 | |
US10570487B2 (en) | Rolled steel material for fracture splitting connecting rod | |
US10487372B2 (en) | High-strength bolt | |
KR102113076B1 (ko) | 압연 선재 | |
KR20100057823A (ko) | 괴상 성형된 기계 부품의 제조용 스틸 | |
RU2530095C1 (ru) | Высокопрочная сталь с повышенной деформируемостью после закалки | |
JP5030695B2 (ja) | 破断分離性に優れる高炭素鋼およびその製造方法 | |
RU2510424C1 (ru) | Высокопрочная среднеуглеродистая комплекснолегированная сталь |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150713 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180305 |