RU2556173C2 - Высокопрочная высокопластичная легированная сталь - Google Patents

Высокопрочная высокопластичная легированная сталь Download PDF

Info

Publication number
RU2556173C2
RU2556173C2 RU2013139664/02A RU2013139664A RU2556173C2 RU 2556173 C2 RU2556173 C2 RU 2556173C2 RU 2013139664/02 A RU2013139664/02 A RU 2013139664/02A RU 2013139664 A RU2013139664 A RU 2013139664A RU 2556173 C2 RU2556173 C2 RU 2556173C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
steel according
approximately
strength
content
Prior art date
Application number
RU2013139664/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013139664A (ru
Inventor
Пол М. НОВОТНЫ
Original Assignee
Си-Эр-Эс Холдингс, Инк.
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 Си-Эр-Эс Холдингс, Инк. filed Critical Си-Эр-Эс Холдингс, Инк.
Publication of RU2013139664A publication Critical patent/RU2013139664A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2556173C2 publication Critical patent/RU2556173C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к высокопрочной высокопластичной легированной стали и изделиям, изготавливаемым из нее. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,30-0,47, Mn 0,8-1,3, Si 1,5-2,5, Cr 1,5-2,5, Ni 3,0-5,0, Mo+½W 0,7-0,9, Cu 0,70-0,90, Со до 0,01, V+(5/9)×Nb 0,10-0,25, Ti до 0,005, Al до 0,015, Fe и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит не более 0,01 мас.% фосфора и не более 0,001 мас.% серы. Изготовляемые из стали упрочненные и закаленные при температуре 500°F изделия обладают высокой прочностью и трещиностойкостью. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Description

Предпосылки создания настоящего изобретения
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к высокопрочным, высокопластичным легированным сталям и, прежде всего, к такому сплаву, который можно закаливать при значительно более высокой температуре без существенного снижения предела прочности на разрыв. Настоящее изобретение также относится к высокопрочному, высокопластичному закаленному стальному изделию.
Описание соответствующей области техники
Известны дисперсионно-твердеющие мартенситные стали, которые обеспечивают комбинацию чрезвычайно высокой прочности и трещиностойкости. Известные стали включают стали, описанные в патентах US №4076525 и US №5087415. Первая сталь известна как сплав AF1410, а вторая выпускается под зарегистрированным торговым названием AERMET. Комбинация чрезвычайно высокой прочности и пластичности, характерная для указанных сплавов, является результатом их составов, которые включают значительные количества никеля, кобальта и молибдена, элементов, которые являются типичными среди доступных наиболее дорогостоящих легирующих элементов. В связи с этим указанные стали реализуются по значительно более высокой цене по сравнению с другими сплавами, которые не содержат указанные элементы.
В последнее время была разработана легированная сталь, которая обеспечивает комбинацию высокой прочности и высокой пластичности без необходимости применения легирующих добавок, таких как кобальт и молибден. Такая сталь описана, например, в патенте US №7067019. Сталь, описанная в указанном патенте, представляет собой воздушно-закаливаемую сталь CuNiCr, которая не содержит кобальт и молибден. В ходе испытаний было установлено, что сплав, описанный в патенте ′019, характеризуется пределом прочности на разрыв, равным приблизительно 280 кфунтов/кв.дюйм, и трещиностойкостью, равной приблизительно 90 (кфунтов/кв.дюйм)√дюйм. Сплав твердеет и закаливается, при этом обеспечивается указанная комбинация прочности и пластичности. Температуру закалки ограничивают до не более приблизительно 400°F, чтобы исключить размягчение сплава и соответствующую потерю прочности.
Сплав, описанный в патенте ′019, не является нержавеющей сталью и, в связи с этим, на него необходимо наносить другой слой для предотвращения коррозии. Согласно техническим требованиям к материалам для аэрокосмической техники сплав после нанесения защитного слоя требуется нагревать при 375°F в течение по крайней мере 23 ч для удаления водорода, адсорбированного в процессе нанесения защитного слоя. Необходимость удаления водорода обусловлена тем, что водород придает сплаву хрупкость и оказывает отрицательное действие на пластичность, обеспечиваемую составом сплава. В связи с тем, что указанный сплав закаливают при 400°F, нагревание при 375°F в течение 23 ч после нанесения защитного слоя приводит к перекаливанию деталей, изготовленных из сплава, что не позволяет достигать предел прочности на разрыв на уровне по крайней мере 280 кфунтов/кв.дюйм.
Существует необходимость в разработке сплава CuNiCr, который можно упрочнять и закалять, чтобы обеспечить предел прочности на разрыв на уровне по крайней мере 280 кфунтов/кв.дюйм, и трещиностойкость на уровне приблизительно 90 (кфунтов/кв.дюйм)√дюйм, а также чтобы поддерживать после упрочнения и закалки указанную комбинацию прочности и пластичности при нагревании при температуре приблизительно 375°F в течение по крайней мере 23 ч.
Краткое описание сущности изобретения
Недостатки известных сплавов, как описано выше, в значительной степени исключаются за счет получения сплава по настоящему изобретению. В одном объекте настоящего изобретения предлагается высокопрочная, высокопластичная легированная сталь, которая характеризуется следующим составом в широких пределах и предпочтительными составами, выраженными в массовых процентах.
Figure 00000001
Остальное количество составляет железо и обычные примеси, присутствующие в легированных сталях коммерческих марок аналогичного назначения с аналогичными свойствами. Что касается указанных примесей, содержание фосфора предпочтительно ограничено до не более приблизительно 0,01%, а содержание серы предпочтительно ограничено до не более приблизительно 0,001%. В пределах указанных выше диапазонов в массовых процентах содержание кремния, меди и ванадия находится в следующем диапазоне:
2≤(%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb)≤34.
Представленные выше в виде таблицы данные приведены в качестве удобного краткого описания, в котором не ограничены нижние и верхние пределы диапазонов содержания индивидуальных элементов для применения в комбинации друг с другом или не ограничены диапазоны содержания элементов для применения только в комбинации друг с другом. Таким образом, один или более диапазонов можно использовать с одним или более других диапазонов содержания остальных элементов. Кроме того, минимальное или максимальное содержание элемента в составе в широком диапазоне или в предпочтительном составе можно использовать с минимальным или максимальным содержанием того же элемента в другом предпочтительном или промежуточном составе. Более того, сплав по настоящему изобретению может состоять главным образом или состоять из составляющих элементов, описанных в данном контексте, или включать указанные элементы. Использованный в данном контексте термин «процент» или символ «%» обозначает массовый процент, если не указано иное.
В другом объекте настоящего изобретения предлагается упрочненное и закаленное изделие из легированной стали, которое характеризуется чрезвычайно высокой прочностью и трещиностойкостью. Изделие изготавливают из сплава, характеризующегося указанным выше составом в широком диапазоне или предпочтительным составом, выраженным в массовых процентах. Согласно указанному объекту настоящего изобретения изделие из сплава дополнительно характеризуется тем, что выдерживает закалку при температуре от приблизительно 500°F до 600°F.
Подробное описание изобретения
Сплав по настоящему изобретению содержит по крайней мере приблизительно 0,30% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 0,32% углерода. Углерод обеспечивает высокую прочность и твердость сплава. При необходимости обеспечения более высокой прочности и твердости, сплав предпочтительно содержит по крайней мере приблизительно 0,40% углерода (например, предпочтительный состав С). Углерод также оказывает положительное действие на сопротивление при закалке указанного сплава. Слишком высокое содержание углерода оказывает отрицательное действие на пластичность сплава. В связи с этим, содержание углерода ограничено до следующих значений: не более приблизительно 0,55%, еще предпочтительнее не более приблизительно 0,50% и предпочтительно не более приблизительно 0,47%. В настоящем изобретении установлено, что если сплав содержит такое незначительное количество углерода, как 0,30%, верхний предел содержания углерода можно ограничить до не более приблизительно 0,40%, при этом состав сплава корректируют в соответствии с указанным содержанием составляющих элементов (например, предпочтительный состав В), чтобы обеспечить предел прочности на разрыв, равный по крайней мере 290 кфунтов/кв.дюйм.
Указанный состав включает по крайней мере приблизительно 0,6%, еще предпочтительнее по крайней мере приблизительно 0,7% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 0,8% марганца, предназначенного в основном для раскисления сплава. Было установлено, что марганец также способствует обеспечению высокой прочности сплава. Таким образом, если необходима высокая прочность, в сплав включают по крайней мере приблизительно 1,0% марганца. Если содержание марганца слишком высокое, при упрочнении и закалке может наблюдаться образование нежелательного количества остаточного аустенита, оказывающего отрицательное действие на высокую прочность сплава. В связи с этим, в сплав можно включать вплоть до приблизительно 1,3% марганца. В других вариантах сплав содержит не более приблизительно 1,2% или не более приблизительно 0,9% марганца.
Кремний оказывает положительное действие на способность к закалке и сопротивление при закалке указанного сплава. В связи с этим, в сплав включают по крайней мере приблизительно 0,9% кремния и предпочтительно по крайней мере приблизительно 1,3% кремния. Если необходимы высокая твердость и прочность, в сплав включают по крайней мере приблизительно 1,5% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 1,9% кремния. Слишком высокое содержание кремния оказывает отрицательное действие на твердость, прочность и ковкость сплава. Чтобы исключить указанные отрицательные эффекты, содержание кремния в указанном сплаве ограничивают до следующих значений: не более приблизительно 2,5% и предпочтительно не более приблизительно 2,2% или 2,1%.
Сплав содержит по крайней мере приблизительно 0,75% хрома, так как хром способствует обеспечению высокой способности к закалке, высокой прочности и сопротивления при закалке указанного сплава. Предпочтительно сплав содержит по крайней мере приблизительно 1,0% и еще предпочтительнее по крайней мере приблизительно 1,2% хрома. Более высокую прочность можно обеспечить, если содержание хрома в сплаве составляет по крайней мере приблизительно 1,5% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 1,7%. Содержание в сплаве более приблизительно 2,5% хрома оказывает отрицательное действие на ударную вязкость и ковкость сплава. В вариантах указанного сплава с высокой прочностью содержание хрома составляет предпочтительно не более приблизительно 1,9%. В других вариантах содержание хрома в указанном сплаве ограничено до следующих значений: не более приблизительно 1,5% и еще предпочтительнее не более приблизительно 1,35%.
Никель способствует обеспечению высокой пластичности сплава по настоящему изобретению. В связи с этим, сплав содержит по крайней мере приблизительно 3,0% никеля и предпочтительно по крайней мере приблизительно 3,1% никеля. В предпочтительном варианте сплав (например, предпочтительный состав А) содержит по крайней мере приблизительно 3,7% никеля. Для обеспечения более высокой прочности сплава, в его состав предпочтительно включают по крайней мере приблизительно 4,0% и еще предпочтительнее по крайней мере приблизительно 4,6% никеля. Положительное действие, обеспечиваемое более высоким содержанием никеля, отрицательным образом сказывается на стоимости сплава и при этом не обеспечивает значительного преимущества. Для снижения стоимости сплава количество никеля ограничивают до не более приблизительно 7%. Таким образом, в варианте сплава с наиболее высокой прочностью (например, предпочтительный состав С) сплав может содержать вплоть до приблизительно 5,0% никеля, предпочтительно вплоть до приблизительно 4,9% никеля. В вариантах сплава с более низкой прочностью (например, предпочтительный состав А и предпочтительный состав В) сплав содержит не более приблизительно 4,5% никеля.
Молибден является карбидообразующим элементом, который оказывает положительное действие на сопротивление указанного сплава при закалке. Присутствие молибдена повышает температуру закалки сплава, таким образом при температуре приблизительно 500°F наблюдается вторичный упрочняющий эффект. Молибден также способствует обеспечению прочности и трещиностойкости сплава. Положительные действия, обеспечиваемые молибденом, реализуются при содержании молибдена в сплаве по крайней мере приблизительно 0,4% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 0,5%. Для обеспечения более высокой прочности в сплав включают по крайней мере приблизительно 0,7% молибдена. Аналогично никелю, молибден не обеспечивает значительное улучшение свойств по сравнению со значительным ростом стоимости при добавлении более значительных количеств молибдена. В связи с этим, формы сплава с более высокой прочностью (предпочтительный состав В и предпочтительный состав С) содержат вплоть до приблизительно 1,3% молибдена, еще предпочтительнее не более приблизительно 1,1% молибдена, предпочтительно не более приблизительно 0,9% молибдена. В указанном сплаве часть молибдена или весь молибден можно заменить на вольфрам. Молибден заменяют на вольфрам (если присутствует) в соотношении 1:2.
Указанный сплав предпочтительно содержит по крайней мере приблизительно 0,5% меди, которая способствует обеспечению высокой способности к закалке и ударной вязкости сплава. Если необходима более высокая прочность, в сплав включают по крайней мере приблизительно 0,7% меди. Слишком высокое содержание меди может привести к осаждению нежелательного количества свободной меди в матрице сплава и оказывать отрицательное действие на трещиностойкость сплава. В связи с этим, в указанный сплав включают не более приблизительно 0,9% и предпочтительно не более приблизительно 0,85% меди. Если нет необходимости в чрезвычайно высокой прочности, содержание меди можно ограничить до максимально приблизительно 0,6%.
Ванадий способствует обеспечению высокой прочности сплава и высокой способности указанного сплава к закалке. Ванадий также является карбидообразующим элементом и ускоряет образование карбидов, что способствует измельчению зерен в сплаве и оказывает положительное действие на сопротивление при закалке и вторичное упрочнение сплава. Вследствие указанных причин, сплав предпочтительно содержит по крайней мере приблизительно 0,10% и предпочтительно по крайней мере приблизительно 0,14% ванадия. Слишком высокое содержание ванадия оказывает отрицательное действие на прочность сплава из-за образования более значительных количеств карбидов в сплаве, что снижает содержание углерода в материале матрицы сплава. Соответственно, сплав может содержать вплоть до приблизительно 1,0% ванадия, но предпочтительно содержит не более приблизительно 0,35% ванадия. В вариантах сплава с более высокой прочностью (предпочтительный состав В и предпочтительный состав С) содержание ванадия ограничено до следующих значений: не более приблизительно 0,25% и предпочтительно не более приблизительно 0,22%. В указанном сплаве часть ванадия или весь ванадий можно заменить на ниобий, так как ниобий, аналогично ванадию, взаимодействует с углеродом, образуя карбиды М4С3, что оказывает положительное действие на сопротивление при закалке и способность сплава к закалке. Ванадий заменяют на ниобий (если присутствует) в соотношении 1:1,8.
Указанный сплав также может содержать незначительное количество кальция, вплоть до приблизительно 0,005% кальция, который сохраняется из добавок в процессе плавления сплава для удаления серы и таким образом оказывает положительное действие на трещиностойкость сплава.
Содержание кремния, меди, ванадия и, если присутствует, ниобия предпочтительно подбирают в соответствии с описанными выше диапазонами их содержания в массовых процентах таким образом, чтобы обеспечить преимущества новой комбинации прочности и пластичности, которая характеризует указанный сплав. Более конкретно соотношение (%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb) составляет приблизительно от 2 до 34. Соотношение составляет предпочтительно приблизительно 6-12, при этом уровни прочности составляют менее приблизительно 290 кфунтов/кв.дюйм. Для обеспечения уровней прочности 290 кфунтов/кв.дюйм и выше состав сплава подбирают таким образом, чтобы указанное соотношение составляло от приблизительно 14,5 вплоть до приблизительно 34. Полагают, что если количества кремния, меди и ванадия, присутствующих в сплаве, подбирать в соответствии с указанным соотношением, укрепляются границы зерен сплава за счет предотвращения образования на границах зерен хрупких фаз и включения посторонних элементов.
Остальную часть сплава главным образом составляет железо и обычные примеси, присутствующие в аналогичных сплавах и сталях коммерческих марок. В этом отношении сплав предпочтительно содержит не более приблизительно 0,01%, еще предпочтительнее не более приблизительно 0,005% фосфора и не более приблизительно 0,001%, еще предпочтительнее не более приблизительно 0,0005% серы. Сплав предпочтительно содержит не более приблизительно 0,01% кобальта. Сплав может содержать остаточные количества титана, вплоть до приблизительно 0,01%, включенного в составе продуктов раскисления в процессе плавления, при этом содержание титана предпочтительно ограничено до не более приблизительно 0,005%. Сплав также может содержать вплоть до приблизительно 0,015% алюминия, включенного из добавок раскисления в процессе плавления.
Состав сплавов согласно предпочтительным вариантам В и С подбирают с целью обеспечения чрезвычайно высокой прочности и пластичности в упрочненном и закаленном состоянии. В этом отношении, предпочтительный состав В подбирают с целью обеспечения предела прочности на разрыв по крайней мере приблизительно 290 кфунтов/кв.дюйм в сочетании с высокой пластичностью, о чем свидетельствует критический коэффициент интенсивности напряжения в условиях плоской деформации (KIc), характеризующий трещиностойкость, равный по крайней мере приблизительно 70 (кфунтов/кв.дюйм)√дюйм. Кроме того, для областей применения, в которых требуется более высокая прочность и пластичность, предпочтительный состав С подбирают таким образом, чтобы обеспечить предел прочности на разрыв, равный по крайней мере приблизительно 310 кфунтов/кв.дюйм, и коэффициент трещиностойкости KIc, равный по крайней мере приблизительно 50 (кфунтов/кв.дюйм)√дюйм.
Для получения сплава по настоящему изобретению не требуются специальные технологии плавления. Сплав предпочтительно подвергают вакуумно-индукционной плавке (VIM) и, если необходимо для особых областей применения, очищают с использованием вакуумно-дугового переплава (VAR). При необходимости, сплав также можно подвергать дуговой плавке на воздухе (ARC). После плавки ARC сплав можно очищать электрошлаковым переплавом (ESR) или в процессе VAR.
Сплав по настоящему изобретению предпочтительно деформируют в горячем состоянии при температуре вплоть до приблизительно 2100°F, предпочтительно при приблизительно 1800°F, при этом получают различные формы промежуточных продуктов, такие как прутки и заготовки. Сплав предпочтительно подвергают тепловой обработке аустенизацией при температуре приблизительно от 1585°F до приблизительно 1735°F в течение приблизительно 1-2 ч. Затем сплав охлаждают на воздухе или закаляют в масле от температуры аустенизации. При необходимости, сплав можно подвергать тепловой обработке в вакууме и закалять в потоке газа. Сплав предпочтительно подвергают глубокому охлаждению до температуры -100°F или -320°F в течение приблизительно 1-8 ч и затем нагревают на воздухе. Сплав предпочтительно закаляют при температуре приблизительно 500°F в течение 2-3 ч и затем охлаждают на воздухе. Сплав можно закалять при температуре вплоть до 600°F, если не требуется оптимальное сочетание прочности и пластичности.
Сплав по настоящему изобретению можно использовать в широком спектре областей применения. Чрезвычайно высокая прочность и высокая трещиностойкость сплава позволяют использовать сплав для деталей металлорежущих станков, а также для элементов конструкций летательного аппарата, включая шасси. Сплав по настоящему изобретению также можно использовать для автомобильных деталей, включая, но не ограничиваясь только ими, конструктивные детали, приводные валы, рессоры и коленчатые валы. Полагают, что сплав можно также использовать для изготовления броневых плит, листов и заготовок.
Примеры
Для анализа получены две плавки (400 фунтов), состав которых в массовых процентах приведен ниже в табл.1. Обе плавки получали с использованием вакуумной индукционной плавки и затем отливали в виде квадратных слитков размером 7,5 дюйма. Слитки нагревали при 2300°F в течение времени, достаточного для гомогенизации сплавов. Затем слитки деформировали в горячем состоянии при температуре 1800°F, при этом получали заготовки размером 3-1/2 дюйма×5 дюймов. Затем заготовки повторно нагревали до 1800°F и часть каждой заготовки деформировали в горячем состоянии до формирования заготовки с поперечным сечением размером 1-1/2 дюйма × 4-5/8 дюймов.
Деформацию в горячем состоянии проводили постадийно, при необходимости с повторным нагреванием промежуточных форм. После горячей штамповки заготовки охлаждали до комнатной температуры на воздухе. Затем каждую из охлажденных заготовок разрезали на два образца по линии соединения двух секций. Образцы отжигали при 1250°F в течение 8 ч и затем охлаждали на воздухе.
Таблица 1
Figure 00000002
Образцы для проведения стандартных испытаний на растяжение, определения ударной вязкости по методу Шарли на образцах с V-образным надрезом, а также трещиностойкости и твердости получали из заготовок с продольной и поперечной ориентациями. Перед испытаниями исследуемые образцы деформировали в горячем состоянии следующим образом. Образцы из плавки 1 аустенировали в вакуумной печи при 1685°F в течение 1,5 ч и затем закаляли в потоке газа. Образцы после закалки подвергали глубокому охлаждению до температуры -100°F в течение 8 ч и затем нагревали до комнатной температуры на воздухе. Наконец, образцы закаляли при 500°F в течение 2 ч и затем охлаждали на воздухе. Образцы из плавки 2 аустенировали в вакуумной печи при 1735°F в течение 2 ч и затем закаляли в потоке газа. Образцы после закалки подвергали глубокому охлаждению до температуры -100°F в течение 8 ч и затем нагревали до комнатной температуры на воздухе. Наконец, образцы закаляли при 500°F в течение 2 ч и затем охлаждали на воздухе.
Результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре, определения ударной вязкости по методу Шарли на образцах с V-образным надрезом, а также коэффициенты трещиностойкости KIc приведены в табл.2А и табл.2Б ниже, включая условный предел текучести 0,2% (Y.S), а также значения предельной прочности на разрыв (U.T.S.) в кфунтах/кв.дюйм, относительного удлинения в процентах (%Еl.) и коэффициентов вытяжки в процентах (%R.A.), ударной вязкости с V-образным надрезом по методу Шарли (CVN) в фунт-сила-фут, коэффициентов KIc при проведении испытаний на трещиностойкость при ступенчато-возрастающей нагрузке в (кфунтах/кв.дюйм)√дюйм, а также твердости по Роквеллу по шкале С (HRC). Испытание на трещиностойкость при ступенчато-возрастающей нагрузке проводили в соответствии со стандартами Американского общества по испытанию материалов (ASTM Standard Test Procedures) E399, Е812 и Е1290. В табл.2А приведены результаты для плавки 1, а в табл.2Б приведены результаты для плавки 2.
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Использованные в данном контексте термины и выражения предназначены для описания настоящего изобретения и не ограничивают его объем. Использование указанных терминов и выражений не исключает любые эквиваленты представленных и описанных признаков, а также их частей. Следует понимать, что возможны различные модификации в пределах описанного изобретения, а также пунктов формулы изобретения.

Claims (27)

1. Высокопрочная высокопластичная легированная сталь, характеризующаяся высоким сопротивлением при закалке, которая содержит в мас.% приблизительно:
C 0,30-0,47 Mn 0,8-1,3 Si 1,5-2,5 Cr 1,5-2,5 Ni 3,0-5,0 Mo+½W 0,7-0,9 Cu 0,70-0,90 Со 0,01 макс. V+(5/9)×Nb 0,10-0,25 Ti 0,005 макс. Al 0,015 макс. железо и обычные примеси остальное,

при этом содержание фосфора ограничено до приблизительно 0,01 макс., а содержание серы ограничено до не более приблизительно 0,001 макс., при этом
2≤(%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb)≤34.
2. Сталь по п.1, которая содержит не более приблизительно 0,40% углерода.
3. Сталь по п.1, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 0,40% углерода.
4. Сталь по п.1, которая содержит не более приблизительно 4,5% никеля.
5. Сталь по п.1, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 4,0% никеля.
6. Сталь по п.1, которая содержит не более приблизительно 1,2% марганца.
7. Сталь по п.1, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 1,0% марганца.
8. Сталь по п.1, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 1,7% хрома.
9. Сталь по п.1, в которой 6≤(%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb)≤12.
10. Сталь по п.1, в которой 14,5≤(%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb)≤34.
11. Сталь по п.1, в которой содержание углерода ограничено до приблизительно 0,30-0,40%, содержание никеля ограничено до приблизительно 3,0-4,5% и 6<(%Si+%Cu)/(%V+(5/9) ×%Nb)<12.
12. Сталь по п.11, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 3,7% никеля.
13. Сталь по п.11, которая содержит не более приблизительно 2,2% кремния.
14. Сталь по п.11, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 0,32% углерода.
15. Сталь по п.11, которая содержит не более приблизительно 1,2% марганца.
16. Сталь по п.11, которая содержит не более приблизительно 0,85% меди.
17. Сталь по п.11, в которой %V+(5/9)×%Nb составляет, по крайней мере, приблизительно 0,14%.
18. Сталь по п.11, в которой %V+(5/9)×%Nb составляет не более приблизительно 0,22%.
19. Сталь по п.1, в которой содержание углерода ограничено до приблизительно 0,40-0,47%, содержание никеля ограничено до приблизительно 4,0-5,0%, и 14,5≤(%Si+%Cu)/(%V+(5/9)×%Nb)≤34.
20. Сталь по п.19, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 4,6% никеля.
21. Сталь по п.19, которая содержит не более приблизительно 2,2% кремния.
22. Сталь по п.19, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 1,0% марганца.
23. Сталь по п.19, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 1,9% кремния.
24. Сталь по п.19, которая содержит, по крайней мере, приблизительно 1,7% хрома.
25. Сталь по п.19, которая содержит не более приблизительно 1,9% хрома.
26. Сталь по п.19, которая содержит не более приблизительно 0,85% меди.
27. Упрочненное и закаленное изделие из стали, которое характеризуется чрезвычайно высокой прочностью и трещиностойкостью, изготовленное из стали по любому из пп.1-26, причем указанное изделие после закалки при температуре 500°F характеризуется пределом прочности на разрыв, равным по крайней мере 290 кфунтов/кв.дюйм, и критическим коэффициентом интенсивности напряжения в условиях плоской деформации (KIc), характеризующим трещиностойкость, равным по крайней мере 50 (кфунтов/кв.дюйм)√дюйм.
RU2013139664/02A 2011-01-28 2012-01-30 Высокопрочная высокопластичная легированная сталь RU2556173C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/016,606 2011-01-28
US13/016,606 US20110165011A1 (en) 2008-07-24 2011-01-28 High strength, high toughness steel alloy
PCT/US2012/023088 WO2012103539A1 (en) 2011-01-28 2012-01-30 High strength, high toughness steel alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013139664A RU2013139664A (ru) 2015-03-10
RU2556173C2 true RU2556173C2 (ru) 2015-07-10

Family

ID=45569764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013139664/02A RU2556173C2 (ru) 2011-01-28 2012-01-30 Высокопрочная высокопластичная легированная сталь

Country Status (15)

Country Link
US (2) US20110165011A1 (ru)
EP (1) EP2668306B1 (ru)
JP (1) JP5933597B2 (ru)
KR (1) KR101696967B1 (ru)
CN (1) CN103502498B (ru)
AR (1) AR084951A1 (ru)
BR (1) BR112013019167B1 (ru)
CA (1) CA2825146C (ru)
ES (1) ES2530503T3 (ru)
IL (1) IL227570A (ru)
MX (1) MX344839B (ru)
PL (1) PL2668306T3 (ru)
RU (1) RU2556173C2 (ru)
TW (1) TWI449799B (ru)
WO (1) WO2012103539A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9499890B1 (en) 2012-04-10 2016-11-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High-strength, high-toughness steel articles for ballistic and cryogenic applications, and method of making thereof
US20130284319A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 Paul M. Novotny High Strength, High Toughness Steel Alloy
CN104498834B (zh) * 2014-12-15 2016-05-18 北京理工大学 一种高韧性超高强度钢的成分及其制备工艺
CN111996452B (zh) * 2020-08-07 2022-07-12 上海大学 高合金无缝钢管穿孔顶头及其制备方法
CN111979487A (zh) * 2020-08-14 2020-11-24 上海佩琛金属材料有限公司 一种高塑韧性低合金超高强度钢及制备方法
CN112593166B (zh) * 2020-12-22 2022-05-03 河南中原特钢装备制造有限公司 超高强度高韧性合金结构钢及其冶炼工艺

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262539C1 (ru) * 2003-12-26 2005-10-20 Общество с ограниченной отвественностью "Интелмет НТ" Сортовой прокат круглый из легированной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3713905A (en) * 1970-06-16 1973-01-30 Carpenter Technology Corp Deep air-hardened alloy steel article
US4076525A (en) 1976-07-29 1978-02-28 General Dynamics Corporation High strength fracture resistant weldable steels
JPH0765141B2 (ja) * 1985-09-18 1995-07-12 日立金属株式会社 熱間加工用工具鋼
US5087415A (en) 1989-03-27 1992-02-11 Carpenter Technology Corporation High strength, high fracture toughness structural alloy
JPH04143253A (ja) * 1990-10-04 1992-05-18 Kobe Steel Ltd 転動疲労特性に優れた軸受用鋼
JPH05148581A (ja) * 1991-11-28 1993-06-15 Kobe Steel Ltd 高強度ばね用鋼および高強度ばねの製造方法
AU663023B2 (en) 1993-02-26 1995-09-21 Nippon Steel Corporation Process for manufacturing high-strength bainitic steel rails with excellent rolling-contact fatigue resistance
FR2727431B1 (fr) * 1994-11-30 1996-12-27 Creusot Loire Procede d'elaboration d'un acier au titane et acier obtenu
JPH08209289A (ja) * 1995-02-06 1996-08-13 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼
US6187261B1 (en) * 1996-07-09 2001-02-13 Modern Alloy Company L.L.C. Si(Ge)(-) Cu(-)V Universal alloy steel
JPH10102185A (ja) * 1996-10-02 1998-04-21 Nippon Steel Corp 高靭性高温耐摩耗部材およびその厚鋼板の製造方法
JP3457498B2 (ja) 1997-04-17 2003-10-20 新日本製鐵株式会社 高強度ｐｃ鋼棒およびその製造方法
JPH11152519A (ja) * 1997-11-19 1999-06-08 Mitsubishi Seiko Muroran Tokushuko Kk 塩化物による腐食に耐える懸架用ばねの製造方法
EP0928835A1 (en) * 1998-01-07 1999-07-14 Modern Alloy Company L.L.C Universal alloy steel
RU2194776C2 (ru) * 1998-01-14 2002-12-20 Ниппон Стил Корпорейшн Рельсы из бейнитной стали с высокими сопротивлением усталостному разрушению поверхности и износостойкостью
FR2780418B1 (fr) * 1998-06-29 2000-09-08 Aubert & Duval Sa Acier de cementation a temperature de revenu eleve, procede pour son obtention et pieces formees avec cet acier
JP2001262274A (ja) * 2000-03-22 2001-09-26 Kobe Steel Ltd 高強度鋼ベルトおよびその製法
JP2003027181A (ja) * 2001-07-12 2003-01-29 Komatsu Ltd 高靭性耐摩耗用鋼
JP2003105485A (ja) 2001-09-26 2003-04-09 Nippon Steel Corp 耐水素疲労破壊特性に優れた高強度ばね用鋼およびその製造方法
JP2006518811A (ja) 2003-01-24 2006-08-17 エルウッド・ナショナル・フォージ・カンパニー エグリン鋼−低合金高強度組成物
US7067019B1 (en) * 2003-11-24 2006-06-27 Malltech, L.L.C. Alloy steel and article made therefrom
WO2007058364A1 (ja) * 2005-11-21 2007-05-24 National Institute For Materials Science 温間加工用鋼、その鋼を用いた温間加工方法、およびそれにより得られる鋼材ならびに鋼部品
JP2008138241A (ja) 2006-11-30 2008-06-19 Jfe Steel Kk 耐疲労損傷性及び耐食性に優れたパーライト鋼レールおよびその製造方法
US8137483B2 (en) * 2008-05-20 2012-03-20 Fedchun Vladimir A Method of making a low cost, high strength, high toughness, martensitic steel
CN102165086B (zh) * 2008-07-24 2017-02-08 Crs 控股公司 高强度、高韧性钢合金
JP7065141B2 (ja) * 2020-03-31 2022-05-11 本田技研工業株式会社 鞍乗り型車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262539C1 (ru) * 2003-12-26 2005-10-20 Общество с ограниченной отвественностью "Интелмет НТ" Сортовой прокат круглый из легированной стали для холодной объемной штамповки сложнопрофильных высокопрочных крепежных деталей

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014509348A (ja) 2014-04-17
CN103502498A (zh) 2014-01-08
BR112013019167B1 (pt) 2019-04-09
ES2530503T3 (es) 2015-03-03
PL2668306T3 (pl) 2015-06-30
US9518313B2 (en) 2016-12-13
BR112013019167A2 (pt) 2016-10-04
US20130037176A1 (en) 2013-02-14
MX2013008680A (es) 2013-10-30
KR101696967B1 (ko) 2017-01-16
EP2668306B1 (en) 2014-12-24
MX344839B (es) 2017-01-09
TWI449799B (zh) 2014-08-21
KR20130114261A (ko) 2013-10-16
CN103502498B (zh) 2016-09-21
CA2825146A1 (en) 2012-08-02
AR084951A1 (es) 2013-07-10
CA2825146C (en) 2017-05-09
TW201235483A (en) 2012-09-01
JP5933597B2 (ja) 2016-06-15
US20110165011A1 (en) 2011-07-07
IL227570A0 (en) 2013-09-30
IL227570A (en) 2017-01-31
WO2012103539A1 (en) 2012-08-02
EP2668306A1 (en) 2013-12-04
RU2013139664A (ru) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0390468B1 (en) High-strength, high-fracture-toughness structural alloy
US10472706B2 (en) High strength, high toughness steel alloy
US9957594B2 (en) High strength, high toughness steel alloy
RU2556173C2 (ru) Высокопрочная высокопластичная легированная сталь
US5866066A (en) Age hardenable alloy with a unique combination of very high strength and good toughness
KR20130121755A (ko) 우수한 강도 및 인성을 갖는 증기 터빈 블레이드용 강철
CN105886949A (zh) 一种高性能耐热钢、其制备方法及其应用
US20090266451A1 (en) Ultra-High Strength Martensitic Alloy
KR102554100B1 (ko) NiCrMo강 및 NiCrMo강재의 제조 방법
JPH03243747A (ja) 高強度・高破面靭性を有するマルテンサイト合金鋼
MX2008006428A (en) Ultra-high strength martensitic alloy