RU2562184C1 - Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь - Google Patents
Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562184C1 RU2562184C1 RU2014123636/02A RU2014123636A RU2562184C1 RU 2562184 C1 RU2562184 C1 RU 2562184C1 RU 2014123636/02 A RU2014123636/02 A RU 2014123636/02A RU 2014123636 A RU2014123636 A RU 2014123636A RU 2562184 C1 RU2562184 C1 RU 2562184C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- strength
- nickel
- molybdenum
- cobalt
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,22-0,27, кремний 0,2-0,4, марганец 0,2-0,6, хром 3,3-4,0, кобальт 8,0-9,5, никель 6,0-6,9, молибден 2,5-3,0, вольфрам 0,4-0,6, ванадий 0,20-0,24, ниобий 0,05-0,15, иттрий 0,008-0,01, лантан 0,04-0,05, церий 0,02-0,03, неодим 0,015-0,02, азот 0,03-0,04, железо - остальное. Повышаются предел текучести, ударная вязкость и теплопрочность стали при пределе прочности σB не менее 1800 МПа. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых, например, для редукторов вертолетов, авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
Известна высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь AerMet-100 (патент США US 5087415, 11.02.1992 г.) следующего химического состава, мас.%:
Углерод 0,2-0,33
Хром 2,0-4,0
Никель 10,5-15,0
Молибден 0,75-1,75
Кобальт 8,0-17,0
Железо - остальное
Недостатком стали AerMet-100 является наличие избыточного количества дефицитного кобальта 8-17 мас.%, и никеля 10,5-15 мас.%, что создает трудности в термической и химико-термической обработках, не обеспечивает оптимальной структуры диффузионного слоя и сильно увеличивает общую стоимость стали.
Известна также высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь HY180 (Патент США US 3502462, 24.03.1970 г.) следующего состава, мас.%:
Углерод 0,1-0,16
Хром 0,5-3,0
Молибден 0,7-1,5
Кобальт 6,0-10,0
Никель 9,5-14,0
Железо - остальное
Несмотря на то, что стоимость стали HY180 ниже, чем AerMet-100 из-за более низкого содержания кобальта, недостатком стали является значительно более низкие значения прочности и пластичности, что, в первую очередь, связано с низким содержанием углерода и молибдена.
Известна сталь следующего состава (Патент США US 6176946, 23.01.2001 г.), мас.%:
Углерод 0,05-0,24
Хром 3,5-9,0
Молибден 2-2,5
Кобальт 15,0-28,0
Никель 1,5-9,5
Ванадий<0,2
Железо - остальное
Недостатком данной стали является высокое содержание хрома (до 9 мас.%), который является сильным карбидообразующим элементом, способствующим резкому увеличению концентрации углерода в диффузионном слое и формированию грубых карбидов, снижающих контактно-усталостную прочность. Кроме того, избыточное легирование стали аустенитообразующим элементом никелем (до 9,5 мас.%) приводит к формированию замкнутой карбидной сетки и резкому снижению механических свойств. Сталь также содержит излишнее количество дорогостоящего кобальта.
Наиболее близким аналогом является высокопрочная сталь следующего химического состава (Заявка на изобретение РСТ WO 2009131739 A2, 29.11.2009 г.), мас.%:
Углерод 0,20-0,33
Хром 0,8-3,0
Молибден 0,5-2,5
Кобальт 4,0-8,0
Никель 7,0-11,0
Вольфрам 0,5-5,9
Ванадий 0,05-0,2
Титан 0,02
Легирование стали неоптимально вследствие недостаточного количества карбидообразующих элементов хрома и молибдена, которые оказывают высокий упрочняющий эффект при вторичном твердении. Избыточное количество вольфрама (до 5,9 мас.%) способствует формированию карбидной фазы W6C, нерастворимой при закалке, и крупнозернистой структуры, что вызывает нестабильность значений ударной вязкости. Кроме того, сталь содержит большое количество никеля (до 11 мас.%), что увеличивает количество остаточного аустенита в слое при диффузионном насыщении, препятствует диффузии углерода вглубь, способствует выделению карбидов по границам зерен и образованию карбидной сетки. Наличие повышенного количества остаточного аустенита и карбидной сетки способствует понижению механических свойств диффузионного слоя.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение предела текучести, ударной вязкости и теплопрочности стали при пределе прочности стали σв не менее 1800 МПа.
Для достижения технического результата предлагается высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь, микролегированная РЗМ (редкоземельными металлами), содержащая углерод, хром, кобальт, никель, молибден, вольфрам, ванадий, железо, которая дополнительно содержит кремний, марганец, ниобий, редкоземельные элементы - иттрий, неодим, лантан, церий, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,22-0,27
Кремний 0,2-0,4
Марганец 0,2-0,6
Хром 3,3-4,0
Кобальт 8,0-9,5
Никель 6,0-6,9
Молибден 2,5-3,0
Вольфрам 0,4-0,6
Ванадий 0,20-0,24
Ниобий 0,05-0,15
Иттрий 0,008-0,01
Лантан 0,04-0.05
Церий 0,02-0,03
Неодим 0,015-0,02
Азот 0,03-0,04
Предлагаемая сталь отличается повышенным количеством Cr и Мо. Вышеуказанные элементы задерживают карбидовыделение, удерживая при повышении температуры отпуска большое количество углерода в твердом растворе, препятствуют коагуляции цементита (Fe3C) при высоких температурах отпуска и образуют собственные мелкодисперсные фазы (Cr7C3, Ме7Сз), приводящие к повышение прочности. Повышенное содержание карбидообразующих элементов (Cr и Мо) способствует при диффузионном насыщении увеличению концентрации углерода в слое и формированию глобулярных карбидов, оказывающих блокирующее влияние на сдвиги при пластической деформации и тем самым повышают теплопрочность и механические свойства.
Кроме того, пониженное легирование стали вольфрамом и никелем позволяет наряду с прочностью повысить ее пластичность, ударную вязкость и обеспечить формирование оптимальной структуры диффузионного слоя (наличие мелкодисперсного мартенсита и карбидов). Легирование стали никелем не должно превышать ~6,9 мас.%, поскольку дальнейшее его увеличение не повышает прочность и вязкость, но увеличивает ее стоимость и понижает механические свойства диффузионного слоя.
Введение в сталь заявленного количества ванадия 0,20-0,24 мас.%, ниобия 0,05-0,15 мас.% и азота 0,03-0,04 мас.% обеспечивает формирование устойчивых карбонитридов и нитридов этих элементов, которые практически не растворимы в аустените, вследствие чего они задерживают рост зерна при нагреве под закалку и способствуют повышению ударной вязкости стали.
Церий, лантан, неодим являются поверхностно активными элементами в жидком железе. Они обладают более высокой раскислительной способностью, чем алюминий и являются хорошими десульфаторами стали, измельчают зерно и повышают ударную вязкость стали.
Таким образом, повышение количества хрома и молибдена при пониженном легировании вольфрамом и никелем, микролегирование ниобием, ванадием в сочетании с азотом, а также микролегирование редкоземельными металлами при заявленном содержании и соотношении компонентов повышают механические свойства высокопрочной дисперсионно-твердеющей стали.
Примеры осуществления
Сталь (примеры 1-3) выплавляли в вакуумно-индукционной печи. Химический состав предлагаемой стали и стали прототипа приведен в табл. 1. Слитки предлагаемой стали подвергали горячей пластической деформации (ковки) с получением прутков различного сечения для изготовления образцов с целью проведения механических испытаний. После предварительной термообработки изготавливали образцы для определения твердости (ГОСТ 9013-59) механических свойств, измеренных по ГОСТ 1497-84 (Испытания на растяжение при комнатной температуре) и ГОСТ 9454-78 (Испытания на ударную вязкость). На образцах после упрочняющей термической обработки обеспечивалась твердость 52-53 HRC. На стали-прототипе - 49 HRC.
Механические свойства предлагаемой стали и стали-прототипа приведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, предлагаемая сталь превосходит сталь-прототип по пределу прочности, пределу текучести, по ударной вязкости и теплопрочности.
Применение предлагаемой высокопрочной дисперсионно-твердеющей стали позволит снизить массу, повысить надежность и ресурс работы изделий авиационного моторостроения.
Claims (1)
- Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, хром, кобальт, никель, молибден, вольфрам, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний, марганец, ниобий, иттрий, лантан, церий, неодим и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,22-0,27 кремний 0,2-0,4 марганец 0,2-0,6 хром 3,3-4,0 кобальт 8,0-9,5 никель 6,0-6,9 молибден 2,5-3,0 вольфрам 0,4-0,6 ванадий 0,20-0,24 ниобий 0,05-0,15 иттрий 0,008-0,01 лантан 0,04-0,05 церий 0,02-0,03 неодим 0,015-0,02 азот 0,03-0,04 железо остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123636/02A RU2562184C1 (ru) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123636/02A RU2562184C1 (ru) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2562184C1 true RU2562184C1 (ru) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123636/02A RU2562184C1 (ru) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2562184C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6866725B2 (en) * | 2000-02-28 | 2005-03-15 | Nippon Steel Corporation | Steel pipe excellent in formability and method of producing the same |
RU2296177C1 (ru) * | 2005-08-15 | 2007-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Коррозионно-стойкая дисперсионно-твердеющая сталь |
EP1826288A1 (en) * | 2006-02-23 | 2007-08-29 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Ferritic stainless steel cast iron, cast part using the ferritic stainless steel cast iron, and process for producing the cast part |
RU2321670C2 (ru) * | 2003-02-07 | 2008-04-10 | ЭДВАНСТ СТИЛ ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи | Мелкозернистая, мартенситная нержавеющая сталь и способ ее производства |
EP2211050A1 (en) * | 2007-11-12 | 2010-07-28 | Nippon Steel Corporation | Process for production of common rails and partially strengthened common rails |
-
2014
- 2014-06-10 RU RU2014123636/02A patent/RU2562184C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6866725B2 (en) * | 2000-02-28 | 2005-03-15 | Nippon Steel Corporation | Steel pipe excellent in formability and method of producing the same |
RU2321670C2 (ru) * | 2003-02-07 | 2008-04-10 | ЭДВАНСТ СТИЛ ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи | Мелкозернистая, мартенситная нержавеющая сталь и способ ее производства |
RU2296177C1 (ru) * | 2005-08-15 | 2007-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Коррозионно-стойкая дисперсионно-твердеющая сталь |
EP1826288A1 (en) * | 2006-02-23 | 2007-08-29 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Ferritic stainless steel cast iron, cast part using the ferritic stainless steel cast iron, and process for producing the cast part |
EP2211050A1 (en) * | 2007-11-12 | 2010-07-28 | Nippon Steel Corporation | Process for production of common rails and partially strengthened common rails |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9777355B2 (en) | Process for producing precipitation strengthening martensitic steel | |
JP4485424B2 (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルトの製造方法 | |
JP6784960B2 (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼部材 | |
JP2015526593A (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
AU2016324658A1 (en) | Hard steel with excellent toughness | |
RU2447185C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки | |
AU2018318501B2 (en) | Steel with High Hardness and Excellent Toughness | |
JP2019026882A (ja) | 鋼部材 | |
RU2562184C1 (ru) | Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь | |
RU2558738C1 (ru) | Жаропрочная сталь мартенситного класса | |
RU2576773C1 (ru) | Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса | |
KR101301617B1 (ko) | 고강도 고인성 소재 및 이를 이용한 타워 플랜지 제조방법 | |
RU2397269C2 (ru) | Высокопрочная свариваемая сталь | |
RU2352680C1 (ru) | Ферритная коррозионно-стойкая сталь | |
RU2348735C2 (ru) | Сталь колесная | |
RU2603404C1 (ru) | Способ производства высокотвердого износостойкого листового проката | |
KR102387364B1 (ko) | 고Mn강 및 그의 제조 방법 | |
JP6365963B2 (ja) | 燃料噴射部材用マルテンサイト系ステンレス鋼及びそれを用いた燃料噴射部材 | |
RU2462532C1 (ru) | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита | |
JP4586080B2 (ja) | 耐応力除去焼鈍特性と低温靭性に優れた高強度鋼板 | |
RU2419673C2 (ru) | Высокопрочная хладостойкая свариваемая толстолистовая сталь | |
RU2447183C1 (ru) | Теплостойкая подшипниковая сталь | |
RU2806682C1 (ru) | Высокопрочная коррозионностойкая азотосодержащая мартенситно-аустенитно-ферритная сталь | |
CN102978533B (zh) | 一种高强度高韧性合金钢 | |
RU2813069C1 (ru) | Способ получения высокопрочного стального листа |