RU2568405C2 - Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it - Google Patents
Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568405C2 RU2568405C2 RU2013149172/02A RU2013149172A RU2568405C2 RU 2568405 C2 RU2568405 C2 RU 2568405C2 RU 2013149172/02 A RU2013149172/02 A RU 2013149172/02A RU 2013149172 A RU2013149172 A RU 2013149172A RU 2568405 C2 RU2568405 C2 RU 2568405C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- spring
- tempering
- manganese
- volume
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Springs (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к пружинно-рессорным сталям. Оно может быть использовано для изготовления крупных высоконагруженных пружин, подверженных высоким нагрузкам, в частности, для изготовления винтовых пружин подвижного состава железнодорожного транспорта с диаметром прутка 24-26,99 миллиметров.The invention relates to the field of metallurgy and mechanical engineering, in particular to spring-spring steels. It can be used for the manufacture of large, heavily loaded springs subject to high loads, in particular, for the manufacture of coil springs for rolling stock of railway vehicles with a bar diameter of 24-26.99 millimeters.
В процессе эксплуатации рессорных пружин в вагонах железнодорожного транспорта они подвергаются длительным деформационным нагрузкам, вертикальным и горизонтальным колебаниям, воздействию атмосферы в различных климатических зонах. Поэтому к материалам, используемым для изготовления рессорных пружин, предъявляется ряд специальных требований. Они должны обеспечивать высокое сопротивление малым пластическим деформациям и обладать высокой релаксационной стойкостью. Стабильность указанных характеристик в процессе эксплуатации обеспечивает точность и надежность работы пружин и упругих элементов.In the process of operating spring springs in railroad cars, they are subjected to prolonged deformation loads, vertical and horizontal vibrations, and atmospheric effects in various climatic zones. Therefore, the materials used for the manufacture of spring springs have a number of special requirements. They should provide high resistance to small plastic deformations and have high relaxation resistance. The stability of these characteristics during operation ensures the accuracy and reliability of the springs and elastic elements.
Известна пружинно-рессорная сталь для подвижного состава железнодорожного транспорта и сама изготовленная из нее пружина, которые раскрыты в патенте SU 1470808 А1. Согласно этому патенту сталь содержит, мас. %: углерод 0,53-0,6, кремний 0,6-0,8, марганец 0,21-0,35, хром 0,1-0,22, никель 0,1-0,15, железо - остальное.Known spring-spring steel for rolling stock of railway transport and the spring itself made of it, which are disclosed in patent SU 1470808 A1. According to this patent, the steel contains, by weight. %: carbon 0.53-0.6, silicon 0.6-0.8, manganese 0.21-0.35, chromium 0.1-0.22, nickel 0.1-0.15, iron - the rest .
Недостатком этой стали и изготовленных из нее пружин стало отсутствие стабильности получаемых в процессе термической обработки механических свойств, микроструктуры и твердости по сечению прутка, а соответственно, и стабильности релаксационной стойкости и циклической долговечности пружин. Отсутствие стабильности указанных характеристик при термической обработке пружин из известной марки стали не позволяет автоматизировать процесс производства и добиться его высокой производительности.The disadvantage of this steel and the springs made from it was the lack of stability of the mechanical properties obtained by the heat treatment, microstructure and hardness over the cross section of the bar, and, accordingly, the stability of the relaxation resistance and cyclic durability of the springs. The lack of stability of these characteristics during heat treatment of springs from a well-known steel grade does not allow automating the production process and achieving its high productivity.
Ближайшим аналогом изобретения по настоящей заявке является изобретение по патенту России №2370565 С2, заявка по которому была опубликована 10.03.2009, а сам патент - 20.10.2009. Согласно этому патенту сталь содержит, мас. %: углерод 0,55-0,60; кремний 0,40-0,75; марганец 0,25-0,35; алюминий 0,02-0,06; азот 0,004-0,016; сера ≤0,025; фосфор ≤0,020; хром 0,15-0,20; никель 0,15-0,20; медь 0,15-0,20; железо - остальное.The closest analogue of the invention to this application is the invention according to Russian patent No. 2370565 C2, the application for which was published on March 10, 2009, and the patent itself - October 20, 2009. According to this patent, the steel contains, by weight. %: carbon 0.55-0.60; silicon 0.40-0.75; manganese 0.25-0.35; aluminum 0.02-0.06; nitrogen 0.004-0.016; sulfur ≤0.025; phosphorus ≤0.020; chrome 0.15-0.20; nickel 0.15-0.20; copper 0.15-0.20; iron is the rest.
Однако в процессе применения этого аналога оказалось, что указанный недостаток предыдущего полностью исключен не был и в определенной степени сохранился. А именно давала о себе знать некоторая нестабильность получаемых в процессе термической обработки механических свойств, микроструктуры и твердости по сечению прутка, а соответственно, и нестабильность релаксационной стойкости и циклической долговечности пружин. Отсутствие стабильности указанных характеристик при термической обработке пружин из известной марки стали не позволило, в частности, расширить производство до изготовления прутков с диаметром, меньшим чем 27 миллиметров, и тем самым добиться его высокой производительности и вариативности.However, in the process of applying this analogue, it turned out that the indicated drawback of the previous one was not completely excluded and to a certain extent remained. Namely, some instability of the mechanical properties obtained during the heat treatment, microstructure and hardness over the cross section of the bar, and, accordingly, the instability of the relaxation resistance and cyclic durability of the springs, made itself felt. The lack of stability of these characteristics during the heat treatment of springs from a well-known steel grade did not allow, in particular, to expand production to manufacture rods with a diameter of less than 27 millimeters, and thereby achieve its high productivity and variability.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка состава пружинно-рессорной стали для винтовых пружин с диаметром прутков от 24 до менее 27 мм для подвижного состава железнодорожного транспорта, обладающей предельно высокими и стабильными эксплуатационными характеристиками.The problem to which the invention is directed, is to develop a spring-spring steel composition for coil springs with a bar diameter of 24 to less than 27 mm for rolling stock of railway transport with extremely high and stable operating characteristics.
Техническим результатом является обеспечение стабильности свойств стали и пружин, изготовленных из нее, после термической обработки, что обеспечивает вариативность производства до изготовления пружин с диаметром прутков от 24 мм, увеличивает уровень эксплуатационных характеристик, в частности механических свойств, релаксационной стойкости, циклической долговечности и коррозионной стойкости. Кроме того, техническим результатом является уменьшение материалоемкости за счет меньшего количества отдельных необходимых компонентов (в частности, стали).The technical result is to ensure the stability of the properties of steel and springs made from it after heat treatment, which ensures production variability before manufacturing springs with a bar diameter of 24 mm, increases the level of performance, in particular mechanical properties, relaxation resistance, cyclic durability and corrosion resistance . In addition, the technical result is a reduction in material consumption due to the smaller number of separate necessary components (in particular, steel).
Данный технический результат был достигнут следующим образом.This technical result was achieved as follows.
Согласно патенту, выданному в отношении указанного выше ближайшего аналога, в стали для винтовых пружин с диаметром прутков 27-33 мм для подвижного состава железнодорожного транспорта содержалось 0,25-0,35 мас. % марганца и при этом считалось, что при содержании марганца менее 0,25 мас. % не обеспечивается требуемый уровень прочности и упругости пружин, поскольку сталь не выдерживает заданного количества прогибов. Следовательно, если марганца будет меньше 0,25 мас. %, то, как считалось, это ухудшит эксплуатационные свойства стали.According to the patent issued in relation to the closest analogue indicated above, 0.25-0.35 wt.% Was contained in steel for coil springs with a bar diameter of 27-33 mm for rolling stock of railway transport. % manganese and it was believed that with a manganese content of less than 0.25 wt. % the required level of spring strength and elasticity is not provided, since the steel does not withstand a given number of deflections. Therefore, if the manganese will be less than 0.25 wt. %, it was believed that this would degrade the operational properties of steel.
Однако при уменьшении количества марганца от 0,15 до менее 0,25 мас. %, а также при определении содержания кремния в 0,40-0,60 мас. % неожиданно оказалось, что предложенное сочетание легирующих элементов позволяет стабилизировать прокаливаемость пружин после объемно-поверхностной закалки и отпуска. Это обусловлено тем, что марганец в совокупности с кремнием сильно повышают прокаливаемость стали, а уменьшение их содержания позволило получить исходную однородную мелкозернистую структуру стали, что после объемно-поверхностной закалки и отпуска обеспечило получение оптимальных для пружин механических свойств, в частности прочности, предела текучести и предела упругости.However, with a decrease in the amount of manganese from 0.15 to less than 0.25 wt. %, as well as in determining the silicon content of 0.40-0.60 wt. % it turned out unexpectedly that the proposed combination of alloying elements stabilizes the hardenability of the springs after volume-surface hardening and tempering. This is due to the fact that manganese, together with silicon, greatly increase the hardenability of steel, and a decrease in their content made it possible to obtain the initial homogeneous fine-grained structure of steel, which, after volume-surface quenching and tempering, provided optimal mechanical properties for springs, in particular, strength, yield strength, and elastic limit.
Таким образом предложена сталь для винтовых пружин с диаметром прутков от 24 до менее 27 мм для подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, дополнительно содержащая алюминий, азот, серу, фосфор, медь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Thus, steel for coil springs with a bar diameter of 24 to less than 27 mm was proposed for rolling stock of railway transport containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, iron, additionally containing aluminum, nitrogen, sulfur, phosphorus, copper, in the following ratio components, wt. %:
углерод: 0,55-0,60carbon: 0.55-0.60
кремний: 0,40-0,60silicon: 0.40-0.60
марганец: от 0,15 до менее 0,25Manganese: 0.15 to less than 0.25
алюминий: 0,02-0,05aluminum: 0.02-0.05
азот: 0,008-0,016nitrogen: 0.008-0.016
сера: ≤0,015sulfur: ≤0.015
фосфор: ≤0,020phosphorus: ≤0.020
хром: ≤0,20chrome: ≤0.20
никель: ≤0,20nickel: ≤0.20
медь: ≤0,20copper: ≤0.20
железо: остальноеiron: the rest
и имеющая балл аустенитного зерна 11-12 и структуру мелкоигольчатого мартенсита отпуска и сорбита после объемно-поверхностной закалки и отпуска.and having an austenitic grain score of 11-12 and a fine-needle martensite tempering structure and sorbitol after volume-surface quenching and tempering.
Также технический результат достигается тем, что пружина с диаметром прутков от 24 до менее 27 мм, изготовленная из стали предложенного состава, после объемно-поверхностной закалки имеет в сердцевине структуру сорбита, а на поверхности структуру мелкоигольчатого мартенсита отпуска.Also, the technical result is achieved in that a spring with a bar diameter of 24 to less than 27 mm, made of steel of the proposed composition, after volume-surface quenching, has a sorbitol structure in the core and a fine-needle tempering martensite on the surface.
Предложенное сочетание легирующих элементов и ограничение по содержанию примесных элементов позволяет получить исходную однородную мелкозернистую структуру стали, что обеспечивает после объемно-поверхностной закалки и отпуска получение оптимальных для пружин механических свойств, в частности прочности, предела текучести и предела упругости.The proposed combination of alloying elements and a limitation on the content of impurity elements makes it possible to obtain an initial uniform homogeneous fine-grained steel structure, which ensures, after volume-surface quenching and tempering, obtaining optimal mechanical properties for springs, in particular strength, yield strength, and elastic limit.
Размер зерна в стали существенно влияет на ее свойства. Так, крупное зерно снижает прочность, пластичность и порог хладноломкости, а также коррозионную стойкость, повышает склонность к хрупкому разрушению стали.The grain size in steel significantly affects its properties. So, coarse grain reduces strength, ductility and cold brittleness threshold, as well as corrosion resistance, increases the tendency to brittle fracture of steel.
Заявленный интервал содержания углерода обеспечивает необходимые прочность и прокаливаемость. При содержании менее 0,55 мас. % не обеспечивается требуемый уровень прочности, пластичности и пружина хрупко разрушается, а при содержании свыше 0,60 мас. % образуются центры графитизации, вследствие чего снижается релаксационная стойкость и долговечность.The stated carbon content range provides the necessary strength and hardenability. When the content is less than 0.55 wt. % does not provide the required level of strength, ductility and the spring brittle breaks, and when the content is over 0.60 wt. % graphitization centers are formed, as a result of which relaxation resistance and durability are reduced.
Кремний не только раскисляет сталь, но также упрочняет ее и повышает предел упругости, что увеличивает релаксационную стойкость. При содержании кремния менее 0,40 мас. % прочность и упругость стали становятся ниже допустимого уровня, а при содержании значительно выше 0,60 мас. % пластичность снижается и сталь становится более хрупкой.Silicon not only deoxidizes the steel, but also strengthens it and increases the elastic limit, which increases the relaxation resistance. When the silicon content is less than 0.40 wt. % strength and elasticity of steel become lower than the acceptable level, and when the content is significantly higher than 0.60 wt. % ductility decreases and steel becomes more brittle.
Марганец не только раскисляет сталь, но повышает ее прочность и долговечность. Однако его роль не следует переоценивать: уже при содержании более 0,15 мас. % он обеспечивает требуемый уровень прочности и упругости пружин, сталь выдерживает заданное количество гибов и перегибов, что улучшает эксплуатационные свойства стали. Однако при содержании свыше 0,25 мас. % снижается пластичность, а следовательно, и долговечность пружин.Manganese not only deoxidizes steel, but also increases its strength and durability. However, its role should not be overestimated: already at a content of more than 0.15 wt. % it provides the required level of spring strength and elasticity, steel withstands a given number of bends and bends, which improves the operational properties of steel. However, with a content of over 0.25 wt. % decreases ductility and, consequently, the durability of the springs.
Введение в сталь алюминия в количестве 0,02-0,05 мас. % позволяет не только раскислить, но и модифицировать сталь, в частности, за счет того, что он связывает кислород и азот в оксиды и нитриды, которые являются эффективными барьерами для роста аустенитного зерна.The introduction of aluminum into steel in an amount of 0.02-0.05 wt. % allows not only deoxidizing, but also modifying steel, in particular, due to the fact that it binds oxygen and nitrogen to oxides and nitrides, which are effective barriers to the growth of austenitic grain.
Азот упрочняет сталь за счет образования нитридов алюминия, способствующих получению мелкозернистой структуры. Для связывания алюминия с получением нитрида алюминия содержание азота должно быть 0,008-0,016 мас. %. При содержании азота свыше 0,05 мас. % излишек азота проявляется в виде пузырьков на поверхности получаемого слитка, что снижает механические свойства, затрудняет дальнейшую его обработку.Nitrogen strengthens the steel due to the formation of aluminum nitrides, which contribute to obtaining a fine-grained structure. To bind aluminum to produce aluminum nitride, the nitrogen content should be 0.008-0.016 wt. % When the nitrogen content is more than 0.05 wt. % excess nitrogen appears in the form of bubbles on the surface of the obtained ingot, which reduces the mechanical properties and complicates its further processing.
Фосфор, выделяясь по границам зерен, снижает ударную вязкость, вследствие чего сталь хрупко разрушается за счет ослабления межзеренного сцепления. Поэтому содержание фосфора ограничено 0,020 мас. %.Phosphorus, standing out along the grain boundaries, reduces toughness, as a result of which the steel brittlely breaks due to the weakening of intergranular adhesion. Therefore, the phosphorus content is limited to 0.020 wt. %
Сера присутствует в стали в виде тугоплавкого сульфидного включения MnS, приводящего к анизотропии механических свойств. Поэтому содержание серы ограничено 0,015 мас. %.Sulfur is present in steel as a refractory sulfide inclusion MnS, leading to anisotropy of mechanical properties. Therefore, the sulfur content is limited to 0.015 wt. %
Микролегирование медью основано на том, что она кристаллизуется в последнюю очередь, концентрируясь по границам зерен, снижая вероятность пережога. Поэтому увеличивается пластичность стали. К тому же медь увеличивает коррозионную стойкость стали. Но при содержании меди свыше 0,20 мас. % хрупкие фазы меди приведут к растрескиванию по границам зерен при деформации.Microalloying copper is based on the fact that it crystallizes last, concentrating along the grain boundaries, reducing the likelihood of burnout. Therefore, the ductility of steel increases. In addition, copper increases the corrosion resistance of steel. But with a copper content of more than 0.20 wt. % brittle phases of copper will lead to cracking at the grain boundaries during deformation.
Микролегирование хромом основано на том, что он участвует в твердорастворном упрочнении. Однако при содержании свыше 0,20 мас. % образуется фаза FeCrx, снижающая пластичность и приводящая к разрушению при деформации.Microalloying chromium is based on the fact that it is involved in solid-solution hardening. However, with a content of over 0.20 wt. %, the FeCrx phase is formed, which reduces ductility and leads to destruction upon deformation.
Микролегирование никелем основано на твердорастворном упрочнении и повышении коррозионной стойкости, однако увеличение содержания свыше 0,20 мас. % нецелесообразно из-за его дороговизны.Nickel microalloying is based on solid solution hardening and increasing corrosion resistance, however, an increase in the content of more than 0.20 wt. % impractical due to its high cost.
Стабильно получаемая при объемно-поверхностной закалке структура мелкоигольчатого мартенсита отпуска и сорбита обеспечивает требуемую твердость поверхностной зоны пружины 55-58 HRC (мелкоигольчатый мартенсит) и сердцевины 30-35 HRC (сорбит), высокую прочность пружины, эксплуатационную надежность и долговечность. Структура сорбита в сердцевине пружины более благоприятна, чем трооститная структура, наблюдаемая в большинстве рессорно-пружинных сталей, поскольку имеет большую прочность, пластичность и ударную вязкость, что увеличивает долговечность пружин. При этом следует отметить, что при структуре мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое и сорбита в сердцевине по сечению прутка наводится благоприятная эпюра внутренних остаточных напряжений: сжимающие напряжения в поверхностном закаленном слое и растягивающие в сердцевине, что наилучшим образом отвечает нагруженности пружин в процессе эксплуатации.The structure of finely needle tempered martensite tempering and sorbitol, which is stably obtained by volume-surface quenching, provides the required hardness of the surface area of the spring 55-58 HRC (fine needle martensite) and core 30-35 HRC (sorbitol), high spring strength, operational reliability and durability. The structure of sorbitol in the core of the spring is more favorable than the troostite structure observed in most spring-spring steels, since it has greater strength, ductility and toughness, which increases the durability of the springs. It should be noted that with the structure of fine-needle martensite in the surface layer and sorbitol in the core, a favorable diagram of internal residual stresses is induced along the cross section of the rod: compressive stresses in the surface hardened layer and tensile stresses in the core, which best corresponds to spring loading during operation.
ПримерExample
Опытные плавки проводили в индукционных печах. Перед разливкой сталь раскисляли и модифицировали введением алюминия для обеспечения наследственно мелкозернистой структуры. Составы выплавляемой стали приведены ниже в таблице. Балл аустенитного зерна составлял 11-12, что свидетельствует о получении наследственно мелкозернистой структуры.Experimental swimming trunks were carried out in induction furnaces. Before casting, the steel was deoxidized and modified by the introduction of aluminum to ensure a hereditarily fine-grained structure. The compositions of the smelted steel are given in the table below. The austenitic grain score was 11-12, which indicates the receipt of a hereditarily fine-grained structure.
Партию, состоящую из 30 образцов, изготавливали из горячекатаных прутков диаметром 24 и 26,9 мм, которые были подвергнуты термической обработке: объемно-поверхностная закалка от температуры нагрева 900°C, отпуск при 200°C в течение 1,5 часов.A batch of 30 samples was made from hot rolled bars with a diameter of 24 and 26.9 mm, which were subjected to heat treatment: volume-surface hardening from a heating temperature of 900 ° C, tempering at 200 ° C for 1.5 hours.
Для определения прокаливаемости проводили закалку, прутки разрезали, исследовали структуру и измеряли твердость. Толщина закаленного слоя во всех образцах составила 4-7 мм (для ⌀ 24 мм) и 5-8 мм (для ⌀ 26,9 мм), твердость поверхности 64-65 HRC (для ⌀ 24 мм) и 64-65 HRC (для ⌀ 26,9 мм), твердость сердцевины 39-40 HRC (для ⌀ 24 мм) и 25-27 HRC (для ⌀ 26,9 мм), критическая скорость охлаждения: 93°C/с (для ⌀ 24 мм) и 110°C/с (для ⌀ 26,9 мм).To determine hardenability, hardening was performed, the rods were cut, the structure was examined, and hardness was measured. The thickness of the hardened layer in all samples was 4-7 mm (for ⌀ 24 mm) and 5-8 mm (for ⌀ 26.9 mm), surface hardness 64-65 HRC (for ⌀ 24 mm) and 64-65 HRC (for ⌀ 26.9 mm), core hardness 39-40 HRC (for ⌀ 24 mm) and 25-27 HRC (for ⌀ 26.9 mm), critical cooling rate: 93 ° C / s (for ⌀ 24 mm) and 110 ° C / s (for ⌀ 26.9 mm).
После отпуска при 200°С в течение 1,5 часов твердость прутков снизилась и составила для партии образцов с диаметрами прутков 24 и 26,9 мм: в поверхности 56-59 HRC (для ⌀ 24 мм) и 56-59 HRC (для ⌀ 26,9 мм), в сердцевине 35-38 HRC (для ⌀ 24 мм) и 23-26 HRC (для ⌀ 26,9 мм).After tempering at 200 ° C for 1.5 hours, the hardness of the rods decreased and amounted to 24–26.9 mm for a batch of samples with bar diameters of 56–59 HRC (for ⌀ 24 mm) and 56–59 HRC (for ⌀ 26.9 mm), at the core 35-38 HRC (for ⌀ 24 mm) and 23-26 HRC (for ⌀ 26.9 mm).
Структура поверхностного слоя после объемно-поверхностной закалки и отпуска во всех образцах представляла собой мелкоигольчатый мартенсит отпуска, а сердцевины - сорбит.The structure of the surface layer after volume-surface quenching and tempering in all samples was fine-needle tempering martensite, and sorbitol in the core.
Испытания на механические свойства проводили на цилиндрических образцах с диаметром 6 мм и расчетной длиной 30 мм, изготовленных из прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали в состоянии поставки.Tests for mechanical properties were carried out on cylindrical samples with a diameter of 6 mm and an estimated length of 30 mm, made of bars of the proposed spring-spring steel in the delivery state.
Моделирование механических свойств упрочненного слоя, получаемого в пружинах после объемно-поверхностной закалки и отпуска, осуществляли путем закалки образцов указанных размеров с предварительным нагревом в соляной ванне до температуры закалки 900°C и интенсивным охлаждением быстродвижущимся потоком воды в специальном закалочном устройстве.The mechanical properties of the hardened layer obtained in springs after volume-surface quenching and tempering were simulated by quenching samples of the indicated sizes with preliminary heating in a salt bath to a quenching temperature of 900 ° C and intensive cooling with a fast-moving water stream in a special quenching device.
Для определения механических свойств сердцевины цилиндрические образцы указанных размеров изготавливали из сердцевины прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали после объемно-поверхностной закалки и отпуска.To determine the mechanical properties of the core, cylindrical samples of the indicated sizes were made from the core of the rods of the proposed spring-spring steel after volume-surface quenching and tempering.
Механические свойства исследуемых образцов предлагаемой пружинно-рессорной стали в состоянии поставки составляют: прочность стали σ в - 800 МПа, предел текучести σ 0,2-450 МПа, сопротивление малым пластическим деформациям (предел упругости) σ 0,05-350 МПа. Значения указанных свойств в состоянии поставки положительно характеризуют предлагаемую пружинно-рессорную сталь с точки зрения обрабатываемости.The mechanical properties of the studied samples of the proposed spring-spring steel in the delivery state are: steel strength σ in - 800 MPa, yield strength σ 0.2-450 MPa, resistance to small plastic deformations (elastic limit) σ 0.05-350 MPa. The values of these properties in the delivery state positively characterize the proposed spring-spring steel in terms of machinability.
После закалки, близкой по режиму к объемно-поверхностной закалке, и отпуска механические свойства предлагаемой стали исследуемых образцов, соответствующие свойствам упрочненного слоя пружины, составляют: прочность стали σ в - 2400 МПа, предел текучести σ 0,2-2000 МПа, сопротивление малым пластическим деформациям (предел упругости) σ 0,05 - 1700-1800 МПа.After hardening, which is close in mode to volume-surface hardening, and tempering, the mechanical properties of the proposed steel of the test samples corresponding to the properties of the hardened spring layer are: steel strength σ in - 2400 MPa, yield strength σ 0.2-2000 MPa, resistance to small plastic deformations (elastic limit) σ 0.05 - 1700-1800 MPa.
Механические свойства сердцевины прутка предлагаемой пружинно-рессорной стали исследуемых образцов после объемно-поверхностной закалки и отпуска составляют: прочность стали σ в - 1000 МПа, предел текучести σ 0,2-680 МПа, сопротивление малым пластическим деформациям (предел упругости) σ 0,05-600 МПа.The mechanical properties of the core of the proposed spring-spring steel of the studied samples after volume-surface hardening and tempering are: steel strength σ in - 1000 MPa, yield strength σ 0.2-680 MPa, resistance to small plastic deformations (elastic limit) σ 0.05 -600 MPa.
Стабильное обеспечение описанного уровня механических свойств в поверхности и в сердцевине пружин является отличительной особенностью предлагаемой пружинно-рессорной стали. Такое сочетание свойств по сечению прутка пружины означает получение большей прочности, релаксационной стойкости и циклической долговечности как самих прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали, так и пружин, изготовленных из нее.Stable provision of the described level of mechanical properties in the surface and in the core of the springs is a distinctive feature of the proposed spring-spring steel. This combination of properties over the cross section of the spring bar means obtaining greater strength, relaxation resistance and cyclic durability of both the bars of the proposed spring-spring steel and springs made from it.
Релаксационная стойкость прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали исследуемых образцов после объемно-поверхностной закалки и отпуска, определенная при статических испытаниях прутков на трехточечный изгиб с регистрацией значений пластической деформации, характеризуется следующими показателями: предел текучести σ 0,2-2530 МПа, предел упругости σ 0,05-1740 МПа, предел пропорциональности σ 0,01-1300 МПа.The relaxation resistance of the bars of the proposed spring-spring steel of the test samples after volume-surface quenching and tempering, determined during static tests of the bars for three-point bending with registration of plastic deformation values, is characterized by the following indicators: yield strength σ 0.2-2530 MPa, elastic limit σ 0 , 05-1740 MPa, proportionality limit σ 0.01–1300 MPa.
Релаксационная стойкость самих пружин, изготовленных из прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали исследуемых образцов, после объемно-поверхностной закалки и отпуска, оцененная по величине остаточной деформации, составляет 0,6 мм (разница между значениями высоты пружины после третьего и второго обжатия).The relaxation resistance of the springs themselves, made of bars of the proposed spring-spring steel of the samples under study, after volume-surface quenching and tempering, estimated by the value of the residual deformation, is 0.6 mm (the difference between the values of the spring height after the third and second compression).
Циклическая долговечность, оцененная при испытаниях на трехточечный изгиб прутков предлагаемой пружинно-рессорной стали исследуемых образцов, составила 5 млн циклов нагружения при пределе выносливости 1100-1200 МПа. Циклическая долговечность пружин, изготовленных из предложенной пружинно-рессорной стали и упрочненных объемно-поверхностной закалкой, составляет 5 млн циклов нагружения.The cyclic durability, estimated during three-point bending tests of the bars of the proposed spring-spring steel of the samples under study, amounted to 5 million loading cycles with an endurance of 1100-1200 MPa. The cyclic durability of springs made of the proposed spring-spring steel and hardened by volume-surface quenching is 5 million loading cycles.
Испытания на коррозионную стойкость проводились в 0,5 н. растворе хлорида натрия. Пассивирование стали не наблюдалось вплоть до токов коррозии, превышающих 1000 мА/см2.Tests for corrosion resistance were carried out at 0.5 N. sodium chloride solution. Passivation of steel was not observed up to corrosion currents exceeding 1000 mA / cm 2 .
В результате проведенных испытаний установлено, что указанные характеристики стали и пружин, изготовленных из нее, стабильно обеспечиваются во всем диапазоне ее химического состава для диаметров прутков от 24 до менее 27 мм.As a result of the tests, it was found that the specified characteristics of steel and springs made from it are stably provided in the entire range of its chemical composition for bar diameters from 24 to less than 27 mm.
Таким образом, стабилизация структуры обеспечивается способом комплексного легирования, а ограничение содержания компонентов подобрано для эффективного взаимодействия между собой, чем достигается мелкое зерно аустенита (11-12 балл) и получаемая структура мелкоигольчатого мартенсита отпуска и сорбита (соответственно на поверхности и в сердцевине пружины), высокие эксплуатационные характеристики, в том числе релаксационная стойкость, циклическая долговечность и коррозионная стойкость.Thus, the stabilization of the structure is ensured by the method of complex alloying, and the restriction of the content of the components is selected for effective interaction with each other, thereby achieving fine austenite grain (11-12 points) and the resulting structure of fine-needle martensite tempering and sorbitol (respectively on the surface and in the spring core) high operational characteristics, including relaxation resistance, cyclic durability and corrosion resistance.
Claims (2)
углерод 0,55-0,60
кремний 0,40-0,60
марганец от 0,15 до менее 0,25
алюминий 0,02-0,05
азот 0,008-0,016
сера ≤0,015
фосфор ≤0,020
хром ≤0,20
никель ≤0,20
медь ≤0,20
железо остальное
и имеет аустенитное зерно 11-12 балла.1. Steel for coil springs of rolling stock of railway vehicles with a bar diameter from 24 to less than 27 mm, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel and iron, characterized in that it additionally contains aluminum, nitrogen, sulfur, phosphorus and copper when the following ratio of components, wt.%:
carbon 0.55-0.60
silicon 0.40-0.60
Manganese from 0.15 to less than 0.25
aluminum 0.02-0.05
nitrogen 0.008-0.016
sulfur ≤0.015
phosphorus ≤0.020
chrome ≤0.20
nickel ≤0.20
copper ≤0.20
iron rest
and has an austenitic grain of 11-12 points.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149172/02A RU2568405C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149172/02A RU2568405C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013149172A RU2013149172A (en) | 2015-05-20 |
| RU2568405C2 true RU2568405C2 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=53283555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013149172/02A RU2568405C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2568405C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111655883A (en) * | 2018-01-30 | 2020-09-11 | 日产自动车株式会社 | Bolt |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158320C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-10-27 | ОАО "Чусовской металлургический завод" | Low-hardening structural steel |
| RU2370565C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-10-20 | ООО "Вагон Комплект" | STEEL FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF ROD 27-33 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF THIS STEEL |
| RU2370566C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-10-20 | ООО "Вагон Комплект" | STEEL WITH REDUCED HARDENABILITY FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF RODS 17-23 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF IT |
-
2013
- 2013-11-06 RU RU2013149172/02A patent/RU2568405C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158320C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-10-27 | ОАО "Чусовской металлургический завод" | Low-hardening structural steel |
| RU2370565C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-10-20 | ООО "Вагон Комплект" | STEEL FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF ROD 27-33 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF THIS STEEL |
| RU2370566C2 (en) * | 2007-08-29 | 2009-10-20 | ООО "Вагон Комплект" | STEEL WITH REDUCED HARDENABILITY FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF RODS 17-23 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF IT |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111655883A (en) * | 2018-01-30 | 2020-09-11 | 日产自动车株式会社 | Bolt |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013149172A (en) | 2015-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101768785B1 (en) | High-strength spring steel wire with excellent hydrogen embrittlement resistance, manufacturing process therefor, and high-strength spring | |
| CA2633153C (en) | Steel for springs, process of manufacture for spring using this steel, and spring made from such steel | |
| US20170191149A1 (en) | Railway vehicle wheel and method for manufacturing railway vehicle wheel | |
| EP2397571A1 (en) | Steel for high-strength vehicle stabilizer with excellent corrosion resistance and low-temperature toughness, and process for the production of same, and stabilizer | |
| JP5608145B2 (en) | Boron-added steel for high strength bolts and high strength bolts with excellent delayed fracture resistance | |
| US11674196B2 (en) | Steel reinforcing bar and production method therefor | |
| JP4267376B2 (en) | High strength PC steel wire with excellent delayed fracture characteristics and method for producing the same | |
| KR102382398B1 (en) | Duplex stainless steel | |
| EP3088551A1 (en) | Rolled steel material for high-strength spring and wire for high-strength spring using same | |
| BR112019004836B1 (en) | HIGH-RESISTIBILITY CONTINUOUS STEEL PIPE FOR OIL WELL, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF | |
| JP6190298B2 (en) | High strength bolt steel and high strength bolts with excellent delayed fracture resistance | |
| US10745772B2 (en) | Age hardening non-heat treated bainitic steel | |
| RU2370565C2 (en) | STEEL FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF ROD 27-33 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF THIS STEEL | |
| JP4657128B2 (en) | High strength structural steel with excellent hydrogen embrittlement resistance and toughness and its manufacturing method | |
| CN104603310B (en) | Reinforcing bar steel and reinforcing bar | |
| RU2568405C2 (en) | Steel with reduced hardenability for coil springs with rod diameter from 24 to below 27 mm and spring made out of it | |
| US20150275340A1 (en) | Dual-phase stainless steel | |
| JP5233307B2 (en) | High-strength steel and metal bolts with excellent corrosion resistance and cold forgeability that prevent hydrogen from entering the environment | |
| RU2370566C2 (en) | STEEL WITH REDUCED HARDENABILITY FOR SCREW SPRINGS WITH DIAMETRE OF RODS 17-23 mm AND SPRING FABRICATED OUT OF IT | |
| KR101867709B1 (en) | Wire rod and steel wire for spring having excellent corrosion fatigue resistance and method for manufacturing the same | |
| RU2512695C1 (en) | Method for producing elastic terminal for rail attachment, and elastic terminal | |
| JP6682863B2 (en) | High carbon steel wire rod and high carbon steel wire | |
| JP6135553B2 (en) | Reinforcing bar and method for manufacturing the same | |
| RU2822646C2 (en) | Method of making steel element and steel part | |
| RU2611464C1 (en) | High-strength corrosion-resistant steel |