RU2578873C1 - Steel with bainite structure - Google Patents

Steel with bainite structure Download PDF

Info

Publication number
RU2578873C1
RU2578873C1 RU2014147413/02A RU2014147413A RU2578873C1 RU 2578873 C1 RU2578873 C1 RU 2578873C1 RU 2014147413/02 A RU2014147413/02 A RU 2014147413/02A RU 2014147413 A RU2014147413 A RU 2014147413A RU 2578873 C1 RU2578873 C1 RU 2578873C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
carbide
bainite
carbon
silicon
Prior art date
Application number
RU2014147413/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Симонов
Михаил Юрьевич Симонов
Евгения Николаевна Орлова
Александр Николаевич Шаманов
Денис Павлович Подузов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2014147413/02A priority Critical patent/RU2578873C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578873C1 publication Critical patent/RU2578873C1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: steel contains the following component ratio, wt %: carbon 0.25-0.75; manganese 2.4-3.0; chrome 2.4-3.0; silicon 1.6-2.5; molybdenum 0.5-0.6; vanadium 0.10-0.16; and iron is the rest. After rolling heating at continuous slow cooling with the rate of 0.3-0.03°C/s and the temperature of transformation in the beinite area of 400-100°C it has the structure of carbide-free lower bainite.
EFFECT: specified hardenability to the depth up to 1000 mm, and the guaranteed creation of the structure of lower carbide-free bainite.
4 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к области изыскания составов системнолегированных сталей типа Х3Г3ФМС, и может быть использовано для изготовления различных инструментов, сосудов высокого давления, деталей и узлов подвижного железнодорожного состава, деталей больших габаритов в различных установках (прокатных станов, опорных валков и т.д.), а также деталей и изделий небольшого размера по сечению, т.е. для изготовления изделий с бейнитной прокаливаемостью любого сечения до 1000 мм, используемых в различных отраслях машиностроения.The invention relates to metallurgy, in particular to the field of finding compositions of system-alloyed steels of the type H3G3FMS, and can be used for the manufacture of various tools, pressure vessels, parts and components of rolling stock, large-sized parts in various installations (rolling mills, backup rolls, etc. .d.), as well as parts and products of small cross-sectional size, i.e. for the manufacture of products with bainitic hardenability of any section up to 1000 mm, used in various engineering industries.

Известна сталь с бейнитной структурой (заявка на изобретение №94006015 от 27.06.1996 г.), содержащая, мас. %:Known steel with bainitic structure (application for invention No. 94006015 dated 06/27/1996), containing, by weight. %:

УглеродCarbon 0,15-0,450.15-0.45 МарганецManganese 0,3-2,00.3-2.0 ХромChromium 0,5-3,00.5-3.0 КремнийSilicon 0,15-2,00.15-2.0

И по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, в которую входят: молибден, никель, медь, ниобий, ванадий, титан, бор.And at least one element selected from the group which includes: molybdenum, nickel, copper, niobium, vanadium, titanium, boron.

Сталь получена со структурой карбидного бейнита, в условиях охлаждения, позволяющих получить изделие с прокаливаемостью не более 20 мм (скорость охлаждения с прокатного нагрева до 500-300°C - 1-10°C/с). Основной состав стали дополняется дефицитными элементами - карбидообразующими и некарбидообразующими - в больших количествах (до 0,50% Cu, до 4% Ni и т.д.) для увеличения прочности бейнитных структур и их устойчивости. Сталь не является системнолегированной по основному составу, т.к. элементы введены при большом содержании углевода без системы, основанной на принципе легирования карбидообразователями в виде непрерывной цепочки от слабых к сильным карбидообразователям с уменьшением концентрации сильных (см. патент №2477333 от 10.03.2013 г.), а дополнения к основному составу другими карбидообразующими не гарантирует возможность получения изделий с широким интервалом прокаливаемости, т.е. от 20 мм и выше.Steel is obtained with the structure of carbide bainite under cooling conditions, allowing to obtain a product with hardenability of not more than 20 mm (cooling rate from rolling heating to 500-300 ° C - 1-10 ° C / s). The basic composition of steel is supplemented by deficient elements - carbide-forming and non-carbide-forming - in large quantities (up to 0.50% Cu, up to 4% Ni, etc.) to increase the strength of bainitic structures and their stability. Steel is not systemically alloyed in its basic composition, as the elements were introduced at a high carbohydrate content without a system based on the principle of doping with carbide formers in the form of a continuous chain from weak to strong carbide formers with a decrease in the concentration of strong (see patent No. 2477333 of 03/10/2013), and does not guarantee additions to the main composition with other carbide forming agents the possibility of obtaining products with a wide hardenability range, i.e. from 20 mm and above.

Известна экономнолегированная бейнитная сталь (а.с. №836190 от 07.06.81 г.), содержащая, мас. %: 0,1-0,2 C; 3,2-4,0 Cr; 3,2-4,0 Mn; 0,5-1,0 Mo; 0,3-0,5 V; железо остальное.Known economically alloyed bainitic steel (and.with. No. 836190 from 06/07/81), containing, by weight. %: 0.1-0.2 C; 3.2-4.0 Cr; 3.2-4.0 Mn; 0.5-1.0 Mo; 0.3-0.5 V; iron the rest.

Сталь не содержит дорогостоящего никеля и считается экономнолегированной, но содержит в составе большое количество марганца, хрома и, особенно - ванадия и молибдена, что приводит к формированию в аустените спецкарбидов, не позволяющих обеспечить повышение устойчивости переохлажденного аустенита, поэтому при замедленном охлаждении на воздухе формируется структура только верхнего карбидного бейнита, что по определению приводит к снижению прочности, трещиностойкости и ударной вязкости. Прокаливаемость при этом при различных скоростях охлаждения в пределах 100-160 мм, что ограничивает использование стали для крупных изделий большего сечения. Кроме того, проводят закалку после аустенитизации с 900°C, в жидкой среде (масле, соляной ванне) и отпуск 250°C, что усложняет технологический процесс получения заданной структуры и свойств, затратно, экологически невыгодно, к тому же состав не системнолегирован.Steel does not contain expensive nickel and is considered economically alloyed, but it contains a large amount of manganese, chromium and, especially, vanadium and molybdenum, which leads to the formation of special carbides in austenite, which do not allow to increase the stability of supercooled austenite, therefore, with slow cooling in air, a structure is formed only upper carbide bainite, which by definition leads to a decrease in strength, crack resistance and toughness. Hardenability at the same time at various cooling rates in the range of 100-160 mm, which limits the use of steel for large products with a larger cross section. In addition, quenching after austenitization at 900 ° C is carried out in a liquid medium (oil, salt bath) and tempering at 250 ° C, which complicates the process of obtaining a given structure and properties, costly, environmentally disadvantageous, and the composition is not systemically doped.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав стали системнолегированной (Ю.Н. Симонов, Симонов М.Ю., Подузов Д.П., Смирнов А.В., Галимова И.А., Превращение, структура и свойства системнолегированных низкоуглеродистых безникелевых сталей, журнал «МиТОМ» №11, 2012 г., с. 5-9). Сталь соответствует типу ХЗГЗМФС при следующем соотношении компонентов, мас. %:The closest in technical essence and the achieved result is the composition of the system-alloyed steel (Yu.N. Simonov, Simonov M.Yu., Poduzov D.P., Smirnov A.V., Galimova I.A., Transformation, structure and properties of systemically alloyed low-carbon nickel-free steels, MiTOM magazine No. 11, 2012, p. 5-9). Steel corresponds to the type HZGZMFS in the following ratio of components, wt. %:

УглеродCarbon 0,100.10 МарганецManganese 2,512,51 ХромChromium 2,752.75 КремнийSilicon 1,251.25 МолибденMolybdenum 0,40.4 ВанадийVanadium 0,120.12 ЖелезоIron остальноеrest

В качестве примесей сталь может содержать, мас. %: серу до 0,009; фосфор до 0,20; медь до 0,19; титан до 0,004; никель до 0,16. Сталь после аустенитизации с прокатного нагрева охлаждают на воздухе при скоростях - 50-0,050°C/с. Сталь бейнитная; содержит карбидообразователи от слабой (Cr, Mn), средней (Mo) до сильной групп (V); железо - основа. Cr и Mn введены в соотношении 1:1 друг к другу. Сталь экономична в плане концентрации легирующих элементов; системнолегирована, т.е. карбидообразующие выстроены в непрерывную цепочку связей: от слабого до сильного, в порядке уменьшения их концентраций, соответственно; имеет дополнительно легирующий элемент - кремний. Состав имеет одновременно слабую (марганец, хром), среднюю (молибден) и сильную (ванадий) группы карбидообразователей, введенных по схеме сохранения непрерывности цепочки связей карбидообразователей Mn-Cr-Mo-V. Сохранение такой системы связей компонентов, их соотношения в заявленном диапазоне концентраций, с уменьшением концентрации от слабого к сильному карбидообразователю, но с сохранением соотношения Cr к Mn как 1:1, позволяет избежать образования спецкарбидов, ухудшающих ударную вязкость, трещиностойкость изделий и снижающих уровень прокаливаемости. Особенно это касается крупногабаритных изделий. Получают состав стали при следующих соотношениях карбидообразователей относительно хрома, мас. ч.: Cr/Mn 1:1; Cr/Mo 1:0,2; Cr/V 1:0,04, а относительно друг друга по цепочке от хрома к ванадию, в мас. ч.: Mn/Cr 1:1; Cr/Mo 1:0,2; Mo/V 1:0,2.As impurities, the steel may contain, by weight. %: sulfur up to 0.009; phosphorus up to 0.20; copper up to 0.19; titanium up to 0.004; nickel up to 0.16. Steel after austenitization from rolling heating is cooled in air at speeds of 50-0.050 ° C / s. Bainitic steel; contains carbide formers from weak (Cr, Mn), medium (Mo) to strong groups (V); iron is the basis. Cr and Mn are introduced in a 1: 1 ratio to each other. Steel is economical in terms of the concentration of alloying elements; system-alloyed, i.e. carbide forming agents are arranged in a continuous chain of bonds: from weak to strong, in the order of decreasing their concentrations, respectively; has an additional alloying element - silicon. The composition has both weak (manganese, chromium), medium (molybdenum) and strong (vanadium) groups of carbide formers, introduced according to the scheme of maintaining the continuity of the chain of bonds of carbide formers Mn-Cr-Mo-V. The preservation of such a system of component bonds, their ratio in the claimed concentration range, with a decrease in concentration from weak to strong carbide former, but maintaining the ratio of Cr to Mn as 1: 1, avoids the formation of special carbides that impair impact strength, crack resistance of products and reduce hardenability. This is especially true for large products. Get the composition of the steel at the following ratios of carbide formers relative to chromium, wt. hours: Cr / Mn 1: 1; Cr / Mo 1: 0.2; Cr / V 1: 0.04, and relative to each other in a chain from chromium to vanadium, in wt. hours: Mn / Cr 1: 1; Cr / Mo 1: 0.2; Mo / V 1: 0.2.

Но при содержании в стали углерода 0,1% получают структуру пакетного мартенсита на воздухе с прокатного нагрева при скоростях охлаждения 50-0,3°C/с. С введением в экономносистемнолегированный состав стали кремния, как показали исследования структуры и свойств стали, термодинамическая активность углерода повышается, а активность железа падает. В результате - в процессе изотермической выдержки в области формирования нижнего бейнита или в процессе медленного охлаждения (на воздухе и со скоростью 0,050 C/с) в этой области атомы углерода накапливаются в аустените, но недостаток железа не позволяет выделиться цементиту. При этом кремний повышает устойчивость переохлажденного аустенита, способствуя прокаливаемости крупногабаритных заготовок, изделий до 500-600 мм из этой стали, но в узком интервале (398-375°C) температур превращений и при одной скорости охлаждения с получением в основном нижнего карбидного бейнита, а не нижнего бескарбидного бейнита, что не гарантирует воспроизведения процесса получения сплава с заданными свойствами от плавки к плавке, от заготовки к заготовке и свойств изделия, соответственно, т.к. существуют факторы случайности.But when the carbon content in the steel is 0.1%, the structure of packet martensite in air is obtained from rolling heating at cooling rates of 50-0.3 ° C / s. With the introduction of silicon into the economically alloyed composition of steel, studies of the structure and properties of steel have shown that the thermodynamic activity of carbon increases and the activity of iron decreases. As a result, during isothermal exposure in the region of formation of lower bainite or during slow cooling (in air and at a rate of 0.050 C / s) in this region, carbon atoms accumulate in austenite, but a lack of iron does not allow cementite to precipitate. At the same time, silicon increases the stability of supercooled austenite, contributing to the hardenability of large billets, products of up to 500-600 mm made of this steel, but in a narrow range (398-375 ° C) of transformation temperatures and at one cooling rate with obtaining mainly lower carbide bainite, and not lower carbide-free bainite, which does not guarantee the reproduction of the process of obtaining an alloy with specified properties from melting to melting, from billet to billet and product properties, respectively, because random factors exist.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава среднеуглеродистой системнолегированной стали с регламентируемой прокаливаемостью на глубину до 1000 мм и гарантированным образованием структуры нижнего бескарбидного бейнита в этой стали, расширение области применения.The task to which the claimed invention is directed is to develop a composition of medium-carbon system-alloyed steel with regulated hardenability to a depth of 1000 mm and guaranteed formation of the structure of lower carbide-free bainite in this steel, expanding the scope.

Поставленная задача была решена за счет того, что сталь с бейнитной структурой, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, железо - остальное, согласно изобретению содержит ингредиенты в следующих соотношениях, мас. %:The problem was solved due to the fact that steel with a bainitic structure containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, iron - the rest, according to the invention contains ingredients in the following proportions, wt. %:

УглеродCarbon 0,25-0,750.25-0.75 МарганецManganese 2,4-3,02.4-3.0 ХромChromium 2,4-3,02.4-3.0 КремнийSilicon 1,6-2,51.6-2.5 МолибденMolybdenum 0,5-0,60.5-0.6 ВанадийVanadium 0,10-0,160.10-0.16 ЖелезоIron остальное,rest,

при этом после прокатного нагрева при непрерывном медленном охлаждении со скоростью 0,3-0,03°C/с и температуре превращения в бейнитной области 400-100°C она имеет структуру бескарбидного нижнего бейнита.Moreover, after rolling heating with continuous slow cooling at a rate of 0.3-0.03 ° C / s and a transformation temperature in the bainitic region of 400-100 ° C, it has the structure of carbide-free bainite.

Сопоставительный анализ заявляемой стали с прототипом показал, что заявляемый состав отличается количественным соотношением используемых ингредиентов и гарантированным образованием при этом структуры бескарбидного бейнита, полученного в результате непрерывного медленного охлаждения с прокатного нагрева (1000°C) при скоростях в пределах - 0,3-0,03°C/с, в зависимости от содержания углерода и соотношения легирующих элементов в системнолегированном составе типа Х3Г3МФС.A comparative analysis of the inventive steel with the prototype showed that the claimed composition is different in the quantitative ratio of the ingredients used and the guaranteed formation of carbide-free bainite structure obtained as a result of continuous slow cooling from rolling heating (1000 ° C) at speeds in the range of 0.3-0, 03 ° C / s, depending on the carbon content and the ratio of alloying elements in the system-doped composition of the type X3G3MFS.

В отличие от прототипа заявляемая сталь содержит углерод в пределах 0,25-0,75%, что позволяет ей, при системнолегированном соотношении компонентов в сочетании с 1,6-2,5% кремния, обеспечить устойчивость аустенита в бейнитной области фазовых превращений и гарантировать наличие нижнего бескарбидного бейнита в широком интервале температур превращения и, следовательно, воспроизводить заданную структуру от плавки к плавке, от заготовки к заготовке, исключая фактор или факторы случайностей.Unlike the prototype, the inventive steel contains carbon in the range of 0.25-0.75%, which allows it, with a system-alloyed ratio of components in combination with 1.6-2.5% silicon, to ensure the stability of austenite in the bainitic region of phase transformations and guarantee the presence of lower carbide-free bainite in a wide range of transformation temperatures and, therefore, reproduce a given structure from smelting to smelting, from workpiece to workpiece, excluding the factor or factors of chance.

В ходе экспериментов авторами неожиданно выявлено, что при заявленной системе легирования оптимальными соотношениями углерода к кремнию являются следующие: для 0,25% углерода C:Si=1:10; для 0,45% - C:Si=1:5; для 0,75% - C:Si=1:2,2. Хотя логически должна быть обратная зависимость: чем больше углерода, тем больше должно быть кремния, чтобы препятствовать образованию спецкарбидов в стали. Таким образом, сочетание системнолегированности и оптимального соотношения углерода к кремнию позволяют получить в широком интервале температур нижний бескарбидный бейнит, а также в широком интервале скоростей непрерывного медленного охлаждения гарантировать сталь с повышенной бейнитной прокаливаемостью и, следовательно, расширить область ее применения в различных отраслях промышленности - от инструментов малого сечения до крупногабаритных изделий.During the experiments, the authors unexpectedly revealed that with the claimed alloying system, the optimum ratios of carbon to silicon are as follows: for 0.25% carbon C: Si = 1: 10; for 0.45%, C: Si = 1: 5; for 0.75%, C: Si = 1: 2.2. Although logically there should be an inverse relationship: the more carbon, the more silicon should be in order to prevent the formation of special carbides in steel. Thus, the combination of system doping and the optimal ratio of carbon to silicon allows to obtain lower carbide-free bainite in a wide temperature range, as well as to guarantee steel with increased bainitic hardenability in a wide range of continuous slow cooling speeds and, therefore, expand its field of application in various industries - from tools of small section to large-sized products.

При введении кремния в заявленных пределах, происходит торможение процесса выделения цементитных карбидов, несмотря на наличие повышенного содержания углерода в стали. Увеличенные содержания углерода и кремния в стали заявлены впервые для сталей, полученных по принципу системного легирования и без никеля, что значительно удешевляет состав стали и изделия из него.When silicon is introduced within the stated limits, the process of cementite carbide precipitation is inhibited, despite the presence of an increased carbon content in steel. Increased carbon and silicon contents in steel are announced for the first time for steels obtained by the principle of systemic alloying and without nickel, which significantly reduces the cost of the composition of steel and its products.

За счет увеличения содержания углерода (до 0,25-0,75%), по сравнению с прототипом (0,10%), разработана система получения изделий из сталей класса среднеуглеродистых, что позволило решить задачу - получение класса сталей, построенных по принципу системного легирования, имеющего возможность получать в широком термовременном интервале превращения нижний бескарбидный бейнит, который зарекомендовал себя как структура, обеспечивающая высокий комплекс характеристик механических свойств.Due to the increase in carbon content (up to 0.25-0.75%), compared with the prototype (0.10%), a system was developed for the production of steel products of the medium-carbon class, which allowed us to solve the problem of obtaining a class of steels constructed on the basis of the system alloying, which is able to obtain lower carbide-free bainite in a wide thermal interval of transformation, which has established itself as a structure that provides a high set of characteristics of mechanical properties.

Как показали исследования, впервые разработан новый состав стали - среднеуглеродистой среднелегированной по принципу введения легирующих элементов в виде непрерывной цепочки связей между ними от слабого карбидообразующего (Cr, Mn) к среднему (Mo) и сильному (V) при следующих соотношениях карбидообразователей относительно хрома, в среднем в мас. ч.: Cr/Mn 1:1; Cr/Mo 1:0,18; Cr/V 1:0,04; а относительно друг друга по цепочке связей от слабого к сильному карбидообразователю: Mn/Cr 1:1; Cr/Mo 1:0,18; Mo/V 1:0,20, с прокаливаемостью в широком интервале задаваемых габаритов изделий (от 50 мм, при скорости охлаждения 0,3°C/с, до 1000 мм - при скорости - 0,03°C/с). Следовательно, благодаря бейнитной прокаливаемости, при сохранении высоких механических свойств, обеспечивающихся, по определению, нижним бескарбидным бейнитом, сталь может быть рекомендована в различных отраслях машиностроения, а по габаритам - без ограничения сечения (от 50 мм и до 1000 мм).Studies have shown that for the first time a new composition of steel was developed - medium-carbon medium alloyed according to the principle of introducing alloying elements in the form of a continuous chain of bonds between them from weak carbide-forming (Cr, Mn) to medium (Mo) and strong (V) with the following ratios of carbide formers with respect to chromium, in average wt. hours: Cr / Mn 1: 1; Cr / Mo 1: 0.18; Cr / V 1: 0.04; and relative to each other in a chain of bonds from weak to strong carbide former: Mn / Cr 1: 1; Cr / Mo 1: 0.18; Mo / V 1: 0.20, with hardenability in a wide range of specified product dimensions (from 50 mm, at a cooling rate of 0.3 ° C / s, up to 1000 mm - at a speed of 0.03 ° C / s). Consequently, due to bainitic hardenability, while maintaining high mechanical properties, which, by definition, are ensured by lower carbide-free bainite, steel can be recommended in various engineering industries, and in size - without section limitation (from 50 mm to 1000 mm).

Содержание в смеси кремния в количестве 1,6-2,5 мас. % обеспечивает получение нижнего бескарбидного бейнита.The content in the mixture of silicon in an amount of 1.6-2.5 wt. % provides lower carbide-free bainite.

Содержание в смеси углерода в количестве 0,25-0,75 мас. % расширяет интервал бейнитного превращения за счет снижения температуры начала мартенситного превращения.The content in the mixture of carbon in an amount of 0.25-0.75 wt. % expands the range of bainitic transformation by lowering the temperature of the onset of martensitic transformation.

Известны стали низколегированные бейнитно-мартенситные безникелевые типа 14Х2ГМРБ, но они не системнолегированы, имеют прокаливаемость до 20 мм, охлаждены в масло. При низких скоростях охлаждения образуется карбидный бейнит при температуре выше 600°C, а окончание превращения - 380°C, снижающий устойчивость переохлажденного аустенита, глубину прокаливания и микротвердость, что ограничивает его применение в качестве сварочного материала.Low-alloy bainitic-martensitic nickel-free type 14Kh2GMRB became known, but they are not system-alloyed, have hardenability of up to 20 mm, and are cooled in oil. At low cooling rates, carbide bainite is formed at temperatures above 600 ° C, and the end of the transformation is 380 ° C, which reduces the stability of supercooled austenite, the calcination depth and microhardness, which limits its use as a welding material.

Известны среднелегированные мартенситно-бейнитные стали. Они содержат углерод 0,25-0,30% без никеля, кремния 1,0-1,2%. Основные представители: 25-30 ХГСА (ГОСТ 4543-71), имеющие предел прочности 1050-2000 МПс. С никелем состава содержат до 0,42% углерода (http://msd. Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали. Мусияченко В.Ф., Саржевский В.А.).Middle alloyed martensitic-bainitic steels are known. They contain carbon 0.25-0.30% without nickel, silicon 1.0-1.2%. Key representatives: 25-30 HGSA (GOST 4543-71), having a tensile strength of 1050-2000 MPs. With nickel, the compositions contain up to 0.42% carbon (http: // msd. Mid-alloyed martensitic-bainitic steels. Musiyachenko VF, Sarzhevsky VA).

Но стали не системнолегированы, охлаждают циклами до определенных температур и получают карбидный бейнит при больших скоростях, твердость и прокаливаемость - низкие значения.But the steel is not system-alloyed, it is cooled in cycles to certain temperatures and get carbide bainite at high speeds, hardness and hardenability are low values.

Для исследования изготовили слитки по 50 кг, сталь плавили в индукционных печах. Из стали каждой плавки изготовили заготовки диаметром 19 мм и длиной 60 мм. Для оценки возможных скоростей охлаждения с получением бескарбидного нижнего бейнита и прокаливаемости исследуемой стали заготовки нагревали до температуры 920°C с выдержкой 40 мин и охлаждали: на воздухе, в коробе с песком на воздухе, вместе с печью, в коробе с песком на воздухе вместе с печью, что соответствует скоростям охлаждения 30-1,5; 0,1-0,3; 0,054; 0,03-0,003°С/с. Превращения при охлаждении в широком диапазоне скоростей исследовали с помощью закалочного дилатометра Linseis 278 RITA, структуру изучали на световом микроскопе OLYMPUS GX-51, микротвердость структурных составляющих замеряли на микротвердомере Durascsan-70.For the study, 50 kg ingots were made, steel was smelted in induction furnaces. Billets with a diameter of 19 mm and a length of 60 mm were made from the steel of each heat. To assess the possible cooling rates to obtain carbide-free lower bainite and the hardenability of the test steel, the billets were heated to a temperature of 920 ° C for 40 min and cooled: in air, in a box with sand in air, together with the furnace, in a box with sand in air with an oven, which corresponds to cooling rates of 30-1.5; 0.1-0.3; 0,054; 0.03-0.003 ° C / s. Transformations during cooling over a wide speed range were studied using a Linseis 278 RITA quenching dilatometer, the structure was studied using an OLYMPUS GX-51 light microscope, and the microhardness of structural components was measured using a Durascsan-70 microhardness tester.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 6 сплавов. В таблице 1 представлен химический состав исследованных сталей: п. 1 - прототип, пп. 2-4 - заявляемый состав; пп. 5-6 - составы за пределами значений компонентов заявляемого состава.For experimental verification of the claimed composition were prepared 6 alloys. Table 1 presents the chemical composition of the studied steels: p. 1 - prototype, p. 2-4 - the claimed composition; p. 5-6 - compositions outside the values of the components of the claimed composition.

Figure 00000001
Figure 00000001

Исследования показали, что достижение технического результата и оптимизация свойств заявляемой стали достигнуты за счет повышенного содержания углерода и кремния (табл. 1), системного легирования стали и расширения диапазона возможных скоростей охлаждения (табл. 2, 3). Это позволило в совокупности достичь эффекта - гарантировать получение бескарбидного нижнего бейнита (табл. 2), стабильно его получать в широком интервале температур фазовых превращений. Так, если прототип карбидный нижний бейнит получает в интервале температур - 23°С и только при скорости охлаждения - 0,05°С/с, то заявляемый - в зависимости от возможных скоростей охлаждения (в пределах 0,30 до 0,03°С/с) гарантирует получение в стали структуры бескарбидного бейнита в интервале температур превращения 150-320° - пп. 2-4, что позволяет избежать случайностей и воспроизводить процесс получения стали от плавки к плавке, стабильно, как и от термообработки к термообработке, от изделия к изделию гарантировать заданные структурные параметры и соответственно свойства изделий, т.к. по определению наличие структуры бескарбидного нижнего бейнита в стали обеспечивает высокие физико-механические свойства.Studies have shown that the achievement of a technical result and optimization of the properties of the inventive steel are achieved due to the increased content of carbon and silicon (Table 1), systemic alloying of steel and the expansion of the range of possible cooling rates (Table 2, 3). This made it possible to collectively achieve the effect of guaranteeing the production of carbide-free lower bainite (Table 2), and stably obtain it in a wide temperature range of phase transformations. So, if the prototype carbide lower bainite receives in the temperature range - 23 ° C and only at a cooling rate of 0.05 ° C / s, then the claimed - depending on the possible cooling rates (within 0.30 to 0.03 ° C / s) guarantees the production of carbide-free bainite structure in steel in the range of transformation temperatures of 150-320 ° - pp. 2-4, which avoids accidents and reproduces the process of obtaining steel from melting to melting, stably, as well as from heat treatment to heat treatment, from product to product to guarantee the set structural parameters and, accordingly, the properties of the products, because by definition, the structure of carbide-free lower bainite in steel provides high physical and mechanical properties.

Figure 00000002
Figure 00000002

Заявляемая сталь за счет гарантированного получения в ней нижнего бескарбидного бейнита позволяет расширить внутри области машиностроения количество отраслей, использующих заявляемый состав стали с регламентированной глубиной прокаливаемости (инструменты малого сечения, устройства крупногабаритные) и т.д. (табл. 3).The inventive steel due to the guaranteed receipt of lower carbide-free bainite in it allows to expand the number of industries within the engineering industry using the inventive steel composition with a regulated hardenability depth (small section tools, large-sized devices), etc. (tab. 3).

Заявляемая сталь обладает прокаливаемостью до 1000 мм за счет введения повышенного, по сравнению с прототипом, содержания углерода и кремния, которые способствуют повышению стабильности присутствия бескарбидного нижнего бейнита и устойчивости состояния переохлажденного аустенита в бейнитной области превращений.The inventive steel has a hardenability of up to 1000 mm due to the introduction of an increased, compared with the prototype, carbon and silicon contents, which contribute to increasing the stability of the presence of carbide-free bainite and the stability of the state of supercooled austenite in the bainitic region of transformations.

Figure 00000003
Figure 00000003

В зависимости от соотношения компонентов в стали при ее медленном непрерывном охлаждении с прокатного нагрева интервал температур фазовых превращений меняется. При содержании углерода 0,25%, хрома 2,4%, марганца 2,4%, кремния 2,5%, молибдена 0,60%, ванадия 0,16% бейнитная область имеет интервал превращений - 200°C, т.е. от 400 до 200°C, а мартенситная - 200°C, т.е. от 300°C до 100°C (табл. 2, пример 2), что позволяет, по сравнению с прототипом 23°C, на порядок увеличить температурный интервал бейнитного превращения и, следовательно, гарантировать в интервале скоростей охлаждения 0,05-0,03°C/с получение заготовок со структурой бескарбидного нижнего бейнита с прокаливаемостью 500-1000 мм, т.е. в более широком диапазоне сечений - от минимальных до 1000 мм. А это значит, что из данной стали можно изготовить изделия самого различного назначения (табл. 3), с регламентируемой глубиной прокаливаемости.Depending on the ratio of components in the steel during its slow continuous cooling from rolling heating, the temperature range of phase transformations changes. With a carbon content of 0.25%, chromium 2.4%, manganese 2.4%, silicon 2.5%, molybdenum 0.60%, vanadium 0.16%, the bainitic region has a conversion range of 200 ° C, i.e. . from 400 to 200 ° C, and martensitic - 200 ° C, i.e. from 300 ° C to 100 ° C (table. 2, example 2), which allows, in comparison with the prototype 23 ° C, to increase the temperature range of the bainitic transformation by an order of magnitude and, therefore, guarantee in the range of cooling rates of 0.05-0, 03 ° C / s obtaining blanks with a carbide-free lower bainite structure with hardenability of 500-1000 mm, i.e. in a wider range of sections - from minimum to 1000 mm. And this means that from this steel it is possible to manufacture products for various purposes (Table 3), with a regulated hardenability depth.

При содержании углерода 0,45%, марганца 2,7%, хрома 2,7%, молибдена 0,55%, ванадия 0,13%, кремния 2,0% получают бескарбидный нижний бейнит в интервале превращений от 400°C до 80°C (табл. 2, пример 3). При этом глубина прокаливаемости достигает 1000 мм, а мартенсит образуется после бейнита - в пределах температур 250°-80°C. Этот состав является оптимальным из трех по надежности получения бескарбидного нижнего бейнита в широком интервале превращений, интервале использования температур охлаждения, с гарантией получения стали со структурой бескарбидного нижнего бейнита, позволяющего получить изделия в более широком диапазоне прокаливаемости.When the carbon content of 0.45%, manganese 2.7%, chromium 2.7%, molybdenum 0.55%, vanadium 0.13%, silicon 2.0% receive carbide-free bainite in the range of conversions from 400 ° C to 80 ° C (table. 2, example 3). In this case, the hardenability depth reaches 1000 mm, and martensite is formed after bainite - within the temperature range of 250 ° -80 ° C. This composition is the best of the three in terms of reliability of producing carbide-free lower bainite in a wide range of transformations, the range of use of cooling temperatures, with the guarantee of obtaining steel with a carbide-free bainite structure, which allows to obtain products in a wider hardenability range.

Состав, содержащий 0,75% углерода, марганца 3,0%, хрома 3,0%, молибдена 0,50%, ванадия 0,10%, кремния 1,6%, позволяет получить гарантированно нижний бескарбидный бейнит в интервале превращений в области бейнита от 300°C до 150°C, а мартенсита после получения нижнего бескарбидного бейнита - от 180°C до 100°C (табл. 2, пример 4), тем самым позволяя гарантированно получать изделия с прокаливаемостью до 1000 мм (табл. 3).The composition containing 0.75% carbon, manganese 3.0%, chromium 3.0%, molybdenum 0.50%, vanadium 0.10%, silicon 1.6%, allows to obtain guaranteed lower carbide-free bainite in the range of transformations in the region bainite from 300 ° C to 150 ° C, and martensite after receiving lower carbide-free bainite - from 180 ° C to 100 ° C (table 2, example 4), thereby allowing guaranteed production of products with hardenability up to 1000 mm (table 3 )

При содержании углерода <0,25%, хрома <2,4%, марганца <2,4%, молибдена >0,60%, ванадия >0,16% и кремния >2,5% происходит резкое снижение устойчивости переохлажденного аустенита. Прокаливаемость при этом падает до 50 мм с увеличением скорости охлаждения до 0,3°C/с (табл. 3, пример 5).When the carbon content is <0.25%, chromium <2.4%, manganese <2.4%, molybdenum> 0.60%, vanadium> 0.16% and silicon> 2.5%, a sharp decrease in the stability of supercooled austenite occurs. The hardenability in this case drops to 50 mm with an increase in the cooling rate to 0.3 ° C / s (Table 3, Example 5).

При содержании углерода >0,75%, хрома >3,0%, марганца >3,0%, молибдена <0,50%, ванадия <0,10%, кремния <1,6% получают в бейнитной области превращений карбидный нижний бейнит (табл. 2, пример 6), который ухудшает прокаливаемость (табл. 3), как и другие физико-механические свойства стали.When the carbon content> 0.75%, chromium> 3.0%, manganese> 3.0%, molybdenum <0.50%, vanadium <0.10%, silicon <1.6%, lower carbide is obtained in the bainitic region bainite (table. 2, example 6), which affects the hardenability (table. 3), as well as other physical and mechanical properties of steel.

В таблице 4 представлены данные о микротвердости заявляемой стали и о микроструктуре в зависимости от состава и скорости охлаждения.Table 4 presents data on the microhardness of the inventive steel and on the microstructure depending on the composition and cooling rate.

Figure 00000004
Figure 00000004

Из данных таблицы 4 видно, что при содержании в составе 0,25% углерода, 2,5% кремния, по 2,4% хрома и марганца, 0,6% молибдена, 0,16% ванадия, остальное - железо, при скоростях охлаждения с прокатного нагрева (с 1000°C) 3,0-0,3°C/с образуется полностью мартенсит. При скоростях 0,05-0,03°C/с одновременно образуется преимущественно бескарбидный нижний бейнит (HV, HRC 590-581 (52-52), соответственно).From the data in table 4 it can be seen that when the content of 0.25% carbon, 2.5% silicon, 2.4% chromium and manganese, 0.6% molybdenum, 0.16% vanadium, the rest is iron, at speeds cooling with rolling heating (from 1000 ° C) 3.0-0.3 ° C / s completely martensite is formed. At speeds of 0.05-0.03 ° C / s, mainly carbide-free lower bainite is simultaneously formed (HV, HRC 590-581 (52-52), respectively).

При содержании углерода - 0,45%, марганца и хрома - по 2,7%, кремния - 2%, молибдена - 0,55%, ванадия - 0,13% образуется одновременно преимущественно бескарбидный нижний бейнит и мартенсит (HV, HRC 648-559, (56-50), соответственно) при скоростях охлаждения 0,3-0,03°C/с. А при скоростях охлаждения 3,0-1,5°C/с - полностью мартенсит.When the carbon content is 0.45%, manganese and chromium - 2.7% each, silicon - 2%, molybdenum - 0.55%, vanadium - 0.13%, mainly carbide-free bainite and martensite are simultaneously formed (HV, HRC 648 -559, (56-50), respectively) at cooling rates of 0.3-0.03 ° C / s. And at cooling rates of 3.0-1.5 ° C / s - completely martensite.

При содержании углерода - 0,75%, марганца и хрома - по 3,0%, кремния 1,6%, молибдена - 0,5%, ванадия 0,16% образуется нижний бескарбидный бейнит при скорости охлаждения 0,3-0,05°C/с с малым содержанием перлита, а при меньших скоростях - с перлитом в качестве избыточной фазы, ухудшающей свойства стали (HV, HRC 566-513, (51-48)).When the carbon content is 0.75%, manganese and chromium - 3.0% each, silicon 1.6%, molybdenum - 0.5%, vanadium 0.16%, lower carbide-free bainite is formed at a cooling rate of 0.3-0, 05 ° C / s with a low perlite content, and at lower speeds, with perlite as an excess phase that degrades the properties of steel (HV, HRC 566-513, (51-48)).

Заявляемый состав стали имеет преимущества перед прототипом:The inventive steel composition has advantages over the prototype:

- Сталь обеспечивает прокаливаемость изделиям в широком диапазоне габаритных величин (до 1000 мм в сечении).- Steel provides hardenability to products in a wide range of overall dimensions (up to 1000 mm in cross section).

- Состав позволяет варьировать скорость охлаждения, степень прокаливаемости, температуру превращений в бейнитной области и ниже с гарантированным получением бескарбидного нижнего бейнита.- The composition allows you to vary the cooling rate, the degree of hardenability, the temperature of the transformations in the bainitic region and below with guaranteed receipt of carbide-free bainite.

- Состав стали и ее получение при различных скоростях охлаждения (в пределах 0,3-0,03°C/с), в зависимости от содержания углерода и кремния в нем, при системном легировании остальных компонентов (Cr, Mn, Mo, V) приводят к снижению критических точек превращений мартенсита после образования или во время образования бейнитной структуры.- The composition of the steel and its preparation at different cooling rates (in the range of 0.3-0.03 ° C / s), depending on the carbon and silicon contents in it, with systemic alloying of the remaining components (Cr, Mn, Mo, V) lead to a decrease in the critical points of martensite transformations after the formation or during the formation of a bainitic structure.

- Благодаря полученным эффектам впервые стало возможно получение среднеуглеродистой системнолегированной стали со структурой бескарбидного нижнего бейнита.- Thanks to the effects obtained, it was for the first time possible to obtain a medium-carbon system-alloyed steel with a carbide-free lower bainite structure.

Сталь, за счет устойчивого появления бескарбидного нижнего бейнита перед мартенситным превращением создала условия для прокаливаемости изделий по сечению от 50 мм до 1000 мм, что позволило расширить область ее использования в различных отраслях машиностроения: от инструментальной до изделий, используемых в тяжелом машиностроении, - крупногабаритных, большого сечения.Steel, due to the stable appearance of carbide-free lower bainite before martensitic transformation, created conditions for the hardenability of products over the cross section from 50 mm to 1000 mm, which allowed to expand the field of its use in various branches of mechanical engineering: from instrumental to products used in heavy mechanical engineering - large-sized, large section.

Claims (1)

Сталь с бейнитной структурой, содержащая углерод, марганец, хром, молибден, ванадий, кремний и железо, отличающаяся тем, что она содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод 0,25-0,75 Марганец 2,4-3,0 Хром 2,4-3,0 Кремний 1,6-2,5 Молибден 0,5-0,6 Ванадий 0,10-0,16 Железо остальное,

при этом после прокатного нагрева при непрерывном медленном охлаждении со скоростью 0,3-0,03°C/с и температуре превращения в бейнитной области 400-100°С она имеет структуру бескарбидного нижнего бейнита.
Steel with a bainitic structure, containing carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, silicon and iron, characterized in that it contains ingredients in the following ratio, wt.%:
Carbon 0.25-0.75 Manganese 2.4-3.0 Chromium 2.4-3.0 Silicon 1.6-2.5 Molybdenum 0.5-0.6 Vanadium 0.10-0.16 Iron rest,

Moreover, after rolling heating with continuous slow cooling at a rate of 0.3-0.03 ° C / s and a transformation temperature in the bainitic region of 400-100 ° C, it has the structure of carbide-free bainite.
RU2014147413/02A 2014-11-25 2014-11-25 Steel with bainite structure RU2578873C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014147413/02A RU2578873C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Steel with bainite structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014147413/02A RU2578873C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Steel with bainite structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578873C1 true RU2578873C1 (en) 2016-03-27

Family

ID=55656903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014147413/02A RU2578873C1 (en) 2014-11-25 2014-11-25 Steel with bainite structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578873C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996022396A1 (en) * 1995-01-20 1996-07-25 British Steel Plc Improvements in and relating to carbide-free bainitic steels and methods of producing such steels
RU2086671C1 (en) * 1993-02-26 1997-08-10 Ниппон Стил Корпорейшн Method of manufacturing high-strength rail (versions) and high- strength rail
RU2136767C1 (en) * 1996-12-19 1999-09-10 Фоест-Альпине Шинен ГмбХ Shaped rolled product and method of its production
WO2009118166A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Aktiebolaget Skf A bearing component
WO2012164579A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-06 Tata Steel Limited Bainitic steel of high strength and high elongation and method to manufacture said bainitic steel
RU2532628C1 (en) * 2013-03-26 2014-11-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Steel for manufacture of items with increased hardness penetration

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086671C1 (en) * 1993-02-26 1997-08-10 Ниппон Стил Корпорейшн Method of manufacturing high-strength rail (versions) and high- strength rail
EP1101828B1 (en) * 1993-02-26 2004-01-21 Nippon Steel Corporation High-strength bainitic steel rails with excellent rolling-contact fatigue resistance
WO1996022396A1 (en) * 1995-01-20 1996-07-25 British Steel Plc Improvements in and relating to carbide-free bainitic steels and methods of producing such steels
RU2136767C1 (en) * 1996-12-19 1999-09-10 Фоест-Альпине Шинен ГмбХ Shaped rolled product and method of its production
WO2009118166A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Aktiebolaget Skf A bearing component
WO2012164579A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-06 Tata Steel Limited Bainitic steel of high strength and high elongation and method to manufacture said bainitic steel
RU2532628C1 (en) * 2013-03-26 2014-11-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Steel for manufacture of items with increased hardness penetration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9869009B2 (en) High strength low alloy steel and method of manufacturing
CA2948297C (en) Railway vehicle wheel and method for manufacturing railway vehicle wheel
US8852366B2 (en) Method for producing steel pipe with excellent expandability
US9932651B2 (en) Thick-walled high-strength seamless steel pipe with excellent sour resistance for pipe for pipeline, and process for producing same
AU2017226127B2 (en) Steel material and oil-well steel pipe
CA2959468C (en) Thick-wall oil-well steel pipe and production method thereof
AU2014294080A1 (en) High-strength steel material for oil well and oil well pipes
KR20120070603A (en) High-toughness abrasion-resistant steel and manufacturing method therefor
US20180347019A1 (en) Rolled Rod for Cold-Forged Thermally Refined Article
MX2014002896A (en) Low-carbon chromium steel having reduced vanadium and high corrosion resistance, and methods of manufacturing.
US10392675B2 (en) Seamless steel pipe and method for producing the same
AU2014265214A1 (en) High strength steel exhibiting good ductility and method of production via quenching and partitioning treatment by zinc bath
US20170369976A1 (en) Ultra-high strength thermo-mechanically processed steel
CN104745952B (en) Pressure vessel steel, manufacturing method thereof and manufacturing method of deep drawing article
US20120288397A1 (en) Bainitic steel for moulds
US20150232969A1 (en) Process For Heat Treatment of Parts Made From Low and Specified Hardenability Structural Steel
US11021769B2 (en) Micro alloyed steel and method for producing said steel
BR112021010529B1 (en) HOT ROLLED STEEL, HOT ROLLED STEEL SHEET, METHOD OF PRODUCING A HOT ROLLED STEEL, USE OF A SEAMLESS STEEL AND TUBE
GB2532761A (en) Bearing steel
RU2625861C1 (en) Production of steel sheets of higher wear resistance
RU2578873C1 (en) Steel with bainite structure
RU2532628C1 (en) Steel for manufacture of items with increased hardness penetration
RU2603404C1 (en) Method for production of high-hardness wear-resistant sheet products
RU2719212C1 (en) High-strength corrosion-resistant seamless pipe from oil-field range and method of its production
RU2477333C1 (en) Low-carbon alloyed steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201126