RU2679679C1 - Литая хладостойкая сталь - Google Patents
Литая хладостойкая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679679C1 RU2679679C1 RU2018120220A RU2018120220A RU2679679C1 RU 2679679 C1 RU2679679 C1 RU 2679679C1 RU 2018120220 A RU2018120220 A RU 2018120220A RU 2018120220 A RU2018120220 A RU 2018120220A RU 2679679 C1 RU2679679 C1 RU 2679679C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- crack resistance
- phosphorus
- nickel
- low temperatures
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литым хладостойким сталям, используемым для отливок крупногабаритных деталей строительно-дорожных машин и горно-металлургического оборудования, эксплуатируемых при низких температурах и воздействии высоких статических, динамических и циклических нагрузок. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,20-0,31, кремний 0,30-0,60, марганец 0,65-0,95, хром 0,8-1,00, никель 2,10-2,50, молибден 0,30-0,50, фосфор ≤ 0,01, сера ≤ 0,01, ванадий 0,08-0,12, цирконий 0,005-0,02, кальций 0,005-0,02, церий 0,02-0,08, медь ≤ 0,30, азот 0,005-0,025, железо - остальное. Обеспечивается высокая трещиностойкость и повышенные прочностные и вязкопластические характеристики при низких температурах.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литым хладостойким сталям, которые используют для отливок крупногабаритных деталей строительно-дорожных машин и горно-металлургического оборудования, эксплуатируемых при низких температурах и воздействии высоких статических, динамических и циклических нагрузок.
Известна хладостойкая и износостойкая сталь 27ХГСНДТЛ, отливки которой используют для изготовления цельнолитых зубьев и элементов их крепления одноковшовых экскаваторов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, титан, редкоземельный металл, фосфор, серу и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод 0,22-0,31; кремний 0,70-1,30; марганец 0,9-1,5; хром 0,70-1,30; никель 0,70-1,20; молибден 0,10-0,30; медь 0,30-0,50; титан 0,03-0,07; редкоземельный металл (иттрий, церий и др.) 0,02-0,05; фосфор до 0,020; сера до 0,020; железо остальное
(ГОСТ 21357-87, Отливки из хладостойкой и износостойкой стали, Издательство стандартов, 1988, с. 1, с. 2 табл. 1)
Недостатком известной стали являются ее невысокие прочностные характеристики, а также низкая трещиностойкость в процессе эксплуатации при отрицательных температурах до -60°С.
Известна литая хладостойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор, серу, церий, кальций, алюминий и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод <0,06%, кремний <0,60%, марганец 0,5-1,5, хром 0,35-1,35, никель 2,0-4,0, молибден 0,1-0,5, фосфор <0,03, сера <0,03, церий <0,10, кальций <0,10, алюминий <0,10, железо остальное.
(JPS 56075556, С22С 38/44, опубликовано 22.06.1981)
Однако недостатком известной стали также являются их невысокие прочностные характеристики, а также низкая устойчивость в воздействию ударных и циклических нагрузок при отрицательных температурах до -60°С, в связи с чем ее использование ограничено изготовлением фитингов труб и частей насосного оборудования для транспортировки природного газа, используемых в холодных районах, а также трубопроводов морских сооружений.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является литая хладостойкая сталь CFE-S (Япония) для изготовления высоконагруженных деталей экскаваторов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор, серу и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,28-0,33; кремний 0,30-0,60; марганец 0,60-0,90; хром 0,70-0,90; никель 0,65-2,00; молибден 0,20-0,30; фосфор ≤0,04; сера ≤0,04; железо - остальное
(Солнцев Ю.П., Андреев А.К., Гречин Р.И., Литейные хладостойкие стали, М., Изд. «Металлургия», 1991, с. 147).
Недостатком известной стали, используемой для изготовления деталей, испытывающих высокие статические и динамические нагрузки, является ее склонность к хрупкому разрушению (снижение трещиностойкости) в больших сечениях в процессе эксплуатации при отрицательных температурах до -60°С.
Задачей и техническим результатом изобретения является литая хладостойкая сталь с высокой трещиностойкостью и повышенными прочностными и вязкопластическими характеристиками при низких температурах.
Технический результат достигается тем, что литая хладостойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор, серу, ванадий, цирконий, кальций, церий, медь, азот и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод | 0,20-0,31 |
кремний | 0,30-0,60 |
марганец | 0,65-0,95 |
хром | 0,8-1,00 |
никель | 2,10-2,50 |
молибден | 0,30-0,50 |
фосфор | ≤0,01 |
сера | ≤0,01 |
ванадий | 0,08-0,12 |
цирконий | 0,005-0,02 |
кальций | 0,005-0,02 |
церий | 0,02-0,08 |
медь | ≤0,30 |
азот | 0,005-0,025 |
железо | остальное |
Углерод в количестве 0,20-0,31 мас. % обеспечивает упрочнение стали и способствует образованию карбидов и карбонитридов. Содержание углерода в выбранных пределах является оптимальным при выбранном интервале содержания остальных легирующих элементов.
Кремний в количестве 0,30-0,60 мас. % используется, как активный раскислитель стали и понижает чувствительность к перегреву.
Марганец в стали в количестве 0,65-0,95 мас. % выбран из условия обеспечения полной раскисленности стали, повышения прокаливаемости и снижения температуры хладноломкости.
Никель в количестве 2,10-2,50% мас. % обеспечивает повышение трещиностойкости стали при отрицательных температурах, особенно в больших сечениях, а также повышение пластичности, вязкости и хладноломкости.
При содержании никеля ниже 2,1 мас. % его влияние на трещиностойкость при отрицательных температурах менее эффективно, так как ослабляет взаимодействие дислокаций с атомами внедрения, а при содержании никеля более 2,5 мас. % трещиностойкость трещиностойкость может снизиться за счет образования аустенита при закалке.
Молибден в стали в количестве 0,30-0,50 мас. % обеспечивает повышение ударной вязкости, уменьшает чувствительность к отпускной хрупкости и повышает трещиностойкость стали при отрицательных температурах.
Цирконий в количестве 0,005-0,02 мас. % способствует измельчению зерна и повышению ударной вязкости и трещиностойкости.
При содержании ванадия 0,08-0,12 мас. %, циркония 0,005-0,02 мас. % и азота 0,005-0,025 мас. % является оптимальным, поскольку при повышенном содержании ванадия и азота трещиностойкость стали снижается, что связано с избыточным обогащением границ зерен карбидами и карбонитридами ванадия и циркония, приводящим к охрупчиванию металла за счет усиления взаимодействия атомов внедрения с дислокациями, повышению степени их блокировки. Это вызывает избыточное повышение прочности и торможение релаксации напряжений, что вызывает снижение сопротивляемости стали хрупкому разрешению.
Таким образом, комплексное легирование стали ванадием, азотом и цирконием повышает трещиностойкость стали за счет связывания углерода и азота в карбиды и карбонитриды и уменьшения блокировки дислокаций и склонности к хрупкому разрушению.
Присутствие меди до 0,30 мас. % повышает коррозионную стойкость стали за счет образования на поверхности отливки слоя оксида типа шпинели, что уменьшает вероятность зарождения трещин. Кроме того, медь в сочетании с низким содержанием серы способствуют повышению стойкости против водородного растрескивания, что способствует также увеличению трещиностойкости при отрицательных температурах.
Оптимальным содержанием кальций является 0,005-0,02 мас. %. При более низком содержании кальция его воздействие на трещиностойкости стали при низких температурах мало эффективно, так как отсутствует его модифицирующее влияние на неметаллические включения и снижение их количества, а при более высоком содержании трещиностойкость стали снижается за счет увеличения неметаллических включений по границам зерен.
Сталь по изобретению отличается низким содержанием серы 0,01 мас. % и фосфора 0,01 мас. %, что обеспечивает высокую трещиностойкость при отрицательных температурах. При содержании серы более 0,01 мас. % трещиностойкость стали снижается за счет увеличения количества сульфидных включений, являющихся концентраторами локальных напряжений, оказывающих охрупчивающее влияние. При содержании фосфора более 0,01 мас. % происходит снижение трещиностойкости за счет обогащения фосфором границ зерен, что может вызвать перераспределение примесей из-за неодновременного протеканий процессов превращения неравновесных структур. Другой причиной, вызывающей снижение хладостойкости при увеличении фосфора более 0,01 мас. %, является искажение кристаллической решетки твердого раствора и ее значительное упрочнение, приводящее к охрупчиванию.
Церий в оптимальных концентрациях 0,02-0,08 мас. % обеспечивает повышение трещиностойкости за счет глобуляризации неметаллических включений и более полной десульфурации металла. При содержании церия более 0,08 мас. % трещиностойкость литой стали снижается за счет интенсификации процессов межзеренного разрушения, что связано с избыточным обогащением бывших границ зерен неметаллическими включениями.
Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать данными, представленными в таблице.
Выплавку сталей проводили в 150 кг индукционной печи с разливкой металла на отливки сечением 60 мм. Термическая обработка включала закалку от температуры 900-920°С в воду и отпуск при температуре 570-590°С.
Надежность работы сталей при отрицательных температурах характеризует общая ударная вязкость КСо стали, а также ее составляющие:
ударная вязкость зарождения трещины КСз и ударная вязкость развития трещины КСр, которая в основном характеризует хладостойкость этих сталей. Если работа развития трещины низка, это значит, что в процессе работы при низкой температуре, образовавшаяся трещина может привести к ускоренному разрушению литой стали.
Для определения трещиностойкости (работоспособности) сталей были проведены испытания на инструментированном маятниковом копре с максимальной энергией удара 300 Дж, оснащенной системой электронного управления, регистрации, сбора и воспроизведения измерений импульсов. При испытании образцов при температуре -60°С для каждого из них записывали диаграммы в координатах «нагрузка-перемещение» и «энергия-перемещение». Исследование таких диаграмм позволяет определить ударные вязкости зарождения и распространения трещин в ударном образце, а их количественные значения позволяют оценить трещиностойкость сталей.
Испытание на растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 14972-73 на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм.
Как видно из представленных данных сталь по изобретению имеет более высокую трещиностойкость по сравнению с известной сталью и повышенными прочностными и вязкопластическими характеристиками при низких температурах.
Claims (16)
- Литая хладостойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, цирконий, кальций, церий, медь и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- углерод 0,20-0,31,
- кремний 0,30-0,60,
- марганец 0,65-0,95,
- хром 0,8-1,00,
- никель 2,10-2,50,
- молибден 0,30-0,50,
- фосфор ≤0,01,
- сера ≤0,01,
- ванадий 0,08-0,12,
- цирконий 0,005-0,02,
- кальций 0,005-0,02,
- церий 0,02-0,08,
- медь ≤0,30,
- азот 0,005-0,025,
- железо остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120220A RU2679679C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Литая хладостойкая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120220A RU2679679C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Литая хладостойкая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679679C1 true RU2679679C1 (ru) | 2019-02-12 |
Family
ID=65442457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120220A RU2679679C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Литая хладостойкая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679679C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2746598C1 (ru) * | 2020-05-12 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Хладостойкая высокопрочная сталь |
RU2746599C1 (ru) * | 2020-06-04 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь |
RU2753397C1 (ru) * | 2020-11-02 | 2021-08-16 | Акционерное общество "Сибирская Угольная Энергетическая Компания" | Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали |
CN115198170A (zh) * | 2021-04-10 | 2022-10-18 | 山西中盈万维耐磨材料有限公司 | 一种高强度耐磨合金铸钢及其制造方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU996506A1 (ru) * | 1981-07-15 | 1983-02-15 | Институт проблем литья АН УССР | Сталь |
SU1151586A1 (ru) * | 1983-12-02 | 1985-04-23 | Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт | Литейна конструкционна сталь |
RU2243284C2 (ru) * | 2002-12-02 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Волжский трубный завод" | Сталь повышенной коррозионной стойкости и бесшовные трубы, выполненные из нее |
RU2566121C1 (ru) * | 2011-09-30 | 2015-10-20 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Высокопрочный гальванизированный погружением стальной лист с превосходной характеристикой сопротивления удару и способ его изготовления и высокопрочный, подвергнутый легированию, гальванизированный погружением стальной лист и способ его изготовления |
US20150376730A1 (en) * | 2013-05-21 | 2015-12-31 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
US20160273066A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-09-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120220A patent/RU2679679C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU996506A1 (ru) * | 1981-07-15 | 1983-02-15 | Институт проблем литья АН УССР | Сталь |
SU1151586A1 (ru) * | 1983-12-02 | 1985-04-23 | Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт | Литейна конструкционна сталь |
RU2243284C2 (ru) * | 2002-12-02 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Волжский трубный завод" | Сталь повышенной коррозионной стойкости и бесшовные трубы, выполненные из нее |
RU2566121C1 (ru) * | 2011-09-30 | 2015-10-20 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Высокопрочный гальванизированный погружением стальной лист с превосходной характеристикой сопротивления удару и способ его изготовления и высокопрочный, подвергнутый легированию, гальванизированный погружением стальной лист и способ его изготовления |
US20160273066A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-09-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
US20150376730A1 (en) * | 2013-05-21 | 2015-12-31 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet and manufacturing method thereof |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2746598C1 (ru) * | 2020-05-12 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Хладостойкая высокопрочная сталь |
RU2746599C1 (ru) * | 2020-06-04 | 2021-04-16 | Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" | Экономнолегированная хладостойкая высокопрочная сталь |
RU2753397C1 (ru) * | 2020-11-02 | 2021-08-16 | Акционерное общество "Сибирская Угольная Энергетическая Компания" | Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали |
CN115198170A (zh) * | 2021-04-10 | 2022-10-18 | 山西中盈万维耐磨材料有限公司 | 一种高强度耐磨合金铸钢及其制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2679679C1 (ru) | Литая хладостойкая сталь | |
JP6102072B2 (ja) | 耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板およびその製造方法 | |
KR101699582B1 (ko) | 내응력 부식 균열성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법 | |
RU2519180C1 (ru) | Стальной рельс и способ его изготовления | |
US8216400B2 (en) | High-strength steel plate and producing method therefor | |
JP6418358B1 (ja) | 高Mn鋼板およびその製造方法 | |
CN100460550C (zh) | 一种耐海水腐蚀性能的海洋钻采平台用钢及其制造方法 | |
US8500924B2 (en) | High-strength steel plate and producing method therefor | |
WO2011111872A1 (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼材と高強度ボルト、及び、その製造方法 | |
EA019473B1 (ru) | Низколегированная сталь с высокой прочностью на разрыв и высокой стойкостью к сульфидному растрескиванию под напряжением | |
JP2011246798A (ja) | 耐硫化物応力割れ性に優れた油井用高強度継目無鋼管およびその製造方法 | |
JP2012031510A (ja) | 溶接部靭性および耐遅れ破壊特性に優れた耐磨耗鋼板 | |
JP7226598B2 (ja) | 耐摩耗鋼板およびその製造方法 | |
JP2018204109A (ja) | 耐摩耗厚鋼板 | |
JP2010121191A (ja) | 耐遅れ破壊特性および溶接性に優れる高強度厚鋼板およびその製造方法 | |
US10745772B2 (en) | Age hardening non-heat treated bainitic steel | |
JP7163889B2 (ja) | 耐疲労特性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 | |
JP2004156095A (ja) | 母材および溶接熱影響部の靱性に優れた鋼板およびその製造方法 | |
JP6735082B2 (ja) | 鋼部材および鋼板ならびにこれらの製造方法 | |
JP2000119798A (ja) | 硫化物応力割れ抵抗性に優れた高強度鋼及び油井用鋼管 | |
JP4344919B2 (ja) | 予熱なしでの溶接性に優れた高強度鋼板とその製造方法及び溶接鋼構造物 | |
JP6358027B2 (ja) | 厚鋼板 | |
JP4430559B2 (ja) | 耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼及び高強度ボルト | |
JP5796369B2 (ja) | 耐サワー性能に優れた調質型低降伏比厚鋼板およびその製造方法 | |
JPWO2014208082A1 (ja) | 疲労特性に優れた高強度鋼材およびその製造方法 |