RU2685452C1 - Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё - Google Patents
Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685452C1 RU2685452C1 RU2018129149A RU2018129149A RU2685452C1 RU 2685452 C1 RU2685452 C1 RU 2685452C1 RU 2018129149 A RU2018129149 A RU 2018129149A RU 2018129149 A RU2018129149 A RU 2018129149A RU 2685452 C1 RU2685452 C1 RU 2685452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- damping
- cobalt
- titanium
- manganese
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000013016 damping Methods 0.000 title claims abstract description 79
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 15
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 19
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
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
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, обладающим высокой демпфирующей способностью, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при изготовлении холодно- и горячекатаных листов, сортового проката, прутков и поковок, используемых в качестве конструкционных материалов, а также при изготовлении элементов конструкций и деталей крепежа. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,001-0,05, кремний 0,01-0,5, марганец 0,01-0,6, алюминий 3,0-7,5, титан 0,001-0,3, кобальт 0,013-0,05, хром 0,001-0,5, никель 0,001-0,3, медь 0,001-0,3, молибден 0,001-0,5, сера не более 0,02, фосфор не более 0,02, азот не более 0,015, железо и неизбежные примеси остальное. Суммарное содержание титана, молибдена, кобальта и углерода определено зависимостью: [0,2×Ti+0,1×Мо+0,3×Со-1,0×С]>0, а содержание марганца, никеля и кобальта в стали связано зависимостью: [1,0×Со-0,02×Mn-0,01×Ni]>0, где С, Mn, Ti, Ni, Mo, Co - соответствующее содержание углерода, марганца, титана, никеля, молибдена и кобальта в стали, в мас.%, а 0,2; 0,1; 0,3; 0,01; 0,02; 1,0 - безразмерные эмпирические коэффициенты. Достигается повышение демпфирующей способности стали. 2 н. и 3 з.п. ф-лы., 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к сталям, обладающим высокой демпфирующей способностью, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при изготовлении холодно- и горячекатаных листов, сортового проката, прутков и поковок, используемых в качестве конструкционных материалов, а также при изготовлении элементов конструкций и деталей крепежа.
Высокодемпфирующие стали и сплавы высокого демпфирования отличаются от других конструкционных металлических материалов тем, что они сочетают в себе высокие механические свойства, высокую демпфирующую способность и высокий модуль упругости. Указанное сочетание свойств позволяет изготавливать из таких сталей изделия с высокой конструкционной жесткостью и высокой демпфирующей способностью. Благодаря этому высокодемпфирующие стали могут быть эффективно использованы для борьбы с вибрацией и шумом в современных технических устройствах.
Практически любое промышленное изделие подвергается в процессе эксплуатации различным механическим воздействиям - например, ударному нагружению или воздействию вибрационной нагрузки. Как правило, ударное воздействие приводит к колебаниям изделия в диапазоне повышенных амплитуд внешней упругой деформации материала. В случае если материал в ходе эксплуатации подвергается постоянному или периодическому воздействию вибрации, связанной с вращением механизмов, то амплитуды колебаний, как правило, являются низкими. Это происходит потому, что конструкторы при проектировании изделий целенаправленно стремятся уменьшить уровень вибрации в них за счет увеличения жесткости конструкции с целью повысить долговечность изделий и снизить шум.
Для применения демпфирующей стали в промышленности является важным, чтобы материал обладал высоким уровнем демпфирующей способности в обоих диапазонах амплитуд колебаний (как в области низких, так и в области промежуточных амплитуд упругой деформации материала). Снижение демпфирующей способности хотя бы в одном из этих диапазонов приведет к сужению спектра возможных практических применений демпфирующей стали.
Другим важным требованием к высокодемпфирующим сталям, как и к любым другим конструкционным материалам, является уровень их технологических свойств, включая уровень ударной вязкости и относительное удлинение материала
Для большого числа индустриальных приложений, в которых демпфирующая сталь используется в качестве несущих элементов конструкции, важнейшей характеристикой сплава высокого демпфирования или высокодемпфирующей стали является уровень удельной демпфирующей способности в области малых амплитуд упругих колебаний, ограниченной величинами знакопеременной упругой деформации между 0,85×10-4 и 1,15×10-4.
В случае если сталь находится в более жестких условиях эксплуатации, при которых в материале возбуждаются колебания с повышенными амплитудами, весьма распространенной областью внешнего знакопеременного нагружения металла является диапазон амплитуд знакопеременных колебаний, ограниченной величинами упругой деформации материала между 2,35×10-4 и 2,65×10-4.
Известен сплав высокого демпфирования с регламентированным уровнем демпфирующих и механических свойств, содержащий углерод, алюминий, марганец, титан, медь и ниобий при следующем соотношении компонентов, масс. %: углерод 0,010-0,035; алюминий 4,0-8,0; марганец 0,25-0,95; титан 0,01-0,55; ниобий 0,01-0,15; медь 0,01-0,20; железо остальное, в котором суммарное содержание углерода и меди определено зависимостью (5С+1,5Cu)=0,06-0,45%; а содержание алюминия, марганца, титана и меди связано соотношением: [Al-(Mn+Ti+Cu)] = 3,5-6,5% [Патент RU 2158318, МПК С22С 38/16, опубликован 27.10.2000].
Недостатком данного сплава является то обстоятельство, что удельная демпфирующая способность этого материала в области повышенных амплитуд колебаний, а именно в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4, не достигает высокого уровня, что ограничивает использование данного сплава для решения практических задач гашения вибраций в случае, если вибрационная нагрузка сосредоточена в области повышенных амплитуд деформации.
Известна сталь, содержащая хром, ванадий, марганец, азот, медь, серу, фосфор при следующем соотношении компонентов, масс. %: хром 2,2-21,0; ванадий 0,3-8,3; марганец 0,01-0,85; углерод 0,001-0,08; азот 0,0002-0,06; кремний 0,001-0,7; алюминий 0,001-5,2; молибден 0,001-8,1; никель 0,01-3,5; ниобий 0,001-1,5;; медь 0,003-0,45; сера 0,001-0,04; фосфор 0,001-0,04; железо остальное [Патент RU 2009262, МПК С22С 38/48, опубликован 15.03.1994].
К недостаткам данной стали можно отнести невысокую удельную демпфирующую способность, особенно в области малых амплитуд колебаний, в частности в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4, а также повышенную себестоимость производства этой стали, что связано с повышенным содержанием в ней карбидо- и нитридообразующих элементов, которые необходимы для эффективного повышения поверхностной твердости стали при нитроцементации. Для большинства сталей общего назначения, которые не подвергают нитроцементации при подготовке к работе, повышенное содержание карбидо- и нитридообразующих элементов в стали не требуется. Заявляемая высокодемпфирующая сталь относится к сталям общепромышленного назначения и применение нитроцементации при ее обработке не предусматривается.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является демпфирующая сталь, содержащая (масс. %):
| углерод | 0,001-0,08; |
| кремний | 0,01-0,5; |
| марганец | 0,01-0,6; |
| алюминий | 3,5-7,0; |
| хром | 0,001-0,3; |
| никель | 0,001-0,3; |
| медь | 0,001-0,3; |
| ванадий | 0,0001-0,3; |
| ниобий | 0,0001-0,3; |
| молибден | 0,001-0,5; |
| сера не более | 0,02; |
| фосфор не более | 0,02; |
| азот не более | 0,015; |
| титан | 0,001-0,3; |
| кобальт | 0,0001-0,010; |
| железо и неизбежные примеси | - остальное. |
В частных случаях сталь может дополнительно содержать (масс. %):
| цирконий | 0,0001-0,005; |
| вольфрам | 0,0001-0,010; |
| бор | 0,0001-0,010; |
| кальций | 0,0001-0,010; |
| магний | 0,0001-0,010; |
| редкоземельные элементы в количестве | 0,0001-0,005; |
В качестве неизбежных примесей сталь может содержать (масс. %):
| мышьяк не более | 0,015; |
| олово не более | 0,015; |
| свинец не более | 0,015; |
| цинк не более | 0,015; |
| сурьма не более | 0,015; |
Демпфирующая сталь отличается тем, что содержание титана, молибдена и углерода в этом материале связано зависимостью: (0,2×Ti+0,1×Mo-1×С)>0,
где: Ti, Mo, С - соответствующее содержание титана, молибдена и углерода в стали, масс. %; 0,2; 0,1; 1 - безразмерные эмпирические коэффициенты, а содержание алюминия, марганца, титана и молибдена в стали связано зависимостью:
[Al-(Mn+Ti+Mo)] = 3,4-6,5%,
где: Al, Mn, Ti, Mo - соответствующее содержание алюминия, марганца, титана и молибдена в стали (масс. %).
Демпфирующая сталь также отличается тем, что средняя величина удельной демпфирующей способности этого материала, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4, составляет от 20 до 50%, а средняя величина удельной демпфирующей способности, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 1,8×10-4 до 2,2×10-4 составляет от 15 до 35%. Изделие выполнено из стали любого вышеуказанного состава [Патент РФ RU 2623947 МПК С22С 38/52, опубликован 29.06.2017].
К недостаткам этой стали следует отнести то обстоятельство, что величина удельной демпфирующей способности в области повышенных амплитуд колебаний, а именно в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4, не достигает высоких значений.
Техническим результатом изобретения является повышение демпфирующей способности стали и изделий, выполненных из нее, в области повышенных амплитуд колебаний (т.е. в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,3 5×10-4 до 2,65×10-4) при сохранении высокого уровня демпфирования в области малых амплитуд колебаний (т.е. в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4).
Указанный технический результат достигается тем, что высокодемпфирующая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, алюминий, титан, кобальт, хром, никель, медь, молибден, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, согласно изобретению, обладает следующим соотношением компонентов (масс. %):
| углерод | 0,001-0,05 |
| кремний | 0,01-0,5 |
| марганец | 0,01-0,6 |
| алюминий | 3,0-7,5 |
| титан | 0,001-0,3 |
| кобальт | 0,013-0,05 |
| хром | 0,001-0,5 |
| никель | 0,001-0,3 |
| медь | 0,001-0,3 |
| молибден | 0,001-0,5 |
| сера не более | 0,02 |
| фосфор не более | 0,02 |
| азот не более | 0,015 |
железо и неизбежные примеси остальное, при этом суммарное содержание титана, молибдена, кобальта и углерода определено зависимостью:
а содержание марганца, никеля и кобальта в стали связано зависимостью:
где: С, Mn, Ti, Ni, Mo, Со - соответствующее содержание углерода, марганца, титана, никеля, молибдена и кобальта в стали (масс. %); а 0,2; 0,1; 0,3; 0,01; 0,02; 1,0 - безразмерные эмпирические коэффициенты. Сталь также может содержать ванадий и/или ниобий в количестве 0,002-0,3 масс. % каждого.
Средняя величина удельной демпфирующей способности стали, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4 составляет от 20 до 50%, а средняя величина удельной демпфирующей способности, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4 составляет от 11 до 30%.
Технический результат достигается также тем, что изделие изготавливают из высокодемпфирующей стали указанных составов.
Технический результат достигается за счет того, что введение в сталь кобальта в количестве от 0,013 до 0,050 масс. % улучшает магнитострикционные характеристики материала, что приводит к повышению чувствительности стали к наложению внешней нагрузки и следовательно, к росту ее удельной демпфирующей способности в области повышенных амплитуд колебаний (т.е. в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4) до уровня 11-32%. При этом положительный эффект достигается при одновременном соблюдении условий зависимостей (1) и (2).
Увеличение концентрации алюминия выше 7,5% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к возникновению трудностей при термической обработке стали на высокое демпфирование (что связано с необходимостью четкого соблюдения условий охлаждения при термообработке), а также к резкому снижению технологической пластичности стали, к росту хрупкости и снижению величины ударной вязкости, что налагает ограничения на возможности применения стали на практике. Снижение содержания алюминия в материале ниже 3,0% приводит к снижению механических свойств стали и к уменьшению ее демпфирующих свойств, особенно в области повышенных амплитуд колебаний, т.е. в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4.
Повышение концентрации кобальта в высокодемпфирующей стали в количестве более 0,013% благоприятно сказывается на ее свойствах, приводит к увеличению магнитострикционных характеристик стали и улучшает ее демпфирующие свойства в области повышенных амплитуд колебаний. Увеличение концентрации кобальта в количестве более 0,050% приводит к снижению пластических характеристик стали. Уменьшение содержания кобальта в стали ниже 0,013% не позволяет добиться улучшения магнитострикционных характеристик и демпфирующих свойств стали в области повышенных амплитуд колебаний, т.е. в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4.
Повышение концентрации углерода выше 0,05% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к снижению демпфирующих свойств в области повышенных амплитуд колебаний и к повышению хрупкости стали (особенно при пониженных температурах) за счет образования сложных карбидных фаз. Снижение содержания углерода в стали ниже 0,001% является нецелесообразным с экономической точки зрения, так как для достижения низкой концентрации углерода потребуется применять специальные технологические приемы, которые являются дорогостоящими.
Увеличение концентрации марганца в заявляемой стали выше 0,6% приводит к снижению пластичности материала. Снижение содержания марганца в стали ниже 0,01% ухудшает демпфирующие свойства стали в области повышенных амплитуд колебаний, а также ухудшает технологические свойства стали в литом состоянии.
Введение титана при условии присутствия в стали кобальта приводит к улучшению демпфирующих свойств стали как в области малых, так и в области повышенных амплитуд колебаний. Увеличение содержания титана в стали в количестве более 0,3% негативно влияет на демпфирующие и на пластические характеристики стали. Уменьшение содержания титана в стали ниже 0,001% приводит к росту себестоимости производства стали вследствие необходимости применять специальные дорогостоящие технологические приемы.
Рост концентрации кремния выше 0,5% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к повышению ее хрупкости, что связано с нецелесообразностью одновременного введения алюминия и кремния в повышенных количествах. Снижение содержания кремния в стали ниже 0,01% является нецелесообразным с экономической точки зрения, так как вследствие высокой активности расплава стали с высоким содержанием алюминия для достижения низкой концентрации кремния потребуется использовать дорогостоящую футеровку с пониженным содержанием кремния. Кроме этого, очень низкое содержание кремния негативно отражается на демпфирующих свойствах стали в области повышенных амплитуд колебаний.
Увеличение концентрации хрома выше 0,5% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к снижению пластических характеристик материала. Уменьшение содержания хрома в стали ниже 0,001% является нецелесообразным с экономической точки зрения вследствие необходимости использования высокочистых шихтовых материалов и специальных технологических приемов.
Увеличение содержания никеля в количестве более 0,3% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к снижению демпфирующих свойств стали, что особенно сильно проявляется в области повышенных амплитуд колебаний. Уменьшение концентрации никеля в стали ниже 0,001% приводит к росту себестоимости производства стали вследствие необходимости применять специальные дорогостоящие технологические приемы.
Увеличение содержания меди выше 0,3% в заявляемой стали приводит к снижению демпфирующих свойств материала как в области малых, так и в области повышенных амплитуд колебаний, а также к росту хрупкости стали. Уменьшение концентрации меди в высокодемпфирующей стали ниже 0,001% приводит к росту себестоимости производства данного материала вследствие необходимости применять специальные дорогостоящие технологические приемы.
Введение молибдена приводит к улучшению демпфирующих свойств стали как в области малых, так и в области повышенных амплитуд колебаний. Увеличение содержания молибдена выше 0,5% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к ухудшению ее пластических характеристик. Уменьшение концентрации молибдена ниже 0,001% приводит к росту себестоимости производства стали вследствие необходимости применять специальные дорогостоящие технологические приемы.
Увеличение содержания фосфора или серы выше 0,02% в высокодемпфирующей стали, содержащей микролегирующие добавки кобальта, приводит к ухудшению демпфирующих свойств как в области малых, так и в области повышенных амплитуд колебаний и отрицательно сказывается на пластических характеристиках стали.
Увеличение содержания азота в стали в количестве более 0,015% приводит к ухудшению демпфирующих характеристик и в области малых, и в области повышенных амплитуд колебаний, а также приводит к повышению хрупкости стали.
Титан, молибден, кобальт и углерод влияют на демпфирующие характеристики стали принципиально различным способом. Выполнение условий зависимости:
[0,2×Ti+0,1×Мо+0,3×Со-1,0×С]>0 приводит к повышению удельной демпфирующей способности стали (особенно в области амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4), а в случае, если значение указанной зависимости становится отрицательным или равным нулю, демпфирующие свойства стали ухудшаются.
Марганец, никель и кобальт влияют на магнитострикционные характеристики высокодемпфирующей стали различным образом. Выполнение условий зависимости:
[1,0×Со-0,02×Mn-0,01×Ni]>0 приводит к повышению магнитострикционных характеристик материала, что вызывает рост удельной демпфирующей способности стали (особенно в области повышенных амплитуд колебаний), а в случае, если значение указанной зависимости становится отрицательным или равным нулю, магнитострикционные и демпфирующие свойства стали ухудшаются. В вышеуказанных зависимостях С, Mn, Ti, Ni, Mo, Со отражает соответствующее содержание углерода, марганца, титана, никеля, молибдена и кобальта в стали (в масс. %); а 0,2; 0,1; 0,3; 0,01; 0,02; 1,0 являются безразмерными эмпирическими коэффициентами.
Изобретение поясняется результатами проведенных экспериментов.
После выплавки стали подвергались горячей прокатке, температура нагрева под прокатку варьировалась от Т=1150°С до Т=1250°С. Образцы для исследования различных свойств материала отбирались механическим способом от горячекатаного плоского проката, после чего они подвергались термической обработке в вакуумной печи или в печи с защитной атмосферой. Исследование образцов производилось в термообработанном состоянии.
Демпфирующая способность образцов исследовалась на установке, собранной по схеме обратного изгибного маятника. Измерения проводились в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,4×10-4 до 5,0×10-4 при комнатной температуре. Механические свойства сталей исследовались с помощью испытательных машин Instron и ZD 10/90, испытания проводились при комнатной температуре. Ударная вязкость образцов исследовалась в соответствии с ГОСТ 9454-78.
Химические составы сталей с различным содержанием легирующих элементов и примесей приведены в Таблице 1. Характеристики сталей приведены в Таблице 2. Примеры №1-11 отражают свойства высокодемпфирующих сталей с соблюдением предложенных параметров. В Примерах №12-16 предложенные параметры не соблюдаются.
В Таблице 2 величина SDC0,85-1,15 представляет собой среднее значение удельной демпфирующей способности материала, измеренное в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4, а величина SDC2,35-2,65 представляет собой среднее значение удельной демпфирующей способности материала, измеренное в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4. Как следует из Таблицы 1 и Таблицы 2 в случае, если заявленные параметры соблюдаются, то стали обладают повышенной величиной демпфирующей способности в диапазонах амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4 и от 2,35×10-4 до 2,65×10-4.
Из стали №11 были изготовлены изделия - кронштейн подвески виброактивного оборудования и направляющая для режущего инструмента.
Реализация изобретения позволяет получить высокодемпфирующую сталь, в которой средняя величина удельной демпфирующей способности, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4 составляет от 20 до 50%, а средняя величина удельной демпфирующей способности, измеренная в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4 составляет от 11 до 30%. Применение заявляемой стали в промышленности позволит снизить уровень шума и вибрации изделий, выполненных из этой стали.
Claims (19)
1. Высокодемпфирующая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, алюминий, титан, кобальт, хром, никель, медь, молибден, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
при этом суммарное содержание титана, молибдена, кобальта и углерода определено зависимостью:
а содержание марганца, никеля и кобальта в стали связано зависимостью:
где С, Mn, Ti, Ni, Mo, Co - соответствующее содержание углерода, марганца, титана, никеля, молибдена и кобальта в стали в мас.%, а 0,2; 0,1; 0,3; 0,01; 0,02; 1,0 - безразмерные эмпирические коэффициенты.
2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,002-0,3 мас.% ванадия.
3. Сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,002-0,3 мас.% ниобия.
4. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет среднюю величину удельной демпфирующей способности, измеренной в диапазоне амплитуд упругой деформации от 0,85×10-4 до 1,15×10-4, составляющую от 20 до 50%, и среднюю величину удельной демпфирующей способности, измеренной в диапазоне амплитуд упругой деформации от 2,35×10-4 до 2,65×10-4, составляющую от 11 до 30%.
5. Изделие, выполненное из демпфирующей стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по любому из пп. 1-4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129149A RU2685452C1 (ru) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129149A RU2685452C1 (ru) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685452C1 true RU2685452C1 (ru) | 2019-04-18 |
Family
ID=66168407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129149A RU2685452C1 (ru) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685452C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721262C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-05-18 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Высокодемпфирующая сталь с требуемым уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1723187A1 (ru) * | 1990-06-22 | 1992-03-30 | Кировский Политехнический Институт | Сталь |
| RU2031179C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1995-03-20 | Марина Валентиновна Анцыферова | Сталь |
| JP2000256794A (ja) * | 1999-03-08 | 2000-09-19 | Nippon Steel Corp | 高靭性制振合金とその製造方法 |
| CA2993771A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Nisshin Steel Co., Ltd. | High a1-content vibration-damping ferritic stainless steel material, and production method |
| RU2623947C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-06-29 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Демпфирующая сталь и изделие, выполненное из нее |
-
2018
- 2018-08-09 RU RU2018129149A patent/RU2685452C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1723187A1 (ru) * | 1990-06-22 | 1992-03-30 | Кировский Политехнический Институт | Сталь |
| RU2031179C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1995-03-20 | Марина Валентиновна Анцыферова | Сталь |
| JP2000256794A (ja) * | 1999-03-08 | 2000-09-19 | Nippon Steel Corp | 高靭性制振合金とその製造方法 |
| CA2993771A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Nisshin Steel Co., Ltd. | High a1-content vibration-damping ferritic stainless steel material, and production method |
| RU2623947C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-06-29 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Демпфирующая сталь и изделие, выполненное из нее |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721262C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-05-18 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Высокодемпфирующая сталь с требуемым уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2733612C2 (ru) | Сталь, продукт, произведенный из такой стали, и способ его изготовления | |
| JP5608145B2 (ja) | 耐遅れ破壊性に優れたボロン添加高強度ボルト用鋼および高強度ボルト | |
| US6562153B1 (en) | Strain-induced type martensitic steel having high hardness and having high fatigue strength | |
| RU2660482C2 (ru) | МАРТЕНСИТНЫЕ СТАЛИ С ПРОЧНОСТЬЮ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ 1700 - 2200 МПа | |
| TWI758184B (zh) | 沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法、以及板彈簧 | |
| JPH0545660B2 (ru) | ||
| RU2383649C2 (ru) | Дисперсионно-твердеющая сталь (варианты) и изделие из стали (варианты) | |
| JP2010215953A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法 | |
| TWI773346B (zh) | 沃斯田鐵系不鏽鋼材及其製造方法、以及板彈簧 | |
| RU2685452C1 (ru) | Высокодемпфирующая сталь с регламентированным уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё | |
| JP2614659B2 (ja) | 耐遅れ破壊性及び冷間鍛造性を備えた高強度ボルト用鋼 | |
| JP2017066460A (ja) | 時効硬化性鋼 | |
| RU2623947C1 (ru) | Демпфирующая сталь и изделие, выполненное из нее | |
| RU2721262C1 (ru) | Высокодемпфирующая сталь с требуемым уровнем демпфирующих свойств и изделие, выполненное из неё | |
| RU76647U1 (ru) | Вал (варианты) | |
| KR101776491B1 (ko) | 내식성이 우수한 고강도 스프링강 | |
| JP4332446B2 (ja) | 冷間加工性および耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼、並びに耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼部品 | |
| JP7544489B2 (ja) | 硬度と靭性のバランスに優れた機械構造用合金鋼 | |
| KR102463015B1 (ko) | 열간가공성이 우수한 고강도 오스테나이트계 스테인리스강 | |
| KR970001327B1 (ko) | 프레스 성형성이 우수한 극연질 오스테나이트계 스테인레스강 | |
| JP7253479B2 (ja) | 高強度鋼板 | |
| US20230287549A1 (en) | Austenitic stainless steel with improved deep drawing | |
| RU2321671C2 (ru) | Нержавеющая сталь | |
| JP5526689B2 (ja) | 浸炭用鋼 | |
| WO2023153185A1 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |