RU2784363C1 - Steel - Google Patents

Steel Download PDF

Info

Publication number
RU2784363C1
RU2784363C1 RU2021127290A RU2021127290A RU2784363C1 RU 2784363 C1 RU2784363 C1 RU 2784363C1 RU 2021127290 A RU2021127290 A RU 2021127290A RU 2021127290 A RU2021127290 A RU 2021127290A RU 2784363 C1 RU2784363 C1 RU 2784363C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
alloy
concentration
strength
niobium
Prior art date
Application number
RU2021127290A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2784363C9 (en
Inventor
Вячеслав Федорович Шевяков
Дмитрий Александрович Климов
Андрей Леонидович Сапунов
Павел Владимирович Бравков
Александр Александрович Гарченко
Рашид Зуфарович Гусманов
Олег Валерьевич Жданеев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Русполимет"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Русполимет" filed Critical Публичное акционерное общество "Русполимет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784363C1 publication Critical patent/RU2784363C1/en
Publication of RU2784363C9 publication Critical patent/RU2784363C9/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, namely, to non-magnetic high-strength steels, and can be used in the gas and petroleum industry. Steel contains carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulphur, chromium, molybdenum, nickel, nitrogen, aluminium, copper, cobalt, vanadium, calcium, strontium, barium, niobium, and iron at the following ratio of components, wt.%: carbon up to 0.05, silicon up to 0.3, manganese 18.0 to 20.0, phosphorus up to 0.03, sulphur up to 0.005, chromium 15.5 to 17.5, molybdenum 2.4 to 2.8, nickel 4.2 to 5.0, nitrogen 0.4 to 0.5, aluminium up to 0.3, copper up to 0.7, cobalt up to 0.03, calcium 0.003 to 0.01, strontium 0.001 to 0.01, barium 0.001 to 0.01, niobium 0.01 to 0.05, vanadium 0.01 to 0.05, iron the rest.
EFFECT: steel has the required high level of strength characteristics with associated preservation of plasticity.
1 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к немагнитным сталям повышенной прочности, и может быть использовано в газо- и нефтедобывающей области промышленности.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to high-strength non-magnetic steels, and can be used in the gas and oil industry.

Известна сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, азот, кальций и железо, при этом общее соотношение компонентов составляет, масс.%:Known steel containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, Nickel, nitrogen, calcium and iron, while the total ratio of components is, wt.%:

УглеродCarbon до 0,2up to 0.2 КремнийSilicon 0,1 - 2,00.1 - 2.0 МарганецManganese 9,0 - 35,09.0 - 35.0 АлюминийAluminum 0,001 - 0,2000.001 - 0.200 ХромChromium 10,0 - 20,010.0 - 20.0 НикельNickel 0,1 - 8,00.1 - 8.0 АзотNitrogen 0,001 - 0,5000.001 - 0.500 КальцийCalcium 0,001 - 0,0200.001 - 0.020 ЖелезоIron остальноеrest

[JPS61170545, дата публикации: 01.08.1986 г.МПК: C22C 38/00; C22C 38/58].[JPS61170545, Publication date: 08/01/1986 IPC: C22C 38/00; C22C 38/58].

Недостатком известного технического решения являются низкие прочностные характеристики стали, в частности механические свойства, такие как предел прочности и предел текучести, обусловленные увеличенными размерами и большим количеством неметаллических включений в составе стали.The disadvantage of the known technical solution is the low strength characteristics of steel, in particular mechanical properties, such as tensile strength and yield strength, due to the increased size and a large number of non-metallic inclusions in the steel composition.

В качестве прототипа выбрана сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, медь, никель, хром, молибден, азот, ванадий, кобальт, железо и иные элементы, при этом общее соотношение компонентов составляет, масс.%:Steel containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, copper, nickel, chromium, molybdenum, nitrogen, vanadium, cobalt, iron and other elements was selected as a prototype, while the total ratio of components is, wt.%:

УглеродCarbon 0,01 - 0,050.01 - 0.05 КремнийSilicon 0,05 - 0,500.05 - 0.50 МарганецManganese 16,0 - 19,016.0 - 19.0 ФосфорPhosphorus до 0,04up to 0.04 СераSulfur до 0,01up to 0.01 МедьCopper 0,50 - 0,800.50 - 0.80 НикельNickel 3,5 - 5,03.5 - 5.0 ХромChromium 17,0 - 21,017.0 - 21.0 МолибденMolybdenum 1,80 - 3,501.80 - 3.50 АзотNitrogen 0,0010 - 0,00500.0010 - 0.0050 КобальтCobalt 0,1 - 3,00.1 - 3.0 ВанадийVanadium 0,1 - 2,00.1 - 2.0 Иные элементы [B, O]: Other elements [B, O]: 0,001 - 0,0150.001 - 0.015 ЖелезоIron остальноеrest

[EP2248919A1, дата публикации: 10.11.2010 г., МПК: C21D 8/12; C21D 9/22; C22C 38/04].[EP2248919A1, publication date: 11/10/2010, IPC: C21D 8/12; C21D 9/22; C22C 38/04].

Преимуществами прототипа перед известным техническим решенем являются более высокие прочностные характеристики стали, в частности ее механические свойства, обусловленные присутствием в сплаве дополнительных компонентов, предотвращающих развитие микротрещин в междендритном пространстве и усиливающих дисперсное твердение, тем самым повышая прочность, твердость и износ стали.The advantages of the prototype over the known technical solution are higher strength characteristics of steel, in particular its mechanical properties, due to the presence of additional components in the alloy that prevent the development of microcracks in the interdendritic space and enhance dispersion hardening, thereby increasing the strength, hardness and wear of steel.

Однако, недостатками прототипа являются неудовлетворительные эксплуатационные характеристики стали, из-за низкой диффузионной подвижности атомов металла внутри кристаллической матрицы, вследствие чего снижаются показатели пластичности стали и затрудняется изготовление изделий из нее посредством штамповки, вытяжки или ковки.However, the disadvantages of the prototype are the unsatisfactory performance characteristics of steel, due to the low diffusion mobility of metal atoms inside the crystalline matrix, as a result of which the ductility of steel decreases and it is difficult to manufacture products from it by stamping, drawing or forging.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик стали.The technical problem to be solved by the invention is the need to improve the performance of steel.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении показателей прочности стали с сопутствующим сохранением ее пластичности.The technical result, to which the invention is directed, is to increase the strength of steel with the concomitant preservation of its ductility.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Сталь, содержащая железо, углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, молибден, никель, азот, алюминий, медь, кобальт и ванадий. В отличие от прототипа сталь дополнительно содержит кальций, стронций, барий и ниобий, при этом общее соотношение компонентов составляет, масс.%:Steel containing iron, carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, molybdenum, nickel, nitrogen, aluminum, copper, cobalt and vanadium. Unlike the prototype, the steel additionally contains calcium, strontium, barium and niobium, while the total ratio of the components is, wt.%:

УглеродCarbon до 0,05up to 0.05 КремнийSilicon до 0,3up to 0.3 МарганецManganese 18,0 - 20,018.0 - 20.0 ФосфорPhosphorus до 0,03up to 0.03 СераSulfur до 0,005up to 0.005 ХромChromium 15,5 - 17,515.5 - 17.5 МолибденMolybdenum 2,4 - 2,82.4 - 2.8 НикельNickel 4,2 - 5,04.2 - 5.0 АзотNitrogen 0,4 - 0,50.4 - 0.5 АлюминийAluminum до 0,3up to 0.3 МедьCopper до 0,7up to 0.7 КобальтCobalt до 0,03up to 0.03 КальцийCalcium 0,003 - 0,0100.003 - 0.010 СтронцийStrontium 0,001 - 0,0100.001 - 0.010 БарийBarium 0,001 - 0,0100.001 - 0.010 НиобийNiobium 0,01 - 0,050.01 - 0.05 ВанадийVanadium 0,01 - 0,050.01 - 0.05 ЖелезоIron остальное.rest.

Углерод обеспечивает упрочнение стали, повышение ее твердости и упругости. Концентрация углерода в составе стали составляет до 0,05 масс.%. Наличие углерода в составе стали в минимальном количестве необходимо для образования цементита

Figure 00000001
(карбида железа), в присутствии которого существенно увеличивается твердость стали. Однако, в случае если концентрация углерода в стали будет выше допустимой границы, это приведет к ухудшению пластических свойств сплава.Carbon provides hardening of steel, increasing its hardness and elasticity. The concentration of carbon in the composition of steel is up to 0.05 wt.%. The presence of carbon in the composition of steel in a minimum amount is necessary for the formation of cementite
Figure 00000001
(iron carbide), in the presence of which the hardness of steel increases significantly. However, if the concentration of carbon in the steel is above the permissible limit, this will lead to a deterioration in the plastic properties of the alloy.

Кремний присутствует в составе стали в качестве раскислителя и обеспечивает повышение упругости стали, а также ее сопротивляемость коррозии. Концентрация кремния в стали составляет до 0,3 масс.%. Наличие кремния в составе стали в минимальном количестве необходимо снижения количества кислорода в стали. Однако, в случае если концентрация кремния в стали будет выше допустимой границы, это приведет к образованию тугоплавких шлаков, затрудняющих процесс изготовления изделий из стали посредством сварки, а также к повышению твердости и хрупкости стали.Silicon is present in the composition of steel as a deoxidizer and provides an increase in the elasticity of steel, as well as its resistance to corrosion. The concentration of silicon in steel is up to 0.3 wt.%. The presence of silicon in the composition of steel in a minimum amount is necessary to reduce the amount of oxygen in the steel. However, if the concentration of silicon in the steel is higher than the permissible limit, this will lead to the formation of refractory slags that impede the process of manufacturing steel products by welding, as well as to increase the hardness and brittleness of the steel.

Марганец обеспечивает упрочнение стали, повышение ее твердости и износостойкости. Марганец также связывает серу и образует сульфид марганца

Figure 00000002
, препятствуя образованию вредного соединения
Figure 00000003
(сульфид железа). Концентрация марганца в стали находится в диапазоне 18,0 - 20,0 масс.%. В случае если концентрация марганца в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет образованию тугоплавких шлаков, затрудняющих последующую работу с полученным сплавом. В случае если концентрация марганца в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то это приведет к повышению магнитных свойств стали, а также разупрочнению стали.Manganese provides hardening of steel, increasing its hardness and wear resistance. Manganese also binds sulfur and forms manganese sulfide
Figure 00000002
preventing the formation of harmful compounds
Figure 00000003
(iron sulfide). The concentration of manganese in steel is in the range of 18.0 - 20.0 wt.%. If the concentration of manganese in the composition of the steel is greater than the upper limit of the specified range, then this will lead to the formation of refractory slags that make it difficult to work with the resulting alloy. If the concentration of manganese in the steel composition is below the lower limit of the specified range, this will lead to an increase in the magnetic properties of the steel, as well as softening of the steel.

Фосфор и сера присутствуют в сплаве в качестве вредных примесей, наличие которых является нежелательным. Концентрация фосфора в стали составляет до 0,03 масс.%, а концентрация серы до 0,005 масс.%. В случае если концентрация фосфора или серы будет выше допустимых границ, это приведет к увеличению хрупкости стали как при низких температурах (хладноломкость), так и при высоких температурах (красноломкость), а также к увеличению истираемости и снижению коррозионной стойкости стали.Phosphorus and sulfur are present in the alloy as harmful impurities, the presence of which is undesirable. The concentration of phosphorus in steel is up to 0.03 wt.%, and the concentration of sulfur is up to 0.005 wt.%. If the concentration of phosphorus or sulfur is above the permissible limits, this will lead to an increase in the brittleness of the steel both at low temperatures (cold brittleness) and at high temperatures (red brittleness), as well as an increase in abrasion and a decrease in the corrosion resistance of steel.

Хром обеспечивает упрочнение стали, повышение ее стойкости к коррозии и износу. Концентрация хрома в стали находится в диапазоне 15,5 - 17,5 масс.%. В случае если концентрация хрома в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет снижению пластичности стали и повышению ее магнитных свойств. В случае если концентрация хрома в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то это приведет к разупрочнению, а также существенному снижению коррозионной стойкости стали.Chromium provides hardening of steel, increasing its resistance to corrosion and wear. The concentration of chromium in steel is in the range of 15.5 - 17.5 wt.%. If the concentration of chromium in the composition of the steel is greater than the upper limit of the specified range, then this will lead to a decrease in the ductility of the steel and an increase in its magnetic properties. If the concentration of chromium in the steel composition is below the lower limit of the specified range, this will lead to softening, as well as a significant decrease in the corrosion resistance of the steel.

Молибден обеспечивает повышение упругости, прочности и коррозионной стойкости стали. Также молибден способствует уменьшению размера зерен стали, снижая тем самым ее хрупкость и увеличивая усталостную прочность. Концентрация молибдена в стали находится в диапазоне 2,4 - 2,8 масс.%. В случае если концентрация молибдена в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет к увеличению тугоплавкости стали. В случае если концентрация молибдена в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то это приведет к увеличению размера зерен стали и ее разупрочнению.Molybdenum provides increased elasticity, strength and corrosion resistance of steel. Molybdenum also helps to reduce the grain size of steel, thereby reducing its brittleness and increasing fatigue strength. The concentration of molybdenum in steel is in the range of 2.4 - 2.8 wt.%. If the concentration of molybdenum in the composition of the steel is greater than the upper limit of the specified range, this will lead to an increase in the refractoriness of the steel. If the molybdenum concentration in the steel composition is below the lower limit of the specified range, this will lead to an increase in the grain size of the steel and its softening.

Никель обеспечивает повышение коррозионной стойкости стали, а также повышение ее прочности и ударной вязкости. Также в комбинации с хромом и молибденом никель существенно повышает способность стали к термическому упрочнению и повышает ее усталостную прочность. Концентрация никеля в стали находится в диапазоне 4,2 - 5,0 масс.%. В случае если концентрация никеля в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это не приведет к улучшению свойств стали, однако повысит ее материалоемкость. В случае если концентрация никеля в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то это приведет к разупрочнению стали и снижению ее ударной вязкости, а также повышению ее магнитных свойств.Nickel provides an increase in the corrosion resistance of steel, as well as an increase in its strength and toughness. Also, in combination with chromium and molybdenum, nickel significantly increases the heat hardening ability of steel and increases its fatigue strength. The concentration of nickel in steel is in the range of 4.2 - 5.0 wt.%. If the concentration of nickel in the composition of the steel is greater than the upper limit of the specified range, then this will not improve the properties of the steel, but will increase its material consumption. If the concentration of nickel in the steel composition is below the lower limit of the specified range, this will lead to softening of the steel and a decrease in its impact strength, as well as an increase in its magnetic properties.

Азот обеспечивает повышение прочности стали, с сопутствующим сохранением ее пластичности. Концентрация азота в стали находится в диапазоне 0,4 - 0,5 масс.%. В случае если концентрация азота в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет к увеличению азота в несвязанном состоянии, вследствие чего существенно снижается прочность и пластичность стали. В случае если концентрация азота в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то этой концентрации может быть недостаточно для того, чтобы обеспечить достижение повышенных показателей прочности и пластичности стали.Nitrogen provides an increase in the strength of steel, with the concomitant preservation of its ductility. The concentration of nitrogen in steel is in the range of 0.4 - 0.5 wt.%. If the concentration of nitrogen in the steel composition is greater than the upper limit of the specified range, this will lead to an increase in nitrogen in the unbound state, as a result of which the strength and ductility of the steel are significantly reduced. If the concentration of nitrogen in the steel composition is below the lower limit of the specified range, then this concentration may not be enough to ensure the achievement of increased strength and ductility of the steel.

Алюминий присутствует в составе стали в качестве раскислителя. Концентрация алюминия в стали составляет до 0,3 масс.%. Наличие алюминия в составе стали в минимальном количестве необходимо для образования оксида алюминия

Figure 00000004
и снижения количества кислорода в стали. Однако, в случае если концентрация алюминия в стали будет выше допустимой границы, это приведет к укрупнению размера неметаллических включений в стали.Aluminum is present in steel as a deoxidizer. The concentration of aluminum in steel is up to 0.3 wt.%. The presence of aluminum in the composition of steel in a minimum amount is necessary for the formation of aluminum oxide
Figure 00000004
and reducing the amount of oxygen in the steel. However, if the concentration of aluminum in the steel is above the permissible limit, this will lead to an increase in the size of non-metallic inclusions in the steel.

Медь и кобальт являются нежелательными примесями в составе стали. Концентрация меди в стали составляет до 0,7 масс.%. В случае если концентрация меди в стали будет выше допустимой границы, это приведет к ухудшению качества поверхности изделий, изготавливаемых из стали. Концентрация кобальта в стали составляет до 0,03 масс.%. В случае если концентрация кобальта в стали будет выше допустимой границы, то это приведет к повышению ее магнитных свойств.Copper and cobalt are undesirable impurities in the composition of steel. The concentration of copper in steel is up to 0.7 wt.%. If the concentration of copper in steel is above the permissible limit, this will lead to a deterioration in the surface quality of products made from steel. The concentration of cobalt in steel is up to 0.03 wt.%. If the concentration of cobalt in steel is above the permissible limit, this will lead to an increase in its magnetic properties.

Кальций обеспечивает улучшение пластических свойств стали, в частности относительного удлинения и ударной вязкости. Улучшение пластических свойств стали обусловлено тем, что при введении кальция он растворяется в обрабатываемом сплаве, образует оксид кальция

Figure 00000005
и уменьшает количество кислорода в составе стали снижая, тем самым, количество неметаллических включений, а также их размер. Концентрация кальция в стали находится в диапазоне 0,003 - 0,010 масс.%. В случае если концентрация кальция в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет к обогащению границ зерен легкоплавкой эвтектикой и снижению пластичности стали . В случае если концентрация кальция в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то этой концентрации может быть недостаточно для того, чтобы образовать оксид кальция
Figure 00000005
и связать весь содержащийся в сплаве кислород.Calcium provides an improvement in the plastic properties of steel, in particular elongation and impact strength. The improvement in the plastic properties of steel is due to the fact that when calcium is introduced, it dissolves in the alloy being processed and forms calcium oxide.
Figure 00000005
and reduces the amount of oxygen in the steel composition, thereby reducing the number of non-metallic inclusions, as well as their size. The concentration of calcium in steel is in the range of 0.003 - 0.010 wt.%. If the concentration of calcium in the composition of the steel is greater than the upper limit of the specified range, then this will lead to the enrichment of the grain boundaries with low-melting eutectic and a decrease in steel ductility. If the concentration of calcium in the steel composition is below the lower limit of the specified range, then this concentration may not be enough to form calcium oxide
Figure 00000005
and bind all the oxygen contained in the alloy.

Барий и стронций присутствуют в сплаве в качестве элементов, усиливающих и закрепляющих эффект кальция, а именно улучшающих его усвоение в процессе выплавки и улучшающих ударную вязкость стали за счет уменьшения количества неметаллических включений. Барий и стронций оказывают влияние на размеры и форму неметаллических включений, в частности на их глобуляризацию (приобретение округлой формы), для лучшего их оседания и последующего удаления. Концентрация бария в стали находится в диапазоне 0,001-0,010 масс.%. Концентрация стронция в стали находится в диапазоне 0,001-0,010 масс.%. В случае если концентрация бария и/или стронция в составе стали будет больше верхних границ указанных диапазонов, то это приведет к возникновению процессов вторичного окисления, что отрицательно сказывается на механических свойствах стали. В случае если концентрация бария и/или стронция в составе стали будет ниже нижних границ указанных диапазонов, то этой концентрации может быть недостаточно для того, чтобы обеспечить наиболее эффективную модификацию и удаление неметаллических включений из состава стали.Barium and strontium are present in the alloy as elements that enhance and reinforce the effect of calcium, namely, improve its assimilation during the smelting process and improve the toughness of steel by reducing the amount of non-metallic inclusions. Barium and strontium affect the size and shape of non-metallic inclusions, in particular, their globularization (acquisition of a rounded shape), for their better settling and subsequent removal. The concentration of barium in steel is in the range of 0.001-0.010 mass%. The concentration of strontium in steel is in the range of 0.001-0.010 mass%. If the concentration of barium and/or strontium in the composition of the steel is greater than the upper limits of the specified ranges, then this will lead to the occurrence of secondary oxidation processes, which adversely affects the mechanical properties of the steel. If the concentration of barium and/or strontium in the steel composition is below the lower limits of the specified ranges, then this concentration may not be enough to ensure the most effective modification and removal of non-metallic inclusions from the steel composition.

Ниобий обеспечивает повышение прочности и твердости стали. Повышение прочности и твердости обусловлено тем, что при введении в состав стали ниобия в виде карбидов

Figure 00000006
, нитридов
Figure 00000007
, а также карбонитридов
Figure 00000008
они обеспечивают уменьшение диффузионной подвижности атомов металлической матрицы и образуют дисперсные упрочняющие фазы между атомами металла. Также ниобий обеспечивает снижение скорости диффузионного обмена при высоких температурах, затрудняя коагуляцию дисперсных фаз и вызывая, тем самым, повышение прочности и твердости стали при высоких температурах. Концентрация ниобия в стали находится в диапазоне 0,01 - 0,05 масс.%. В случае если концентрация ниобия в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это усиливает неравномерное распределение нагрузки при эксплуатации изделия, что влечет за собой интенсивное развитие микротрещин в междендритном пространстве. В случае если концентрация ниобия в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то этой концентрации может быть недостаточно для достижения повышенных показателей прочности и твердости стали.Niobium provides an increase in the strength and hardness of steel. The increase in strength and hardness is due to the fact that when niobium is introduced into the composition of steel in the form of carbides
Figure 00000006
, nitrides
Figure 00000007
, as well as carbonitrides
Figure 00000008
they provide a decrease in the diffusion mobility of metal matrix atoms and form dispersed strengthening phases between metal atoms. Also, niobium provides a decrease in the rate of diffusion exchange at high temperatures, making it difficult for the coagulation of dispersed phases and thereby causing an increase in the strength and hardness of steel at high temperatures. The concentration of niobium in steel is in the range of 0.01 - 0.05 wt.%. If the concentration of niobium in the steel composition is greater than the upper limit of the specified range, then this increases the uneven distribution of the load during the operation of the product, which entails the intensive development of microcracks in the interdendritic space. If the concentration of niobium in the steel composition is below the lower limit of the specified range, then this concentration may not be enough to achieve increased strength and hardness of the steel.

Ванадий обеспечивает повышение прочности и твердости стали и присутствует в ее составе для нейтрализации процесса развития микротрещин в междендритном пространстве, обусловленном превышением концентрации ниобия. Нейтрализация этого процесса возможна за счет измельчения размера зерен посредством введения ванадия в состав стали. Повышение прочности и твердости стали обеспечивается за счет реализации эффекта дисперсионного упрочнения при введении ванадия в сталь. Концентрация ванадия в стали находится в диапазоне 0,01 - 0,05 масс.%. В случае если концентрация ванадия в составе стали будет больше верхней границы указанного диапазона, то это приведет к коагуляции соединений ванадия и разупрочнению стали. В случае если концентрация ванадия в составе стали будет ниже нижней границы указанного диапазона, то этой концентрации может быть недостаточно для достижения повышенных показателей прочности и твердости стали.Vanadium provides an increase in the strength and hardness of steel and is present in its composition to neutralize the development of microcracks in the interdendritic space, due to the excess concentration of niobium. Neutralization of this process is possible by grinding the grain size by introducing vanadium into the steel composition. An increase in the strength and hardness of steel is ensured by the implementation of the effect of dispersion strengthening when vanadium is introduced into the steel. The concentration of vanadium in steel is in the range of 0.01 - 0.05 wt.%. If the concentration of vanadium in the steel composition is greater than the upper limit of the specified range, then this will lead to coagulation of vanadium compounds and softening of the steel. If the concentration of vanadium in the steel composition is below the lower limit of the specified range, then this concentration may not be enough to achieve increased strength and hardness of the steel.

Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость». The invention can be made from known materials using known means, which indicates its compliance with the criterion of patentability "industrial applicability".

Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что сталь дополнительно содержит кальций, стронций, барий и ниобий в указанных концентрациях. Наличие в составе стали кальция, стронция и бария позволяет снизить размеры и количество неметаллических включений, за счет снижения количества кислорода в стали, что обеспечивает повышение показателей пластичности стали. Введение в состав стали ниобия позволяет улучшить строение металлической матрицы сплава, посредством снижения диффузионной подвижности атомов внутри нее, а также образования упрочняющих фаз в виде карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия, что положительно сказывается на прочности и твердости стали. Соблюдение концентраций кальция, стронция, бария и ванадия в указанных пределах позволяет стабилизировать пластические свойства стали, без снижения ее прочности. В результате использования указанной совокупности элементов и введения их в сплав в указанных концентрациях обеспечивается получение стали оптимального морфологического строения, что позволяет достичь высоких показателей твердости, прочности и пластичности.The invention is characterized by a set of essential features previously unknown from the prior art, characterized in that the steel additionally contains calcium, strontium, barium and niobium in the indicated concentrations. The presence of calcium, strontium and barium in the composition of the steel makes it possible to reduce the size and number of non-metallic inclusions by reducing the amount of oxygen in the steel, which ensures an increase in the ductility of the steel. The introduction of niobium into the composition of steel makes it possible to improve the structure of the metal matrix of the alloy by reducing the diffusion mobility of atoms inside it, as well as the formation of strengthening phases in the form of carbides, nitrides and carbonitrides of niobium, which has a positive effect on the strength and hardness of the steel. Compliance with the concentrations of calcium, strontium, barium and vanadium within the specified limits allows you to stabilize the plastic properties of steel, without reducing its strength. As a result of using the specified set of elements and introducing them into the alloy in the specified concentrations, the steel of the optimal morphological structure is obtained, which makes it possible to achieve high rates of hardness, strength and ductility.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении показателей прочности стали, с сохранением ее пластичности, тем самым улучшаются ее эксплуатационные характеристики.This ensures the achievement of the technical result, which consists in increasing the strength of steel, while maintaining its ductility, thereby improving its performance.

Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».The invention has a set of essential features previously unknown from the prior art, which indicates its compliance with the criterion of patentability "novelty".

Из уровня техники известна сталь, в состав которой входит кальций при одинаковых основных компонентах. Также известна сталь, в состав которой при тех же основных компонентах за исключением кальция, содержит ванадий. Однако из уровня техники неизвестна сталь, которая при основных составных компонентах дополнительно содержала бы кальций, стронций, барий, ванадий и ниобий в указанных соотношениях. Также из уровня техники неизвестен синергетический эффект, заключающийся в существенном упрочнении стали без риска увеличения ее хрупкости за счет совокупного использования ванадия и ниобия в качестве легирующих добавок. Введение в состав стали ниобия обеспечивает повышение ее прочности и твердости, однако карбиды, нитриды и карбонитриды ниобия имеют склонность к образованию скоплений и строчек в приграничных объемах зерен, ввиду чего усиливается неоднородность морфологического строения стали и, как следствие, неравномерность распределения нагрузок при эксплуатации стальных изделий. Для нейтрализации данного негативного эффекта, наблюдаемого при введении в сталь ниобия, в нее дополнительно вводят ванадий, позволяющий уменьшить размер зерен стали. Совокупное же использование ванадия и ниобия в качестве легирующих добавок позволяет достичь эффекта упрочнения стали без риска увеличения ее хрупкости. Также из уровня техники неизвестен синергетический эффект от комплексного добавления в сталь кальция, стронция и бария и ванадия с ниобием в качестве легирующих добавок, заключающийся в приобретении сталью высокой прочности и твердости, без потери ею пластичности, что способствует равномерному распределению нагрузок внутри изделий, изготовленных из стали и повышает качество их работы как на сжатие, так и на растяжение. Известно, что введение в сталь компонентов, повышающих ее прочность, в частности ванадия и ниобия, приводит к некоторому снижению пластичности металла, ввиду чего затрудняется его дальнейшая обработка и процесс изготовления изделий из данного металла. Для стабилизации пластических свойств стали в нее дополнительно вводят такие компоненты, как кальций, стронций и барий, каждый из которых, при помощи различных механизмов взаимодействия с атомами металлической матрицы, уменьшает размер и количество неметаллических включений, что оказывает положительное влияние на пластические свойства стали. Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».The prior art known steel, which includes calcium with the same basic components. Steel is also known, the composition of which, with the same main components, with the exception of calcium, contains vanadium. However, steel is unknown from the prior art, which, with the main constituent components, would additionally contain calcium, strontium, barium, vanadium and niobium in the indicated ratios. Also, the synergistic effect is unknown from the prior art, consisting in a significant hardening of steel without the risk of increasing its brittleness due to the combined use of vanadium and niobium as alloying additives. The introduction of niobium into the composition of steel provides an increase in its strength and hardness, however, niobium carbides, nitrides and carbonitrides tend to form clusters and lines in the boundary volumes of grains, which increases the heterogeneity of the morphological structure of the steel and, as a result, the uneven distribution of loads during the operation of steel products . To neutralize this negative effect observed when niobium is introduced into steel, vanadium is additionally introduced into it, which makes it possible to reduce the size of steel grains. The combined use of vanadium and niobium as alloying additives makes it possible to achieve the effect of strengthening steel without the risk of increasing its brittleness. Also, the synergistic effect of the complex addition of calcium, strontium and barium and vanadium with niobium as alloying additives to steel is unknown from the prior art, which consists in acquiring high strength and hardness by steel without losing its ductility, which contributes to a uniform distribution of loads inside products made from steel and improves the quality of their work both in compression and in tension. It is known that the introduction of components into steel that increase its strength, in particular vanadium and niobium, leads to some decrease in the ductility of the metal, which makes its further processing and the process of manufacturing products from this metal difficult. To stabilize the plastic properties of steel, components such as calcium, strontium and barium are additionally introduced into it, each of which, using various mechanisms of interaction with atoms of the metal matrix, reduces the size and number of non-metallic inclusions, which has a positive effect on the plastic properties of steel. In view of this, the invention meets the criterion of patentability "inventive step".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены следующие таблицы:The invention is illustrated by the drawing, which shows the following tables:

Таблица 1 - Составы сплава по изобретению и сплава по прототипу.Table 1 - Compositions of the alloy according to the invention and the alloy according to the prototype.

Таблица 2 - Результаты испытаний составов сплава по изобретению и сплава по прототипу на растяжение и ударную вязкость.Table 2 - Results of testing the compositions of the alloy according to the invention and the alloy according to the prototype for tension and impact strength.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.In order to illustrate the possibility of implementation and a better understanding of the essence of the invention, an embodiment of its implementation is presented below, which can be modified or supplemented in any way, while the present invention is by no means limited to the presented embodiment.

Изобретение поясняется следующим примером реализации.The invention is illustrated by the following implementation example.

Для получения 1000 кг сплава брали хром, шихтовый материал и углерод, при этом в шихтовый материал был представлен железом с включениями меди, кобальта, серы и фосфора, а также меди и кобальта. Хром, шихтовый материал и углерод помещали в дуговую сталеплавильную печь ДСП-6, после чего производили выплавку сплава при температурах 1680-1710°С и получали хромистый железоуглеродистый полупродукт, при этом в процессе плавки в печи количество включений фосфора снижалось. Полученный полупродукт подвергали внепечной обработке на агрегате ковш-печь (АКП) при температурах 1630-1780°С с корректировкой химического состава сплава посредством введения в полупродукт марганца, хрома, никеля, молибдена и углерода, при этом в процессе внепечной обработки снижалось количество включений серы. Полученный сплав перемещали в вакууматор камерного типа, где производили вакуумно-кислородное рафинирование сплава, продувку его кислородом и раскисление посредством добавления к сплаву кремния и алюминия. После раскисления сплава его вновь перемещали на АКП и производили внепечную обработку и легирование сплава азотом при температурах 1600-1650°С, после чего в сплав вводили, кальций, стронций, барий, ниобий и ванадий. По окончанию внепечной обработки производили разливку сплава в изложницы для кузнечных слитков сифонным способом с добавлением шлакообразующих, теплоизоляционных и экзотермических материалов, а температура начала разливки составляла 1470-1500°С. После разливки сплава в изложницы для кузнечных слитков происходила кристаллизация сплава, а затем извлечение слитков и последующая их обработка.To obtain 1000 kg of the alloy, chromium, charge material and carbon were taken, while the charge material was represented by iron with inclusions of copper, cobalt, sulfur and phosphorus, as well as copper and cobalt. Chromium, charge material and carbon were placed in an arc steel-smelting furnace DSP-6, after which the alloy was smelted at temperatures of 1680-1710 ° C and a chromium iron-carbon semi-product was obtained, while the number of phosphorus inclusions decreased during melting in the furnace. The resulting semi-finished product was subjected to out-of-furnace treatment in a ladle-furnace unit (LAF) at temperatures of 1630-1780°C with adjustment of the chemical composition of the alloy by introducing manganese, chromium, nickel, molybdenum and carbon into the intermediate product, while in the process of out-of-furnace treatment the amount of sulfur inclusions decreased. The resulting alloy was transferred to a chamber-type degasser, where vacuum-oxygen refining of the alloy, purging it with oxygen, and deoxidation by adding silicon and aluminum to the alloy were performed. After the deoxidation of the alloy, it was again transferred to the ACP and out-of-furnace processing and alloying of the alloy with nitrogen at temperatures of 1600–1650°C were carried out, after which calcium, strontium, barium, niobium and vanadium were introduced into the alloy. At the end of the out-of-furnace treatment, the alloy was poured into molds for forging ingots by the siphon method with the addition of slag-forming, heat-insulating and exothermic materials, and the casting start temperature was 1470-1500°C. After pouring the alloy into molds for forging ingots, the alloy crystallized, and then the ingots were removed and their subsequent processing.

Сплав 1Alloy 1

Для получения 1000 кг стали брали 180 кг Cr, 0,6 кг C и 573,97 кг шихтового материала, который был представлен 568,3 кг Fe, а также включениями Cu массой 4 кг, Co массой 0,5 кг, и включениями P массой 0,9 кг и S массой 0,27 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,5 кг и S до 0,07 кг. Затем добавляли 170 кг Mn, 5 кг Cr, 38 кг Ni, 22 кг Mo и 0,1 кг C, 1 кг Si, 5 кг Al, 0,01 кг Ca, 0,01 Sr, 0,01 кг Ba, 0,7 кг Nb и 0,7 кг V и N в количестве 3,5 кг.To obtain 1000 kg of steel, 180 kg of Cr, 0.6 kg of C and 573.97 kg of charge material were taken, which was represented by 568.3 kg of Fe, as well as inclusions of Cu with a mass of 4 kg, Co with a mass of 0.5 kg, and inclusions of P weighing 0.9 kg and S weighing 0.27 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.5 kg and S to 0.07 kg. Then 170 kg Mn, 5 kg Cr, 38 kg Ni, 22 kg Mo and 0.1 kg C, 1 kg Si, 5 kg Al, 0.01 kg Ca, 0.01 Sr, 0.01 kg Ba, 0.01 kg .7 kg Nb and 0.7 kg V and N in the amount of 3.5 kg.

Сплав 2Alloy 2

Для получения 1000 кг стали брали 175 кг Cr, 0,5 кг C и 571,02 кг шихтового материала, который был представлен 564,56 кг Fe, а также включениями Cu массой 5 кг, Co массой 0,4 кг, и включениями P массой 0,8 кг и S массой 0,26 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,4 кг и S до 0,06 кг. Затем добавляли 175 кг Mn, 5 кг Cr, 40 кг Ni, 23 кг Mo и 0,1 кг C, 2 кг Si, 4 кг Al, 0,01 кг Ca, 0,01 Sr, 0,01 кг Ba, 0,6 кг Nb и 0,6 кг V и N в количестве 3,75 кг.To obtain 1000 kg of steel, 175 kg of Cr, 0.5 kg of C and 571.02 kg of charge material were taken, which was represented by 564.56 kg of Fe, as well as inclusions of Cu with a mass of 5 kg, Co with a mass of 0.4 kg, and inclusions of P weighing 0.8 kg and S weighing 0.26 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.4 kg and S to 0.06 kg. Then 175 kg Mn, 5 kg Cr, 40 kg Ni, 23 kg Mo and 0.1 kg C, 2 kg Si, 4 kg Al, 0.01 kg Ca, 0.01 Sr, 0.01 kg Ba, 0.01 kg .6 kg Nb and 0.6 kg V and N in the amount of 3.75 kg.

Сплав 3Alloy 3

Для получения 1000 кг стали брали 170 кг Cr, 0,4 кг C и 568,15 кг шихтового материала, который был представлен 559,8 кг Fe, а также включениями Cu массой 7 кг, Co массой 0,3 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,35 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,05 кг. Затем добавляли 180 кг Mn, 5 кг Cr, 42 кг Ni, 24 кг Mo и 0,1 кг C, 3 кг Si, 3 кг Al, 0,03 кг Ca, 0,01 Sr, 0,01 кг Ba, 0,5 кг Nb и 0,5 кг V и N в количестве 4 кг.To obtain 1000 kg of steel, 170 kg of Cr, 0.4 kg of C and 568.15 kg of charge material were taken, which was represented by 559.8 kg of Fe, as well as inclusions of Cu with a mass of 7 kg, Co with a mass of 0.3 kg, and inclusions of P weighing 0.7 kg and S weighing 0.35 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.05 kg. Then 180 kg Mn, 5 kg Cr, 42 kg Ni, 24 kg Mo and 0.1 kg C, 3 kg Si, 3 kg Al, 0.03 kg Ca, 0.01 Sr, 0.01 kg Ba, 0.01 kg .5 kg Nb and 0.5 kg V and N in the amount of 4 kg.

Сплав 4Alloy 4

Для получения 1000 кг стали брали 163 кг Cr, 0,4 кг C и 565,14 кг шихтового материала, который был представлен 556,688 кг Fe, а также включениями Cu массой 7 кг, Co массой 0,3 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,45 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,05 кг. Затем добавляли 185 кг Mn, 7 кг Cr, 44 кг Ni, 25 кг Mo и 0,1 кг C, 3 кг Si, 3 кг Al, 0,0475 кг Ca, 0,0325 Sr, 0,0325 кг Ba, 0,4 кг Nb и 0,4 кг V и N в количестве 4,25 кг.To obtain 1000 kg of steel, 163 kg of Cr, 0.4 kg of C and 565.14 kg of charge material were taken, which was represented by 556.688 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 7 kg, Co with a mass of 0.3 kg, and P inclusions with a mass of 0 .7 kg and S weighing 0.45 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.05 kg. Then 185 kg Mn, 7 kg Cr, 44 kg Ni, 25 kg Mo and 0.1 kg C, 3 kg Si, 3 kg Al, 0.0475 kg Ca, 0.0325 Sr, 0.0325 kg Ba, 0.0325 kg .4 kg Nb and 0.4 kg V and N in the amount of 4.25 kg.

Сплав 5Alloy 5

Для получения 1000 кг стали брали 155 кг Cr, 0,4 кг C и 562,13 кг шихтового материала, который был представлен 553,575 кг Fe, а также включениями Cu массой 7 кг, Co массой 0,3 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,55 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,05 кг. Затем добавляли 190 кг Mn, 10 кг Cr, 46 кг Ni, 26 кг Mo и 0,1 кг C, 3 кг Si, 3 кг Al, 0,065 кг Ca, 0,055 Sr, 0,055 кг Ba, 0,3 кг Nb и 0,3 кг V и N в количестве 4,5 кг.To obtain 1000 kg of steel, 155 kg of Cr, 0.4 kg of C and 562.13 kg of charge material were taken, which was represented by 553.575 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 7 kg, Co with a mass of 0.3 kg, and P inclusions with a mass of 0 .7 kg and S weighing 0.55 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.05 kg. Then 190 kg Mn, 10 kg Cr, 46 kg Ni, 26 kg Mo and 0.1 kg C, 3 kg Si, 3 kg Al, 0.065 kg Ca, 0.055 Sr, 0.055 kg Ba, 0.3 kg Nb and 0 .3 kg V and N in the amount of 4.5 kg.

Сплав 6Alloy 6

Для получения 1000 кг стали брали 150 кг Cr, 0,4 кг C и 559,01 кг шихтового материала, который был представлен 547,298 кг Fe, а также включениями Cu массой 7 кг, Co массой 0,3 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,55 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,05 кг. Затем добавляли 195 кг Mn, 10 кг Cr, 48 кг Ni, 27 кг Mo и 0,1 кг C, 3 кг Si, 3 кг Al, 0,0825 кг Ca, 0,0775 Sr, 0,0775 кг Ba, 0,2 кг Nb и 0,2 кг V и N в количестве 4,75 кг.To obtain 1000 kg of steel, 150 kg of Cr, 0.4 kg of C and 559.01 kg of charge material were taken, which was represented by 547.298 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 7 kg, Co with a mass of 0.3 kg, and P inclusions with a mass of 0 .7 kg and S weighing 0.55 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.05 kg. Then 195 kg Mn, 10 kg Cr, 48 kg Ni, 27 kg Mo and 0.1 kg C, 3 kg Si, 3 kg Al, 0.0825 kg Ca, 0.0775 Sr, 0.0775 kg Ba, 0.0 .2 kg Nb and 0.2 kg V and N in the amount of 4.75 kg.

Сплав 7Alloy 7

Для получения 1000 кг стали брали 145 кг Cr, 0,4 кг C и 556,00 кг шихтового материала, который был представлен 547,35 кг Fe, а также включениями Cu массой 7 кг, Co массой 0,3 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,65 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,05 кг. Затем добавляли 200 кг Mn, 10 кг Cr, 50 кг Ni, 28 кг Mo и 0,1 кг C, 3 кг Si, 3 кг Al, 0,1 кг Ca, 0,1 Sr, 0,1 кг Ba, 0,1 кг Nb и 0,1 кг V и N в количестве 5 кг.To obtain 1000 kg of steel, 145 kg of Cr, 0.4 kg of C and 556.00 kg of charge material were taken, which was represented by 547.35 kg of Fe, as well as inclusions of Cu with a mass of 7 kg, Co with a mass of 0.3 kg, and inclusions of P weighing 0.7 kg and S weighing 0.65 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.05 kg. Then 200 kg Mn, 10 kg Cr, 50 kg Ni, 28 kg Mo and 0.1 kg C, 3 kg Si, 3 kg Al, 0.1 kg Ca, 0.1 Sr, 0.1 kg Ba, 0.1 kg .1 kg Nb and 0.1 kg V and N in the amount of 5 kg.

Сплав 8Alloy 8

Для получения 1000 кг стали брали 140 кг Cr, 0,3 кг C и 552,89 кг шихтового материала, который был представлен 543,348 кг Fe, а также включениями Cu массой 8 кг, Co массой 0,2 кг, и включениями P массой 0,7 кг и S массой 0,64 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,3 кг и S до 0,04 кг. Затем добавляли 205 кг Mn, 10 кг Cr, 52 кг Ni, 29 кг Mo и 0,1 кг C, 4 кг Si, 2 кг Al, 0,1175 кг Ca, 0,1225 Sr, 0,1225 кг Ba, 0,05 кг Nb и 0,05 кг V и N в количестве 5,25 кг.To obtain 1000 kg of steel, 140 kg of Cr, 0.3 kg of C and 552.89 kg of charge material were taken, which was represented by 543.348 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 8 kg, Co with a mass of 0.2 kg, and P inclusions with a mass of 0 .7 kg and S weighing 0.64 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.3 kg and S to 0.04 kg. Then 205 kg Mn, 10 kg Cr, 52 kg Ni, 29 kg Mo and 0.1 kg C, 4 kg Si, 2 kg Al, 0.1175 kg Ca, 0.1225 Sr, 0.1225 kg Ba, 0.1225 kg 05 kg Nb and 0.05 kg V and N in the amount of 5.25 kg.

Сплав 9Alloy 9

Для получения 1000 кг стали брали 138 кг Cr, 0,2 кг C и 549,84 кг шихтового материала, который был представлен 539,405 кг Fe, а также включениями Cu массой 9 кг, Co массой 0,1 кг, и включениями P массой 0,6 кг и S массой 0,73 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,2 кг и S до 0,03 кг. Затем добавляли 210 кг Mn, 7 кг Cr, 54 кг Ni, 30 кг Mo и 0,1 кг C, 5 кг Si, 1 кг Al, 0,135 кг Ca, 0,145 Sr, 0,145 кг Ba, 0,02 кг Nb и 0,02 кг V и N в количестве 5,5 кг.To obtain 1000 kg of steel, 138 kg of Cr, 0.2 kg of C and 549.84 kg of charge material were taken, which was represented by 539.405 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 9 kg, Co with a mass of 0.1 kg, and P inclusions with a mass of 0 .6 kg and S weighing 0.73 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.2 kg and S to 0.03 kg. Then 210 kg Mn, 7 kg Cr, 54 kg Ni, 30 kg Mo and 0.1 kg C, 5 kg Si, 1 kg Al, 0.135 kg Ca, 0.145 Sr, 0.145 kg Ba, 0.02 kg Nb and 0 .02 kg V and N in the amount of 5.5 kg.

Сплав 10Alloy 10

Для получения 1000 кг стали брали 135 кг Cr, 0,1 кг C и 545,74 кг шихтового материала, который был представлен 534,323 кг Fe, а также включениями Cu массой 10 кг, Co массой 0,1 кг, и включениями P массой 0,5 кг и S массой 0,82 кг, количество которых снизилось в процессе получения сплава: P до 0,1 кг и S до 0,02 кг. Затем добавляли 215 кг Mn, 5 кг Cr, 56 кг Ni, 31 кг Mo и 0,1 кг C, 6 кг Si, 1 кг Al, 0,1525 кг Ca, 0,1675 Sr, 0,1675 кг Ba, 0,01 кг Nb и 0,01 кг V и N в количестве 5,75 кг.To obtain 1000 kg of steel, 135 kg of Cr, 0.1 kg of C and 545.74 kg of charge material were taken, which was represented by 534.323 kg of Fe, as well as Cu inclusions with a mass of 10 kg, Co with a mass of 0.1 kg, and P inclusions with a mass of 0 .5 kg and S weighing 0.82 kg, the number of which decreased in the process of obtaining the alloy: P to 0.1 kg and S to 0.02 kg. Then 215 kg Mn, 5 kg Cr, 56 kg Ni, 31 kg Mo and 0.1 kg C, 6 kg Si, 1 kg Al, 0.1525 kg Ca, 0.1675 Sr, 0.1675 kg Ba, 0.1675 kg .01 kg Nb and 0.01 kg V and N in the amount of 5.75 kg.

Процентные соотношения компонентов каждого сплава представлены в Таблице 1The percentages of the components of each alloy are presented in Table 1

После этого производили испытания полученных образцов сплавов, в процессе которых определяли условный предел текучести, временного сопротивления, относительного удлинения и относительного сужения, а также ударной вязкости.After that, the obtained samples of alloys were tested, during which the conditional yield strength, tensile strength, relative elongation and relative narrowing, as well as impact strength were determined.

Испытание 1Trial 1

Определение условного предела текучести, временного сопротивления, относительного удлинения и относительного сужения.Determination of the conditional yield strength, tensile strength, relative elongation and relative narrowing.

Брали образцы сплава в виде цилиндров с заранее нанесенными на рабочую часть образца метками через каждые 5 мм, диаметром рабочей части образца

Figure 00000009
мм и длиной рабочей части
Figure 00000010
мм и проводили испытания на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84. Испытания проводили на гидравлической испытательной горизонтальной машине ГИМГ-20000 при температуре окружающей среды 20°С. Образцы помещали в захваты испытательной машины и закрепляли, после чего производили постепенное нагружение образца. Нагружение образца производили равными ступенями по
Figure 00000011
, до усилия равного
Figure 00000012
при этом время выдержки на каждой ступени составляло 6 секунд. Затем нагружение образца производили равными ступенями по
Figure 00000013
, время выдержки на каждой ступени составляло 5 секунд. При достижении образцом остаточного удлинения, равного 0,2% от длины рабочей части образца, то есть на 1,9 мм, фиксировали приложенную нагрузку, вызывающую остаточное удлинение
Figure 00000014
, кН. При последующем нагружении образца до достижения им разрушения, фиксировали приложенную нагрузку, предшествующую разрушению
Figure 00000015
, кН и прекращали нагружение. После разрушения образца, разрушенные части образца складывали так, чтобы их оси образовали прямую линию, и при помощи штангенциркуля измеряли конечную расчетную длину образца
Figure 00000016
, мм, посредством измерения расстояния между метками, ограничивающими расчетную длину, при этом значение штангенциркуля по нониусу составляло 0,1 мм. Затем разрушенные части образца отсоединяли друг от друга и при помощи штангенциркуля измеряли минимальный диаметр образца после разрыва
Figure 00000017
, мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях, значение штангенциркуля по нониусу составляло 0,1 мм. По среднему арифметическому из полученных значений вычисляли площадь поперечного сечения образца после разрыва
Figure 00000018
. Полученные результаты испытаний заносили в Таблицу 2.We took samples of the alloy in the form of cylinders with marks pre-applied on the working part of the sample every 5 mm, with a diameter of the working part of the sample
Figure 00000009
mm and the length of the working part
Figure 00000010
mm and tensile tests were carried out in accordance with GOST 1497-84. The tests were carried out on a hydraulic testing horizontal machine GIMG-20000 at an ambient temperature of 20°C. The samples were placed in the grips of the testing machine and fixed, after which the sample was gradually loaded. The sample was loaded in equal steps along
Figure 00000011
, up to an effort equal to
Figure 00000012
the exposure time at each stage was 6 seconds. Then the sample was loaded in equal steps along
Figure 00000013
, the exposure time at each stage was 5 seconds. When the sample reached a residual elongation equal to 0.2% of the length of the working part of the sample, that is, by 1.9 mm, the applied load was fixed, causing the residual elongation
Figure 00000014
, kN During the subsequent loading of the sample until it reached fracture, the applied load preceding the fracture was recorded.
Figure 00000015
, kN and stopped loading. After the destruction of the sample, the destroyed parts of the sample were folded so that their axes formed a straight line, and using a caliper, the final estimated length of the sample was measured.
Figure 00000016
, mm, by measuring the distance between the marks that limit the estimated length, while the value of the vernier caliper was 0.1 mm. Then the destroyed parts of the sample were disconnected from each other and using a caliper, the minimum diameter of the sample after the break was measured.
Figure 00000017
, mm in two mutually perpendicular directions, the value of the vernier caliper was 0.1 mm. The arithmetic mean of the obtained values was used to calculate the cross-sectional area of the sample after rupture
Figure 00000018
. The obtained test results were entered in Table 2.

После окончания испытаний производили обработку полученных результатов и определяли условный предел текучести

Figure 00000019
, временное сопротивление
Figure 00000020
, относительное удлинение после разрыва
Figure 00000021
, а также относительное сужение
Figure 00000022
.After the end of the tests, the obtained results were processed and the conditional yield strength was determined
Figure 00000019
, temporary resistance
Figure 00000020
, relative elongation after rupture
Figure 00000021
, as well as the relative narrowing
Figure 00000022
.

Условный предел текучести определяли по формуле:The conditional yield strength was determined by the formula:

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000014
- нагрузка, вызывающая остаточное удлинение образца на 0,2%, кН;where
Figure 00000014
- load causing residual elongation of the sample by 0.2%, kN;

Figure 00000024
- начальная площадь поперечного сечения образца,
Figure 00000025
.
Figure 00000024
is the initial cross-sectional area of the specimen,
Figure 00000025
.

Временное сопротивление определяли по формуле:The temporary resistance was determined by the formula:

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000015
- нагрузка, предшествующая разрушению образца, кН;where
Figure 00000015
- load preceding the destruction of the sample, kN;

Figure 00000024
- площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытания,
Figure 00000025
.
Figure 00000024
- cross-sectional area of the working part of the sample before testing,
Figure 00000025
.

Относительное удлинение после разрыва определяли по формуле:Relative elongation after rupture was determined by the formula:

Figure 00000027
Figure 00000027

где

Figure 00000016
- конечная расчетная длина образца, мм;where
Figure 00000016
- the final estimated length of the sample, mm;

Figure 00000028
- начальная расчетная длина образца, мм.
Figure 00000028
- the initial estimated length of the sample, mm.

Относительное сужение после разрыва определяли по формуле:The relative contraction after rupture was determined by the formula:

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000024
- начальная площадь поперечного сечения образца,
Figure 00000025
;where
Figure 00000024
is the initial cross-sectional area of the specimen,
Figure 00000025
;

Figure 00000030
- площадь поперечного сечения образца после разрыва,
Figure 00000025
.
Figure 00000030
is the cross-sectional area of the specimen after rupture,
Figure 00000025
.

Результаты вычислений сводили в Таблицу 2.The calculation results were summarized in Table 2.

Испытание 2.Test 2.

Определение ударной вязкости.Determination of impact strength.

Брали образцы в виде прямоугольных брусков сечением 10x10 мм, длиной 55 мм, с V-образным надрезом (концентратором) шириной и глубиной 2 мм, расположенным на одной из граней бруска, и проводили испытания на ударную вязкость в соответствии с ГОСТ 9454-78. Испытания проводили на маятниковом копре с номинальной потенциальной энергией маятника 300 Дж, выполненном в соответствии с ГОСТ 10708-82. Образец устанавливали на опорах копра при помощи шаблона, обеспечивающего симметричное расположение концентратора относительно опор, таким образом чтобы образец лежал свободно, а удар маятника приходился на сторону противоположную концентратору. Маятник, находящийся в исходном положении, отпускали и при падении нож маятника ударялся об образец, в результате чего происходило его разрушение. Работу удара

Figure 00000031
определяли по шкале маятникового копра.Samples were taken in the form of rectangular bars with a cross section of 10x10 mm, 55 mm long, with a V-shaped notch (concentrator) 2 mm wide and deep, located on one of the faces of the bar, and tested for impact strength in accordance with GOST 9454-78. The tests were carried out on a pendulum impact tester with a nominal potential energy of the pendulum of 300 J, made in accordance with GOST 10708-82. The sample was mounted on the copra supports using a template that ensures the symmetrical location of the concentrator relative to the supports, so that the sample lies freely, and the pendulum impact falls on the side opposite to the concentrator. The pendulum, which was in its original position, was released, and when it fell, the pendulum knife hit the sample, as a result of which it was destroyed. The work of the beat
Figure 00000031
was determined on the scale of a pendulum impact tester.

Ударную вязкость

Figure 00000032
определяли по формуле:impact strength
Figure 00000032
determined by the formula:

Figure 00000033
Figure 00000033

где

Figure 00000034
- работа удара, Дж;where
Figure 00000034
- impact work, J;

Figure 00000035
- начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора,
Figure 00000036
. Для всех испытаний на ударную вязкость начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора составляла
Figure 00000037
Figure 00000035
- the initial cross-sectional area of the sample at the site of the concentrator,
Figure 00000036
. For all impact tests, the initial cross-sectional area of the specimen at the concentrator was
Figure 00000037

Результаты испытаний и вычислений заносили в Таблицу 2.The test and calculation results were entered in Table 2.

Для сплава по прототипу испытания на определение ударной вязкости не проводились.For the prototype alloy, tests to determine impact strength were not carried out.

Полученные составы сплава по изобретению были подвергнуты испытаниям на растяжение и испытаниям на ударную вязкость, за исключением сплава по прототипу. Результаты испытаний были занесены в Таблицу 2 и был произведен их дальнейший анализ. В ходе анализа было установлено, что сплавы с 3 по 7 имели удовлетворительные показатели прочности и пластичности, при этом наилучшими показателями обладал сплав под номером 5, в котором наряду с достижением высоких показателей пределов прочности и текучести, показатели пластичности такие, как относительное удлинение и ударная вязкость, имели оптимальные значения, при которых обеспечивается возможность изменения материалом своей формы под действием внешних сил, без разрушения, и сохранения этой формы при устранении этих сил. Такие результаты обусловлены тем, что в сплавах с 3 по 7 не наблюдалось выхода концентраций элементов за верхние или нижние границы установленных диапазонов.The obtained compositions of the alloy according to the invention were subjected to tensile tests and impact tests, with the exception of the prototype alloy. The test results were entered in Table 2 and were further analyzed. In the course of the analysis, it was found that alloys 3 to 7 had satisfactory strength and ductility indicators, while alloy number 5 had the best indicators, in which, along with achieving high tensile strength and yield indicators, ductility indicators such as relative elongation and impact viscosity, had optimal values at which it is possible for the material to change its shape under the action of external forces, without destruction, and to maintain this shape when these forces are eliminated. Such results are due to the fact that in alloys 3 to 7, the element concentrations did not go beyond the upper or lower limits of the established ranges.

Сплавы с 1 по 2 обладали неудовлетворительными характеристиками в отношении относительного удлинения и ударной вязкости, что обусловлено низким содержанием в составе данных сплавов кальция, стронция и бария.Alloys 1 to 2 had poor elongation and toughness characteristics due to the low content of calcium, strontium and barium in these alloys.

Сплавы с 8 по 10 обладали неудовлетворительными характеристиками в отношении предела прочности и предела текучести, что обусловлено низким содержанием в составе данных сплавов ниобия и ванадия.Alloys 8 to 10 had poor tensile and yield strength characteristics due to the low content of niobium and vanadium in these alloys.

В отношении сплава по прототипу было установлено, что он имел удовлетворительные показатели прочности и пластичности, однако значения данных показателей оказались ниже тех, что были достигнуты сплавами с 3 по 7.With regard to the prototype alloy, it was found that it had satisfactory strength and ductility, however, the values of these indicators were lower than those achieved by alloys 3 to 7.

Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении показателей прочности стали, с сохранением ее пластичности, тем самым улучшаются ее эксплуатационные характеристики.Thus, the technical result is achieved, which consists in increasing the strength of steel, while maintaining its ductility, thereby improving its performance.

Claims (2)

Сталь, содержащая железо, углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, молибден, никель, азот, алюминий, медь, кобальт и ванадий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций, стронций, барий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Steel containing iron, carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, molybdenum, nickel, nitrogen, aluminum, copper, cobalt and vanadium, characterized in that it additionally contains calcium, strontium, barium and niobium in the following ratio of components, wt.%: углерод доcarbon up 0,05 0.05 кремний доsilicon up 0,3 0.3 марганецmanganese 18,0-20,018.0-20.0 фосфор доphosphorus to 0,03 0.03 сера доsulfur to 0,005 0.005 хромchromium 5,5-17,5 5.5-17.5 молибденmolybdenum 2,4-2,8 2.4-2.8 никельnickel 4,2-5,0 4.2-5.0 азотnitrogen 0,4-0,5 0.4-0.5 алюминий доaluminum up to 0,3 0.3 медь доcopper up 0,7 0.7 кобальт доcobalt up to 0,03 0.03 кальцийcalcium 0,003-0,010.003-0.01 стронцийstrontium 0,001-0,010.001-0.01 барийbarium 0,001-0,01 0.001-0.01 ниобийniobium 0,01-0,05 0.01-0.05 ванадийvanadium 0,01-0,05 0.01-0.05 железоiron остальноеrest
RU2021127290A 2021-09-16 Steel RU2784363C9 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2784363C1 true RU2784363C1 (en) 2022-11-23
RU2784363C9 RU2784363C9 (en) 2023-08-28

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3201233A (en) * 1962-06-13 1965-08-17 Westinghouse Electric Corp Crack resistant stainless steel alloys
GB2099456A (en) * 1981-04-03 1982-12-08 Kobe Steel Ltd High mn-cr non-magnetic steel alloy
RU2271402C1 (en) * 2004-08-04 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Каури" (ООО "Каури") High-strength corrosion-resistant steel
EP1495150B1 (en) * 2002-03-25 2007-05-09 Park, Yong Soo High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability
RU2683173C1 (en) * 2018-05-31 2019-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel
US10273567B2 (en) * 2014-01-27 2019-04-30 Rovalma, S.A. Centrifugal atomization of iron-based alloys
RU2696792C1 (en) * 2019-05-23 2019-08-06 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel
RU2710760C1 (en) * 2019-10-10 2020-01-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Wear resistant metastable austenitic steel

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3201233A (en) * 1962-06-13 1965-08-17 Westinghouse Electric Corp Crack resistant stainless steel alloys
GB2099456A (en) * 1981-04-03 1982-12-08 Kobe Steel Ltd High mn-cr non-magnetic steel alloy
EP1495150B1 (en) * 2002-03-25 2007-05-09 Park, Yong Soo High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability
RU2271402C1 (en) * 2004-08-04 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Каури" (ООО "Каури") High-strength corrosion-resistant steel
US10273567B2 (en) * 2014-01-27 2019-04-30 Rovalma, S.A. Centrifugal atomization of iron-based alloys
RU2683173C1 (en) * 2018-05-31 2019-03-26 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel
RU2696792C1 (en) * 2019-05-23 2019-08-06 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel
RU2710760C1 (en) * 2019-10-10 2020-01-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Wear resistant metastable austenitic steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2397270C2 (en) Spring steel, procedure for fabrication of spring out of this steel ans spring out of this steel
US10202665B2 (en) Spring steel and method for producing the same
EP2881485B1 (en) Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same
RU2690059C1 (en) Steel material and steel pipe for oil wells
AU2004280023B2 (en) Method for producing steel ingot
RU2784363C1 (en) Steel
RU2784363C9 (en) Steel
Mrzygłód et al. Effect of heat treatment parameters on the formation of ADI microstructure with additions of Ni, Cu, Mo
RU2753397C1 (en) Casting of high-strength wear-resistant steel and methods for heat treatment of castings of high-strength wear-resistant steel
JP4339483B2 (en) Steel for cold forging with excellent chip disposal
RU2544981C1 (en) Medium-carbon screw steel
JPS61217559A (en) Free-cutting ball-bearing steel
RU2484173C1 (en) Automatic plumbous steel
RU2469106C1 (en) Round rolled stock from boron-containing steel of increased hardening capacity
RU2696792C1 (en) Corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel
RU2744600C1 (en) Wear-resistant steel
RU2479645C1 (en) Round hot-rolled bar stock
RU2318900C2 (en) Complex modifier for steel
SU1700090A1 (en) Wear resisting cast steel
JPH0428777B2 (en)
SU1411350A1 (en) Alloying composition
RU2288294C2 (en) Cast wear-resistant steel for large parts of mining and smelting processes
RU2223342C1 (en) Steel
SU1219667A1 (en) Steel
SU1359326A1 (en) Alloy for alloying steel