SU1219667A1 - Сталь - Google Patents

Description

11

Изобретение относитс  к металлургии , в частности к стал м, и может .быть использовано при изготовлении литых деталей мощных тракторов. Цель изобретени  - повышение механических сйойств, усталостной прочности и прокаливаемости стали в массивных част х отливок и однородности структуры по сечению.

Сери  опытно-промьшшенных пла- .вок проведена на однотипной базовой шихте дл  обеспечени  в металле одинаковых содержаний серы, фосфора и цветных металлов по идентичной технологической схеме в основном дуговой электропечи двушлаковым процессом с проведением дефосфорации и де- сульфурации.

Состав сталей приведен в табл. 1,

В зависимости от заданного содержани  компонентов силикокальций марки СК15 в количестве 0,6-4,0 кг/т и лигатуру с редкоземельными металлами ФСЗОРЗМЗО в количестве 0,3- 5,0 кг/т ввод т в ковш в хорошо раскисленный марганцем, кремнием и алюминием металл в жест ных конвертах. Усвоение, %: Се 40-50; La 25-30; Са 15-20.

Металл заливают в трефовидные пробы, из которых после термообработки изготавливают образцы дл  ис- : следований.

Концентрацию серы, фосфора и углерода определ ют химическим методом, концентрацию марганца, кремни , хрома , ванади , меди, титана, кальци , бора, цери , лантана, алюмини  - спектральным путем, концентрацию азота на газоанализаторе Бальцерс. Механические свойства определ ют по ГОСТам. Усталостные испытани  образцов с различными концентраторами напр жени  провод т на машине МУИ-6000 при различных нагрузках с определением предела выносливости на базе 10 циклов.

Прокаливаемость стали сравниваемых вариантов изучают методом торцовой закалки образцов, вырезанных из центральных зон отливок с толщино стенки 40 мм и 200 мм. Величину прок ливаемости определ ют по стандартной методике, как глубину полумартенсит- ной зоны твердостью HRC 43 дл  низколегированных сталей с содержанием углерода 0,30-0,35%.

67I

Дисперсность дендритной структуры (JUIC) определ ют по количестну осей, приход щихс  на единр цу длины 10 мм (одно поле зрени ); подсчет производ т при увеличении (х20) в 30-и пол х зрени . Размер зерна определ ют методом случайных секущих.

Приведенные в табл. 2 результаты механических испытаний сравниваемых

сталеи в нормализованном состо нии (920 С) свидетельствуют о значительно более высоких значени х прочностных характеристик у предлагаемой стали, что обусловлено, главным образом, наличием азота и большим содержанием углерода, в результате чего интенсифицированы процессы образовани  мелких карбонитридов ванади  и титана . В то же врем  меньша  степень снижени  механических свойств по мере увеличени  толщины стенки у предлагаемой стали по сравнению с известной обусловлена большей устойчивостью переохлажденного аустенита и повышенной дисперсностью структуры нормализованного металла в различных сечени х и его однородностью (табл, 3).

После закалки (от 90(1 С) и высокого отпуска (65С С) предлагаема  сталь, как и после нормализации, имеет прочностные свойства, намного превышающие таковые у известной стали (табл. 4).

Указанное отличие по углероду и азоту у предлагаемой стали обуславливают протекание процессов дисперсионного твердени  за счет выделени  в процессе отпуска дисперсных нитридных и карбонитридных фаз.

Анализ данных (табл. 3) показывает , что предлагаема  сталь в отливках с толщиной стенки до 40 мм имеет по сравнению с известной более высокие значени  усталостной прочности на образцах без надреза (на 33%) и с надрезом (на 68%), что обусловлено известной коррел ционной зависимостью от уровн  прочностных свойств. При увеличении толщины стенки отливки до 200 мм выносливость предлагаемой стали остаетс  без изменени , тогда как у известной стали эта характеристика уменьшаетс  на образцах без надреза с 165 до 142 Klla (на 16%), а в случае надреза с 73 до 61 МПа (на 19,7%), Наличие кальци  в предлагаемой стали обуславли9

вает более полное раскисление металла по сравнению с известной, а благодар  высокому химическому сродству к сере - образование благопри тных по форме и характеру распределени  сульфидных и оксисульфидных фаз,- содержащих кальций, церий и лантан, преп тствующих распространению усталостной трещины. Об этом свидетельствует и значительно более низкий

.эффективный коэффициент концентрации напр жени  (Kg) у предлагаемой стали по сравнениьэ с известной. Эта величина у предлагаемой стали замет но возрастает при содержании элементов ниже нижнего и выше среднего пределов. В первом случае это обусловлено очень слабым вли нием малых количеств бора, углерода, легирую1ДИХ добавок на упрочнение твердого раствора и однородность структуры по сечению стенки отливки. Во втором случае при высоких концентраци х указанных компонентов образуетс  большое количество охрупчивающих фаз, в первую очередь нитридов бора и сложных боридов, резко уменьшающих предел выносливости, особенно на образцах с надрезом (концентратором напр жений) и в центральных зона стенки отливки толщиной 200 мм.

Указанные процессы образовани  дисперсных нитридных и карбонитрид- ных фаз у предлагаемой стали тормоз т рост зерна при кристаллизации и аустенизации, способству  измельчению дендритов и действительной структуры значительно в большей степени , чем в известной стали (табл.3).

Увеличение толщины стенки отливки влечет за собой некоторое увеличение размеров аустенитного зерна (табл.3) у обеих сравниваемых сталей и соответствующее небольшое увеличение прокаливаемости на фоне значительно больших величин у предлагаемой стали.

Предлагаема  сталь обладает высо- кой прокаливаемостью (табл. 5), после закалки структура центральных зон отливки идентична структуре поверхностных зон отливки и отличаетс  только дисперсностью, в результате чего получаютс  сравнительно однородное строение металла после отпуска и близкие величины механических свойств в различных сечени х отливки .

(

nj

a s c;

lO СЙ

H

Т«вл а 4

Таблица5

Claims (1)

1. СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, алюминий, титан, бор, церий, лантан и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения механических свойств усталостной прочности и прокаливаемости стали в массивных частях отливок и однородности структуры по сечению^ она дополни-* тельно содержит азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мае.%:

   Углерод 0,35-0,50 Марганец 0,5-1,3 Кремний 0,2-0,7 Хром 0,05-0,7 Ванадий 0,03-0,15 Алюминий 0,015-0,06 Титан 0,005-0,04 Бор 0,0005-0,003 Церий 0,006-0,10 Лантан 0,002-0,01 Азот 0,002-0,02 Кальций 0,001-0,007 Железо Остальное

   КЗ со оэ 05 >