SU1724721A1 - Литейна сталь дл отливок - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к высокопрочной в зкой стали дл  литых деталей, и может быть использовано в издели х новой техники при изготовлении т желонагруженных деталей сложной конфигурации , работающих в услови х повышенных статических и динамических нагрузок. Цель изобретени  - повышение ударной в зкости стали при -50°С, в зкости разрушени  и трещи неустойчивости при сохранении уровн  прочностных и пластических свойств. Сталь дополнительно содержит азот и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,08-0,25; кремний 0,8-1,8; хром 5-8; марганец 3-6; молибден 0,01-0,30; ванадий 0,01- 0,15; кальций 0,01-0,25; церий 0,005-0,100; магний 0,005-0,100; азот 0,01-0,03; титан 0,05-0,10; железо остальное. 1 табл.

Description

сл

С

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к созданию литейной стали, сочетание высокой ударной в зкости стали при отрицательной температуре (-50°С), в зкости разрушени  и трещиноустойчивости с сохранением высокого уровн  прочности, пластичности и в зкости при комнатной температуре позвол ет использовать эту сталь в издели х новой техники при изготовлении т желонагруженных деталей сложной конфигурации, работающих в услови х повышенных динамических нагрузок, а также при отрицательных температурах до 50°С включительно.

Известна литейна  сталь, имеюща  следующий химический состав, мас.%: углерод 0,10-0,35; кремний 1,0-3,0; хром 3,0-6,0; марганец 3,0-6,0; молибден 0,1-1,0; церий 0,002-0,02, по крайней мере один элемент

из группы, содержащей иттрий, кальций, алюминий 0,005-0,1; железо остальное.

Сталь обеспечивает следующий уровень свойств:

Предел прочности, МПа 1530-1700

Предел текучести, МПа 1330-1450

Относительное удлинение, % 9,8-14,9

Относительное сужение, % 24,0-42,0

Ударна  в зкость при

комнатной температуре,

кДж/м2

Ударна  в зкость

при -50°С, кДж/м2

В зкость разрушени ,

МПа-мш

Однако известна  сталь при высоких значени х прочностных и пластических свойств, ударной в зкости при комнатной температуре, обладает низким уровнем

680-980

370-560

109-112.

-vl

Ю

ч1

ю

ударной в зкости при температуре -50°С, в зкости разрушени  и трещиноустойчиво- сти, что не позвол ет использовать ее при изготовлении литых деталей сложной конфигурации , испытывающих высокие динамические нагрузки.

Известна сталь, имеюща  следующий химический состав, мас.%: углерод 0,15- 0,30; кремний 0,5-1,5; хром 1,5-3,0; марганец 1,5-3,0; ванадий 0,05-0,20; молибден 0,1-0,5; по крайней мере один элемент из группы кальций, алюминий 0,005-0,15; железо остальное.

Сталь обеспечивает следующий уровень свойств:

Предел прочности, МПа 1460-1650

Предел текучести, МПа 1250-1400

Относительное удлинение, % 12,1-14,8

Относительное сужение, % 47,2-54,3

Ударна  в зкость при

комнатной температуре,

кДж/м2630-990

Ударна  в зкость

при -50°С, кДж/м В зкость разрушени , МПам1 2

100-380

110-118

Трещиноустойчивость, Н 950-980 Однако сталь имеет также низкий уровень ударной в зкости, особенно при -50°С, что не позвол ет использовать ее дл  отливок сложной конфигурации, работающих в услови х высоких ударных нагрузок, особенно при отрицательных температурах.

Известна литейна  сталь, имеюща  следующий химический состав, мас.%: углерод 0,10-0,30; кремний 1,0-3,0; хром 4,0-8,0; марганец 4,0-8,0; молибден 0,01-0,40; ванадий 0,01-0,20; кальций 0,02-0,30; церий 0,05-0,20; по крайней мере один элемент из группы, содержащей магний и лантан 0,005-0,3; железо остальное.

Сталь обеспечивает следующий уровень свойств:

Предел прочности, МПа 1550-1680 Предел текучести, МПа1220-1330

Относительное удлинение, % 10,8-53 Ударна  в зкость при комнатной температуре, кДж/м2850-1140

Ударна  в зкость при температуре -50°С, кДж/м2 400-560 В зкость разрушени , МПам1 295-105

Трещиноустойчивость, Н 750-850 Однако данна  сталь при высоком уровне прочностных и пластических свойств, а также в зкости при комнатной температуре обладает недостаточным уровнем ударной в зкости при -50°С, в зкости разрушени  и низкой трёщиноустойчивости, что ограничивает широкое применение этой стали дл  изготовлени  деталей сложного профил , работающих в услови х высоких динамических нагрузок.

Трещиноустойчивость одна из наиболее

важных характеристик конструкционных сталей. Эту характеристику определ ют по пробе как максимальную приложенную нагрузку , не вызывающую по влени  трещин

0 или надрывов в термическом узле отливки, представл ющей собой брусок, один конец которого жестко закреплен, а к другому прикладываетс  усилие, фиксируемое динамометром .

5 Трещиноустойчивость всех сталей определ ют в идентичных услови х, что позвол ет провести их сравнительный анализ.

В зкость разрушени  определ ют методом 1-интеграла.

0 Целью изобретение  вл етс  повышение уровн  ударной в зкости и в зкости разрушени  литейной стали при -50°С, а также трёщиноустойчивости при сохранении высокого уровн  прочностных и пласти5 ческих свойств и ударной в зкости при комнатной температуре, что позволит уменьшить снижение конструкционной прочности стали при изменении температурных условий эксплуатации изделий из

0 нее от обычных (средн   полоса) до экстремальных (Крайний Север и Сибирь) и соответственно заметного повышени  ресурса работоспособности этих изделий в услови х

5 указанных климатических зон.

Указанна  цель достигаетс  тем, что сталь дополнительно содержит азот и титан, а компоненты вз ты в следующем соотношении , мас.%: углерод 0,08-0,25; кремний

0 0,8-1,8; хром 5,0-8,0; марганец 3,0-6,0; молибден 0,01-0,3; ванадий 0,01-0,15;кальций 0,01-0,25; церий 0,005-0,100; магний 0,005- 0,100; азот 0,01-0,03; титан 0,05-0,10; железо остальное.

5 Изобретение осуществл етс  следующим образом.

Предлагаемую сталь выплавл ют в открытой индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой. Кремний, хром,

0 марганец, молибден, ванадий, азот и титан ввод т в виде ферросплавов, кальций, магний , церий - в виде лигатур.

Механические свойства определ ют на образцах, вырезанных из пробных брусков.

5 Испытани  предлагаемой стали осуществл ют после термической обработки по режиму: нормализаци  при 940-960°С, отпуск при 650-700°С, закалка с 880-900°С, охлаждение на воздухе, отпуск при 200-250°С.

Сталь обеспечивает следующий уровень механических свойств:

Предел прочности, МПа 1600-1720

Предел текучести, МПа 12180-13 0

Относительное удлинение, % ,10,5-12,3

Относительное сужение, % 41-46

Ударна  в зкость при

комнатной температуре,

кДж/м2830-1130

Ударна  в зкость при-50°С,

кДж/м2580-700

В зкость разрушени ,

МПам1 2112-117

Трещиноустойчивость, Н 900-950

Составы стали и механические свойства приведены в таблице.

Обеспечение высокого уровн  ударной в зкости при -50°С, в зкости разрушени  и трещиноустойчивости при сохранении высокого уровн  прочности, пластичности и ударной в зкости при комнатной температуре достигаетс  дополнительным (по сравнению с прототипом) легированием стали азотом и титаном.

Вли ние легирующих элементов, вводимых в предлагаемую сталь, заключаетс  в следующем.

Хром, марганец и кремний, вз тые в больших количествах (5,0-8,0; 3,0-6,0 и 0,8- 1,8 мас.% соответственно) снижают температуру начала мартенситного превращени , упрочн ют кристаллическую решетку «-железа и способствуют образованию реечного мартенсита, что обеспечивает высокую прочность стали. Кроме того, повышенное содержание этих элементов способствует более полному раскислению стали. Хром и марганец также повышают уровень трещиноустойчивости стали за счет увеличени  ее высокотемпературной прочности.

Кальций в пределах 0,01-0,25 мас.% приводит к очищению границ зерен и изменению их энергетического состо ни . Кальций также предохран ет сталь от повторного окислени  и способствует де- сульфурации стали за счет св зывани  серы из расплава в сульфиды кальци , удал емые при скачивании шлака.

Церий в пределах 0,005-0,100 мас.% уменьшает количество неметаллических включений в стали, придает им глобул ри- зованную форму, очищает границы зерен и упрочн ет металлическую матрицу. Церий также способствует обессериванию стали в результате образовани  легковсплываю-. щих тугоплавких оксисульфидных включений .

Магний,  вл  сь поверхностногактив- ным элементом и наход сь при температуре кристаллизации в парообразном состо нии, обладает минимальным значением поверхностной энергии и адсорбируетс  на поверхности раздела расплав-кристалл. При этом образуетс  сплошна  мономолекул рна  пленка, тормоз ща  развитие кристаллов. В результате в стали происходит образование

мелкоглобул рной структуры. Кроме того, магний в указанном .количестве измен ет состав, форму и характер расположени  неметаллических включений, что способствует повышению трещиноустойчивости.

Молибден способствует очищению границ зерен, что повышает в зкость разруше-. ни , пластичность и Трещиноустойчивость стали, снижает склонность к отпускной хрупкости.

Ванадий в указанном количестве значительно измельчает зерно, образу  мелкодисперсные карбиды, а в присутствии азота - также и нитриды, чем способствует получению высокого уровн  в зкости (особенно

при отрицательной температуре) и в зкости разрушени .

Титан в количестве 0,05-0,1 мас.% совместно с азотом (0,01-0,05мас.%) вли ет на первичную структуру стали, образу  тугоплавкие нитриды титана, которые играют роль центров кристаллизации. В результате за счет измельчени  структуры повышаютс  Трещиноустойчивость, ударна  в зкость (особенно при отрицательных температуpax ), в зкость разрушени .

При содержании титана в стали менее 0,05 мас.% указанное положительное вли ние отсутствует. Увеличение содержани  ти- тана (более 0,1 мас.%) вызывает

охрупчивание стали (при указанном содержании легирующих элементов). Кроме того, азот,  вл  сь аустенитобразующим элементом , способствует стабилизации остаточного аустенита, повыша  тем самым в зкость

стали при отрицательной температуре и в зкость разрушени .

Высокий уровень в зкости разрушени  и ударной в зкости при отрицательной температуре обусловлен тонкой структурой ста- ли,представл ющейсобой

дислокационный (реечный) мартенсит и узкие прослойки остаточного аустенита по границам мартенситных кристаллов. По

данным рентгеноструктурного анализа количество остаточного аустенита составл ет 4-6%.

Полученные данные показывают пре- имущество предлагаемой стали по сравнению с известной по ударной в зкости при -50°С, в зкости разрушени  и трещиноустойчивости при сохранении высокой прочности, пластичности и ударной в зкости при комнатной температуре.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Литейна  сталь дл  отливок, содержаща  углерод, кремний, хром, марганец, молибден , ванадий, кальций, церий, магний, железо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  ударной в зкости при температуре -50°С, в зкости разрушени  и трещи- ноустойчивости при сохранений уровн 

   0

   прочностных и пластических свойств, она дополнительно содержит азот и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,08-0,25; кремний 0,8-1,8; хром 5,0-8,0; марганец 3,0-6,0; молибден 0,01-0,30; ванадий 0,01-0,15; кальций 0,01- 0,25; церий 0,005-0,100; магний 0,005- 0,100; азот 0,01-0,03; титан 0,05-0,10; железо остальное.