SU1744138A1

SU1744138A1 - Азотсодержаща лигатура дл стали и высокопрочна сталь

Info

Publication number: SU1744138A1
Application number: SU894708402A
Authority: SU
Inventors: Леонид Андреевич Смирнов; Людмила Михайловна Панфилова; Марина Исааковна Срогович; Михаил Израилевич Гольдштейн; Борис Моисеевич Бронфин; Анатолий Анатольевич Филиппенков; Галина Игоревна Соколова; Андрей Александрович Емельянов; Михаил Кириллович Закамаркин; Анатолий Иванович Журавлев; Анатолий Петрович Васильев; Михаил Абрамович Лойферман; Юрий Гурьевич Адельшин; Казимир Казимирович Жданович; Аркадий Васильевич Лобанов; Владимир Иванович Лапытько; Владимир Иванович Ищенко; Виктор Давыдович Дашевский; Виталий Григорьевич Козлов; Сергей Николаевич Галкин
Original assignee: Уральский научно-исследовательский институт черных металлов; Предприятие П/Я М-5481; Предприятие П/Я А-1950; Производственное Объединение "Камаз"
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Изобретение относитс к азотсодержащим лигатурам дл стали и высокопрочным стал м Цель изобретени - одновременное повышение прочности, в зкости и снижение чувствительности к перекосу. Лигатура содержит, мае. %: ванадий 20 - 40; марганец 5 - 20; азот 8 - 12; кремний 10 - 30; углерод 0,1 - 2.5; алюминий 0,1 - 1,5; ниобий 0,5 - 5,0; кальций 0,1 - 1,5; хром 0,5 - 5,0; барий 0,1 - 1,5; железо остальное. Лигатуру получают методом самовоспламен ющегос вакуумного синтеза. С помощью лигатуры производ т выплайку высокопрочной стали состава, мае.%: углерод 0,27 - 0,34; кремний 0,17-0,37; марганец0,3-0,6; хром 2.0-2,7; никель 0,5 - 1,2; молибден 0,2 - 0,3; ванадий 0,06 - 0,15: алюминий 0,02 - 0,06; азот 0,02 - 0,04; ниобий 0,03 - 0,06; кальций 0,005 - 0,01; барий 0,001 - 0,01; железо остальное. Выплавленна сталь имеет 78 1150- 1300 МПа. От 1030-1180МПа, 16%, при этом коэффициент в зкости К$ 1,74 - 1,86, а чувствительность к перекосу на образцах с надрезом равна 0,15 - 0.22. 2 с.п. ф-лы, 1 табл. (Л С

Description

Изобретение относитс к черной металлургии , в частности к лигатурам, примен емым дл легировани и модифицировани стали.

Цель изобретени - одновременное повышение прочности, в зкости и снижение чувствительности к перекосу стали.

Пример. Азотсодержащую лигатуру предлагаемого состава производ т в реакторе емкостью 20,0 л методом СВС. Дл получени лигатуры берут следующие материалы , кг:

Феррованадий (ФВД-35А)20,0

Феррониобий(ФН-1)5,0

Ферромарганец

Силикокальций

Силикобарий

Силикохром

Алюминий АПВ (порошок)

Теплоноситель

(порошок алюмини )

Исходные материалы смешивают и измельчают в пневмоимпульсном измельчителе и обрабатывают азотом при давлении 6,0 атм. Готовую смесь помещают в реактор и осуществл ют азотирование в среде технического азота под давлением 10 МПа Воспламенение смеси осуществл ют путем

нагрева теплоносител нагретой спиралью из нихромовой проволоки.

Дальнейшее азотирование провод т в самоподдерживающемс режиме без подвода тепла. Азотсодержащую лигатуру получают в виде слитка 69,2 кг.

Лигатуру ввод т в процессе выплавки стали в 25-тонной электродуговой печи за 15 мин до выпуска стали.

Результаты испытаний лигатуры предлагаемого состава представлены в таблице и даны в сравнении с известным составом. Предлагаема лигатура, полученна методом СВС, имеет высокое содержание азота , кремни и ванади . Введение в лигатуру бари в сочетании с высоким содержанием азота (8,0 - 12,0 мас.%), кремни (10,0 - 30,0 мае.%) и ванади (20,0 - 40,0 мае.%) обеспечивает одновременное повышение прочности и коэффициента в зкости и снижение чувствительности к перекосу.

Ванадий и ниобий в лигатуре наход тс в виде мелкодисперсных комплексных кар- бонитридов (VNb)CN, основную долю в которых составл ет ванадий. При этом повышенное содержание ванади (нар ду с содержанием ниоби ) обусловливает модифицирующий эффект лигатуры (благодар оптимальной объемной доле и равномерному введению дисперсных карбонитридов), заключающийс в уменьшении длины пакетов реечного мартенсита. Это благопри тно вли ет на уровень свойств стали: происходит одновременное повышение прочности, коэффициента в зкости и снижение чувствительности к перекосу.

Содержание углерода менее 0,1 мас.%, ниоби менее 0,5 мас.%, азота менее 8,0 мас.% и ванади менее 20,0 мас.% в лигатуре недостаточно дл образовани комплексных карбонитридов ниоби и ванади в лигатуре и, соответственно, в стали, что приводит к снижению ее свойств. Увеличение содержани углерода более 2,5 мас.%, азота более 12,0мас,%. ниоби более5,0мас.% и ванади более 40 мас.% приводит к большой объемной доле карбонитридов в лигатуре , которые наход тс в виде крупных скоплений, что приводит, соответственно, к увеличению их размеров и количества в стали . Это снижает модифицирующий эффект лигатуры, при этом снижаетс коэффициент в зкости и повышаетс чувствительность к перекосу.

Барий в лигатуре находитс в виде нитридов бари (BaaN), как и кальций. Нитриды бари при введении лигатуры в сталь разлагаютс на атомарные азот и барий, что усиливает модифицирующее и легирующее воздействие лигатуры. При этом барий измен ет морфологию, состав неметаллических включений в стали, а выдел ющийс азот предохран ет комплексные карбонит- риды (VNb)CN от окислени .

Введение нитридов бари также обеспечивает лучшее усвоение кальци при выплавке и тем самым большую степень глобул ризации неметаллических включений , более их однородное распределение

0 по размерам. При содержании бари менее 0,1 мас.% не образуетс достаточного количества нитридов бари как дл защиты комплексных соединений (VNb)CN, так и дл модифицировани неметаллических вклю5 чениЈ и очищени границ зерен (снижаютс характеристики коэффициента в зкости и чувствительности к перекосу).

Содержание бари выше 1,5 мас.% в лигатуре приводит к снижению усвоени

0 щелочноземельных элементов (кальци и бари ), вводимых в сталь лигатурой, что также неблагопри тно вли ет на характеристики .

Хром в лигатуре (0,5 - 5,0 мас.%) нахо5 дитс в виде нитридов хрома. При разложении нитридов хрома образуетс азот, который вл етс дополнительной защитой дл комплексных карбонитридов. Однако благодар повышенному содержанию вана0 ди в лигатуре до (40,0 мас.%) превышение количества хрома выше 5,0 мас.% технологически усложн ет процесс и может привести к снижению характеристик коэффициента в зкости и повышению чув5 ствительности к перекосу.

Алюминий и марганец оказывают воздействие на сталь, усилива действие ванади и ниоби и предохран их комплексные соединени от окислени . Указанные пред0 елы содержани алюмини и марганца выбраны с учетом получени предлагаемого состава лигатуры методом СВС и выплавл емой при ее введении предлагаемой стали. Из результатов, представленных в таб5 лице, следует, что применение предлагаемой лигатуры при выплавке стали обеспечивает повышение ее прочности, в зкости и снижение чувствительности к перекосу .

0 Изобретение относитс к черной металлургии , в частности к производству сталей . дл высоконагруженных деталей машиностроени , например коленчатых валов, шатунов , бурового инструмента, деталей

5 крепежа.

Цель изобретени - одновременное повышение прочности, в зкости и снижение чувствительности к перекосу.

Пример. Сталь выплавл ют в электропечи емкостью 25 т с введением азотсодержащей лигатуры, полученной методом СВС.

Слитки весом 3,5 т разливают сифонным способом, прокатывают на заготовки, провод т отжиг и термообработку (улучше- ние). Механические свойства определ ют на стандартных п тикратных образцах (ГОСТ 1497-84). Коэффициент в зкости (Кв) определ ют по известной методике, а чувствительность к перекосу при статической на- грузке определ ют на образцах с надрезом по ОСТ 1 90052-72.

Химический состав предлагаемой и известной сталей, а также механические свойства представлены в таблице.

Введение ниоби в количестве 0,03 - 0,06 мас.%, кальци 0,005 - 0,01 мас.%, бари 0,001 -0,01 мас.% при наличии элементов в указанных пределах обеспечивает одновременное повышение прочности, ко- эффициента в зкости и снижение чувствительности х перекосу.

Введение 0,03 - 0,06 мас.% ниоби (в присутствии кальци 0,005 - 0,01 , бари 0,001 - 0,01%) благодар образованию в структуре стали комплексных карбонитри- дов типа (VNb)CN, стехиометрическое соот- ношение элементов в которых определ етс соотношением массовых до- лей ванади и ниоби , углерода и азота в составе стали, обеспечивает уменьшение длины пакетов реечного мартенсита, образующегос в этой стали в результате закалки , так как они имеют большую плотность выделени и вл ютс более дисперсными, чем частицы VCN, выдел ющиес в известной стали. Кроме того, частицы комплексного карбонитрида равномерно распределены в матрице. Все приведенные факторы обус- ловливают повышение прочности, коэффициента в зкости и снижение чувствительности к перекосу. Кроме того, уменьшение длины пакетов мартенсита приводит к снижению уровн локальных микроискажений, что также вл етс одной из причин указанного положительного изменени механических характеристик. Содержание ниоби ниже 0,03% недостаточно дл образовани комплексных карбонитри- дов и их обьемной доли, обеспечивающей уменьшение длины пакетов мартенсита и снижение микроискажений. Увеличение количества ниоби свыше 0,006% приводит к значительному укрупнению комплексных карбонитридов и они станов тс концентраторами напр жений, при этом рост прочности сопровождаетс снижением коэффициента в зкости и повышением чувствительности стали к перекосу.

Введение 0,005 - 0,01 мас.% кальци в комплексе с 0,001 -0,01 мас.% бари и 0,03 - 0,06 мас.% ниоби также обеспечивает одновременный рост характеристик прочности и коэффициента в зкости и снижение чувствительности к перекосу. Это св зано с тем, что кальций вл етс не только модификатором неметаллических включений (НВ), но и вли ет на очищение границ зерен от вредных примесей, При этом введение кальци до 0,005 мас.% не вли ет благопри тно на границы зерен и НВ, что в свою очередь не обеспечивает повышени прочности и коэффициента в зкости, а также снижени чувствительности к перекосу. Содержание кальци выше0,01 мас.% не обеспечивает положительного его эффекта в стали, так как не происходит хорошего усвоени в стали, что обусловлено низкой рас творимостью кальци в стали.

Claims

Как следует из полученных результатов, представленных в таблице, предлагаемый состав стали обеспечивает одновременное повышение прочности, в зкости и снижение чувствительности к перекосу. Формула изобретени 1. Азотсодержаща лигатура дл стали, полученна методом самораспростран ющегос вакуумного синтеза, содержаща ванадий , марганец, азот, кремний, углерод, алюминий, ниобий, кальций хром, железо, отличающа с тем, что, с целью одновременного повышени прочности, в зкости и снижени чувствительности к перекосу стали, она дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонентов , мас.%:

Ванадий20-40

Марганец5-20

Азот8-12

Кремний10-30

Углерод0,1 -2,5

Алюминий0,1 - 1,5

Ниобий0,5-5,0

Кальций0,1-1,5

Хром0,5 - 5,0

Барий0.1 - 1,5

ЖелезоОстальное

2 Высокопрочна сталь преимущественно дл деталей ответственного назначени , содержаща углерод, марганец, кремний, хром, никель, ванадий, молибден, алюминий, азот и железо, отличающа с тем, что, с целью одновременного повышени прочности, в зкости и снижени чувствительности к перекосу, она дополнительно содержит ниобий, кальций и барий при следующем соотношении компонентов , мае %:

Продолжение таблицы

Примечание. Свойства стали после закалки (930-950°С) и отпуска (60t°C, 2 ч)

Продолжение таблицы