Сталь
Иллюстрации
Реферат
СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, хром, никель, алюминий, бор, титан, кальций и железо, отличающая ,с я тем, что, с целью повышения стойкости к деформационному старению, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: 0,05-0,24 Углерод 0,8-1,6 Марганец 0,3-0,8 Кремний 0,01-0,06 Ванадий 0,1-0,8 Хром 0,03-0,35 Никель 0,03-0,07 АЛКЯ4ИНИЙ 0,0003-0,003 Бор 0,005-0,030 Титан § 0,005-0,010 Кальций Остальное Железо
(1Е И1)
СОКИ СОВЕТСКИХ
ОРЮ ЛЮ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(21) 3473413/22-02 (22) 22.07.82 (46) 30.01.84. Бюл. В 4 (72) М.С. МихалЕв, В.Л. Шагалов, С.И. Попов, В.К. Сотников, Ю.Н.Малы;,гин, Л.И. Берштейн, Л.М. Аксельрод, Л.И. Косарев и Х.И. Пейрик (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта и
Уральский вагоностроительный завод им. Ф.Э. Дзержинского (53) 669.15-194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Ю 519491, кл. С 22 С 38/00, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР .по заявке 9 33227722991133,кл.С 22 С 38/54, 1981.
3(Я1 С 22 С 38/521 С 22 С 38/58 (54) (57) СТАЛЬ, содержащая углерод марганец, кремний, ванадий, хром, никель, алюминий, 6ор, титан, кальций и железо, о т л и ч а ю щ а я— ,с я тем, что, с целью повышения стойкости к деформационному старению, она содержит компоненты при .следующем соотношении, мас.%:
Углерод 0,05-0,24
Марганец 0,8-1,6
Кремний 0,3- 0,8
Ванадий 0,01-0,06
Хром 0,1-0,8
Никель 0,03-0,35
Алюминий 0,03-0,07
Бор 0,0003-0,003
Титан 0,005-0,030 Pg
Кальций 0,005-0,010
Железо Остальное
1070204
20
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является сталь С21, 40 содержащая, мас.В:
Углерод 0,20-0,27
Кремний 0,3-0,5
Марганец 0 5-0,9
Хром . 0,1-0,4
Никель 0,05-0,5
Ванадий 0,03-0,15
Вор 0,0001-0,002
Медь 0,1-0,25
Азот 0,005-0,015
Кальций 0,001-0,02
Алюминий 0,001-0,02
Титан 0,001-0,15
Железо Остальное
Содержание алюминия у такой стали, равное 0,001-0,02%, недостаточно и обусловливает при наличии азота .повышение чувствительности к старению. Кроме того, указанное содержание алюминия не обеспечивает получения здоровых отливок с точки зрения 60 отсутствия газовых дефектов, в связи с чем сталь с карбонитридным упроч- . нением может использоваться только в деформированном состоянии (йрокат, поковки). 65
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в качестве.материала для изготовления разнообразных по сложности и конфигурации отливок с целью снижения склонности их к старению в процессе длительной эксплуатации в условиях интенсивныж динамических и энакопеременных нагрузок. Главным образом, это.относится к литым деталям транспортных средств, наиболее характерным представителем которых являются детали тележки грузовых вагонов.
Известна сталь И1, имеющая следующий химический состав, мас.% 15
Углерод 0,14-0,25
Марганец 0,7-1,6
Кремний 0,2-0,7
Хром 0,10-0,35
Ванадий 0 04««0 20
Медь .0,15-0,50
Никель 0,15-0,50
Алюминий 0,015-0,08
Кальций 0 006-0, 1
Азот 0,005-0,03 25
Железо Остальное
Известная сталь по уровню механических свойств и хладостойкости в состоянии поставки почти полностью удовлетворяет необходимым требованиям, но хладостойкость заметно снижается после старения как и в исходном состоянии, так и после упруго пластической деформации (УПД) в размере 0,8% и более, являющейся эффективным способом повышения усталостной прочности деталей.
Цель изобретения — повышение стойкости стали к деформационному старению.
Поставленная цель достигается тем, что сталь, включающая углерод, марганец, кремний, ванадий, хром, никель, алюминий, бор, титан, каль. ций и железо, содержит компоненты . при следующем соотношении, мас.Ъ:
Углерод 0,05-0,24
Марганец 0,8-1,6 .Кремний 0,3-0,8
Ванадий 0,01-0,06
Хром 0,1-0,8
Никель О;03-0 35
Алюминий 0,03-0,07
Бор 0,0003-0,003
Титан 0,005-0,030
Кальций 0 005-0,010
Железо Остальное .На дуговой электропечи ДСП-0,5 с основной футеровкой на однотипной шихте проведены плавки известной и предлагаемой стали с граничными и средними значениями компонентов, химический состав которых приведен в табл. 1.
Сравннтельные испытания проведены как в исходном состоянии (после нормализации), так и по схеме: деформация в размере 10% и такая же деформация со старением (нагрев до .250 С, выдержке 1 ч), характеризующих чувствительность стали к старению (стандартная методика).
Результаты испытаний, представленные в табл. 2, показывают, что известная сталь (варианты 1-3), содержащая азот, несмотря на довольно высокие ударную вязкость и хладостойкость, склонна к старению в отличие от предлагаемой стали.
Ударная вязкость известной стали при температуре 20 С после старения снижается по сравнению с деформированным состоянием на 18-35%, причем наибольшее падение значений ударноЯ вязкости наблюдается у вариантов
1 и 3, имеющих повышенную концентрацию азота. Еще в большей степени чувствительность к старению наблюдается- у образцов известной стали, испытанных при отрицательных темйературах, когда KCV-40 после старения составляет 0,05-0,10 МДж/м, т.е. сталь находится в хрупком состоянии..
У предлагаемой стали (варианты
4-12) величины ударной вязкости после старения практически не изменяются по сравнению с деформированным состоянием как при 20 С, так и при -40 С. Сталь остается вязкой и имеет низкий порог хладоломкости.
Это обусловлено поверхностно-активным и рафинирующим действием бора, титана и кальция, которые в хорошо раскисленном алюминием металле наи1070204 старения, что исключает внезапные отказы деталей в процессе эксплуата ции.
Предлагаемая сталь может использоваться для изготовления ответственных литых деталей тележки грузовых вагонов: боковых рам и надрессорной балки
Экономический. эффект от внедрения изобретения составляет 1 млн. 0 256 тыс. руб. в год.
Т а б л и ц а 1
Содержание, Ъ, компонентов более полно очищают границы зерен, фаз и структуры составляющих от вредных примесей и охрупчивающих фаз, являющихся очагами разрушения состаренного металла.
Провыапенные партии ответственных литых деталей вагонов, изготовленных из предлагаемой стали, прошли стендовые испытания и показали высокую стойкость против хрупких раз рушений в условиях естественного г
Вариант.Сталь
С Mn Si Cr Ni Ч
0,09
0,23 0,75 0,40 0,25 0,30
0,23 0,75 0,40 0,25 0,30
0,23 0,75 0,40 0,25 0,30
Известная
Известная
Известная
0,09
0,09
Предлагаемая (средний состав) 0,16 1,25 0,50 0,45 0 20 0,03
Предлагаемая:
0,05 0,80
0,24 1,60
9,15 1,20
0,16 1,25
0,16 1,20
0 15 1,23
0i01 вариант 1 вариант 2
0,06
0,04
0,04
0,04
0,04
0.,45 0,20
0 15 1,21
0 15 1,20
11
0,52 0,45 0,22 0,03
0,50 0,45 0,20 продолжение
0,03 табл. 1
Содержание, В, компонентов
Вариант
В Cu N Св Al Ti S P
0,010 0,008 0,010 0,015
О,005 0,008 0 001 0,015
0,015 0,008 0,02 0,015
0,001 0,20
0,001 0,20
0,001 0,20
0,026 0,026
0,027 0,026
0,024 0,026
0,024 0,025
0,008 0 05 0,015
0,002
0,03
0,07
0,05
0,05
0,04
0,04
0,03
0,07
0,005
0,030
0,030
0,005
0,024
0,021
0,025
0,025
0,023 0,023
0,024
0,025
0,025
0,027
0,025
0,026
0,015
0,015
0,017
0,008
0,007
0,024 0,026
0,017 0,025 0,026
0,0003
0,003
0,002
0,002
0,003
0,0003
0,002
0,002 вариант 3 вариант 4 вариант 5 вариант 6 вариант 7 вариант 8
0,005
0i01
0,008
0,008
0i007
- 0,007
0,30
О, 8 О
0,50
0,50
0 50
0,48
0,1 0,03
0,8 0,35
0,43 0,20
0,43 0,20
0,45 0,20
1070204
Таблица 21
Деформация на 10%
K0V МДж/м, при температуре, С
Деформация на 10% и старение, KCV, МДж/м, при температуре, С
Исходное оостояние, КСЧ,МДж/м, при температуре, С
Вариант
20 0 -20 -40 20 О -20 -40
20 О -20 -40
0,60, 0,45 0,30 0,48 0,34 0,27 0,16 0,32 0,21 $,12 0,05
4 1,52 1,26 1,05 0 84 1,28 1,02 О, 0,85 . 1,24 0,96 0,78 0,62
5 1,82 1,46 1,25 1,12 1,58 1,19 1,.02 0,78 1,49 1,16 0,98 0,71
6 1,34 1 08 0 92 0,75 0,93 0 74 0,68 0,45 0,91 0,66 0,62 0,41
7 1,47 1,21 О 95 0,81 1,21 0,96 О 78 О 59 1,15 0,89 0,74 0,55
0,76
8 1,41 1,12 0,94
1 17 0,90 0,68 О 52 1,10 0,90 0,71 0,52
9 1,37 1,09 0,90 0,74 1,09 0,79 0,72 0,49 1,02 0,71 0,64 0,43
10 1,50 1,26 0,98 0,80 1;26 1,10 0,78 0,60 1,20 0,88 .0,76 0,58
11 1,46 1,21 0,92 0,76 1,19 1,06
12 1,54 1,20 0,98 0,80 1,25 1,00
0 68 0,54 1,14 0,94
0,61
0,50
0,78 0,60 1,20 0,97 0,72 0,57
Составитель С. Деркачева
Редактор Н. Безродная ТехредМ.Гергель Корректор Й. Эрдейи
Заказ 11650/29 Тираж 603 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
1 4 „03
2 0,82
3 0,76
0,84 0,76 0 63
0,65 0,52 0,34
0,68
0,54
0,52
0,42
0,44
0,32
0,32
0,18
0,52
0,44
0,34 0,22
0,34 0,22
0,08
0,10