Сталь
Иллюстрации
Реферат
СТАЛЬ, содержащая углерод марганец, хром, азот, бор, кремний кальций и железо, отличаю200 J400 1450 15001550 Т,С Температг/ра зали8 и я с я тем, что, с целью повышения котекучести и механических свойств низких температурах до -196 С, дополнительно содержит церий, ь, титан, цирконий при следующем тношении компонентов, мас.%: 0,02-0,15 Углерод 19-25 Марганец 12-15 0,05-0,30 0,005-0,01 0,2-0,8 Кремний . 0,005-0,01 Кальций . 0,05-0,2 0,4-4 0,005-0,2 Цирконий 0,55-1,5 Остёшьное Железо .
1 (19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СО@4АЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН.
М59 С 22 С 38/38, )
1 34()
: 1
) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ Лд
4 о Юао
200
1400 1450 1500 1550 7; С
Теипература эамибни
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3602678/22-02 . (22) 13. 04. 83 (46) 07. 07. 84. Бюл.: Р 25 (72) Ф. Н. Тавадзе, Ю. П.Солнцев, Г. A. Степанов, Г. Н. Грикуров, Ю. С. Кривцов, С.С.Волков и 0.А. Федорова (71) Ленинградский ордена Трудового
Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности (53) 669.14.018.41-194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 293872, кл. С 22 С 38/58, 1971.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 476329, кл. С 22 С 38/38, 1975. (54)(57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, хром, азот, бор, кремний, кальций и железо, о т л и ч а ю—
Л гм щ а я с я тем, что, с целью повышения жидкотекучести и механических свойств при низких температурах до -196 С, она дополнительно содержит церий, медь, титан, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:
Углерод 0,02-0, 15
Марганец 19-25
Хром 12-15
Азот 0,05-0, 30
Бор 0,005-0,01
Кремний . 0,2-0,8..
Кальций 0,005-0,01
Церий 0,05-0,2
Медь О, 4-4
Цирконий О, 005-0, 2
Титан 0,55-1,5 Е
Железо . Остальное
1101467
Изобретение относится. к металлур1 гии, а именно к хладостойким литым сталям, обладающим повыаенной вязкостью, жидкотекучестью и эксплуатационной надежностью при достаточно высокой прочности дпя нагруженных деталей и запорной арматуры, работающих при низких температурах до
-196 С.
Известна нержавеющая сталь f1), предназначенная для работы при криогенных температурах, содержащая, мас. Ъс
Углерод .До 0,03
Марганец 8,5-10,5
Никель 7-8
Хром 18,5-20,5
МоЛибден 2-2,5
Азот 0,31-0, 4
Кремний до 0Ä8
Железо Остальное 20
Недостатком стали являются неудовлетворительные характеристики( жидкотекучести.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигае- 25 мому эффекту является сталь $2), содержащая, мас.Ь
Углерод О, 01-0, 1 XpoM 12-15
Марганец 16-22 30
Кремний 0,2-0,8
Азот О, 03-0,23
Бор 0,006-0.,01
Ка ций 0,001 0,1
Сера О, 01-0 04 35
Фосфор 0у 01-0,04
Железо Остальное
Цель изобретения является повыше. ние жидкотекучести и механических свойств при низких температурах до -196 С.
Цель достигается тем, Что сталь, содержащая углерод, марганец, хром, азот, бор, кремний, кальций, железо, дополнительно содержит, церий,. медь, титан, цирконий йри следующем соотнсиаении компонентов, мас. Ъ|
Углерод 0,02-0,15
Марганец 19-25
Хром 12-15
Азот 0,05-0,30
Бор 0 005-0,01
Кремний 0,2-0,8
Кальций 0,005-0,01
Церий 0,05-0,2 55
Медь О, 4-4,0
Цирконий 0,005-0,2
Титан 0,55-1,5
Железо Остальное
Сталь может содержать примеси, 60 мас. Ф:
Сера О О О 1 -О, О 4
Фосфор 0,001-0,04.
Совместное влияние титана и циркония в указанных пределах наиболее благоприятно воздействует на структу-, ру механические и литейные свойства
Вследствие повышенного сродства циркония к азоту введение его в сталь обеспечивает поглощение азота из атмосферы, что препятствует образованию свищей, пор н микропустот в слитке. Цирконий способствует повышению общего содержания азота в металле, тем самым способствует ста-. бильности аустенита при низких тем-. пературах. Легирование стали цирконием приводит к иэмельчению аустенитного зерна.
Введение титана в количестве
0,55-1,5 мас. В приводит к образованию в хромомарганцевых сталях легкоплавких соединений Ми и Ti и.повышает технологичность стали при выплавке. Образующиеся карбиды титана Ti С значительно упрочняют аустенитную матрицу, что приводит к росту временного сопротивления и предела текучести отливаемой стали во всем интервале температур, в сравнении с известной сталью. Однако TjC, являясь фазой внедрения, имеет ограниченную растворимость аустените, и дальней- шее увеличение содержания титана в стали нецелесообразно.
Прн нагреве стали, содержащей Т и Е, аустенитное зерно растет медленнее, чем без них. Кроме того, эти легирующие элементы уменьшают чувствительность стали к перегреву.
Цирконий в выбранном интервале легирования способствует как повышению плотности литого материала, так и улучшению жидкотекучести стали на
55-60t. по сравнению.с известной
1 причем увеличение жидкотекучести значительно повышается при низкой температуре разливки (см.чертеж).
На чертеже представлена зависимость жидкотекучести от температуры разливки.
Механические свойства стали исследовали на.металле пяти опытных плавок, выплавленных в открытой индукционной печи емкостью 150 кг. Химический состав опытных плавок приведен в табл. 1., Сталь разливали в корковые оболочки для получения натурных литых многоходовых вентилей, а также в трефообразные литейные пробы (ГОСТ 7565-73). для изготовления образцов для механических испытаний.
При определении механических характеристик на статическое одноосное растяжение применяли короткие цилиндрические образцы 9 5К диаметром 10мм
no IQCT 11150-.75. Механические испытания на одноосное статическое растяжение производили на универсальной машине типа Инстрон при температурах
20, -100 и -196 С. Для определения
1101467
Содержание компонентов, мас.В:
Сталь плавки
Cr . N P с J Mn
Предлагаемая
22,0 13,5
О, 0,30
0,040
0,020
0,001
0 20 . 0 030
0,09
15,0
О, 15 25,0
0,30 .0,040
24,9 13,8
0; 020
0,001
0,026
- 0,04
0,21
0,05
19,0 12,0
0,02
О, 026
13,2
0,06
22,2
0,18
0,10 19,9 14,8 0,18 - 0,032 0,028
Известная
Продолжение табЛ7 1
Содержание компонентов, мас.В
Сталь плавки
В Са Ce Zr Cu Ti
Предлагаемая
0 34 0 007 0 007 0 15 0 10
0,010
0,80
0 010 0 20 0 20 4 0 1 5
0,54 0,007
0,012 . 0,12 0,11 0,8 0,9
0,005 0,005 07 05 0,005 0,4
0,20
0,55
0,61 0,007 0,006 0 12 0,13 1,2
1,3
Известная
0,43 0,009 0,01 характеристик вязкости прн динамическом изгибе применяли образцы типа
11 по ГОСТ 9454-78. Механические характеристики предлагаемой стали и известной приведены.в табл. 2.
Из приведенных данных видно, что с понижением температуры испытания прочность для всех исследованных сталей растет, а пластичность и вязкость падают. Стали предлагаемого состава в литом состоянии (плавки
1-5) во всем интервале температур имеют, более высокие ха" рактеристики прочности, чем известного.
Для оценки работоспособности на 15 турных изделий из предлагаемой стали и известной проведены испытания шести многоходовых вентилей. Тонкостенные литые многоходовые вентили изготовлены по выплавляемым моделям. 2()
Хладостойкость литых вентилей оценивали при испытании внутренним давлением и ударным нагружением при температурах 20 и -196 С. Результаты испытаний многоходовых литых тонкостенных вентилей внутренним давлением при температурах 20 С и -196 С приведены в табл. 3 °
Прочность, . вязкость и хладостойг. кость предлагаемой стали в литом состоянии в интервале температур от 20 до -196 С выше, чем у известной. Ударная вязкость (КСУ) при
-196 С выше в два раза, жидкотекучесть на 60%, расход жидких продуктов при захолаживании тонкостенных изделий на 30%, уменьшаются возникаюшие при захолаживании термические напряжения из-за возможности получения тонкостенных отливок на 25.% в сравнении с известной сталью. Предлагаемая сталь олее технологична.
Табл ица1
1101467
Таблицами
КСч, Дж/см
Сталь плавки о
Т„сп у С б, Мпа бои ИПа
Предлагаемая
240
740
380
540
980
140
780
1100
65
410
780
28
220
580
1000
100
830
1150
60
590
980
-100
100
390, 18
-196
64
660
160
560
920
20
800
1070
420
200
780
-100
120
600
1020
18
800
1150
-196
Известная
580
120
290
410
23
820
-100
15
580
940
-196
Таблица3
Сталь плавки
Характер разрушения
Предлагаемая
38
-196
38
Не разрушился
-196
Не разрушился
Известная
20
-196
ВЫИИПИ Заказ 4726/15 Тираж 603 Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4
-100
-196
-100
-196
-100
-196
Температур испытаний
Tllcn. ю
Максимальное . давление, Рмак i ИПа
Увеличение параметра вентиля по окружности, ф е
Не разрушился
Не разрушился
Разрушился вязко
Разрушился хрупко