Сталь

Сталь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций барий и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения пластичности и предела усталостного разрушения в горячекатаном состоянии , она дополнительно содержит .бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мае, %: Углерод 0,05-0,15 Марганец 0,2-0,5 Кремний 0,7-2,5 0,01-0,06 Апюминий Бор 0,0005-0,01 0,001-0,015 Кальций Барий 0,001-0,010 Цирконий 0,01-0,05 Азот 0,001-0,01 Железо Остальное (Л

4 7 А сОюз сОВетсних сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (111

ВСЮ С 2 госУди ственный комитет Ссср по дЕлдм изоБ етений и отнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 3634853/22-02 (22) 19 ° 08.83 (46) 23.08.84 ° Бюл. № 31 (72) И.Г.Узлов, А.И.Яценко, И.И.Репина, Г.В.Кругликова, К.Ю.Доронкин, П.Д.Грушко, И.В.Франценюк, А.П.Шаповалов, К.Ф.Лосев, А.К.Грузнов и Е.И.Булатников (71) Институт черной металлургии (53) 669.15-194(088,8) (56) 1. Сталь 09Г2С. ГОСТ 19282-73.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 865958, кл . С 22 С 38/38, 198 1. (54)(57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций барий и железо, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повьппения пластичности и предела усталостного разрушения в горячекатаном состоянии, она дополнительно содержит бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. 7.:

Углерод 0,05-0,15

Марганец 0,2-0,5

Кремний 0,7-2,5

Алюминий О, 01-0, 06

Бор 0,0005-0,01

Кальций 0,001-0,015

Барий О, 001-0, 010

Цирконий 0,01-0,05

Азот 0,001-0 01 З

Железо Остальное

0,12

1,3-1, 7 0,5 — 0,8

0,30

0,30

0,30

Остальное

Недостатки этой стали — низкие прочность и пластичность, склонность к образованию трещин и расслоя, анизотропия механических свойств.

Наиболее близка к предлагаемой стали по технологической сущности ! и достигаемому эффекту сталь L2), содержащая, мас.7.:

Углерод О, 07-0., 14

Марганец 1,2-2,0

Кремний 0,2-0,6

Ванадий 0,05 — 0,14

Хром О, 01-0, 30

Алюминий 0,01-0, 06

Медь 0,01-0,30

Титан 0,01-0,05

Кальций О, 001-0, 018

Барий 03001 †090

Редкоземельные металлы 09001-09010

Железо Остальное

sf

Эта сталь имеет следующие значения механических свойств в горячекатаном состоянии:

Предел прочности, кг/мм 56

Предел текучести, кг/мм 46

Относительное удлинение,Е 22

Ударная вязкость на образцах с острым надрезом при -15 С, кгм/см 8

Недостаток известной стали — низкая пластичность при температурах горячей и холодной прокатки, что затрудняет производство горячекатаного ! листа малых толщин и холоднокатаного

1 1109

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкционным низколегированным сталям, и может быть исполЬзовано при производстве тонколистового проката для машиностроения, в час" íîñòè для автомобилестроения.

Задачи снижения металлоемкости ,и повышения конструктивной прочности требуют создания новых марок сталей, сочетающих высокую прочность .и пластичность, экономичных в производстве, технологичных в обработке.

Известна сталь 1 1 содержащая, мас. %:

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Никель 20

Медь

Железо листа. Кроме того, для нее характерны склонность к осевой ликвации, концентрационная и структурная неоднородность проката под влиянием комплекса легирующих элементов с сильной карбидообразующей способностью (мар ганец, ванадий, хром, титан) и низкой растворимостью в твердом состоянии (медь). Это приводит к нестабильности механических свойств, сни— жает предел усталостного разрушения, ухудшает обрабатываемость стали методами штамповки, гибки. Использование в составе стали таких дефицитных элементов как ванадий и марганец ограничивает возможности ее производства.

Цель изобретения — повышение пластичности и предела усталостного разрушения стали в горячекатаном состоянии.

Для достижения поставленной цели сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, барий и железо, дополнительно содержит бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. 7:

Углерод 0,05 — 0,15

Марганец 0,2-0,5

Кремний 0,7-2,5

Алюминий 0,01-0,06

Бор О, 0005-0, 01

Кальций О, 001-0, 015

Барий О, 001-0, 010

Цирконий 0,01 — 0,05

Азот 0,001 вЂ,01

Железо Остальное

В качестве примесей сталь может содержать менее 0,02 мас. 7 фосфора, менее 0 01 мас. Е серы.

Дополнительное введение в сталь бора и азота„увеличение содержания кремния позволяет получить достаточно высокую прочность, исключив из состава стали ванадий, хром, медь и значительно понизив содержание марганца.

Это способствует повьппению пластич— ности. и предела усталостного разруше— ния. Дополнительное введение в сталь циркония позволяет исключить титан и редкоземельные элементы, что уменьшает содержание неметаллических включений, исключает обра" îâàíèå карбидов титана и способствует дальнейшему увеличению пластичности и ударной вязкости, Углерод при содержании менее

0,05 мас. 7. не обеспечивает требуемой

1109467 прочности, а более 0,15 мас. 7. снижает пластичность и способствует образованию эвтектических карбидов бора.

Марганец в количестве менее

0,2 мас. недостаточен для стабильного хода раскисления и обессеривания в процессе плавки, а в количестве более 0,5 мас. 7. снижает пластичность.

Кремний при содержании менее

0,7 мас. % не обеспечивает необходимой прочности, а при содержании более

2,5 мас. 7. снижает пластичность и ударную вязкость.

Алюминий при содержании менее

0,01 мас. 7 не обеспечивает достаточно интенсивного образования карбонитридов в целях стабилизации свойств и карбонитридного упрочнения, а при содержании более 0,06 мас. 7 возрастают концентрация алюминия в твердом растворе и количество включений окислов алюминия, что ухудшает пластичность и снижает предел усталостного разрушения.

Бор в количествах. менее

0,0005 мас. 7 расходуется преимущественно на раскисление и не способствует упрочнению от образования боридных включений и измельчения зерна стали, при его содержании свыше 0,01 мас. возможно снижение пластичности из-за выделения включений боридов в виде сетки по границам зерен и образования боридной эвтектики. Это отрицательно сказывается также на ударной вязкости и пределе усталостного разрушения.

Азот в количестве менее 0,001 мас. не обеспечивает необходимого упрочнения путем образования карбонитридов алюминия и бора, а в количестве более 0,01 мас. % усиливает охрупчивание и способствует снижению пластич ности.

Кальций при содержании менее

0 001 мас. 7. недостаточно интенсивно е>аскисляет и обессеривает сталь, а при содержании более 0,015 мас, он может расходоваться на восстановление окислов других элементов и взаимодействовать с материалами футеровки сталеразливочных устройств, увеличивая содержание неметаллических включений в стали.

Барий при содержании менее

0,001 мас. % не способствует глубокому раскислению стали и сфероидизацЕПI неметаллическЕГ . Вкл>Очен!ей с целью поеЗышения пластичности и предела усталастнаго разрушения. При содержании более 0,010 мас. 7 бария уве5 личпвается число неметаллических включений оксисульфидного типа, что отрицательно влияет на пластичность стали.

Введение в состав стали циркония в количестве 0,01-0,05 мас. % приводит к очистке границ зерен от неметаллических включений, что способствует повышеееию трещиноустойчивости стали, снижению ее температурного порога хлацноломкости, повышению предела усталостного разрушения. Цирконий, являясь нитридообразующим элементом, образует нитриды циркония, что повышает прочностные характеристики стали. При содержании его меньme 0,01 мас. % не достигается нужный уровень прочностных свойств, а содержание циркония более 0,05 мас. 7. приводит к черезмерному упрочнению, что значительно затрудняет прокатку и штампуемость стали.

Для определения механических свойств в индукционной печи выплавля30 ют сталь предложенного (пять вариан- . тов), известного (три варианта) и базового составов (два варианта).

Сталь разливают в слитки весом 50 кг, циаметром 200 мм. Слитки проковывают на заготовки толщиной 50 мм, которые

З5 прокатывают на полосу (за пять проходов с промежуточным подогревом) .

Температура конца прокатки 900-890 С.

Образцы для определения механических свойств готовят по ГОСТ 1497-73, 40

9454-78, 23026 — 78. Механические испытания проводят по ГОСТ 1497-73, 9454-78, 23026-78.

ХиьЕический состав опытных плавок представлен в табл. 1; результаты

45 опрецеления механических свойств в табл. 2.

Как показывают проведенные испытания, сталь предложенного состава у имеет характеристики пластичности (с> „ ), предел усталостного разрушения и ударную вязкость при -15 С выше, чем сталь базового и известного составов, без снижения ее прочности. у Таким образом, предложенный состав стали позволяет добиться повьппения пластичности и предела усталостного разрушения. При этом обеспечивается экономия легирующих добавок — марган1109467 и пластичности за счет введения в сталь бора, бдрия, циркония и азота. Бор способствует образованию боридных включений и измельчению зерна стали. В сочетании с азотом механизм упрочнения происходит путем образования карбонитридов алюминия и бора.

Снижение температуры хладноломкости и повышение предела усталостного разрушения происходит при введении в сталь бария и кальция, которые спо-.

) собствуют очистке границ зерен от неметаллических включений.

Таблица1

Содержание легирующих элементов, мас. Е

Состав стали

Медь Вана- Титан Никель йпомиt дий ний

УглеМарга- Крем- Хром нец ний

Род

Предлагаемый.

Извес тый

0,07 1,20 0„20 0,01 0,01 0 05 0 01

0,10 1,50 0,30 0,025 0,,025 0,09 0,02

0,14 2,00 0,60 0,03 0,30 0,14 0,05

0,04

Базовый

0,10 l 3 05 001 001

0,01

0,30

О 12 1,7 08 030 030

10 (ца, хрома, меди, ванадия, титана.

Улучшение механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стой,кость и надежность изделий из стали предложенного состава, а экономия легирующих элементов удешевляет эту сталь..

Экономический эффект за счет экономии легирующих элементов составляет 8 руб. т.

Предлагаемая сталь по сравнению с базовой сталью 09I 20 (ГОСТ 19282-73 имеет повышенные значения прочности

004 О, 15 060 .О, 05 0,20 О, 70

О, 10 0,35 1,50

О, 15 О, 50 2,40

0,17 0,55 2,65

0,008

0,010

О, 040

0Ä060

0,070

1109467

Продолжение таблицы 1,Т

Примеси, мас. Х

Содержание легирующих элементов, мас

Состав сталей

Пирко- Азот ний

Фосфор Сера

Предлагаемый

0,01

0,01

Известный

0,01

0,001 Менее

0,02

0,005 Менее

0,02

0,010 Менее

0,02

0,01

0,01

Базовый

Менее 0,02

0,02

Менее 0,02

0,02

Таблица2

Предлагаемый

1 430

540

12,0

560

11,5

590

10,0

610

9,5

620

9,0

2 460

3 480

4 495

5 500

Бор Кальций Барий

0,0003 0,0005 0,0005 0,005 0,0005

0,0005 0,001 0,001 0,01 0,001

0 005 0 005 0 005 О;02 0 005

0,015 О, 010 0,05 0,01

0 015 0 020 0 015 0 100 0 015

0,001 0,001

0,005 0,005

0,018 0,010

Менее

0,02

Менее

0,02

Менее

0,02

Менее

0,02

Менее

0,02

2,5 10

5,0.10

7,5 10

6," 10 i,5 10

0 05-0,07

0,05-0,07

0,05-0,07

0,05-0,07

1О

Продолжение таблицы 2

9,0

9,0

570

23,. 5

600

4,0

490

3,5

520

10 370

Составитель И.Петренко

Редактор И.Николайчук Техред Л.Мартящова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 6009/20 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1,13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Известный

6 460

7 470

8 480

Базовый

9 360

21

З,О 1О

3. О 10

5,0-101

З,О .1О