Сталь
Иллюстрации
Реферат
Сете з Соеетскиа
Социалистических
Республик
Oll CAeWa
ИЗОВРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< 865956 (81) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Зая алено 11,01.80 (21) 2893322/22-02 с присоединением заявки ¹ -(28) П рморитет— (51) М. Кл.
С 22 С 38/28 зввударсткинкй ItOMkTQT
СССР
l0 яеаак азобрвтенкй и атармтай
Опубликовано 23.09У1. Бюллетень № 35
Дата опубликования описания 23 09.81 (53) УДК 669.14. .018. 52.8-194 (088,8) (54) СТАЛЬ
0,36 — 0,6
0,4 — 0,8
0,4 — 0,8
l2 14
0,05 — 0,20
Изобретение относится к металлургии, а именно к сталелитейному производству, в частности к изысканию коррознонностойких сталей, обладающих при высокой твердости повышенным уровнем литейных и механических свойств.
Известны хромистые стали 1Х13Л, 2Х13Л, 2Х13Л, Х25ТЛ f1).
Указанные марки стали применяются, в основном, для изготовления отливок, работающих 10 в агрессивных средах, и поэтому имеют повышенное содержание хрома. В связи с этим они характеризуются неудовлетворительной жидкотекучестью и крупнокристаллической структурой.
Наиболее близком по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является сталь 12), содержащая, вес.%:
Углерод 0,36 — 0,45
Кремний Не более 08
Марганец Не более 0,3
Хром 12 — 14
Железо Остальное
Примеси серы Не более 0025
Примеси фосфора Не более 0,03.
Существенными недостатками известной стали являются относительно невысокая твердость, коррозионная стойкость, литейные и механические свойства, особенно пластичность и ударная вязкость, Это снижает качество н надежность изготовленных из нее режущих, мерительных и хирургических инструментов, пружин, пластин, клапанов н других pc ãàëåé.
Цель изобретения — повышение твердости, коррозионной стойкости, комплекса литейных
4 н механических свойств. !
1оставленная цель достигается тем, что сталь содержащая углерод, кремний, марганец, хром н железо, дополнительно содержит ниобий, алюминий, титан, кальций и редкоземельные металлы при следуияцем соотношении компонентов, вес.%:
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Ниобий
865956 4 него предела крайне нежелательно по причине
„я пения черезмерного количества нитридов и оксидов. Последние в этом случае распола гаются на границах зерен и резко снижают коррозионную стойкость, литейные и механические свойства стали.
Введение в состав стали кальция и РЗМ объясняется их исключительно благоприятным вли. янием на ее структуру, а также на количество, состав, форму и распределение неметаллических включений. Структура становится более гомогеиной и мелкозернистой, включения при. обретают глобулярную форму и более полю удаляются из расплава, а оставшиеся равномерно распределяются в стали, что сопровождается очищением границ зерен. При этом: их химическая стойкость повышается. В результате существенно повышается весь комплекс свойств стали, а именно: жидкотекучесть, коррозиоиная стойкость и; особенно, пластичность и удар20 ная вязкость0,005 — 0,05
0,005 — 0,!l
0 005 — 0,08
Таблица 1
Содержание химических элементов, вес.%
Т1 11 111
С S i Mn Cr Nb А1 Ti Са РЗМ
Известная
0,23 0,62 0,58 12,6
Предлагаемая
0,51 0,40 0,66 13,6 0,07 0,02 0,005 0,02
0,06
12,8 0,12 0,005 0,04 0,01
0,44 0,72 0,57
0 005
0,36 0,64 0,80 12,0 0,05 0,03 0,1 0,005 0,05
0,48 0,80 0,80 12,4 0,14 0,009 0,06 . 0,04
0,08
0,6 0,72 0,40 14,0 0,20 0,05 0,008 0,08
0,007
Алюминий
Титан
Кальций
Редкоземельные металлы 0,005 — О 08
Железо Остальное
Введение в состав стали ннобня связано с его.способностью повышать критические точ. ки стали, что объясняется образованием термически стойких н труднорастворнмых карбидов ниобия. Эти карбиды изменяют зерно, препятствуя его росту прн высоких температурах.
Повышение температуры закалки и низкий отпуск стали способствует увеличению ее твердости и нзмельченню структуры при условии содержания ниобия в пределах 0,05 — 0,2 вес.%.
Меньшее его содержание не оказывает благо1 приятного влияния на свойства стали, а большее приводит к образованию развитой карбид. ной сетки на границах зерен, что снижает корроэионную стойкость и, особенно механические свойства стали. Введение в сталь ниобия в укаэанных пределах практически не влияет на коррозионную стойкость, литейные и частично механические свойства стали.
Более существенное влияние на эти своиства оказывают малые добавки алюминия, титана, кальция и РЗМ. Алюминий и титан связывают свободный азот в ннтриды, что не только очищает сталь от свободного азота, но и измельчает зерно, что важно, исходя из изотроп- э@ ности механических свойств, для повышения пласти шалости и вязкости стали.
Остаточное содержание алюминия н титана в стали находится s пределах 0,005 — 0,05 и
0,005 — 0,1 вес.% соответственно. Снижение их 35 концентрации не обеспечивает благоприятных изменений в структуре, а увеличение выше верх1
Кальций и РЗМ обеспечивают глубокое раскисление и рафинирование стали. Кроме того, они положительно влияют на свойства стали, как микролегирующие добавки.
Оптимальное содержание кальция и РЗМ находится в пределах 0,005-0,8 вес.%. Меньшее их содержание не эффективно, а большее— но причине их высокой раскислительной способности вызывает избыточное образование окислов, фаз РЗМ, колониями скапливающихся на границах зерен, что резко снижает свойства
В табл. 1 представлены химические свойства предлагаемой стали в зависимости от различных концентраций дополнительно вводимых компонентов.
Время до появления
МКК, ч
ПовышеСкорость коррозии образцов, г/м ч
Механические свойства ние жидкотекучести, %
6в, кг/мм2
"1
Сталь аН, кгм/см
HRC
Известная
2,5
0,029
12 18 26 52
64
Предлагаемая
42 16 24 4 6 56
43 17 25 4,5 56
4,5
0,018
0 017
44 19 26 4,6 57
0,019
18 26 4,5 57
0,020
17 25 4,4 53
0,018
Примечание. Термическая обработка образцов состоит иэ закалки от 1020 С н низкого отпуска при 300 С.
Технология выплавки предлагаемой стали не отличается существенно от нзвеетной. Неко
45 торое отлище заключается в модифицированнв стали комплексной лигатурой и введении феррониобия в печь. Добавку лигатуры вводят под струю расплава, что не требует дополнятельных технических решений.
SO
Формула изобретения
Как видно нэ данных табл. 2, предлагаемая сталь составов 2 — 6 превосходят известную сталь состава по всему комплексу исследуемых свойств.
Весьма важным является повьииеяие твердости предлагаемой стали на 4 — 5 ед. HRC. Учитывая, что пластические характеристики и ударюя вязкость предлагаемой стали выше, чем известной, это имеет существенное значение для повышения качества режущих, мерительных, хирургических инструментов и других деталей, так как обеспечивается необходимое сочетание вязкой сердцевины и высокой твердости в поверхностном слое. В частности, относительное удлинение и сужение увеличиваются соответственно на 40 — 50 н 30 — 40%, а ударная вязкость возрастает в 1,5 раза.
Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения твердости, корз5 роэионной стойкосш, комплекса литейных и механических свойств, она дополнительно содержит ниобий, алюминий, титан, кальций н редкоземельные металлы при следующем соотI ношении компонентов, вес.%:
5 865956 6
Пря этом сталь выплавляют в индукционной в 10%-ном растворе хлористого натрия. Объем печи ЛПЗ-37. В процессе разливки расплав растворов поддерживают постоянным, проиэвообрабатывают комплекснои добавкой, содержа- дя через каждые 50 — 70 ч их смену. В каждой щей алюминий, титан, кальций и РЗМ. Ниобий серии плавок параллельно испытывают 3 обраэвводят в печь в виде феррониобия. ца Одновременно проводят испытание на стойВсе опытные составы стали исследуют на кость против МКК по методу АМ (ГОСТ 6032твердость, коррозионную стойкость, литейные 58). и Механические свойства. Твердость и меха- Из литейных свойств исследуют жидкотекунические свойства контролируют испытанием честь, как одно иэ наиболее важных свойств, стандартных образцов, изготовленных из клине- ð во многом определяющих качество отливок. видных проб, на разрыв н ударную вязкость. Жидкотекучесть стали оценивают по методу ваКоррозионную стойкость оценивают по ско- куумного всасывания путем замеров длины рости коррозии образцов и по склонности ста- заполнения расплавом кварцевой трубки диля к межкристаллитной коррозии (МКК). Ис- аметром 3 мм при разрежении 200 мм рт. ст, пытание на коррозионную стойкость проводят 1> Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Таблица 2
865956
Редкоэемельные металлы
Желеэо
Составитель Л. Суяэова
Техред A.Áaáèíåí
Корректор У. Пономаренко редактор Н. Егорова
Подписное
3акаэ 7995/41 Тираж 684
ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам иэобретений и от1срытнй
)13035, Москва, Ж-35, Рауптская иаб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Углерод
KPcMNHil
Марганец
Хром
Ниобий
Алюминий
Титан
Ц льций
0,36-0,6
0,4-0,8
0,4-0,8
12 — 14
0,05-0,20
0 005 — 0,05
0,005 — О, l
0 005 — 0,08
0,005-0,08
Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе
1. Марочник стали для машиностроения.
М., 1965, с. 483.
2. ГОСТ 5632-72. Сталь 4Х13.