Сталь
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочностной стали для изготовления холодной штамповкой деталей, работающих в условиях ударнодинамических нагрузок при обеспечении высоких требований по надежности. Сталь имеет преимущества по технологичности при изготовлении деталей методом холодной штамповки и надежности при эксплуатации перед существующими сталями. Предлагаемая сталь дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, % массовых: углерод 0,40 - 0,45, марганец 0,50 - 0,70, кремний 1,50 - 1,70, хром 1,00 - 1,40, никель 1,10 - 1,45, молибден 0,35 - 0,50, кальций 0,003 - 0,010, железо - остальное. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали для изготовления холодной штамповкой деталей, работающих в условиях ударнодинамических нагрузок при обеспечении высоких требований по надежности.
Известна широкая гамма высокопрочных сталей, легированных углеродов, кремнием, хромом, никелем или марганцем (см. например: Марочник сталей и сплавов. М. : Машиностроение, 1989 г.), обладающих достаточной технологичностью. Так, сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543-71, имеющая следующий состав (мас.%): Углерод - 0,28 - 0,34 Кремний - 0,90 - 1,20 Марганец - 0,80 - 1,10 Хром - 0,80 - 1,10 Железо - Остальное В отожженном состоянии имеет свойства: Предел текучести - < 450 МПа Относительное удлинение - >15%. Термообработка на максимальную прочность позволяет достигнуть уровня предела текучести >1400 МПа, однако при этом ударная вязкость (КСУ) не превышает 3,5 - 4,0 Дж/см2. Повышение содержания углерода и кремния, с дополнительным модифицированием молибденом и ванадием в стали по а.с. СССР от 30.05.1981 г. N 834215 при соотношении компонентов (мас.%): Углерод - 0,38 - 0,45Марганец - 0,30 - 0,70
Кремний - 1,60 - 2,0
Хром - 0,60 - 1,0
Молибден - 0,15 - 0,25
Ванадий - 0,05 - 0,10
Железо - Остальное
позволяет повысить в термообработанном состоянии предел текучести >1500 МПа и ударную вязкость > 5,0 Дж/см2. Однако при этом происходит снижение технологичности при холодной штамповке, так как повышаются прочностные характеристики в отожженном состоянии: предел текучести составляет 550 - 600 МПа. Наиболее близкой к предлагаемой стали является сталь 45ХН2МФА по ГОСТ 4543-71, рекомендуемая к применению в тяжелонагруженных деталях, испытывающих переменные и динамические нагрузки. Сталь имеет следующий химический состав (мас.%):
Углерод - 0,42 - 0,50
Марганец - 0,50 - 0,80
Кремний - 0,17 - 0,37
Хром - 0,80 - 1,10
Никель - 1,30 - 1,80
Молибден - 0,20 - 0,30
Ванадий - 0,10 - 0,18
Железо - Остальное
В термообработанном состоянии сталь имеет предел текучести >1700 МПа при ударной вязкости >5,0 Дж/см2 и удовлетворительные свойства в отожженном состоянии; предел текучести 450 - 500 МПа, относительное удлинение 17 - 20%. Недостатком известной стали является низкая надежность работы деталей в условиях ударно-динамического нагружения вследствие высокой чувствительности к наличию поверхностных и внутренних дефектов, что проявляется при контроле в снижении характеристик KIC до уровня <250 кгс3/мм2. Цель изобретения - повышение надежности и связанного с ней уровня вязкопластических свойств, с одновременным обеспечением технологичности при холодной штамповке. Указанная цель достигается тем, что в сталь дополнительно вводят кальций при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Углерод - 0,40 - 0,45
Кремний - 1,50 - 1,70
Марганец - 0,50 - 0,70
Хром - 1,00 - 1,40
Никель - 1,10 - 1,45
Молибден - 0,35 - 0,50
Кальций - 0,003 - 0,010
Железо - Остальное
Сталь имеет в исходном состоянии предел текучести <500 МПа, в термообработанном >1700 МПа при ударной вязкости >6,0 Дж/см2 и KIC >300 кгс3/мм2. Пределы содержания кальция в стали регламентируются необходимостью получения мелкозернистой однородной структуры литого металла, снижение количества и величины неметаллических включений, что позволяет повысить надежность изделий из деформированных полуфабрикатов. Кроме того, при производстве предлагаемой стали введение кальция позволяет получать кремний в очень узких пределах (1,5 - 1,7 мас.%), что гарантирует стабильность свойств металла. Авторами известно из литературы (см., например: Кнеоппель Г. Раскисление и вакуумная обработка. М.: Металлургия, 1984 г; Щульте Ю.А. Неметаллические включения в электростали. М.: Металлургия, 1964 г) использование кальция в качестве модификатора. Но при этом кальций используется, в основном, при производстве сталей с повышенной обрабатываемостью. И неизвестно использование как стабилизатора свойств. Содержание прочих компонентов определяется необходимостью достижения высокого уровня прочностных и вязко-пластических свойств. Сталь для изготовления защитных, противоударных элементов выплавляли в промышленных условиях в 100-тонной дуговой электропечи с последующей разливкой на установке непрерывной разливки. Кальций вводили при выпуске на струю стали в виде сплава ферросиликокальция из расчета введения 0,030 мас.% кальция. При этом регламентировали содержание примесей: серы и фосфора не более 0,015 мас.%, а алюминия и титана - не более 0,05 мас.% каждого, мышьяка - не более 0,008 мас.%. При разливке стали осуществляли защиту ее от окисления на участке стальковш-промковш-кристаллизатор с использованием огнеупорных стаканов, аргона и защитно-смазывающих огнеупорных смесей. После прокатки слябов на горячекатанный и холоднокатанный лист вырезали образцы на специальные динамические испытания по методике НИИСТ МВД РФ. Испытания показали существенное повышение надежности результатов по сравнению с аналогом (см. таблицу). Таким образом, введение в сталь кальция и заявляемого соотношения компонентов позволяет достичь необходимого положительного эффекта и повысить служебные характеристики изделий.
Формула изобретения
Марганец 0,5 0,7
Кремний 1,5 1,7
Хром 1,0 1,4
Никель 1,1 1,45
Молибден 0,35 0,5
Кальций 0,003 0,01
Железо Остальноеи
РИСУНКИ
Рисунок 1