PL182920B1

PL182920B1 - Stal do wytwarzania elementu kutego i sposób wytwarzania elementu kutego

Info

Publication number: PL182920B1
Application number: PL97318366A
Authority: PL
Inventors: Jacques Bellus; Pierre Jolly; Claude Pichard; Vincent Jacot; Christian Tomme; Daniel Robat
Original assignee: Ascometal Sa
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2002-04-30
Also published as: CA2196029A1; HUP9700269A3; NO970548L; DE69728076D1; PL318366A1; PT787812E; DK0787812T3; FR2744733B1; CZ293691B6; SI9700025B; NO970548D0; EP0787812A1; AR005719A1; MX9700924A; ATE262047T1; HUP9700269A2; US5820706A; DE69728076T2; FR2744733A1; CZ37897A3

Abstract

2. Sposób wytwarzania elementu kutego, znamienny tym, ze dostarcza sie kes ze stali, której sklad chemiczny zawiera wagowo 0,1% = C = 0,4%, 1% = Mn = 1,8%, 0,15% = = Si = 1,7%,0% = Ni =1 %, 0% = Cr = 1,2%, 0% = Mo = = 0,3%, 0% = V = 0,3%, Cu = 0,35% oraz ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, ewentualnie 0,0005% do 0,01% bo- ru, ewentualnie 0,005% do 0,03% tytanu, ewentualnie 0,005% do 0,06% niobu, ewentual- nie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1% olo- wiu, reszte stanowi zelazo i zanieczyszczenia wynikajace z obróbki, kuje sie go na goraco dla otrzymania tego elementu, po czym poddaje sie ten element obróbce cieplnej obejmu- jacej chlodzenie od temperatury, w której stal jest calkowicie austenityczna, do temperatu- ry Tm zawartej miedzy Ms + 100°C i Ms - 20°C z predkoscia chlodzenia Vr wyzsza o 0,5°C/s, a nastepnie utrzymuje sie ten element miedzy temperatura Tm i temperatura Tf wyzsza lub równa Tm - 100°C podczas co najmniej 2 minut tak, aby otrzymac strukture zawierajaca co najmniej 15% bainitu dolnego utworzonego miedzy Tm i Tf, i ponizej 20% ferrytoperlitu, przy czym Ms jest temperatura poczatku przemiany martenzytycznej w stali. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal do wytwarzania elementu kutego i sposób wytwarzania elementu kutego o wysokich własnościach mechanicznych. Elementy kute o wysokich własnościach mechanicznych, ze stali, a zwłaszcza samochodowe części kute o wysokich własnościach, są wytwarzane różnymi technologiami, z których każda posiada pewne niedogodności.

Zgodnie z pierwszą technologią, elementy są wykonane ze stali chromomolibdenowej, której skład chemiczny zawiera wagowo 0,25% do 0,45% węgla, około 1% chromu i około 0,25% molibdenu. Elementy są najpierw kute, a następnie poddane obróbce cieplnej hartowania i odpuszczania, w celu nadania im struktury martenzytycznej odpuszczania dla otrzymania wytrzymałości na rozciąganie rzędu 1000 MPa. Niedogodnością tej technologii jest to, że jest kosztowna i wywołuje niekiedy geometryczne odkształcenia elementów.

Zgodnie z inną technologią, elementy są wykonane ze stali zawierającej 0,3% do 0,4% węgla, 1% do 1,7% manganu, 0,25% do 1% kizemu i do 0,1% wanadu. Po kuciu, elementy są wolno chłodzone, aby nadać im strukturę ferrytyczno-perlityczną, Ta technologia jest mniej kosztowna od poprzedniej ale ma jednak wiele niedogodności, takich jak to, że nie jest możliwe uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie R^ większej od 1000 MPa, że stosunek granicy sprężystości do wytrzymałości na rozciąganie R^/Rm J^est niższy od 0,75, a to ogranicza możliwość wydłużania elementów wówczas, gdy są wymiarowane w szczególności w zależności od granicy sprężystości, że temperatura przemiany udamościowej jest wyższa o 50°C, a to prowadzi do małej wytrzymałości na uderzenia oraz, że niekiedy jest konieczne przystosowanie urządzeń technologicznych przez dodanie tuneli chłodzących dla otrzymania odpowiedniego chłodzenia po kuciu.

Elementy kute mogą również być wykonane ze stali zawierającej mniej węgla niż w przypadkach poprzednich i mogą być hartowane w wodzie po kuciu na gorąco, aby nadać im strukturę bainityczną lub bainito-martenzytyczną. Ta technologia umożliwia otrzymanie wytrzymałości na rozciąganie R^ wyższej od 1000 MPa, i granicy sprężystości R^ wyższej od 800 MPa, ale jej niedogodnością jest konieczność hartowania w wodzie, które niekiedy wywołuje odkształcenia geometryczne narzucając stosowanie operacji prostowania elementów, które mogą być nawet wadliwe.

Wreszcie, niektóre elementy wykonane są ze stali zawierającej 0,3% do 0,4% węgla i 1,9% do 2,5% manganu. Po kuciu, są one chłodzone powietrzem tak, że mają strukturę bainityczną o wysokich własnościach mechanicznych. Jednakże, te elementy mają często pasma posegregowane o strukturze martenzytycznej powodującej trudną obróbkę skrawaniem.

Celem wynalazku jest zaproponowanie stali i sposobu wytwarzania elementów kutych o wysokich własnościach mechanicznych, które usuwają te niedogodności.

Cel wynalazku osiągnięto przez zastosowanie stali do wytwarzania elementu kutego, której skład chemiczny zawiera wagowo 0,1% < C < 0,4%, 1% < Mn < 1,8%, 0,15% < Si < 1,7%, 0% < Ni < 1%, 0% < Cr < 1,2%, 0% < Mo < 0,3%, 0% < V < 0,3%, Cu < 0,35% oraz ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, ewentualnie 0,0005% do 0,01% boru, ewentualnie 0,005% do 0,03% tytanu, ewentualnie 0,005% do 0,06% niobu, ewentualnie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1% ołowiu, resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki.

Korzystnie, zawartość węgla jest niższa lub równa 0,3%, korzystnie również zawartość manganu jest niższa od 1,6%.

Zgodnie z przewidywanym rodzajem zastosowań, zawartość krzemu może być korzystnie, bądź wyższa od 1,2% bądź niższa od 0,8%.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania elementu kutego, w którym dostarcza się kęs ze stali, której skład chemiczny zawiera wagowo 0,1% < C < 0,4%, 1% < Mn < 1,8%, 0,15% < Si < 1,7%, 0% <Ni < Cl 1%, 0% < Cr < 1,2%, 0% < Mo < 0,3%, 0% < V < 0,3%, Cu < 0,35% oraz ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, ewentualnie 0,0005% do 0,01% boru, ewentualnie 0,005% do 0,03% tytanu, ewentualnie 0,005% do 0,06% niobu, ewentualnie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1%

182 920 ołowiu, resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki, kuje się go na gorąco dla otrzymania tego elementu, po czym poddaje się ten element obróbce cieplnej zawierającej chłodzenie od temperatury, w której stal jest całkowicie austenityczna aż do temperatury T_mzawartej między M_s + 100°C i M_s - 20°C z prędkością chłodzenia V_r wyższą o 0,5°C/s, a następnie utrzymuje się ten element w temperaturze między T_m i T_f, przy czym T_f > T_m - 100°C, a korzystnie T_f > T_m - 60°C podczas co najmniej 2 minut tak, aby otrzymać strukturę zawierającą co najmniej 15%, a korzystnie co najmniej 30% bainitu utworzonego między temperaturami T_m i T_f.

Korzystnie, prędkość chłodzenia V_r jest wyższa o 2°C/s.

Po przetrzymaniu w temperaturze między T_m i T_f, element chłodzi się do temperatury otoczenia i ewentualnie poddaje się wyżarzaniu w temperaturze między 150°C i 650°Ć.

Po przetrzymaniu w temperaturze między T_m i T_f, element korzystnie podgrzewa się do temperatury niższej od 650°C, a następnie chłodzi się do temperatury otoczenia.

Obróbkę cieplną przeprowadza się po podgrzaniu elementu do temperatury wyższej od A_c3 bądź bezpośrednio po kuciu.

Wynalazek zostanie bardziej szczegółowo, ale nieograniczająco opisany i zilustrowany na przykładach, które przedstawiono poniżej.

Skład chemiczny stali według wynalazku zawiera wagowo ponad 0,1% węgla, a korzystnie ponad 0,15%, aby otrzymać wystarczającą twardość, ale poniżej 0,4%, a korzystnie poniżej 0,3%, aby ograniczyć wytrzymałość na rozciąganie R_m do 1200 MPa, ponad 1% manganu, aby otrzymać wystarczająhartowność, ale poniżej 1,8%, a korzystnie poniżej 1,6%, aby uniknąć tworzenia się pasm posegregowanych, ponad 0,15% krzemu, aby utwardzić ferryt i ewentualnie, aby ułatwić tworzenie się austenitu szczątkowego, który podwyższa granicę wytrzymałości na zmęczenie, ale poniżej 1,7% gdyż przy wyższej zawartości, powoduje kruchość stali, przy czym zawartość między 0,15% i 0,8% krzemu utwardza ferryt bez ułatwiania tworzenia się austenitu szczątkowego, natomiast zawartość między 1,2% i 1,7% krzemu ułatwia wystarczająco tworzenie się austenitu szczątkowego, aby podwyższyć granicę wytrzymałości na zmęczenie zależnie od zastosowania z tym, że zawartość krzemu może być wybrana w jednym z tych zakresów, 0% do 1% niklu, 0% do 1,2% chromu i 0% do 0,3% molibdenu, aby uzyskać odpowiednią hartowność, ewentualnie tytan o zawartości między 0,005% i 0,03%, ewentualnie niob o zawartości między 0,005% i 0,06%, ewentualnie bór o zawartości między 0,0005 i 0,01%, aby uzupełnić wpływ pierwiastków poprzednich na hartowność; w tym przypadku jest korzystne aby stal zawierała tytan dla wzmocnienia wpływu boru, 0% do 0,3% wanadu, aby zwiększyć twardość i polepszyć hartowność, poniżej 0,35% miedzi, która jest pierwiastkiem szczątkowym często obecnym w stali otrzymywanej ze złomu, ale która w nadmiernej ilości pogarsza kowalność, ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, aby zapewnić odtlenianie stali i aby regulować wzrost ziaren austenitycznych, zwłaszcza wówczas, gdy zawartość krzemu jest niższa od 0,5%, ewentualnie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1% ołowiu dla polepszenia skrawalności, resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki.

Aby wytworzyć element kuty, dostarcza się kęs stalowy według wynalazku i kuje się go na gorąco po podgrzaniu do temperatury wyższej od A_c3, korzystnie wyższej od 1150°C, a korzystniej zawartej między 1200°C i 1280°C tak, aby nadać mu strukturę całkowicie austenityczną i wystarczająco małe naprężenia płynięcia plastycznego.

Po kuciu, element poddaje się obróbce cieplnej, która może być dokonana bądź bezpośrednio przez ogrzewanie podczas kucia, bądź po chłodzeniu elementu i ponownym nagrzaniu powyżej temperatury A_c3 stali.

Obróbka cieplna zawiera chłodzenie z prędkością chłodzenia V_r mierzoną po przekroczeniu 700°C, wyższą o 0,5°C/s, korzystnie wyższą o 2°C/s, aż do temperatury T_m zawartej między M_s + 100°C i M_s - 20°C, przy czym M_s jest temperaturą początku przemiany martenzytycznej stali. Po tym chłodzeniu następuje utrzymanie temperatury w czasie dłuższym od 2 minut między temperaturę i temperaturą T_f > T_m - 100°C, korzystnie T_f > T_m - 60°C. Po tym następuje, bądź chłodzenie do temperatury otoczenia, ewentualnie uzupełnione przez wy

182 920 żarzanie w temperaturze między 150°C i 650°C, bądź podgrzewanie do temperatury niższej lub równej 650°C przed chłodzeniem do temperatury otoczenia.

Ta obróbka cieplna ma na celu nadanie elementowi struktury na ogół bainitycznej zawierającej poniżej 20% ferrytu i co najmniej 15%, a korzystnie co najmniej 30% bainitu dolnego utworzonego między T_m i T_f. Ta obróbka może być dokonana na całym elemencie lub na jego jednej części mającej szczególne przeznaczenie.

Warunki utrzymania temperatury T_m, T_f, czas utrzymania, jak również proporcje każdej ze struktur, a w szczególności proporcja bainitu dolnego, mogą być określone w sposób znany dla specjalisty, za pomocą pomiarów dylatometrycznych prętów próbnych.

Tak otrzymane elementy mają wytrzymałość na rozciąganie R^ zawartą między 950 MPa i 1150 MPa, granicę sprężystości Rp_{0 2} wyższą od 750 MPa, udamość Mesnagera K większą od 25 J/cm² przy temperaturze 20°C, skrawalność co najmniej równą skrawalności elementów mających strukturę ferrytyczno-perlityczną i dobrą wytrzymałość na zmęczenie: afyR^ > 0,5 przy przeginaniu obrotowym 2 χ 10⁶ cykli.

Tytułem pierwszego przykładu wytworzono wał ze stali, której skład chemiczny zawierał w % wagowo:

c	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Cu	V	Al	B	Ti	Nb
0,25	0,5	1,67	0,09	0,52	-	0,199	0,2	0,03	-	0,02	-

ta stal zawierała ponadto 0,065% S, aby polepszyć skrawalność. Jej temperatura M_s była 380°C.

Element był kuty na gorąco w temperaturze między 1280°C i 1050°C. Bezpośrednio po kuciu, element był chłodzony w powietrzu nadmuchiwanym z prędkością 2,6°C/s do temperatury 425°C, następnie był utrzymywany w temperaturze między 425°C i 400°C przez 10 minut, wreszcie element był chłodzony do temperatury otoczenia przez chłodzenie naturalne na powietrzu.

Tak otrzymany element miał strukturę zawierającą co najmniej 80% bainitu. Miał on następujące cechy:

R_m = 1100 MPa

Rp_0>2 = - 870 MPa

A% = 10%

Z = 60 %

Tytułem drugiego przykładu, wytworzono zwrotnicę ze stali, której skład chemiczny zawierał w % wagowo:

c	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Cu	V	Al	B	Ti	Nb
0,25	0,5	1,63	0,006	0,51	0,09	0,196	0,107	0,038	0,003	0,023	-

ta stal zawierała ponadto 0,05% S, aby polepszyć jej skrawalność. Jej temperatura IM wynosiła 385°C.

Element był kuty na gorąco w temperaturze między 1270°C i 1040°C. Bezpośrednio po kuciu, element był chłodzony przez powietrze nadmuchiwane z prędkością 2,6°C/s do temperatury 400°C, a następnie był utrzymywany w temperaturze między 400°C i 380°C przez 10 minut, po czym został podgrzany do temperatury 550°C w ciągu 1 godziny, a następnie był chłodzony do temperatury otoczenia przez naturalne chłodzenie na powietrzu.

R_m = 967 MPa

Rp₀₂ 822 MPa

A% = 12 %

Z = 60 %

182 920

Tytułem trzeciego przykładu, wytworzono przegub ze stali, której skład chemiczny zawierał w % wagowo:

c	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Cu	V	Al	B	Ti	Nb
0,28	0,79	1,63	0,05	0,5	0,09	0,19	-	0,04	0,0033	0,023	-

ta stal zawierała ponadto 0,06% S, aby polepszyć skrawalność. Jej temperatura M_s była

Element był kuty na gorąco w temperaturze między 1270°C i 1060°C. Bezpośrednio po kuciu, element był chłodzony powietrzem z prędkością l,19°C/s do temperatury 380°C, następnie był utrzymywany w temperaturze między 380°C i 360°C podczas 10 minuf a wreszcie ten element był chłodzony do temperatury otoczenia przez naturalne chłodzenie na powietrzu.

= 1170 MPa

Rptu = 947 MPa

A% = 8 %

Z = 50 %

Tak otrzymane elementy mogą być zwłaszcza częściami samochodowymi takimi jak wahacze, wały napędowe, korbowody, ale mogą być również wałami, krzywkami lub innymi elementami kutymi różnych maszyn.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Stal do wytwarzania elementu kutego, znamienna tym, że jej skład chemiczny zawiera wagowo 0,1% < C < 0,4%, 1% < Mn < 1,8%, 1,2% < Si < 1,7%, 0% < Ni < 1%, 0% < Cr < 1,2%, 0% < Mo < 0,3%, 0% < V < 0,3%, Cu < 0,35% oraz ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, ewentualnie 0,0005% do 0,01% boru, ewentualnie 0,005% do 0,03% tytanu, ewentualnie 0,005% do 0,06% niobu, ewentualnie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1% ołowiu, resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki.
2. Sposób wytwarzania elementu kutego, znamienny tym, że dostarcza się kęs ze stali, której skład chemiczny zawiera wagowo 0,1% < C < 0,4%, 1% < Mn < 1,8%, 0,15% < Si < 1,7%, 0% < Ni < 1%, 0% < Cr < 1,2%, 0% < Mo < 0,3%, 0% < V < 0,3%, Cu < 0,35% oraz ewentualnie 0,005% do 0,06% glinu, ewentualnie 0,0005% do 0,01% boru, ewentualnie 0,005% do 0,03% tytanu, ewentualnie 0,005% do 0,06% niobu, ewentualnie 0,005% do 0,1% siarki, ewentualnie do 0,006% wapnia, ewentualnie do 0,03% teluru, ewentualnie do 0,05% selenu, ewentualnie do 0,05% bizmutu, ewentualnie do 0,1% ołowiu, resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki, kuje się go na gorąco dla otrzymania tego elementu, po czym poddaje się ten element obróbce cieplnej obejmującej chłodzenie od temperatury, w której stal jest całkowicie austenityczna, do temperatury T_m zawartej między Nf + 100°C i M_s - 20°C z prędkością chłodzenia V_r wyższą o 0,5°C/s, a następnie utrzymuje się ten element między temperaturą T_m i temperaturą T_f wyższą lub równą T_m - 100°C podczas co najmniej 2 minut tak, aby otrzymać strukturę zawierającą co najmniej 15% bainitu dolnego utworzonego między T_m i T_f, i poniżej 20% ferrytoperlitu, przy czym Νζ jest temperaturą początku przemiany martenzytycznej w stali.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stal zawiera poniżej 0,3% węgla.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że stal zawiera poniżej 1,6% manganu.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stal zawiera poniżej 0,8% krzemu.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stal zawiera powyżej 1,2% krzemu.
7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że utrzymywanie temperatury wybiera się tak, że struktura zawiera co najmniej 30% bainitu dolnego utworzonego między T_m i T_f.
8. Sposób według zastrz. 2 albo 7, znamienny tym, że temperatura T_f iest wyższa lub równa T_m-60°C.
9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że prędkość chłodzenia V_r jest wyższa o 2°C/s.
10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że po utrzymaniu temperatury między T_mi T_f, element chłodzi się do temperatury otoczenia.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że w trakcie obróbki cieplnej ponadto prowadzi się wyżarzanie w temperaturze między 150°C i 650°C.
12. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że po utrzymaniu temperatury między T_mi T_f, element podgrzewa się do temperatury niższej od 650°C, a następnie chłodzi się go do temperatury otoczenia.
13. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że obróbkę cieplną przeprowadza się po podgrzaniu elementu do temperatury wyższej od A^
14. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że obróbkę cieplną przeprowadza się bezpośrednio po kuciu.

182 920