RU2085610C1

RU2085610C1 - Cast ferrite-perlite steel

Info

Publication number: RU2085610C1
Application number: RU94011894A
Authority: RU
Inventors: В.А. Чащинов; Г.А. Шандыба; Л.К. Цыганко; К.П. Камышина; В.И. Володин; Е.П. Свешников; В.И. Смелов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU94011894A

Abstract

FIELD: metallurgy, more particularly ship building and other industries, manufacture of cast components of intricate configuration used in sea water and at low temperatures under considerable static and cyclic loads. SUBSTANCE: cast construction ferrite-perlite steel comprises (wt%): 0.10- 0.20 carbon; 0.12-0.40 silicon; 0.6-0.8 manganese; 0.8- 1.2 nickel; 0.6-0.9 copper; 0.15-0.20 molybdenum; 0.002- 0.01 cerium; 0.04-0.3 chromium; and the iron balance. EFFECT: improved viscosity and plasticity, greater crack resistance when castings become hardened and greater resistance to corrosion cracking when under strain. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии литейных сталей, содержащих углерод, марганец, кремний, никель, мед, молибден и используемых в судостроении, в частности для комплектующих элементов якорных цепей (вертлюгов, скоб), эксплуатирующихся в морской воде под воздействием значительных статических и циклических нагрузок. The invention relates to the field of metallurgy of foundry steels containing carbon, manganese, silicon, nickel, honey, molybdenum and used in shipbuilding, in particular for component parts of anchor chains (swivels, staples) operated in sea water under the influence of significant static and cyclic loads.

В настоящее время для изготовления указанных комплектующих элементов цепей применяются конструкционные стали перлитного класса марки 20 ГСНДМЛ и 16ГДНМЛ (авт.св. N 516578, N 492588, кл. C 2 C 38/15). Currently, for the manufacture of these components of the chain components are used structural steel pearlitic grade grade 20 GSNDML and 16HDNML (ed. St. N 516578, N 492588, class C 2 C 38/15).

Указанные стали, обладая высокой прочностью, не обеспечивают требований по пластичности и вязкости в случае их использования, например, для комплектующих элементов судовых цепей. Уровень сопротивляемости усталостному разрушению сталей не позволяет обеспечивать требуемый ресурс работы изделий и надежность в эксплуатации при экстремальных условиях. These steels, having high strength, do not provide requirements for ductility and toughness in case of their use, for example, for component parts of ship chains. The level of resistance to fatigue failure of steels does not allow to provide the required service life of products and reliability in operation under extreme conditions.

Одним из способов повышения пластичности и вязкости литейной стали перлитного класса является обеспечение мелкозернистой равномерной феррито-перлитной структуры, гарантирующей значительное повышение вязкости и пластичности материала, что достигается комплексным легированием марганцовистых сталей никелем, медью, церием. One of the ways to increase the ductility and viscosity of pearlite-grade cast steel is to provide a fine-grained uniform ferrite-pearlite structure, which guarantees a significant increase in the viscosity and ductility of the material, which is achieved by complex alloying of manganese steels with nickel, copper, and cerium.

Наиболее близкой по составу и технической сущности к заявляемой стали является сталь марки 16ГДНМЛ (авт.св. N 492588) прототип, содержащая в мас. The closest in composition and technical nature to the claimed steel is steel grade 16GDNML (ed. St. N 492588) prototype containing in wt.

Углерод 0,15 0,22
Марганец 1,1 1,4
Кремний 0,5 0,9
Никель 0,8 1,15
Медь 0,6 1,25
Молибден 0,2 0,3
Кальций 0,05 0,1
Церий 0,05 0,1
Иттрий 0,05 0,1
Железо Остальное.Carbon 0.15 0.22
Manganese 1.1 1.4
Silicon 0.5 0.9
Nickel 0.8 1.15
Copper 0.6 1.25
Molybdenum 0.2 0.3
Calcium 0.05 0.1
Cerium 0.05 0.1
Yttrium 0.05 0.1
Iron The rest.

Сталь-прототип обладает достаточно высокими характеристиками прочности
σ_0,2≥ 550МПа, σ_в≥ 70 МПа
и сопротивляемостью коррозионному растрескиванию

,
где σ_м.в. напряжение разрушений образца в морской воде;
σ_в напряжение разрушения образца на воздухе.Steel prototype has a fairly high strength characteristics
σ _0.2 ≥ 550MPa, σ _in ≥ 70 MPa
and resistance to corrosion cracking

,
where σ _m stress of destruction of the sample in sea water;
σ _in the fracture stress of the sample in air.

Однако эта сталь имеет ряд недостатков:
недостаточно высокие характеристики вязкости и пластичности (δ≥15% kv^o≥50 Дж), что приводит к снижению долговечности изделий, эксплуатирующихся в условиях статических и циклических нагрузок в коррозионной среде;
невысокая трещиноустойчивость в процессе изготовления отливок, склонная к образованию горячих и холодных трещин, которые требуют значительных затрат на ремонт и могут являться концентраторами напряжений, вызывающих разрушение деталей при эксплуатации;
повышенная линейная и разветвленная объемная усадка.However, this steel has several disadvantages:
insufficiently high viscosity and ductility characteristics (δ≥15% kv ^o ≥50 J), which leads to a decrease in the durability of products operating under static and cyclic loads in a corrosive environment;
low crack resistance in the manufacturing process of castings, prone to the formation of hot and cold cracks, which require significant repair costs and can be stress concentrators that cause the destruction of parts during operation;
increased linear and branched volumetric shrinkage.

Техническим результатом изобретения является создание литейной стали, обладающей повышенной пластичностью и вязкостью, высокой трещиноустойчивостью при затвердевании отливок, низкой линейной и объемнйой усадкой, а также высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при пониженных температурах и коррозионному растрескиванию под напряжением. Сталь предназначена для изготовления литых деталей сложной конфигурации, работающих в морской воде в условиях повторно-статического нагружения. The technical result of the invention is the creation of foundry steel with increased ductility and toughness, high crack resistance during solidification of castings, low linear and volumetric shrinkage, as well as high resistance to brittle fracture at low temperatures and stress corrosion cracking. Steel is intended for the manufacture of molded parts of complex configuration, working in sea water under conditions of re-static loading.

На основании проведенных работ установлено, что поставленная цель достигается за счет снижения в марганце-никелевой стали содержания углерода кремния, меди, ограничения содержания марганца, молибдена и дополнительного введения хрома. Based on the work performed, it was found that the goal is achieved by reducing the carbon content of silicon, copper in manganese-nickel steel, limiting the content of manganese, molybdenum and the additional introduction of chromium.

Предлагается сталь, содержащая мас. The proposed steel containing wt.

Углерод 0,10 0,20
Кремний 0,12 0,40
Марганец 0,6 0,8
Никель 0,8 1,2
Медь 0,6 0,9
Молибден 0,15 0,20
Церий 0,002 0,01
Хром 0,04 -03
Железо Остальное.Carbon 0.10 0.20
Silicon 0.12 0.40
Manganese 0.6 0.8
Nickel 0.8 1.2
Copper 0.6 0.9
Molybdenum 0.15 0.20
Cerium 0.002 0.01
Chrome 0.04 -03
Iron The rest.

Сталь может содержать примеси, мас. Steel may contain impurities, wt.

Сера не более 0,03
Фосфор не более 0,035.Sulfur no more than 0,03
Phosphorus no more than 0,035.

Условное обозначение стали 16ДНМЛ. The symbol for steel 16DNML.

Предлагаемая сталь исследовалась на металле лабораторных и промышленных плавок по следующим характеристикам:
механические свойства проверены на 20 лабораторных и 3 промышленных плавках;
оценка сопротивляемости коррозионному растрескиванию под напряжением и хрупкому разрушению при пониженных температурах проводилась на 5 лабораторных и 3 промышленных плавках;
определение трещиноустойчивости при затвердевании и склонности к линейной и разветвленной объемной усадке проводилось на 5 лабораторных и 3 промышленных плавках.The proposed steel was investigated on metal laboratory and industrial swimming trunks according to the following characteristics:
mechanical properties tested on 20 laboratory and 3 industrial swimming trunks;
assessment of resistance to stress corrosion cracking and brittle fracture at low temperatures was carried out on 5 laboratory and 3 industrial heats;
determination of crack resistance during solidification and a tendency to linear and branched volume shrinkage was carried out on 5 laboratory and 3 industrial melts.

Для сравнения исследовались механические свойства, сопротивляемость коррозионному расстрескиванию, хрупкому разрушению при пониженных температурах и литейные характеристики известной стали прототипа (таблица). For comparison, we studied the mechanical properties, resistance to corrosion cracking, brittle fracture at low temperatures and casting characteristics of the known steel of the prototype (table).

Определение механических свойств и сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженной температуре (T_k) проводилась по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, сопротивляемость коррозионному растрескиванию по методике ЦНИИКМ "Прометей", литейные свойства по методике Санкт-Петербургского государственного технического университета.The determination of mechanical properties and resistance to brittle fracture at low temperature (T _k ) was carried out in accordance with GOST 1497-84, GOST 9454-78, resistance to corrosion cracking according to the methodology of TsNIIKM "Prometey", casting properties according to the methodology of St. Petersburg State Technical University.

По сравнению с известной сталью-прототипом предлагаемая сталь обладает следующими преимуществами. Compared with the known prototype steel, the proposed steel has the following advantages.

1. Более высокими характеристиками пластичности и вязкости, повышенной сопротивляемость коррозионному растрескиванию за счет снижения стали кремния (до 0,12 0,40%), углерода (до 0,10 0,20%), меди (до 0,6 0,9%). 1. Higher ductility and viscosity characteristics, increased resistance to corrosion cracking by reducing silicon steel (up to 0.12 0.40%), carbon (up to 0.10 0.20%), copper (up to 0.6 0.9 %).

Снижение содержания молибдена в стали до указанных пределов при уменьшении содержания углерода значительно замедляют скорость процессов карбидообразования и гарантирует отсутствие в структуре специальных карбидов, охрупчивающих сталь. Ограничение и снижение в стали содержания меди, снижает склонность стали к дисперсионному твердению, что способствует повышению вязкости металла. A decrease in the molybdenum content in steel to the indicated limits with a decrease in carbon content significantly slows down the rate of carbide formation and guarantees the absence of special carbides in the structure that embrittle steel. Limiting and reducing the copper content in steel reduces the tendency of steel to dispersion hardening, which contributes to an increase in the viscosity of the metal.

Суммарное уменьшение количества углерода, кремния и молибдена, снижающих скорость распада аустенита в районе перлитного превращения, позволяет получить в структуре стали увеличенное количество ферритной составляющей, обеспечивающей повышенную пластичность материала. The total decrease in the amount of carbon, silicon and molybdenum, which reduce the rate of decomposition of austenite in the region of pearlite transformation, allows to obtain an increased amount of ferritic component in the steel structure, which provides increased ductility of the material.

2. Более высокой трещиноустойчивостью в процессе затвердевания, благодаря снижению в стали содержания углерода, марганца и кремния, что снижает температурный интервал образования горячих трещин и значительно уменьшает фазовые напряжения в температурном интервале образования холодных трещин. 2. Higher crack resistance during solidification, due to a decrease in the content of carbon, manganese and silicon in steel, which reduces the temperature interval for the formation of hot cracks and significantly reduces phase stresses in the temperature range for the formation of cold cracks.

3. Более равномерной мелкозернистой структурой в различных сечениях отливки, высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при пониженных температурах, благодаря введению сталь церия в количестве 0,002 0,01% по массе, измельчающего первичное зерно. 3. A more uniform fine-grained structure in various sections of the casting, high resistance to brittle fracture at low temperatures, due to the introduction of cerium steel in an amount of 0.002 to 0.01% by weight, grinding the primary grain.

Указанные преимущества позволяют использовать предлагаемую сталь для изделий ответственного назначения, имеющих сложную конфигурацию, работающих в морской воде под воздействием ударных и циклических нагрузок, также в условиях крайнего севера при пониженных температурах. These advantages allow us to use the proposed steel for critical products having a complex configuration, working in sea water under the influence of shock and cyclic loads, also in the extreme north at low temperatures.

Для получения требуемых механических свойств отливки из предлагаемой стали подвергаются нормализации при температуре 980^o C, закалке при 950^o C и отпуску при 630 660^o C с охлаждением в воде.To obtain the required mechanical properties, the castings of the proposed steel are normalized at a temperature of 980 ^o C, quenched at 950 ^o C and tempered at 630 660 ^o C with cooling in water.

В термически обработанном состоянии структура стали представляет мелкодисперсную феррито-перлитную смесь (отпущенний нижний бейнит). In a heat-treated state, the steel structure is a finely divided ferrite-pearlite mixture (tempered lower bainite).

Приведенный выше режим термической обработки обеспечивает следующий уровень механических свойств стали:

Критическая температура перехода от вязкого в хрупкое состояние при динамическом нагружении (T_k) составляет 30^o C.The above heat treatment mode provides the following level of mechanical properties of steel:

The critical temperature of the transition from viscous to brittle state under dynamic loading (T _k ) is 30 ^o C.

Предлагаема сталь обладает хорошей технологичностью при литье и может быть использована для отливок сечением до 130 мм, в том числе комплектующих элементов якорных цепей (вертлюгов и скоб) калибром (максимальным сечением до 107 мм). The proposed steel has good processability during casting and can be used for castings with a cross section up to 130 mm, including component parts of anchor chains (swivels and staples) in caliber (maximum cross section up to 107 mm).

При использовании предлагаемой стали для изготовления вертлюгов и скоб (взамен применяемых в настоящее время стали марок 16ГДНМЛ и 207СНДМЛ) может быть получен значительный экономический эффект за счет повышения срока службы деталей в 1,5 2 раза. When using the proposed steel for the manufacture of swivels and brackets (instead of the currently used steel grades 16ГДНМЛ and 207СНДМЛ), a significant economic effect can be obtained by increasing the service life of parts by 1.5 2 times.

Claims

Ferrite-pearlite cast steel containing carbon, silicon, manganese, nickel, copper, molybdenum, cerium, iron, characterized in that it additionally contains cerium in the following ratio of components, wt.

Carbon 0.1 0.2
Silicon 0.12 0.40
Manganese 0.6 0.8
Nickel 0.8 1.2
Copper 0.6 0.9
Molybdenum 0.15 0.20
Cerium 0.002 0.01
Chrome 0.04 0.3
Iron Else
while the total content of carbon, silicon and molybdenum is not higher than 0.78.