[go: up one dir, main page]

RU2532628C1 - Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью - Google Patents

Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью Download PDF

Info

Publication number
RU2532628C1
RU2532628C1 RU2013113589/02A RU2013113589A RU2532628C1 RU 2532628 C1 RU2532628 C1 RU 2532628C1 RU 2013113589/02 A RU2013113589/02 A RU 2013113589/02A RU 2013113589 A RU2013113589 A RU 2013113589A RU 2532628 C1 RU2532628 C1 RU 2532628C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
silicon
composition
bainite
vanadium
Prior art date
Application number
RU2013113589/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013113589A (ru
Inventor
Юрий Николаевич Симонов
Михаил Юрьевич Симонов
Григорий Сергеевич Шайманов
Денис Павлович Подузов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2013113589/02A priority Critical patent/RU2532628C1/ru
Publication of RU2013113589A publication Critical patent/RU2013113589A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2532628C1 publication Critical patent/RU2532628C1/ru

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталям бейнитного класса с повышенной прокаливаемостью, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных изделий, работающих в условиях значительных ударных воздействий, сосудов высокого давления, режущего инструмента, в спецтехнике. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,10-0,20, марганец 2,0-3,0, хром 2,0-3,0, кремний 1,0-1,5, молибден 0,4-0,6, ванадий 0,08-0,12, железо - остальное. После нагрева под закалку до температуры 930°С, выдержки в течение 1 часа и охлаждения на воздухе изделия из стали имеют структуру нижнего бескарбидного бейнита. Сталь обладает повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита в области бейнитного превращения, повышенной прокаливаемостью, ударной вязкостью и трещиностойкостью при сохранении высокого уровня прочности. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к области изыскания сталей бейнитного класса, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных изделий, работающих в условиях значительных ударных воздействий, сосудов высокого давления, режущего инструмента, в спецтехнике.
Известна сталь (а.с. №836190, МПК C22C 38/24, от 16.04.79 г.), содержащая углерод, марганец, хром, кремний, молибден, ванадий, железо при следующем соотношении ингредиентов, в масс.%:
Углерод 0,1-0,2
Марганец 3,2-4,0
Хром 3,2-4,0
Кремний 0,17-0,36
Молибден 0,5-1,0
Ванадий 0,3-0,5
Железо остальное
Данный состав принят в качестве прототипа.
Известная сталь содержит в составе большое количество марганца, хрома, и, особенно - ванадия и молибдена, что приводит к сформированию в аустените спецкарбидов, не позволяющих обеспечить повышение устойчивости переохлажденного аустенита, поэтому при замедленном охлаждении, даже на воздухе, формируется структура верхнего карбидного бейнита. Отсюда - снижение прочности, трещиностойкости и ударной вязкости. Кроме того, прокаливаемость стали на уровне 110-160 мм, что ограничивает ее применение для крупногабаритных изделий с сечением более 160 мм. Для получения высокопрочной стали этого состава необходима закалка после аустенитизации с 900°C в жидкой среде (масле, соляной ванне) и отпуск при 250°C, что усложняет технологический процесс получения заданной структуры и свойств, затратно, экологически невыгодно. Состав не системно-легирован.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - углерод в количестве 0,1-0,2 масс.%, марганец, хром, кремний, молибден, ванадий, железо.
Задача изобретения - получение экономно-системно-легированной стали для работы в условиях ударных воздействий крупногабаритных изделий, обладающих повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита в области бейнитного превращения, повышенной прокаливаемостью, ударной вязкостью, трещиностойкостью при сохранении высокого уровня прочности.
Поставленная задача была решена за счет того, что известная сталь, содержащая углерод, марганец, хром, кремний, молибден, ванадий, железо, содержит ингредиенты в следующем соотношении, масс.%:
Углерод 0,10-0,20
Марганец 2,0-3,0
Хром 2,0-3,0
Кремний 1,0-1,5
Молибден 0,4-0,6
Ванадий 0,08-0,12
Железо остальное
В качестве примесей сталь может содержать, мас.%: серу до 0,009; фосфор до 0,20; медь до 0,19; титан до 0,004; никель до 0,16. Сталь после аустенитизации с прокатного нагрева охлаждают на воздухе.
Отличительным признаком заявляемого состава стали является количественное соотношение используемых ингредиентов, масс.%: марганец - 2,0-3,0; хром - 2,0-3,0; кремний - 1,0-1,5; молибден - 0,4-0,6; ванадий - 0,08-0,12; железо - остальное.
Состав имеет одновременно слабую (марганец, хром), среднюю (молибден) и сильную (ванадий) группы карбидообразователей, введенных по схеме сохранения непрерывности цепочки связей карбидообразователей Mn-Cr-Mo-V. Сохранение такой системы связей компонентов, их соотношения в заявленном диапазоне концентраций, с уменьшением концентрации от слабого к сильному карбидообразователю, но с сохранением соотношения Cr к Mn как 1:1, позволяет избежать образования спецкарбидов, ухудшающих ударную вязкость, трещиностойкость изделий и снижающих уровень прокаливаемости. Особенно это касается крупногабаритных изделий.
Получают состав стали при следующих соотношениях карбидообразователей относительно хрома, в мас. частях: Cr:Mn 1:1; Cr:Mo 1:0,2; Cr:V 1:0,04, а относительно друг друга по цепочке от хрома к ванадию, в мас.частях: Mn:Cr 1:1; Cr:Mo 1:0,2; Mo:V 1:0,2. При содержании в стали углерода до 0,2% структуру пакетного мартенсита получают на воздухе с прокатного нагрева.
Состав стали в заявленном диапазоне концентраций компонентов, сочетание и соотношение концентраций карбидообразователей между собой и с кремнием обеспечивают: при нагреве получение мелкого однородного зерна аустенита, а при медленном охлаждении на воздухе с прокатного нагрева - повышенную устойчивость переохлажденного аустенита и, как следствие - получение структуры низкоуглеродистого пакетного мартенсита.
Экспериментальные исследования структуры и свойств стали показали, что содержание кремния в количестве 1,0-1,5 масс.% в экономно-системно-легированном составе стали повышает термодинамическую активность углерода, а активность железа понижает. В результате, в процессе изотермической выдержки в области формирования нижнего бейнита или в процессе медленного охлаждения (на воздухе и с еще более низкими скоростями) в этой области атомы углерода накапливаются в аустените, но недостаток железа не позволяет выделиться цементиту. В результате формируется специфическая структура бескарбидного бейнита.
Кремний в заявляемой экономно-системно-легированной стали гомогенизирует структуру, нейтрализует процесс карбидообразования в области бейнитного превращения, позволяя легирующим элементам и углероду оставаться в аустените, тем самым, повышая его устойчивость в процессе охлаждения и деформационную стабильность при эксплуатации изделий, в первую очередь - крупногабаритных.
Кремний в состав системно-легированной стали впервые введен в количестве 1,0-1,5 масс.%. По полученным значениям ударной вязкости и трещиностойкости результат оказался неожиданным. Известно, что кремний, растворяясь в феррите, увеличивает твердость и прочность, но уменьшает вязкость стали (А.С. Самоходский. Технология термической обработки металлов. М. «Машгиз», 1962 г., с.194). Например, (Разрушение. М. «Металлургия», перевод с англ., под ред. Г. Либовиц, 1976 г., с.234, 241, 263) заявлено, что содержание кремния от 0,27 до 1,55% вязкость в стали не повышает. Заявляемая же сталь, имея высокую прочность, приобрела одновременно высокую ударную вязкость, трещиностойкость, прокаливаемость. Очевидно, неожиданный результат был получен в связи с суммарным эффектом, включающим системность легирования, соотношение компонентов и их концентрацию, добавку волокнистого легирующего кремния в оптимальных пределах, который способен организовать поверхностное или объемное дублирование своей структуры в процессе взаимодействия с другими легирующими компонентами заявляемого состава при образовании новой фазы.
Сталь заявляемого состава получают следующим образом.
Кремний, хром, молибден, марганец и ванадий вводят в печь в виде ферросплавов. Отливают пробные слитки по ГОСТ 7832-65.
Исследование проводили на образцах цилиндрической формы диаметром 3 мм и высотой 10 мм. Металлографические исследования проводили с помощью светового микроскопа на шлифах, приготовленных на поперечных сечениях ударных образцов. В качестве светового микроскопа использовали микроскоп Олимпус-GX-51. Ударная вязкость определялась на образцах с острым надрезом, KCV и на образцах с дополнительными боковыми надрезами, и KCU с U-образным надрезом. Удельная работа трещины, КСТ* и динамическая трещиностойкость, КСТ* определялась в соответствии с ГОСТ 9454-78. Термическую обработку образцов проводили в печах «Накал» при температуре нагрева под закалку 930°C, время выдержки 1 час, охлаждение на воздухе. Скорость охлаждения оценивали с помощью зачеканеной в образец хромель-алюмелевой термопары, соединенной с цифровым прибором «Термодат».
Заявляемый химический состав стали и ее свойства представлены в таблице.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены восемь сплавов: из заявляемого состава (пп.4-6), состава прототипа (пп.1-3) и состава за пределами заявляемого состава (пп.7-8). Из них три состава показали оптимальные результаты (пп.4-6 таблицы).
Заявляемый состав стали и соотношения содержания ее компонентов позволяют получать уровень прочности от 1300 МПа (см. табл. п.4) до 1380 МПа (см. табл. п.5) и далее до 1500 МПа (см. табл. п.6) при высоких характеристиках пластичности, ударной вязкости и динамической трещиностойкости (см. табл. пп.4-6).
Для обеспечения высокой устойчивости переохлажденного аустенита в состав вводят карбидообразователи всех трех групп, организуя непрерывную цепочку их для того, чтобы избежать образования спецкарбидов, перераспределяя углерод между группами в цепочке связей. Из группы слабых карбидообразователей имеется хром и марганец, взятые в соотношении 1:1 и концентрации: Cr и Mn (2,0-3,0 и 2,0-3,0 соответственно). По отношению к группе слабых карбидообразователей карбидообразователь средней силы - Mo (молибден) и сильный V (ванадий) введены в состав по убывающей, но в различных соотношениях концентраций (Mo - 0,4-0,6%, V - 0,08-0,12%).
Содержание кремния, как легирующего компонента, в количестве 1,0-1,5 масс.% в составе заявляемой стали обеспечивает повышение активности углерода и одновременно - снижение активности железа. В результате, при изотермической выдержке несколько выше температуры начала мартенситного превращения становится возможным получение весьма перспективной структуры бескарбидного бейнита, обладающего высоким уровнем характеристик механических свойств.
Введение меньшего, по сравнению с заявляемым составом, количества углерода и легирующих элементов, в том числе и кремния не позволяет обеспечить достаточно высокой устойчивости переохлажденного аустенита. К результате получается структура верхнего карбидного бейнита и, как следствие - пониженный уровень свойств (см. табл. п.7).
Введение большего, по сравнению с заявляемым составом, количества углерода и легирующих элементов, в том числе и кремния, хотя и обеспечивает получение структуры мартенсита, или бескарбидного бейнита, но приводит к охрупчиванию стали (см. табл. п.8).
Из данных таблицы видно, что, по сравнению с прототипом, заявляемый состав обладает более высокой прокаливаемостью (критический диаметр составляет 110-160 и 420-490 мм у прототипа (пп.1-3 таблицы) и заявляемого состава (пп.4-6) соответственно); несколько более высокой прочностью (предел прочности равен 1300-1360 и 1300-1500 МПа у прототипа и заявляемого состава соответственно), а также - более высокой ударной вязкостью (KCU - 73-85 и 106-108 Дж/см2 и KCV - 24-27 и 30-35 Дж/см2 у прототипа и заявляемого состава соответственно). При этом КСТ и КСТ* динамическая вязкость равна 12-15 Дж/см2.
Кроме того, заявляемый состав стали, по сравнению с прототипом, экономно-легирован, так как карбидообразующие - хром и марганец используются в значительно меньших концентрациях, а некарбидообразующий компонент кремний, являющийся дешевым, в больших концентрациях; системно-легирован, так как в нем карбидообразующие выстроены в ряд с уменьшением концентрации от хрома и марганца, взятых в соотношении 1:1, к ванадию во избежание образования спецкарбидов, ухудшающих свойства стали.
Таким образом, использование предлагаемого состава стали позволит:
1. Повысить прокаливаемость крупногабаритных изделий до 420-490 мм за счет достижения высокой устойчивости переохлажденного аустенита.
2. Гарантированно избежать образования спецкарбидов, нейтрализовать процесс карбидообразования к бейнитной области превращения переохлажденного аустенита, и неожиданно получить структуру «бескарбидный бейнит». Причем получают структуру бескарбидного бейнита в больших сечениях (до 360-370 мм) при использовании обычного термического оборудования (отпадает необходимость в соляных и селитровых печах-ваннах).
3. Увеличить ударную вязкость и трещиностойкость.
4. Упростить термообработку - закалку после аустенитизации и прокатного нагрева заготовки проводят на воздухе, а не в жидких средах, как в прототипе, что экономит закалочный материал (масло, селитру и т.д.), улучшает экологию термического производства.
Благодаря высоким прочностным свойствам, высокой ударной вязкости и высокой прокаливаемости предлагаемая сталь может быть использована в изделиях новой техники при изготовлении высоконагруженных изделий сложной конфигурации и большого сечения.
Заявляемый состав способен заменить стали - хромоникельмолибденовые типа 12Х2Г2НМФТ, особенно, с повышенным содержанием никеля (3-5%) при сохранении такого же высокого уровня прочности, ударной вязкости, трещиностойкости, повышая устойчивость переохлажденного аустенита в бейнитной области при сохранении устойчивости в перлитной области и значительно снижая стоимость сталей за счет, прежде всего, наличия дешевого кремния и отсутствия дорогостоящего никеля.
Таблица
№ п/п Содержание химических элементов, % масс. Механические свойства и прокаливаемость
C Mn Cr Mo V Si σB, МПа KCU, Дж/см2 KCV, Дж/см D, мм
Прототип
1 0,1 3,2 3,2 0,5 0,3 0,17 1300 85 27 160
2 0,15 3,6 3,6 0,8 0,1 0,25 1330 83 25 130
3 0,2 4,0 4,0 1,0 0,5 0,36 1360 73 24 110
Заявляемый состав
4 0,10 2,0 2,0 0,4 0,08 1,0 1300 108 35 490
5 0,15 2,5 2,5 0,5 0,10 1,2 1380 107 31 450
6 0,20 2,7 2,7 0,55 0,12 1,3 1500 106 30 420
7 0,09 <2,0 <2,0 0,4 0,08 <1,0 1220 92 23 75
8 0,21 >3,0 >3,0 >0,6 >0,12 >1,5 1470 64 16 110

Claims (1)

  1. Крупногабаритное изделие из стали с повышенной прокаливаемостью, содержащей углерод, марганец, хром, кремний, молибден, ванадий и железо, отличающееся тем, что сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
    Углерод 0,10-0,20 Марганец 2,0-3,0 Хром 2,0-3,0 Кремний 1,0-1,5 Молибден 0,4-0,6 Ванадий 0,08-0,12 Железо остальное

    при этом изделие после нагрева под закалку до температуры 930°С, выдержки в течение 1 часа и охлаждения на воздухе имеет структуру нижнего бескарбидного бейнита.
RU2013113589/02A 2013-03-26 2013-03-26 Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью RU2532628C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013113589/02A RU2532628C1 (ru) 2013-03-26 2013-03-26 Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013113589/02A RU2532628C1 (ru) 2013-03-26 2013-03-26 Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013113589A RU2013113589A (ru) 2014-10-10
RU2532628C1 true RU2532628C1 (ru) 2014-11-10

Family

ID=53379658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013113589/02A RU2532628C1 (ru) 2013-03-26 2013-03-26 Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532628C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578873C1 (ru) * 2014-11-25 2016-03-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Сталь с бейнитной структурой
RU2731621C1 (ru) * 2017-06-07 2020-09-07 Фоестальпине Шинен Гмбх Деталь рельсового пути и способ получения детали рельсового пути

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU836190A1 (ru) * 1979-04-16 1981-06-07 Московский Вечерний Металлургическийинститут Сталь
SU908919A1 (ru) * 1980-06-27 1982-02-28 Предприятие П/Я В-2548 Мартенситна сталь
RU2194776C2 (ru) * 1998-01-14 2002-12-20 Ниппон Стил Корпорейшн Рельсы из бейнитной стали с высокими сопротивлением усталостному разрушению поверхности и износостойкостью
EP2000554A1 (en) * 2006-03-28 2008-12-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho High-strength steel sheet having excellent workability
CN102191435A (zh) * 2011-04-28 2011-09-21 湖北嘉裕管业股份有限公司 无碳化物贝氏体钢重型钎杆
RU2477333C1 (ru) * 2011-08-29 2013-03-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Низкоуглеродистая легированная сталь

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU836190A1 (ru) * 1979-04-16 1981-06-07 Московский Вечерний Металлургическийинститут Сталь
SU908919A1 (ru) * 1980-06-27 1982-02-28 Предприятие П/Я В-2548 Мартенситна сталь
RU2194776C2 (ru) * 1998-01-14 2002-12-20 Ниппон Стил Корпорейшн Рельсы из бейнитной стали с высокими сопротивлением усталостному разрушению поверхности и износостойкостью
EP2000554A1 (en) * 2006-03-28 2008-12-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho High-strength steel sheet having excellent workability
CN102191435A (zh) * 2011-04-28 2011-09-21 湖北嘉裕管业股份有限公司 无碳化物贝氏体钢重型钎杆
RU2477333C1 (ru) * 2011-08-29 2013-03-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Низкоуглеродистая легированная сталь

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578873C1 (ru) * 2014-11-25 2016-03-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Сталь с бейнитной структурой
RU2731621C1 (ru) * 2017-06-07 2020-09-07 Фоестальпине Шинен Гмбх Деталь рельсового пути и способ получения детали рельсового пути

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013113589A (ru) 2014-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110100034B (zh) 高硬度耐磨钢以及制造该高硬度耐磨钢的方法
JP6089131B2 (ja) 高炭素冷延鋼板及びその製造方法
AU2014265214B2 (en) High strength steel exhibiting good ductility and method of production via quenching and partitioning treatment by zinc bath
AU2015272889A1 (en) Wheel for railroad car and method for manufacturing wheel for railroad car
KR20190028568A (ko) 침탄 질화 베어링 부품
JP6366326B2 (ja) 高靱性熱間工具鋼およびその製造方法
EP3730656A1 (en) Wear-resistant steel having excellent hardness and impact toughness, and method for producing same
MX2014002896A (es) Acero al cromo con bajo contenido de carbono, reducido en vanadio y alta resistencia a la corrosion, y metodos de fabricacion.
WO2010074017A1 (ja) 鋼の焼入方法
CN111511952B (zh) 具有优异的硬度和冲击韧性的耐磨钢及其制造方法
JPWO2017150738A1 (ja) マルテンサイト系ステンレス鋼部材およびその製造方法、ならびに、マルテンサイト系ステンレス鋼部品およびその製造方法
Abbaszadeh et al. Effect of austenitizing temperature on mechanical properties of the mixed bainite-martensite microstructure in CrMoV steel
KR20120125945A (ko) 몰드용 베이나이트강
CN102766818A (zh) 一种基于动态碳配分原理的qdp马氏体钢
CN112877591A (zh) 一种高强韧五金工具及链条用钢及其制造方法
RU2532628C1 (ru) Сталь для изготовления изделий с повышенной прокаливаемостью
EP3126537B1 (en) Dual-phase stainless steel
JP2006097109A (ja) 高炭素熱延鋼板およびその製造方法
US2516125A (en) Alloy steel
JP6390685B2 (ja) 非調質鋼およびその製造方法
CN115927960B (zh) 一种125Ksi钢级抗硫化氢腐蚀油井管及其制备方法
Lichańska et al. Mechanical properties and microstructure of PM Mn-Cr-Mo steels with low carbon concentration
Maisuradze et al. Microstructure and mechanical properties of calcium treated 42CRMO4 steel with improved machinability
JP2004515654A (ja) プラスチック成型工具用のスチール合金、ホルダー及びホルダー部品、及びホルダー及びホルダー部品用にタフ焼入れしたブランク
Maisuradze et al. Mechanical Properties of Alloyed Steel Grades with Superior Stability of Supercooled Austenite

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210327