СТАЛЬ Российский патент 1994 года по МПК C22C38/50 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу малоуглеродистых низколегированных сталей, используемых для производства метизов повышенной прочности методом холодной объемной штамповки.

Для изготовления метизов класса прочности 8.8 используется сталь марки 20Г2Р, содержащая, мас. % : Углерод 0,17-0,24 Марганец 0,9-1,30 Кремний 0,17-0,35 Хром не более 0,25 Бор 0,003-0,006 Алюминий 0,01-0,05 Азот не более 0,12 Железо Остальное [1]
Применение данной стали для изготовления метизов требует окончательной термообработки (закалка с отпуском), что увеличивает энергозатраты.

Наиболее близкой к изобретению по своему составу является арматурная сталь следующего химического состава, мас.%: Углерод 0,06-0,20 Марганец 1,00-1,70 Кремний 0,008-0,16 Алюминий 0,001-0,006 Хром 0,08-0,15 Азот 0,003-0,006 Кислород 0,003-0,006 Никель 0,08-0,15 Медь 0,08-0,28 Титан 0,001-0,006 Кальций 0,001-0,01 Железо Остальное [2]
Однако известная сталь после ускоренного охлаждения с прокатного нагрева и холодной деформации имеет пониженные прочность и коэффициент деформационного упрочнения, что затрудняет ее использование при изготовлении метизов повышенной прочности методом холодной объемной штамповки.

Задача изобретения - повышение прочности стали после ускоренного охлаждения и коэффициента деформационного упрочнения при холодной деформации.

Поставленная задача достигается тем, что в известной стали, содержащей углерод, марганец, кремний, алюминий, хром, азот, кислород, никель, медь, титан и железо, компоненты взяты при следующем соотношении, мас.%: Углерод 0,10-0,20 Марганец 1,00-1,80 Кремний 0,10-0,50 Алюминий 0,003-0,02 Хром 0,08-0,25 Азот 0,003-0,020 Кислород 0,003-0,008 Никель 0,08-0,25 Медь 0,08-0,25 Титан 0,04-0,10 Железо Остальное
Большее содержание кремния по сравнению с прототипом является достаточным для эффективного раскисления стали, поэтому алюминий играет роль не только дополнительного раскислителя, также и эффективного модификатора, упрочняющего сталь и препятствующего росту зерна аустенита при нагреве под деформацию и после прокатки.

Титан, содержащийся в предлагаемой стали в указанных пределах, повышает прочность и коэффициент деформационного упрочнения. Превышение указанного содержания титана в стали приводит к повышению хрупкости феррита, обогащенных титаном границ зерна и появлению в структуре стали остроугольных карбидов, карбонитридов, что приводит к снижению пластичности. Понижение содержания титана ниже указанного уровня приводит к падению эффективности его влияния на свойства стали и он работает только как модификатор.

Превышение указанного предела содержания азота в предлагаемой стали трудно осуществить из-за его ограниченного растворения в железе. Однако снижение содержания азота в стали ниже указанного предела приводит к образованию недостаточного для эффективного измельчения структуры количества нитридов алюминия и карбонитридов титана.

В предлагаемой стали допускается содержание серы и фосфора до 0,030%, примесей никеля, меди, хрома в пределах требований стандарта ГОСТ 4543-71.

В табл.1 приведен химический состав сталей, в табл.2 механические свойства на растяжение после прокатки и волочения и коэффициент деформационного упрочнения, определяемого по формуле:
K = H% где Δ σ - прирост прочности;
ε - степень деформации.

Предлагаемую и известную стали выплавляли в 40 кг индукционной печи, разливали в слитки, ковали на квадрат со стороной 35 мм и прокатывали на прутки на стане 260. После прокатки металл ускоренно охлаждали водой до температуры 700-750^oC, а затем медленно охлаждали со скоростью 1 град/мин, что соответствует охлаждению мотка на воздухе. Холодную деформацию осуществляли волочением с обжатием 19,6%. Из калиброванной стали изготавливали болты М10х60 методом холодной объемной штамповки, без завершающей термообработки.

Металл и болты испытывали на растяжение с определением временного сопротивления σ_в, относительно удлинения δ₅ и коэффициента деформационного упрочнения.

Данные, приведенные в табл.2, показывают, что показатели качества (σ_в, δ₅, k) стали предлагаемого состава лучше тех же показателей известного состава и обеспечивают получение крепежа класса прочности 8.8 методом холодной объемной штамповки без завершающей обработки (закалки и отпуска) по сравнению с известным составом.

Использование: для производства метизов повышенной прочности методом холодной объемной штамповки. Сущность изобретения: сталь содержит, мас.%: углерод 0,10 - 0,20; марганец 1,0 - 1,80; кремний 0,10 - 0,50; алюминий 0,003 - 0,02; хром 0,08 - 0,25; азот 0,003 - 0,02; кислород 0,003 - 0,008; никель 0,08 - 0,25; медь 0,08 - 0,25; титан 0,04 - 0,10; железо - остальное. 2 табл.

СТАЛЬ преимущественно для изготовления метизов методом холодной объемной штамповки, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, хром, азот, кислород, никель, медь, титан и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод 0,10 - 0,20
Марганец 1,00 - 1,80
Кремний 0,10 - 0,50
Алюминий 0,003 - 0,02
Хром 0,08 - 0,25
Азот 0,003 - 0,02
Кислород 0,003 - 0,008
Никель 0,08 - 0,25
Медь 0,08 - 0,25
Титан 0,4 - 0,10
Железо Остальное