АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ Российский патент 1999 года по МПК C22C38/40 

Описание патента на изобретение RU2128724C1

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированной автоматной стали используемой в металлургии.

Известна автоматная сталь (1)Ю содержащая углерод, марганец, серу, висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,06 - 1,0
Марганец - 0,3 - 1,6
Сера - 0,03 - 0,50
Висмут - 0,05 - 0,40
Железо - Остальное
Кроме того в состав стали в качестве примесей может входить кремний не более 0,30%, фосфор не более 0,12%. Микроструктура стали содержит включения сульфида марганца, которые инициируют образование микротрещин, и висмутсодержащие включения, охрупчивающие металл во время механической обработки резанием за счет образования жидкой фазы.

Недостатками известной стали является следующее: при превышении уровня содержания висмута выше предельной растворимости висмута в жидкой стали снижаются механические свойства стали независимо от химического состава, за счет которого они были достигнуты, не указано содержание серы и висмута, при которых достигается регламентированная обрабатываемость стали при сохранении требуемых механических свойств, химический состав стали не обеспечивает механических свойств, требуемых для изготовления деталей со специфическими свойствами.

Кроме того, известна легированная свинецсодержащая сталь (2) высокой обрабатываемости резанием АС12ХН, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, свинец при следующем соотношении компонентов, мас%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Свинец - 0,15 - 0,30
Железо - Остальное.

Сталь используют для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении и машиностроении на станках автоматах и полуавтоматах.

Недостатками этой стали являются: невозможность реализовать потенциальную производительность станков автоматов и полуавтоматов, так как свинец - компонент повышающий обрабатываемость стали резанием, исчерпал возможность к дальнейшему повышению обрабатываемости. Сера и фосфор, инициирующие повышение обрабатываемости при их содержании вплоть до предельного, в сочетании со свинцом влияния на обрабатываемость практически не оказывают. Увеличение содержания серы и фосфора сверх предельного невозможно из-за снижения механических свойств стали, что делает сталь непригодной для изготовления деталей, принятых за базовые, выпотевание свинца на поверхность полосы во время прокатки снижает коэффициент трения между полосой и валками, в результате ухудшается захват полосы в валках, а это снижает производительность и безопасность труда при прокатке; токсичность свинца ухудшает экологическую обстановку, что ограничивает производство свинецсодержащей стали и не полно удовлетворяет потребности в металле повышенной обрабатываемости в автомобилестроении и машиностроении.

Данная сталь наиболее близкая по химическому составу, идентичная по механическим свойствам и взята за прототип.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение обрабатываемости резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности, улучшение экологической обстановки в металлургической промышленности.

Техническое решение задачи достигается за счет того, что предлагаемая сталь дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное
Преимущество висмута заключается в том, что висмут обладает особым свойством, а именно увеличением объема при переходе из жидкого в твердое состояние. Это свойство позволяет увеличить обрабатываемость стали выше обрабатываемости стали, легированной свинцом, а при регламентации серы и фосфора, инициирующих образование микротрещин и охрупчивающих металл во время обработки резанием, обрабатываемость повышается до 40% и более при сохранении механических свойств присущих идентичной свинецсодержащей стали.

Вторым преимуществом, являющимся следствием особого свойства висмута, гарантируется снижение вплоть до полного устранения, "выпотевание" висмута на поверхность заготовки при прокатке, что улучшает захват полосы валками, устраняет пробуксовку полосы в валках и как следствие повышает производительность и безопасность процесса прокатки.

Следующим преимуществом висмута является то, что висмут, как компонент относительно безвредный (ПДК висмута составляет 0,5 мг/м3, ПДК свинца 0,01 мг/м3 разовая, 0,007 мг/м3 среднеcменная), улучшает экологические условия производства автоматной легированной висмутсодержащей стали.

Сущность изобретения - выявление содержания висмута, серы и фосфора, улучшающего обрабатываемость стали до оптимального (максимального) уровня при сохранении механических свойств, присущих идентичной автоматной легированной cвинецcодержащей стали.

Экспериментально установлено: при содержании серы, фосфора, висмута ниже нижнего предела оптимальная обрабатываемость не достигается, увеличение содержания висмута выше верхнего предела, соответствующего предельной растворимости висмута в жидкой стали, серы или фосфора, приводит к снижению механических свойств стали, при содержании висмута 0,07%, серы и фосфора по 0,008% обрабатываемость стали соответствует обрабатываемости, идентичной свинецсодержащей стали, при содержании висмута 0,12 - 0,20%, серы и фосфора по 0,008 - 0,035% обеспечивается обрабатываемость, на 40% и более превышающая обрабатываемость идентичной свинецседержащей стали при сохранении требуемых механических свойств. Производительность прокатки стали с висмутом на 15 - 20% выше производительности прокатки свинецсодержащей стали, выделение аэрозолей висмута во время выплавки и прокатки стали ниже предельно допустимой концентрации.

Анализ технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с признаками в заявляемом объекте, и признать их соответствующими критерию "Существенные отличия".

Опытно-промышленные испытания по резанию легированной висмутсодержащей стали проводили в цехе N 31 МСП ВАЗ на 6-шпиндельных токарно-расточных полуавтоматах при изготовлении деталей, принятых за базовые по критерию интенсивности износа инструмента, характеризуемого количеством изготовленных деталей, приходящихся на 0,1 мм износа инструмента.

За базовую обрабатываемость принята обрабатываемость легированной свинецсодержащей стали АС12ХН по ГОСТу 1414-75.

Оценку экологической обстановки проводили в цехах ОАО "Мечел" ЧМК при выплавке и прокатке предлагаемой стали и стали АС12ХН методом отсоса проб в местах интенсивного выделения вредных примесей. Производительность прокатки определяли в прокатных цехах этого же предприятия.

Химический состав, механические свойства, производительность, выделение вредных примесей и обрабатываемость приведены в таблицах 1, 2.

Пример 1. Выписка из ГОСТа 1414-75 известной стали АС12ХН, взятой за прототип. Приведено выделение аэрозолей свинца при разливке и прокатке. Производительность прокатки и обрабатываемость стали приняты за базовые.

Пример 2. Упрочняющих компонентов хрома и марганца ниже нижнего предела. Сталь не соответствует требованиям технических условий.

Пример 3. Серы меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной.

Пример 4. Серы больше верхнего предела. Ударная вязкость ниже указанной в технических условиях. Сталь непригодна по прямому назначению.

Пример 5. Фосфора меньше нижнего предела. Обрабатываемость ниже оптимальной.

Пример 6. Фосфора больше верхнего предела. Предел текучести, относительное удлинение ниже требуемых. Сталь непригодна по прямому назначению.

Пример 7. Висмута меньше нижнего предела. Обрабатываемость не достигает оптимальной.

Пример 8. Висмута больше верхнего предела. Сталь не соответствует техническим условиям.

Примеры 9-11. Обрабатываемость оптимальная. Сталь соответствует техническим условиям. Производительность прокатки на 18-20% выше, чем стали АС12ХН.

Таким образом, более высокая обрабатываемость резанием предлагаемой стали при сохранении механических свойств и технологичности производства позволяет рекомендовать ее для промышленного применения.

Похожие патенты RU2128724C1

название год авторы номер документа
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2128727C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2128726C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2128723C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2128725C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2128722C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1997
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2132401C1
АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1998
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Пумпянский Д.А.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2135624C1
АВТОМАТНАЯ СТАЛЬ 1996
  • Заславский А.Я.
  • Филимонов С.Г.
  • Кузькина Н.Н.
  • Рогулева Н.А.
  • Комельков Е.М.
  • Фалкон В.И.
  • Гусев А.А.
  • Руднев Е.В.
  • Волощук Н.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2106427C1
АВТОМАТНАЯ СТАЛЬ 1998
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2135627C1
АВТОМАТНАЯ СТАЛЬ 1998
  • Топорищев И.Г.
  • Заславский А.Я.
  • Воробьев Н.И.
  • Комельков Е.М.
  • Руднев Е.В.
  • Антонов В.И.
  • Яськин В.Н.
  • Ковалева С.Н.
  • Гусев А.А.
  • Фалкон В.И.
  • Широков В.А.
  • Шпатов Е.К.
RU2135625C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 128 724 C1

Реферат патента 1999 года АВТОМАТНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке легированной автоматной стали, используемой в машиностроении. Автоматная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,09 -0,15, кремний 0,17 - 0,37, марганец 0,30 - 0,60, хром 0,40 - 0,70, никель 0,50 - 0,80, сера 0,008 - 0,035, фосфор 0,008 - 0,035, висмут 0,12 - 0,20, железо - остальное. Технический результат изобретения заключается в повышении обрабатываемости стали резанием в металлообрабатывающих отраслях промышленности и улучшении экологической обстановки в металлургической промышленности. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 128 724 C1

Автоматная легированная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,09 - 0,15
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,30 - 0,60
Хром - 0,40 - 0,70
Никель - 0,50 - 0,80
Сера - 0,008 - 0,035
Фосфор - 0,008 - 0,035
Висмут - 0,12 - 0,20
Железо - Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2128724C1

Приспособление для поперечной устойчивости аэропланов 1921
  • Строганов Н.С.
SU1414A1
Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием
Госстандарт России
- М., 1992, с
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
US 4255188 А, 10.03.81
US 4255187 А, 10.03.81
US 4247326 А, 27.01.81
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Углеродистая автоматная сталь 1957
  • Айзенберг Г.Л.
  • Байков Б.И.
  • Воронин И.И.
  • Глазунов Е.Е.
  • Жетвин Н.П.
  • Прокопович П.А.
  • Свиридов Г.В.
  • Тунков В.П.
  • Туртанов И.И.
  • Цейтлин И.Б.
SU115172A1

RU 2 128 724 C1

Авторы

Топорищев И.Г.

Заславский А.Я.

Воробьев Н.И.

Комельков Е.М.

Руднев Е.В.

Антонов В.И.

Яськин В.Н.

Пумпянский Д.А.

Ковалева С.Н.

Гусев А.А.

Фалкон В.И.

Широков В.А.

Шпатов Е.К.

Даты

1999-04-10Публикация

1997-08-26Подача