СТАЛЬ Российский патент 2004 года по МПК C22C38/54 C22C38/58 

Описание патента на изобретение RU2223343C1

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным сталям, используемым при производстве сварного кузова большегрузного автомобиля для работы в условиях Крайнего Севера.

Для изготовления кузовов большегрузных самосвалов, работающих при температурах до -50oС, используют горячекатаные листы толщиной 8-50 мм из свариваемой хладостойкой низколегированной стали. Горячекатаные стальные листы должны сочетать высокую прочность и стойкость против истирания. Требуемые механические свойства горячекатаных листов в состоянии поставки приведены в табл.1 (см. в конце описания).

Известен состав низколегированной стали, имеющей следующий химический состав, мас.%:
Углерод - 0,11-0,16
Марганец - 1,0-1,4
Кремний - 0,15-0,35
Титан - 0,08-0,14
Медь - 0,02-0,30
Алюминий - 0,02-0,06
Хром - 0,02-0,15
Никель - 0,02-0,15
Молибден - 0,005-0,015
Ванадий - 0,005-0,015
Железо - Остальное [1].

Недостатки стали известного состава состоят в том, что горячекатаные листы имеют низкие прочностные и вязкостные свойства при -40oС.

Известна также низколегированная сталь, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,05-0,2
Марганец - 0,15-1,6
Фосфор - 0,015
Кремний - Не более 0,5
Сера - 0,002-0,008
Медь - 0,2-0,5
Алюминий - Менее 0,1
Ниобий и/или - Менее 0,05
Ванадий - 0,1
Молибден - 0,5
Хром - Менее 0,5
Никель - Менее 0,3
Кальций - 0,0001-0,005
Железо - Остальное [2].

Недостатками стали указанного состава является низкая прочность и ударная вязкость толстых горячекатаных листов, недостаточная стойкость против истирания.

Наиболее близкой по своему составу и свойствам к предлагаемой стали является низколегированная свариваемая сталь следующего состава, мас.%:
Углерод - 0,12-0,18
Марганец - 1,2-1,5
Кремний - 0,5-0,8
Титан - 0,01-0,03
Медь - 0,03-0,30
Алюминий - 0,02-0,05
Хром - 0,5-1,0
Никель - 0,5-0,8
Молибден - 0,2-0,6
Ванадий - 0,1-0,2
Сера - 0,003-0,015
Кальций - 0,006-0,03
Фосфор - 0,003-0,02
Железо - Остальное [3]-прототип.

Недостатки стали известного состава состоят в том, что она имеет низкие прочностные свойства, недостаточные ударную вязкость при температуре -40oС и стойкость против истирания.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности, вязкости при отрицательных температурах и стойкости стали против истирания при сохранении свариваемости.

Для решения поставленной технической задачи в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, фосфор, серу и железо, дополнительно введены бор и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,16-0,20
Кремний - 0,17-0,37
Марганец - 1,2-1,5
Ванадий - 0,07-0,15
Хром - 0,5-1,0
Никель - 0,5-2,2
Молибден - 0,20-0,35
Кальций - 0,003-0,015
Алюминий - 0,02-0,05
Бор - 0,001-0,005
Азот - 0,003-0,015
Фосфор - Не более 0,020
Сера - Не более 0,015
Железо - Остальное
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что дополнительное введение в сталь бора и азота при указанном соотношении концентраций остальных элементов позволяет измельчить и облагородить структуру стали. В результате возрастает ударная вязкость стали при -40oС. Нитриды алюминия и железа упрочняют сталь, повышают ее стойкость к истиранию. Указанные элементы не приводят к ухудшению свариваемости стали.

Углерод упрочняет сталь. При содержании углерода менее 0,16% не достигается требуемая прочность стали, а при его содержании более 0,20% ухудшается свариваемость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее сопротивляемость истиранию. При концентрации кремния менее 0,17% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 37% снижается пластичность, сталь не выдерживает испытания на холодный загиб.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу. При содержании марганца менее 1,2% прочность и износостойкость стали недостаточны. Увеличение содержания марганца более 1,5% приводит к снижению вязкости при температуре -40oС.

Ванадий в сочетании с алюминием являются сильными раскисляющими и карбидообразующими элементами. При содержании ванадия менее 0,07% снижаются прочность и пластичность стали. Увеличение содержания ванадия более 0,15% нецелесообразно, т.к. не ведет к дальнейшему улучшению свойств, а лишь увеличивает расход легирующих.

Хром повышает прочность и износостойкость стали. При его концентрации менее 0,5% прочность и износостойкость ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 1,0% приводит к потере пластичности из-за роста карбидов хрома.

При содержании никеля менее 0,5% снижается прочность и износостойкость стали. Увеличение содержания никеля более 2,2% ослабляет границы зерен микроструктуры и снижает ударную вязкость.

Молибден повышает прочность и вязкость стали, измельчая зерно микроструктуры. При содержании молибдена менее 0,2% прочность стали ниже требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,35% ухудшает пластичность и приводит к перерасходу легирующих.

При содержании кальция менее 0,003% он не модифицирует данную сталь, а при его содержании более 0,015% он образует крупные неметаллические включения, что снижает ударную вязкость при -40oС.

Алюминий раскисляет сталь и измельчает зерно. Карбонитриды алюминия являются мелкодисперсными упрочняющими частицами. При содержании алюминия менее 0,02% снижается прочность стали. Увеличение содержания этого элемента более 0,05% приводит к снижению пластических и вязкостных свойств.

Бор упрочняет твердый раствор по механизму внедрения, повышает прочность и износостойкость стали, измельчает микроструктуру. При содержании бора менее 0,001% его влияние незначительно. Увеличение влияния бора более 0,005% приводит к появлению по границам зерен избыточных фаз (боридов), что снижает ударную вязкость стали при отрицательных температурах.

Азот в стали является карбонитридообразующим элементом, обеспечивающим ее упрочнение. При содержании азота менее 0,003% его упрочняющее влияние проявляется слабо, сталь имеет недостаточную прочность. Увеличение содержания азота более 0,015% приводит к снижению вязкостных и пластических свойств, что недопустимо.

Фосфор и сера в стали являются вредными примесями, их концентрация должна быть как можно меньшей. Однако при концентрации фосфора не более 0,020% и серы не более 0,015% их отрицательное влияние незначительно. В то же время более глубокая дефосфорация и десульфурация стали существенно удорожат ее производство, что нецелесообразно.

Низколегированные стали различного химического состава выплавляли в электродуговой печи. В ковше сталь раскисляли ферромарганцем, ферросилицием, легировали феррохромом, ферромолибденом, феррованадием, ферробором, вводили металлические алюминий и никель, силикокальций. С помощью синтетических шлаков удаляли избыток серы и фосфора, избыток азота устраняли вакуумированием стали. Химический состав выплавляемых сталей приведен в табл.2.

Сталь разливали в слябы и подвергали гомогенизирующему отжигу при температуре 700oС. Затем слябы нагревали до температуры 1250oС и прокатывали на толстолистовом стане 2800 в листы толщиной 25 мм. После охлаждения от листов отбирали пробы и производили испытания механических свойств, а также стойкость против истирания. В таблице 3 (см. в конце описания) приведены результаты испытаний свойств горячекатаных листов.

Из табл.2 и 3 следует, что предложенная сталь (составы 2-4) имеет более высокие прочность, ударную вязкость при температуре -40oС и стойкость против истирания. Кроме того, сталь характеризуется высокой свариваемостью.

При запредельных концентрациях элементов (составы 1, 5-9) прочность и ударная вязкость стали ухудшаются, снижается стойкость против истирания при эксплуатации. Также более низкие свойства по прочности, ударной вязкости и сопротивлению истиранию имеет сталь-прототип (вариант 6).

Технико-экономические преимущества предложенной стали состоят в том, что введение в ее состав 0,001-0,005% бора и 0,003-0,015% азота при регламентированной концентрации остальных элементов позволило повысить ее прочность, ударную вязкость и стойкость против истирания. Эта сталь может быть использована для изготовления кузовов большегрузных автомобилей, работающих в условиях Крайнего Севера.

В качестве базового объекта принята сталь-прототип. Использование предложенной стали позволит повысить рентабельность производства толстых листов для БелАЗа на 10-15%.

Литература
1. Авт. свид. СССР 1652373, МПК С 22 С 38/50, 1991 г.;
2. Заявка Японии 5247521, МПК С 22 С 38/42, 1977 г.;
3. Патент Российской Федерации 2075534, МПК С 22 С 38/50, 1997 г., прототип.

Похожие патенты RU2223343C1

название год авторы номер документа
СТАЛЬ 1995
  • Дьяконова В.С.
  • Тишков В.Я.
  • Масленников В.А.
  • Попова Т.Н.
  • Шадрунова С.И.
  • Шурыгин А.В.
  • Сысолятин В.И.
  • Бурман П.Н.
  • Шафран С.А.
  • Шкатова А.М.
RU2075534C1
НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 2001
  • Ламухин А.М.
  • Никитин В.Н.
  • Чурюлин В.А.
  • Зиборов А.В.
  • Попова Т.Н.
  • Маслюк В.М.
  • Колесников В.Ю.
  • Столяров В.И.
  • Никитин М.В.
  • Балдаев Б.Я.
  • Голованов А.В.
  • Рябинкова В.К.
  • Северинец И.Ю.
  • Трайно А.И.
RU2200768C2
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ХЛАДОСТОЙКАЯ СВАРИВАЕМАЯ СТАЛЬ 2012
  • Огольцов Алексей Андреевич
  • Сафронова Наталья Николаевна
  • Шеремет Наталия Павловна
  • Новоселов Сергей Иванович
  • Рыбаков Сергей Александрович
RU2495149C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОЙ СТАЛИ С ВЫСОКОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ 2013
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Настич Сергей Юрьевич
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Морозов Юрий Дмитриевич
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Трайно Александр Иванович
RU2533469C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ИЗНОСОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Хлусова Елена Игоревна
  • Голосиенко Сергей Анатольевич
  • Рябов Вячеслав Викторович
  • Сошина Татьяна Викторовна
  • Зисман Александр Абрамович
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Беляев Виталий Анатольевич
  • Шумилов Евгений Алексеевич
RU2606825C1
Способ производства горячекатаного листового проката 2023
  • Семенов Кирилл Сергеевич
  • Жиронкин Михаил Валерьевич
  • Скороходов Евгений Леонидович
  • Бурштинский Максим Владимирович
RU2813917C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2010
  • Вольшонок Игорь Зиновьевич
  • Торшин Виктор Тимофеевич
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Никитин Михаил Валентинович
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Трайно Александр Иванович
  • Русаков Андрей Дмитриевич
RU2442831C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2015
  • Полецков Павел Петрович
  • Гущина Марина Сергеевна
  • Бережная Галина Андреевна
  • Алексеев Даниил Юрьевич
RU2599654C1
СТАЛЬ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕ- И ГАЗОПРОВОДОВ 2001
  • Степанов А.А.
  • Ламухин А.М.
  • Зинченко С.Д.
  • Дьяконова В.С.
  • Голованов А.В.
  • Гуркин М.А.
  • Рослякова Н.Е.
  • Чикалов С.Г.
  • Комаров А.И.
  • Седых А.М.
  • Степанцов Э.В.
  • Роньжин А.И.
  • Шишов А.А.
  • Тетюева Т.В.
  • Зикеев В.Н.
  • Клыпин Б.А.
RU2180016C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ 2010
  • Никитин Валентин Николаевич
  • Шахпазов Евгений Христофорович
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Маслюк Владимир Михайлович
  • Трайно Александр Иванович
  • Баранов Владимир Павлович
  • Голованов Александр Васильевич
  • Попова Анна Александровна
RU2433191C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 223 343 C1

Реферат патента 2004 года СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным сталям, используемым для работы в условиях Крайнего Севера. Предложена сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,16-0,20; кремний 0,17-0,37; марганец 1,2-1,5; ванадий 0,07-0,15; хром 0,5-1,0; никель 0,5-2,2; молибден 0,20-0,35; кальций 0,003-0,015; алюминий 0,02-0,05; бор 0,001-0,005; азот 0,003-0,015; фосфор не более 0,020; сера не более 0,015; железо - остальное. Техническим результатом является повышение прочности, вязкости при отрицательных температурах и стойкости против истирания при сохранении свариваемости. 3 табл.

Формула изобретения RU 2 223 343 C1

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, фосфор, серу и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор и азот при следующем соотношении содержании элементов, мас.%:

Углерод 0,16 - 0,20

Кремний 0,17 - 0,37

Марганец 1,2 - 1,5

Ванадий 0,07 - 0,15

Хром 0,5 - 1,0

Никель 0,5 - 2,2

Молибден 0,20 - 0,35

Кальций 0,003 - 0,015

Алюминий 0,02 - 0,05

Бор 0,001 - 0,005

Азот 0,003 - 0,015

Фосфор Не более 0,020

Сера Не более 0,015

Железо Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2223343C1

СТАЛЬ 1995
  • Дьяконова В.С.
  • Тишков В.Я.
  • Масленников В.А.
  • Попова Т.Н.
  • Шадрунова С.И.
  • Шурыгин А.В.
  • Сысолятин В.И.
  • Бурман П.Н.
  • Шафран С.А.
  • Шкатова А.М.
RU2075534C1
СТАЛЬ "КАРТЭКС 400" 1996
  • Лебедев В.В.
  • Сафронова А.А.
  • Ионов В.А.
  • Шарапов А.Ю.
  • Борисов В.И.
  • Дурынин В.А.
  • Зацепин В.Г.
  • Ривкин С.И.
RU2124575C1
КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ 1993
  • Власов Л.А.
  • Сулацков В.И.
  • Шахмин С.И.
  • Федченко Ю.А.
  • Деменев Ю.С.
RU2042734C1
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1
Способ восстановления хромовой кислоты, в частности для получения хромовых квасцов 1921
  • Ланговой С.П.
  • Рейзнек А.Р.
SU7A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
US 6126897, 03.10.2000.

RU 2 223 343 C1

Авторы

Ламухин А.М.

Никитин В.Н.

Голованов А.В.

Попова Т.Н.

Маслюк В.М.

Кувшинников О.А.

Зиборов А.В.

Балдаев Б.Я.

Никитин М.В.

Баранов В.П.

Белов Г.А.

Колесников В.Ю.

Трайно А.И.

Пименова Т.В.

Кураш Валентин Станиславович

Киселев С.И.

Даты

2004-02-10Публикация

2002-07-17Подача