СТАЛЬ ДЛЯ ВАЛКОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ Российский патент 2008 года по МПК C22C38/12 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов сталей для ответственных деталей машиностроения. Известна сталь [1], содержащая, мас.%:

Углерод0,55-0,65Кремний0,8-1,10Хром1,60-1,90Марганец0,40-0,70Химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования (медь или германий)0,40-0,80Ванадий0,15-0,30Кальций0,001-0,0025Железоостальное

Хотя известная сталь содержит ванадий и кальций, но в другом сочетании признаков и в других количествах по сравнению с предлагаемой.

Известную сталь используют при получении ответственных деталей и узлов, применяемых в машиностроении. Для получения высокого комплекса свойств используют как традиционные методы упрочнения (закалка, отпуск), так и низкотемпературное азотирование, т.е. она подвергается довольно сложной термической и термохимической обработке.

Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (1,6-1,9), которое приводит к формированию включений указанного элемента неблагоприятной морфологии, что при отсутствии специальной термохимической обработки (закалка, азотирование) ведет к снижению уровня механических свойств стали (прочности, пластичности).

При относительном удлинении 12-14% сталь чувствительна к ударным нагрузкам. В предлагаемой стали этот показатель значительно выше.

Кроме того, известная сталь сложна по составу, а следовательно, дороже.

Учитывая то обстоятельство, что предлагаемая сталь разрабатывалась преимущественно для производства валков горячей прокатки, испытывающих при работе высокие механические и тепловые нагрузки, в качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь [2], содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,42-0,50Кремний0,20-0,52Марганец0,40-0,90Ванадий0,05-0,10Серадо 0,03Фосфордо 0,03Железоостальное,

при соотношении C/V 8,4-5,0.

Недостатком указанной марки стали является недостаточный уровень механических свойств (прочности, пластичности), что приводит к преждевременному выходу из строя деталей, изготовленных из данной марки стали.

Технический результат изобретения - повышение значений прочностных и пластических свойств для ответственных деталей машиностроения, преимущественно валков горячей прокатки.

Этот технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий серу, фосфор и железо, содержит дополнительно кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,55-0,65Кремний0,20-0,52Марганец0,40-0,90Ванадий0,10-0,20Кальций0,01-0,03Серадо 0,03Фосфордо 0,03Железоостальное,

при этом соотношение углерода и ванадия должно находиться в следующих пределах: 3,25≤C/V≤5,5.

Повышение прочностных и пластических свойств стали достигается за счет увеличения содержания углерода и ванадия при соблюдении вышеуказанного соотношения и введения в состав стали кальция.

Увеличение концентрации углерода и ванадия до указанных пределов при соблюдении соотношения 3,25≤C/V≤5,5 приводит к измельчению зерна стали и образованию мелких, равномерно распределенных по границам зерен карбидов VC, следствием чего является увеличение прочностных и пластических характеристик стали. При соотношении C/V>5,5 уменьшается количество карбидов ванадия, процесс измельчения зерна происходит не в полном объеме, в результате чего происходит снижение комплекса механических свойств. При соотношении C/V<3,25 образуется избыточное количество карбидов ванадия, что ведет к снижению пластических свойств стали.

Кальций, обладая повышенным химическим сродством к сере и кислороду, в количестве 0,01-0,03 мас.% очищает границы зерен от неметаллических включений, тем самым повышая механические свойства стали. При содержании в стали кальция менее 0,01 мас.% он не оказывает значительного влияния на количество неметаллических включений. При содержании более 0,03 мас.% происходит загрязнение границ зерен продуктами взаимодействия кальция с серой и кислородом (CaO, CaS), что приводит к снижению прочностных и пластических свойств стали.

Количество кремния и марганца не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений, и в частности от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение прочности и пластичности стали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.

Пример.

Выплавку заявляемой стали производили в индукционной тигельной печи ИСТ - 016 с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой. Образцы для определения механических свойств (по ГОСТ 977-88) заливались в стержневые формы. После охлаждения, выбивки и очистки образцы проходили термическую обработку (нормализацию) по следующему режиму: нагрев до Т=880-920°С, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе. Составы заявляемой и известной сталей и их механические свойства приведены в таблице.

Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для ответственных деталей машиностроения, в частности валков горячей прокатки, работающих в тяжелых технологических условиях (высокие механические нагрузки и температуры), по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить временное сопротивление при растяжении в 1,20-1,24 раза, предел текучести в 1,22-1,26 раза, относительное удлинение в 1,3-1,4 раза, ударную вязкость в 1,20-1,22 раза.

Источники информации

1. Конструкционная легированная сталь. Патент РФ. №2082813, кл С22С 38/24. Опубликовано 27.06.1997.

2. Отливки стальные. Общие технические условия. ГОСТ 977-88. Издательство стандартов, Москва, 1989 г.

ТаблицаХимический состав и механические свойства углеродистой стали№№ поз.Химический состав, мас.%Механические свойстваСSiMnVCaSPFeC/Vσ_В МПаσ_Т МПаδ, %KCU, кДж/м² Известная сталь 10,420,200.400,05-0,0280,030ост.8,45974101834020,500,520,900,10-0,0260,029ост.5,068448013305 Предлагаемая сталь 30,550,200,400,100,010,0200,026ост.5,57405022341440,600,350,650,150,0150,0180,022ост.4,07895522039050,650,520,900,200,030,0160,021ост.3,2584860418366

Изобретение относится к литейному производству, а именно к разработке составов сталей для изготовления валков для горячей прокатки. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, ванадий, кальций, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,55-0,65, кремний 0,20-0,52, марганец 0,40-0,90, ванадий 0,1-0,2, кальций 0,01-0,03, сера до 0,03, фосфор до 0,03, железо остальное. При этом соблюдается соотношение 3,25≤С/V≤5,5. Повышаются значения прочностных и пластических свойств, в частности, временное сопротивление при растяжении, предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость. 1 табл.

Сталь для валков горячей прокатки, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод0,55-0,65кремний0,20-0,52марганец0,40-0,90ванадий0,1-0,2кальций0,01-0,03серадо 0,03фосфордо 0,03железоостальное,

при соблюдении соотношения 3,25≤C/V≤5,5.