КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ОБЪЕМНО-ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ Российский патент 2012 года по МПК C22C38/58 C22C38/54 

Изобретение относится к разработке химических составов конструкционных сталей, упрочняемых термической обработкой - объемно-поверхностной закалкой (ОПЗ), осуществленной под руководством доктора технических наук, профессора, Заслуженного изобретателя РСФСР Шепеляковского К.З. [1]. Прежнее исходное название способа - поверхностная закалка при глубинном индукционном нагреве.

При этом было показано, что высокий комплекс механических свойств можно достигнуть на углеродистых и малолегированных сталях пониженной (ПП) и регламентированной (РП) прокаливаемости 1-го поколения [2], [3].

Это стали, прокаливаемость которых согласована с размерами рабочего нагруженного сечения деталей; при этом в результате упрочнения ОПЗ поверхностные слои этого сечения оптимальной величиной 0,1-0,2 диаметра (толщины) имеют структуру мартенсита с твердостью HRC≈60, а в сердцевине - HRC=30-45.

Прокаливаемость сталей характеризуется значением идеального критического диаметра (Dкр.), которое и определяет оптимум глубины закаленного слоя применительно к конкретной детали, имеющей форму цилиндра, сферы или пластины.

Принципиально, стали ПП и РП имеют одно и то же предназначение и чисто условно отличаются только величиной идеального критического диаметра (Dкр.): для сталей ПП, как более ранних, он равен 8-16 мм, для современных сталей РП - более 16 мм.

Необходимый интервал Dкp. сталей ПП и РП для конкретного типа деталей достигался суммарным ограничением одного или группы элементов-примесей по верхнему пределу, что снижало точность и увеличивало этот интервал.

Наиболее близким аналогом является известная конструкционная сталь ПП (см. патент RU 2158320), содержащая

углерод 0,40-0,85 марганец не более 0,2 кремний не более 0,2 хром не более 0,2 никель не более 0,1 медь не более 0,1 алюминий 0,03-0,1 титан не более 0,1 ванадий не более 0,4 сера не более 0,035 фосфор не более 0,035 железо остальное

Недостаток известных сталей ПП 2-го поколения состоит в том, что достижение заданной низкой прокаливаемости осуществлялось только путем резкого ограничения содержания всех постоянных примесей - Mn, Si, Cr, Ni, Cu, что затрудняло технологию выплавки, приводило к снижению точности получения заданного интервала Dкр. при разработке химического состава и, как следствие, к большому разбросу глубины закаленного слоя, выходящему за пределы допусков.

Так, например, сталь 80ПП с 0,8% С и содержанием Mn, Si, Cr, Ni, Cu<0,1% каждого и 0,06-0,12% Ti (стали ПНП) - (см. патент RU 2158320), обеспечивает минимальную прокаливаемость - Dкр.<12 мм при зерне аустенита 10 балла и более мелкого (№11) - Dкр.<11 мм и <10 мм при №12, в то время, как аналогичная сталь 81пп состава - 0,8% С, 0,05% Mn, 0,12% Si, 0,11% Cr, 0,25% Ni, 0,3% Cu, 0,05% Al, 0,22% Ti (с более широким диапазоном постоянных примесей Ni, Cu) имеет одинаковую величину Dкр.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка стали ПП (РП) 3-го поколения.

Техническим результатом является получение еще более мелкого зерна аустенита №№11-13 ГОСТ5639 (ASTM), еще более стабильного заранее заданного уровня прокаливаемости (Dкp.) со значительно меньшим его разбросом и который строго соответствует глубине закаленного слоя, полученного непосредственно на деталях, подвергнутых термической обработке по предлагаемому способу, возможность обработки более тонких, мелких и других деталей с объемно-поверхностным и сквозным упрочнением.

Для достижения технического результата заявлена конструкционная сталь для ОПЗ с идеальным критическим диаметром 6,0-200 мм и более, отличающаяся тем, что содержит следующее соотношение компонентов, мас.%:

углерод 0,15-1,2 марганец 0,005-1,8 кремний 0,005-1,8 хром 0,005-1,8 никель 0,005-1,8 молибден 0,0001-0,5, вольфрам 0,0001-1,5 бор 0,00001-0,007 медь 0,001-0,3 алюминий 0,03-0,1 азот 0,0001-0,1 титан 0,001-0,4 ванадий 0,001-0,4 цирконий 0,001-0,4 ниобий 0,001-0,4 тантал 0,001-0,1 кальций 0,001-0,03 сера 0,0001-0,035 фосфор 0,0001-0,035

железо и неизбежные примеси - остальное, с идеальным критическим диаметром, определяемым математическим выражением:

Dкр.=K··(1+4,1·Mn)·(1+0,65·Si)·(1+2,33·Cr)·(1+0,52·Ni)·(1+0,27·Cu)·(1+3,14·Mo)·(1+1,05·W)·[1+1,5(0,9-C)]·(1-0,45C')·(1-0,3Ti)·(1-0,35V)·(1-0,25Al)

где Dкp. - идеальный критический диаметр, мм,

К - коэффициент, величина которого зависит от балла действительного зерна аустенита по шкале ASTM, ГОСТ5639 №8-13 и соответственно равна: 5,4 для балла зерна №13; 5,8 - №12; 6,25 - №11; 6,75 -№10; 7,3 - №9; 7,9 - №8; 8,5 - №7; 9,2 -№6;

С, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, Mo, W, - компоненты, мас.%, содержащиеся в твердом растворе аустенита при конечной температуре нагрева, предшествующей закалочному охлаждению,

[1+1,5(0,9-С)] - сомножитель, который учитывается только в случае наличия бора в стали в количестве 0,002-0,007 мас.%;

С', Ti, V, Al - компоненты, мас.%, не содержащиеся в твердом растворе аустенита, а присутствующие в виде структурно-свободных вторичных карбонитридных фаз при конечной температуре нагрева, предшествующей закалочному охлаждению, при этом С' - мас.% углерода в избыточном цементите заэвтектоидной стали.

Конструкционная сталь по заданному химическому составу при одноименном балле зерна имеет идеальный критический диаметр (Dкp.):

Dкp. от 6 до 15 мм с разбросом не более 2 мм;

Dкp. от 16 до 50 мм с разбросом не более 5 мм;

Dкp. от 51 до 100 мм с разбросом не более 10 мм;

Dкp. свыше 100 мм с разбросом не более 50 мм.

В конструкционной стали для предупреждения красноломкости суммарное содержание марганца, титана и циркония более чем в шесть раз превышает максимальное содержание серы.

Особенность предлагаемой стали заключается в том, что для достижения заданной величины идеального критического диаметра использование формулы (1) позволяет предельную концентрацию в составе стали одних, более резко увеличивающих прокаливаемость указанных постоянных примесей ограничить до 0-0,05% или 0-0,1%, а других, менее сильных - расширить до диапазона 0-0,3%, а в ряде случаев и 0-0,5% без снижения качества. Это упрощает подбор исходной шихты при выплавке и удешевляет сталь, так как конечной целью является достижение заранее заданного расчетного Dкp. путем сочетания состава остаточных элементов-примесей после раскисления стали и количества вводимых легирующих элементов в соответствии с формулой (1), основой которой явился классический метод расчета прокаливаемости по Гроссману [4], который для сталей ПП и РП оказался наиболее приемлемым.

Практика подтвердила его достоверность для изделий различной формы и размеров.

Однако этот расчет был подвергнут авторами уточнению в связи с перспективой его дальнейшего развития. Так, в формуле были расширены диапазоны коэффициента К, зависящего от величины зерна аустенита до №№11, 13. Дополнительно введены сомножители зависимости прокаливаемости от вольфрама и бора. Введены сомножители зависимости величины идеального критического диаметра от элементов-модификаторов вторичных карбонитридных фаз, не входящих в твердый раствор аустенита перед закалочным охлаждением - титан, ванадий алюминий, углерод, находящийся в структурно-свободном цементите заэвтектоидных сталей, а сера и фосфор исключены из формулы, так как их содержание в указанных выше количествах практически не оказывают влияния на величину идеального критического диаметра (Dкp.).

При этом, в первую очередь, с экономической точки зрения-целесообразно дозированное введение марганца, как наиболее эффективного и относительно дешевого компонента одного или совместно с недорогим кремнием в количестве не более 1,8% каждого вместо других более дорогостоящих, которые ранее неоправданно вводились в сталь только с целью повышения прокаливаемости. Качественное введение бора в сталь в аномально малых количествах 0,003-0,005% также вызывает увеличение прокаливаемости, тем более эффективное, чем менее углерода содержится в стали (см. формулу 1). Использование формулы позволяет при разработке химического состава стали обеспечить ее оптимальное, а не избыточное легирование.

Поэтому введение других легирующих элементов - Cr, Ni в количестве 0-0,5%, только с целью доведения прокаливаемости (Dкp.) стали до заданной величины менее рационально, так как практически не изменит механических свойств по сравнению с их меньшим количеством или отсутствием при одинаковой величине Dкp.и размера зерна аустенита.

Введение в сталь элементов-модификаторов, мас.% - титана не более 0,4, ванадия не более 0,4, циркония не более 0,4, ниобия не более 0,1, тантала не более 0,1, алюминия 0,03-0,1, азота не более 0,1, кальция не более 0,03, присутствующих в стали в виде тонкодисперсных карбидов, нитридов и других включений незначительно растворенных в аустените способствует измельчению зерна, увеличению диапазона оптимальных температур нагрева под закалку, повышению прочностных и пластических свойств стали ПП и РП 3-го поколения. При этом суммарное содержание марганца, титана и циркония должно более чем в шесть раз превышать максимальное содержание серы, так как титан и цирконий подобно марганцу связывают серу в тугоплавкие сульфиды.

Введение других легирующих элементов, мас.% - хрома, никеля более 0,6 (не более 1,8 каждого), молибдена и вольфрама (не более 0,5 Мо и не более 1,5 W) индивидуально или совместно избирательно (комплексно) также в соответствии с указанной формулой для достижения заранее заданного расчетного Dкp. и улучшения качественных показателей - повышения механических свойств, теплостойкости, снижения порога хладноломкости и др.

Ниже приводится обоснование химического состава сталей ПП и РП, применяемых для предлагаемого способа закалки. Предельное содержание марганца - 1,8 мас.% обусловлено склонностью стали к перегреву при большем его количестве; превышение содержания кремния свыше 1,8-2,0 мас.% чревато переводом стали из перлитного класса в ферритный, невосприимчивый к упрочнению закалкой; содержание хрома для сталей перлитного класса также не превышает 1,8-2,0 мас.%, в связи с увеличением хрупкости закаленного слоя со структурой мартенсита; предельное содержание никеля 1,8-2,0 мас.% выбрано, исходя из высокой его дороговизны по сравнению с марганцем, кремнием, хромом и относительно низким его коэффициентом (0,52) роста прокаливаемости, кроме того, измельчение зерна аустенита до 10-13 баллов в представленной авторской заявке стали приводит к значительному росту пластичности и вязкости, что исключает роль никеля в дальнейшем увеличения его содержания; медь является обычной практически не удаляемой примесью, ее предельное количество обычно лимитируется содержанием 0,25%, которое для предлагаемой стали в ряде случаев может быть без ущерба качеству увеличено до 0,3-0,5 мас.%, и учтено при дозированном легировании стали; молибден и вольфрам также относятся к дорогостоящим компонентам, они также дозированно вводятся в сталь в сочетании с хромом, никелем в основном для повышения теплостойкости стали; превышение ограниченного содержания - для молибдена - 0,5 мас.%, для вольфрама - 1,5 мас.% может при наличии даже небольшого количества марганца и хрома перевести сталь в мартенситный класс, то есть к сквозной закалке независимо от размеров детали.

Присутствующие в стали сера и фосфор в указанных выше количествах практически не оказывают влияния на величину идеального критического диаметра (Dкр.).

Содержание карбидообразующих элементов - титана, ванадия, циркония ниобия, тантала в указанных пределах, а также алюминия и азота, образующих нитрид алюминия, способствует измельчению аустенитного зерна, торможению его роста при нагреве под закалку и снижению прокаливаемости. При этом нижняя граница диапазона содержания алюминия - 0,03 мас.% гарантирует достаточно полноценное раскисление стали, превышение верхнего предела - 0,1 мас.% нецелесообразно в связи с началом растворимости алюминия в аустените, неконтролируемом росте прокаливаемости стали и ее удорожанием. Превышение предельного содержания азота в стали - 0,1 мас.% вызовет необратимую коагуляцию (укрупнение) нитридов алюминия и титана, что является аналогией в отношении карбидов титана, ванадия и циркония при содержании этих элементов свыше 0,4 мас.%, а ниобия и тантала свыше 0,1%, что также вызовет удорожание стали.

Минимальное значение идеального критического диаметра - 6 мм экспериментально было получено авторами на стали 40пп следующего химического состава, мас.%: 0,41 С, 0,03 Mn, 0,04 Si, 0,06 Cr, 0,05 Ni, 0,3 Cu, 0,05 Al, 0,22 Ti (расчетная величина Dкр.=5,4 мм при зерне аустенита балла №13).

Дальнейшее снижение величины Dкр.<6 мм приводит к резкому росту критической скорости закалки (Dкр.) до значений более 1500°С/с, использованию предельно чистых сталей, свободных от постоянных примесей, что является весьма сложным.

Важнейшей отличительной особенностью предлагаемых в способе сталей является тот факт, что при разработке химического состава стали, подвергаемой закалке, можно заранее с достаточной степенью точности теоретически предопределить значение идеального критического диаметра (Dкp.).

Ниже приводятся таблицы 1-4 типовых химических составов сталей ПП и РП с указанием их идеальных критических диаметров и примеры технологических процессов по предлагаемому способу.

Пример 1. Сталь 81ПП с химическим составом, мас.%: 0,78 С; 0,04 Mn; 0,08 Si; 0,07 Cr; 0,15 Ni; 0,08 Cu; 0,04 Al; 0,15 Ti; 0,015 S; 0,018 Р имеет расчетный Dкp.=7,8 мм при обработке на зерно балла №12 мм.

Изготовленное из этой стали кольцо подшипника качения с толщиной стенки - 8 мм было нагрето в индукторе насквозь до 850°С за 20 с, затем подвергнуто охлаждению резким водяным душем и отпущено в печи при 150°С с выдержкой 2 часа. В результате, закаленный слой на наружной и внутренней поверхностях кольца составлял 1,7 мм и 1,5 мм, то есть 0,18-0,2 от толщины стенки, что соответствует объемно-поверхностной закалке (ОПЗ) и реальному идеальному критическому диаметру 8 мм; микроструктура закаленного слоя - мартенсит скрытокристаллический (балл №1), твердость 65-66HRC, в сердцевине - троостит, троостосорбит, сорбит с твердостью 38-45HRC.

Пример 2. Сталь 61РП с химическим составом, мас.%: 0,61 С; 0,5 Mn; 0,08 Si; 0,13 Cr; 0,25 Ni; 0,03 Cu; 0,04 Al; 0,05 Ti; 0,015 S; 0,018 Р имеет расчетный Dкp.=22,5 мм при обработке на зерно балла №11. Изготовленный из этой стали цилиндрический шкворень ⌀45 мм был нагрет в индукторе насквозь до 900°С за 50 с, затем подвергнут охлаждению резким потоком воды и отпущен в печи при 180°С с выдержкой 2 часа. В результате, закаленный слой на поверхности детали составлял 5 мм, то есть 0,11, при этом реальный идеальный критический диаметр равен 21 мм; микроструктура закаленного слоя - мартенсит мелкоигольчатый (балл №2), твердость 56HRC, в сердцевине - троостит, троостосорбит, сорбит с твердостью 30-40HRC.

Изготовленный из этой стали мелющий шар ⌀30 мм был нагрет в печи насквозь до 850°С, затем подвергнут охлаждению резким потоком воды с самооотпуском 180°С, 5 с и окончательным охлаждением потоком воды. В результате, закаленный слой на поверхности детали составлял 12 мм, то есть 0,4 от диаметра, что соответствует закалке, что соответствует расчетным величинам; микроструктура закаленного слоя - мартенсит мелкоигольчатый (балл №2, зерно балла №11), твердость 64HRC, в сердцевине - троостомартенсит, 48-50HRC.

Пример 3. Сталь 50РП с химическим составом, мас.%: 0,5 С; 0,1 Mn; 0,15 Si; l,0 Cr; 0,8 Ni; 0,03 Cu; 0,05 Al; 0,35 V; 0,5 W; 0,015 S; 0,018 Р имеет расчетный Dкp.=47 мм при обработке на зерно балла №10. Изготовленная из этой стали деталь с формой параллелепипеда с размерами 150×200×200 мм была нагрета в печи насквозь до 850°С, затем подвергнута охлаждению резким потоком воды с 2-кратным самооотпуском 180°С, 5 с, окончательным охлаждением потоком воды и отпущен в печи при 450°С с выдержкой 3 часа. В результате, закаленный слой по периметру поверхности детали составлял 9 мм, то есть 0,06 от толщины (150 мм), что соответствует реальному Dкp.=50 мм.

Таблица 1 Марка стали, химический состав, мас.%   41 пп 61 пп 81 пп 41 рп 110 пп углерод 0,36-0,43 0,56-0,65 0,77-0,85 0,36-0,43 1,05-1,15 марганец н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 1,8 н.б. 1,8 кремний н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 1,8 н.б. 1,8 хром н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 1,8 н.б. 1,8 никель н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 1,8 н.б. 1,8 медь н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 н.б. 0,30 молибден н.б. 0,01 н.б. 0,01 н.б. 0,01 н.б. 0,40 н.б. 0,40 вольфрам н.б. 0,01 н.б. 0,01 н.б. 0,01 н.б. 1,5 н.б. 1,5 бор - - - н.б. 0,007 н.б. 0,007 алюминий 0,03-0,1 0,03-0,1 0,03-0,1 0,03-0,1 0,03-0,1 азот           титан н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,04 ванадий н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 цирконий н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 н.б. 0,4 ниобий н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 тантал н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 н.б. 0,1 кальций н.б. 0,03 н.б. 0,03 н.б. 0,03 н.б. 0,03 н.б. 0,03 сера н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 фосфор н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 н.б. 0,035 железо и неизбежные примеси остальное Идеальный критический диаметр (Dкp.), мм указанных выше марок стали   6-8 7-8 8-10 17-22 17-22   8-10 8-10 10-12 20-25 20-25   10-12 10-12 12-14 25-30 25-30   12-14 12-14 14-16 35-40 35-40   14-16 14-16   45-50 45-50         50-60 50-60         60-70 60-70         70-80 70-80         80-90 80-90         90-100 90-100         100-150 100-150         150-200 150-200

Таблица 2 Углеродистые стали ПП С Mn Si Cr Ni Cu Al Ti V Mo В S Р Зерно Dкр. 0,15 0,15 0,08 0,15 0,15 0,20 0,05 0,1 - - - 0,028 0,032 12 5,0/6,2 0,15 -“- -“- -“- -“- -“- -“- -“- - - - -“- -“- 10 5,8/6,5 0,15 -“- -“- -“- -“- -“- -“- -“- - - - -“- -“- 6 7,9/8,5 0,15 0,40 0,15 0,20 0,15 0,10 0,05 0,10 - - - 0,025 0,030 11 11,5/12 0,15 -“- -“- -“- -“- -“- -“- -“- - - - -“- -“- 6 15,6/16                               0,8 0,03 0,05 0,02 0,1 0,15 0,05 0,22 - - 0,005 0,03 0,03 12 6,5/6,9 0,8 -“- -“- -“- -“- -“- -“- -“- - - - -“- -“- 10 7,5/8,1 0,8 -“- -“- -“- -“- -“- -“- -“- - - - -“- -“- 8 8,9/9,5 0,81 0,16 0,15 0,08 0,03 0,15 0,05 0,10 - - - 0,028 0,032 11 12,3/12 0,78 0,15 0,09 0,20 0,30 0,28 0,04 - 0,12 - - 0,025 0,021 12 15,1/15,8                               1,20 0,08 0,05 0,10 0,08 0,12 0,06 0,15 - - - 0,018 0,023 12 7,6/7,7 1,20 0,08 0,05 0,10 0,08 0,12 0,06 0,15 - - - 0,018 0,023 8 10,3/11,0 1,20 0,38 0,05 0,14 0,16 0,06 0,05 - 0,15 - - 0,025 0,030 12 16,2/15,5                                                                                                                                                                                    

Таблица 3 Стали РП углеродистые и малолегированные С М Si Cr Ni Cu Al Ti V Mo В S Р Зерно Dкp. 0,25 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 12 17,3 0,25 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 10 20,0 0,25 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 6 27,2 0,25 1,80 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 11 73,3 0,25 1,80 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - 0,004 0,025 0,027 11 145,1                               0,80 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 12 31,15 0,80 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 11 33,64 0,80 0,50 0,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 8 42.46                                                             0,8 0,30 0,20 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 12 17,1 0,8 1,8 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 12 122,6                               1,2 1,8 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 12 100,5 1,2 1,8 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 10 117,0 1,2 1,8 1,8 0,08 0,12 0,30 0,05 0,20 - - - 0,025 0,027 8 136,4                                                                                                                                                      

Таблица 4 Стали РП легированные С Mn Si Cr Ni Cu Al Ti V Mo W S P Зерно Dкp. 0,5 0,10 0,95 0,8 0,1 0,01 0,05 0,1 0,25 - - 0,022 0,027 12 25,5 0,5 0,10 0,95 0,8 0,1 0,01 0,05 0,1 0,25 - - 0,022 0,027 10 29,7 0,5 0,10 0,15 0,75 1,8 0,2 0,05 0,4 - - 0.7 0,025 0,030 10 44.1 0,5 0,12 0,15 1,8 1,0 0,18 0,05 0,1 0,38 0,5 - 0,017 0,020 10 95,6                                                                                           0,8 0,11 0,12 0,80 0,3 0,25 0,05 0,1 0,35 - 0,8 0,032 0,033 12 46,5 0,8 0,15 0,08 1,2 0,08 0,15 0,05 0,2 - 0,4 1,2 0,025 0,029 11 174,8 0,8 1,1 1,0 1,15 0,15 0,12 0,06 0,15 - - - 0,027 0,031 12 194                               1,2 0,11 0,12 0,8 0,3 0,25 0,05 0,1 0,35 - - 0,032 0,033 12 43,6 1,2 0,15 0,08 1,2 0,08 0,15 0,05 0,2 - 0,4 1,2 0,025 0,029 12 143,4 1,2 1,1 1,0 1,15 0,15 0,12 0,06 0,15 - - - 0,027 0,031 12 160,1                                                                                                                        

Литература.

1. Щепеляковский К.З., Энтин Р.И. и др. Способ поверхностной закалки шестерен. «Бюллетень изобретений». Авторское свидетельство №113770, 1958, №6.

2. Шепеляковский К.З. Конструкционная сталь. «Бюллетень изобретений». Авторское свидетельство №128482, 1960, №12.

3. Шкляров И.Н. Поверхностная закалка при глубинном нагреве полуосей грузовых автомобилей ЗИЛ 130». «Металловедение и термическая обработка металлов», 1966, №7.

4. Гудремон Э. Специальные стали., М. «Металлургиздат», том 1, 1959, том 2, 1960.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке конструкционных сталей перлитного класса, упрочняемых объемно-поверхностной закалкой (ОПЗ). Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,15-1,2, марганец 0,005-1,8, кремний 0,005-1,8, хром 0,005-1,8, никель 0,005-1,8, молибден 0,0001-0,5, вольфрам 0,0001-1,5, бор 0,00001-0,007, медь 0,001-0,3, алюминий 0,03-0,1, азот 0,0001-0,1, титан 0,001-0,4, ванадий 0,001-0,4, цирконий 0,001-0,4, ниобий 0,001-0,1, тантал 0,001-0,1, кальций 0,001-0,03, сера 0,0001-0,035, фосфор 0,0001-0,035, железо и неизбежные примеси - остальное. Обеспечивается получение сталей пониженной и регламентированной прокаливаемости с более мелким зерном аустенита №№11-13, более стабильным уровнем прокаливаемости при значительно меньшем разбросе идеального критического диаметра закалки и глубины закаленного слоя, полученной непосредственно на деталях, подвергнутых ОПЗ, а также возможность обработки более тонких и мелких деталей с объемно-поверхностным и сквозным упрочнением. 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

1. Конструкционная сталь для объемно-поверхностной закалки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, алюминий, титан, ванадий, ниобий, тантал, кальций, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, вольфрам, бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,15-1,2 марганец 0,005-1,8 кремний 0,005-1,8 хром 0,005-1,8 никель 0,005-1,8 молибден 0,0001-0,5 вольфрам 0,0001-1,5 бор 0,00001-0,007 медь 0,001-0,3 алюминий 0,03-0,1 азот 0,0001-0,1 титан 0,001-0,4 ванадий 0,001-0,4 цирконий 0,001-0,4 ниобий 0,001-0,1 тантал 0,001-0,1 кальций 0,001-0,03 сера 0,0001-0,035 фосфор 0,0001-0,035 железо и неизбежные примеси остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что ее идеальный критический диаметр закалки по заданному химическому составу имеет следующие значения:
Dкp. от 6 до 15 мм с разбросом не более 2 мм;
Dкp. от 16 до 50 мм с разбросом не более 5 мм;
Dкp. от 51 до 100 мм с разбросом не более 10 мм;
Dкр. свыше 100 мм с разбросом не более 50 мм.

3. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание марганца, титана и циркония более чем в шесть раз превышает максимальное содержание серы.