СТАЛЬ Российский патент 2014 года по МПК C22C38/44 

Описание патента на изобретение RU2532661C1

Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, и может найти применение для изготовления силовых деталей и шестерен, валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией.

Известна высококачественная легированная конструкционная сталь 18X2H4MA, упрочняемая цементацией, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,20; кремний 0,17-0,37; марганец 0,25-0,55; хром 1,35-1,65; никель 4,00-4,40; молибден 0,30-0,40; медь ≤0,30; сера ≤0,025; фосфор ≤0,025, железо остальное.

(ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали», утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.06.71 №1148, М., ИПК Издательство стандартов, 1996)

Недостатками известной стали, снижающими эксплуатационную надежность изделий, являются недостаточная технологичность при ковке (склонность к образованию трещин), сложность обеспечения оптимальной структуры цементованного слоя (в части регламентированного содержания остаточного аустенита); недостаточная ударная вязкость, недостаточная усталостная прочность при изгибе.

Наиболее близкой по технической сущности является сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, церий, лантан, неодим и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,21; марганец 0,4-0,7; кремний 0,6-0,9; хром 2,6-3,0; никель 1,0-1,5; молибден 0,4-0,6; вольфрам 1,0-1,4; ванадий 0,35-0,55; ниобий 0,08-0,22; церий 0,01-0,05; лантан 0,01-0,03; неодим 0,01-0,03 и железо остальное. Известную сталь используют для изготовления силовых деталей - шестерен, валов, поверхности которых упрочняют химико-термической обработкой: цементацией, нитроцементацией и азотированием.

(RU 2094520, C22C 38/48, опубликовано 27.10.1997)

Недостатками известной стали являются: склонность к образованию трещин при ковке; недостаточная ударная вязкость; неоптимальная структура цементованного слоя, снижающая эксплуатационную надежность тяжелонагруженных изделий с цементованным слоем

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, церий, лантан, алюминий, кальций, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,14-0,16 Марганец 0,25-0,50 Кремний 0,17-0,25 Хром 1,35-1,65 Никель 4,20-4,40 Молибден 0,30-0,40 Церий 0,007-0,009 Лантан 0,001-0,005 Алюминий 0,02-0,05 Кальций 0,002-0,005 Медь ≤0,20 Сера ≤0,005 Фосфор ≤0,005 Железо Остальное

при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15.

Технический результат также достигается тем, что отношение суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца составляет 9-12.

Содержание серы менее 0,005 мас.%, алюминия 0,02-0,05 мас.% и кальция 0,002-0,005 мас.% при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 до минимума снижает количество неметаллических включений в стали, повышает пластичность стали и износостойкость цементированного поверхностного слоя.

Ограничение содержания серы до 0,005 мас.% и фосфора до 0,005 мас.% повышает сплошность и стабильность по твердости поверхностного слоя, полученного цементацией.

Ограничение содержания меди до 0,2 мас.% обеспечивает уменьшение склонности стали к образованию трещин при ковке.

При отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 и отношении суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца 9-12 сталь обладает оптимальной структурой, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик цементованной (или нитроцементованной) детали.

Достижение поставленного технического результата иллюстрируется данными, представленными в таблицах 1-7.

Цементацию поверхности стали проводили стандартным методом при выдержке в газовых печах при температуре 930°C в течение 24 часа.

Из представленных материалов следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

По данным стендовых испытаний использование стали по изобретению для изготовления цементированных шестерен редуктора горно-шахтного комбайна обеспечит повышение на 35% его эксплуатационной надежности.

Таблица 1 Химический состав заявляемой стали опытных плавок (№1-4) Сталь Номер плавки Компоненты 1 2 3 4 C 0,14 0,15 0,15 0,16 Si 0,19 0,17 0,21 0,25 Mn 0,27 0,35 0,41 0,49 Cr 1,36 1,44 1,64 1,39 Ni 4,22 4,39 4,28 4,37 Mo 0,31 0,39 0,33 0,40 Cu 0,16 0,19 0,20 0,17 Al 0,02 0,05 0,04 0,03 Ca 0,003 0,002 0,005 0,004 Ce 0,009 0,007 0,007 0,008 La 0,002 0,001 0,003 0,005 S 0,003 0,005 0,004 0,005 P 0,005 0,004 0,002 0,004 Fe ост. ост. ост. ост.

Таблица 2 Механические свойства стали опытных плавок (№1-4) Сталь KCU20 С, Дж/см2 KCU60 С, Дж/см2 σ0,2, МПа σв, МПа δ, % φ, % №1 131 84 1240 1370 15 55 №2 139 91 1210 1290 17 53 №3 144 98 1190 1330 16 57 №4 155 121 1280 1410 15 55

Таблица 3 Свойства цементованного слоя заявляемой стали опытных плавок (№1-4) и известной стали Сталь Сплошность цементованного слоя по 8-балльной шкале Показатель стабильности твердости, HRC Содержание аустенита, % Известная сталь 4-5 59, 63, 61, 65, 60 разброс - 6 единиц 6-9 №1 1 62, 63, 65, 64, 65 разброс - 3 единицы 2-4 №2 2 63, 65, 64, 63, 65 разброс - 2 единицы 2-3 №3 1-2 65, 63, 64, 62, 64 разброс - 2 единицы 2-4 №4 1 64, 62, 63, 63, 64 разброс - 2 единицы 1-3

Таблица 4 Балл неметаллических включений и технологичность при ковке отливок заявляемой стали опытных плавок (№1-4) и стали-прототипа Сталь Балл неметаллических включений (ГОСТ 1778-70), метод Ш4 Количество трещин на поверхности поковки Известная сталь OC-3, C-4 5, глубиной 0,3 №1 OC-1, C-2 1, глубиной 0,1 №2 OC-2, C-1 - №3 OC-1, C-1 1, глубиной 0,1 №4 OC-1, C-1 -

Таблица 5 Влияние содержания серы и фосфора на целостность и стабильность твердости цементитной решетки поверхностного слоя Суммарное содержание серы и фосфора, % Сплошность цементованного слоя по 8-балльной шкале Показатель стабильности твердости, HRC 0,010 1-2 65, 64, 63, 64, 65 разброс - 2 единицы 0,050 5-6 58, 63, 59, 64, 59 разброс - 6 единиц

Таблица 6 Влияние отношения содержания Al/Ca на балл неметаллических включений и значения ударной вязкости Номер опытной плавки Al, мас.% Ca, мас.% Al:Ca, % Балл НВ (ГОСТ 1778-70) KCU+20 C 1 0,02 0,005 4 ОС-1, С-2 112 2 0,03 0,004 7,5 ОС-1, С-1 126 3 0,04 0,003 13,33 ОС-2, С-1 137 4 0,05 0,002 25 ОС-2, С-2 144 5 0,01 0,006 1,66 ОС-4, С-4 89 6 0,06 0,001 60 ОС-5, С-5 87

Таблица 7 Сравнительная контактная выносливость и усталостная прочность при изгибе стали опытных плавок №1-4 и стали-прототипа Сталь Предел контактной выносливости (ГОСТ 25.501-78), МПа Предел выносливости при изгибе, (ГОСТ 25.504-82), МПа Известная сталь 1200 850 №1 1900 1100 №2 2000 1200 №3 1800 1100 №4 2100 1200

Похожие патенты RU2532661C1

название год авторы номер документа
СТАЛЬ 2013
  • Дуб Владимир Семенович
  • Лужанский Илья Борисович
  • Марков Сергей Иванович
  • Новиков Владимир Алексеевич
  • Ефимов Виктор Михайлович
  • Цих Сергей Геннадьевич
  • Берман Леонид Исаевич
  • Евтюшкин Евгений Геннадьевич
  • Матвейчук Валерий Анатольевич
  • Афанасьев Андрей Борисович
  • Клауч Дмитрий Николаевич
  • Овумян Гагик Гегамович
  • Носов Даниил Петрович
  • Думилин Сергей Владимирович
RU2532662C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ 2012
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Шепилов Николай Борисович
RU2493285C1
ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2017
  • Марков Сергей Иванович
  • Дуб Владимир Семенович
  • Баликоев Алан Георгиевич
  • Орлов Виктор Валерьевич
  • Косырев Константин Львович
  • Лебедев Андрей Геннадьевич
  • Петин Михаил Михайлович
RU2648426C1
ЖАРОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2009
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Егорова Марина Александровна
  • Орлов Александр Сергеевич
  • Ершов Николай Сергеевич
  • Михайлов Алексей Геннадьевич
  • Белявский Павел Борисович
  • Кнохин Валерий Георгиевич
RU2415963C2
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН 2010
  • Алов Виктор Анатольевич
  • Карпенко Михаил Иванович
  • Епархин Олег Модестович
  • Попков Александр Николаевич
  • Куприянов Илья Николаевич
  • Хомец Ульяна Сергеевна
RU2448184C2
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩАЯ СТАЛЬ 2005
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Белякова Валентина Ивановна
  • Ковалев Игорь Евгеньевич
  • Верещагина Алла Андреевна
  • Шалькевич Андрей Борисович
  • Уткина Александра Николаевна
  • Коробова Елена Николаевна
  • Банас Игорь Павлович
RU2296177C1
ТЕПЛОСТОЙКАЯ СТАЛЬ 2011
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Дегтярев Александр Федорович
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Тыкочинская Татьяна Васильевна
  • Дуб Владимир Семенович
  • Кригер Юрий Николаевич
  • Тарараксин Геннадий Константинович
  • Козьминский Александр Николаевич
  • Дудка Григорий Анатольевич
  • Немыкина Татьяна Ивановна
  • Егорова Марина Александровна
  • Матыцин Николай Федотович
RU2441092C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КОТЛОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН, РАБОТАЮЩИХ ПРИ УЛЬТРАСВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ПАРА 2017
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Лубенец Владимир Платонович
  • Козлов Павел Александрович
  • Логашов Сергей Юрьевич
  • Яковлев Евгений Игоревич
RU2637844C1
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ПОРОШКОВАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ 2020
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Неруш Святослав Васильевич
  • Тонышева Ольга Александровна
  • Мазалов Павел Борисович
  • Крылов Сергей Алексеевич
  • Богачев Игорь Александрович
RU2751064C1
АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ 2003
  • Буданов Ю.П.
  • Целищев А.В.
  • Коростин О.С.
  • Потоскаев Г.Г.
  • Бибилашвили Ю.К.
  • Кошелев Ю.Н.
  • Решетников Ф.Г.
  • Бычков С.А.
RU2233906C1

Реферат патента 2014 года СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,14-0,16, марганец 0,25-0,50, кремний 0,17-0,25, хром 1,35-1,65, никель 4,20-4,40, молибден 0,30-0,40, церий 0,007-0,009, лантан 0,001-0,005, алюминий 0,02-0,05, кальций 0,002-0,005, медь ≤0,20, серу ≤0,005, фосфор ≤0,005, железо остальное. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет 0,13-0,15. Повышается ударная вязкость и прокаливаемость стали, сплошность и твердость цементованного слоя, а также хрупкая прочность, пластичность, сопротивляемость усталости при изгибе и контактная усталость после цементации поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы, 7 табл.

Формула изобретения RU 2 532 661 C1

1. Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, церий, лантан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, кальций, медь, серу и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,14-0,16 Марганец 0,25-0,50 Кремний 0,17-0,25 Хром 1,35-1,65 Никель 4,20-4,40 Молибден 0,30-0,40 Церий 0,007-0,009 Лантан 0,001-0,005 Алюминий 0,02-0,05 Кальций 0,002-0,005 Медь ≤0,20 Сера ≤0,005 Фосфор ≤0,005, Железо Остальное,


при этом отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет 0,13-0,15.

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что отношение суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца составляет 9-12.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2532661C1

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ 1995
  • Белякова В.И.
  • Шалькевич А.Б.
  • Чепкин В.М.
  • Зубарев Г.И.
  • Фрейдин Э.И.
RU2094520C1
СТАЛЬ ДЛЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК 2000
  • Хомякова Н.Ф.
  • Камышина К.П.
  • Петров Ю.Н.
  • Зарубин Г.А.
  • Смирнова Г.П.
RU2183689C2
ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩАЯ СТАЛЬ (ВАРИАНТЫ) И ИЗДЕЛИЕ ИЗ СТАЛИ (ВАРИАНТЫ) 2007
  • Кузнецов Юрий Васильевич
  • Лойферман Михаил Абрамович
  • Штейников Сергей Петрович
RU2383649C2
EP 1857562 A1, 21.11.2007
US 8057737 B2, 15.11.2011
US 7195736 B1, 27.03.2007

RU 2 532 661 C1

Авторы

Дуб Владимир Семенович

Лужанский Илья Борисович

Марков Сергей Иванович

Новиков Владимир Алексеевич

Ефимов Виктор Михайлович

Цих Сергей Геннадьевич

Берман Леонид Исаевич

Евтюшкин Евгений Геннадьевич

Матвейчук Валерий Анатольевич

Афанасьев Андрей Борисович

Клауч Дмитрий Николаевич

Овумян Гагик Гегамович

Носов Даниил Петрович

Думилин Сергей Владимирович

Даты

2014-11-10Публикация

2013-09-18Подача