СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2017 года по МПК C22C38/50 C22C38/46 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе железа с углеродом и легирующими элементами, обеспечивающим заданные химический состав, механические свойства и атмосферостойкость проката, атмосферостойким сталям, применяемым в высокопрочных болтах, гайках и шайбах.

В настоящее время для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб используют среднеуглеродистые стали типа 40Х, которые после термической обработки (закалки и отпуска) приобретают требуемые прочностные свойства, пластичность, ударную вязкость, а также другие служебные свойства согласно ГОСТ Р 52643-2006. Эти стали типа 40Х не относятся к атмосферостойким, что приводит к необходимости периодически окрашивать болтовые соединения в эксплуатации.

Известна атмосферостойкая низколегированная сталь по стандарту США ASTM А 325-00, тип 3 (таблица 2, композиции А-F), используемая для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Однако некоторые основные свойства этой стали не обеспечивают в полной мере создание необходимой защитной оксидно-гидроксидной пленки, тормозящей атмосферную коррозию, в условиях эксплуатации конструкций на территории Российской Федерации.

Задачей настоящего изобретения является повышение атмосферостойкости и оптимизация состава низколегированного сплава на основе железа и придание ему более высокой стойкости к замедленному хрупкому разрушению и к коррозионному растрескиванию.

Указанный технический результат достигается за счет легирования стали химическими элементами (хром, марганец, никель, молибден, медь, ванадий и титан), способствующими образованию на поверхности стали плотной защитной пленки оксидов и гидроксидов, снижающих скорость коррозии практически до нуля.

Поставленная задача решается с помощью получения атмосферостойкой стали, содержащей компоненты, мас. %: углерод - от более 0,30 до 0,42, марганец - 0,40-1,40, фосфор - не более 0,020, сера - не более 0,020, кремний - 0,15-0,37, хром - 0,30-1,0, никель - 0,20-0,80, медь - 0,20-0,60, молибден - 0,15-0,25, ванадий - 0,10-0,18, титан - не более 0,05, железо - остальное до 100%.

Ниже приведена сравнительная таблица предельных значений содержания элементов в атмосферостойкой стали по стандарту США ASTM А 325-00 и заявляемой атмосферостойкой стали.

Существенными отличительными признаками заявляемого химического состава атмосферостойкой стали от известных составов являются:

- снижение содержания вредных примесей - фосфора и серы, что повышает качество и технологичность заявляемой стали при горячей обработке давлением (прокатка, ковка);

- увеличенное содержание молибдена (0,15-0,25%) и ванадия (0,10-0,18), что приводит к улучшению механических свойств и к повышению стойкости стали к атмосферной коррозии.

На одном из мостостроительных заводов были произведены сравнительные испытания высокопрочных болтов, изготовленных из стали 40Х (ГОСТ Р52643-2006) и предлагаемого атмосферостойкого сплава.

В результате испытаний высокопрочных болтов, гаек и шайб из предлагаемого атмосферостойкого сплава было выявлено, что они по уровню прочностных свойств, ударной вязкости и коэффициенту закручивания соответствуют классам прочности соответственно 10.9 и 10 по ГОСТ Р 52643-2006.

Испытание на замедленное хрупкое разрушение были произведены на разрывных образцах, изготовленных из высокопрочных болтов стали 40Х (стандартные высокопрочные болты серийного производства) и из предлагаемого атмосферостойкого сплава. Насыщение стали образцов водородом производили в специальной электрохимической ячейке.

Испытания показали, что образцы высокопрочных болтов из предлагаемого атмосферостойкого сплава при равных напряжениях от растягивающей нагрузки в 0,2 от расчетной в растворе H₂SO₄ имели более длительное (на 5-30%) время до разрушения, что свидетельствует о более высокой стойкости предлагаемого атмосферостойкого сплава к замедленному хрупкому разрушению.

По коррозионному растрескиванию предлагаемый атмосферостойкий сплав почти в 2 раза превосходит нормативный предел.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования предлагаемого сплава выразится в увеличении надежности и срока службы изготовленных из него высокопрочных болтов, гаек и шайб и уменьшении расходов при их эксплуатации в мостовых сооружениях.

Источники информации

1. Сталь 40Х, ГОСТ Р 52643-2006.

2. Стандарт США « Standard Specification for structural bolts, steel, heat treated…» ASTM A 325-00, type 3 bolts, elements A-F.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к атмосферостойкой стали, используемой для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Сталь содержит углерод, марганец, фосфор, серу, кремний, хром, никель, медь, молибден, ванадий, титан и железо при следующем соотношении, мас.%: углерод от более 0,3 до 0,42, марганец 0,4-1,4, фосфор не более 0,02, сера не более 0,02, кремний 0,15-0,37, хром 0,3-1,0, никель 0,2-0,8, медь 0,2-0,6, молибден 0,15-0,25, ванадий 0,1-0,18, титан не более 0,05, железо остальное. Повышается стойкость к замедленному хрупкому разрушению и к коррозионному растрескиванию. 1 табл.

Атмосферостойкая сталь, содержащая углерод, марганец, фосфор, серу, кремний, хром, никель, медь, молибден, ванадий, титан и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод от более 0,3 до 0,42 марганец 0,4-1,4 фосфор не более 0,02 сера не более 0,02 кремний 0,15-0,37 хром 0,3-1,0 никель 0,2-0,8 медь 0,2-0,6 молибден 0,15-0,25 ванадий 0,1-0,18 титан не более 0,05 железо остальное