Сталь Советский патент 1984 года по МПК C22C38/54 

1 d

;35

ч1 Изобретение относится к металл: ф гни, конкретнее к конструкционным низколегированным сталям, и может быть использовано при производстве тонколистового проката для машинестроения, в частности для автомоби строения. Задачи снижения металлоемкости ,и повьшения конструктивной прочнос требуют создания новых марок стале сочетающих высокуго прочность и пла тичность, экономичных в производст технологичных в обработке. Известна сталь J, содержащая, мае. %: Углерод0 12 Марганец1,3-1,7 Кремний0,5-0,8 Хром , 0,30 Никель0,30 Медь0,30 ЖелезоОстальное Недостатки этой стали - низкие прочность и пластичность, склоннос к образованию трещин и расслоя, ан зотропия механических свойств. Наиболее близка к предлагаемой стали по технологической сущности и достигаемому эффекту сталь 1.23, содержащая, мас.%:, Углерод 0,07-0;14 Марганец1,2-2,0 Кремний0,2-0,6 Ванадий0,05-0,14 . Хром0,01-0,30 Алюминий0,01-0,06 Медь0,01-0,30 Титан0,01-0,05 Кальций0,001-0,018 Барий0,001-0,010 Редкоземельные металлы0,001-0,010 ЖелезоОстальное Эта сталь имеет следующие значе ния механических свойств в горячек таном состоянии; Предел прочности, кг/мм 56 Предел текучести, кг/мм 46 Относительное удлинение,% 22 Ударная вязкость на образцах с остры { надрезом при -15°С, кгм/см 8 Недостаток известной стали - ни кая пластичность при температурах горячей и холодной прокатки, что з трудняет производство горячекатано листа малых толщин и холоднокатано листа. Кроме того, для нее характерны склонность к осевой ликвации, концентрационная и структурная неоднородность проката под влиянием комплекса легирующих элементов с сильной карбидообразующей способностью (марганец, ванадий, хром, титан) и низкой растворимостью в твердом состоянии (медь). Это приводит к нестабильности механических свойств, снижает предел усталостного разрушения, ухудшает обрабатываемость стали методами штамповки, гибки. Использование в составе стали таких дефицитных элементов как ванадий и марганец ограничивает возможности ее производства. Цель изобретения - повышение пластичности и предела усталостного разрушения стали в горячекатаном состоянии. Для достижения поставленной цели сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций, барий и железо, дополнительно содержит бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мае. %: Углерод0,05-0,15 Марганец0,2-0,5 Кремний0,7-2,5 Алюминий0,01-0,06 Бор0,0005-0,01 Кальций 0,001-0,015 Барий0,001-0,010 Цирконий0,01-0,05 Азот0,001-0,01 ЖелезоОстальное В качестве примесей сталь может содержать менее 0,02 мае, % фосфора, менее 0,01 мае. % серы. Дополнительное введение в сталь бора и азота, увеличение содержания кремния позволяет получить достаточно высокую прочность, исключив из состава стали ванадий, хром, медь и значительно понизив содержание марганца Это способствует повышению пластичности и предела усталостного разрушения. Дополнительное введение в сталь циркония позволяет исключить титан и редкоземельные элементы, что уменьщает содержание неметаллических включений, исключает образование карбидов титана и способствует дальнейшему увеличению пластичности и ударной вязкости. Углерод при содержании менее 0,05 мае. % не обеспечивает требуемой прочности, a более 0,15 мае, % снижа ет пластичность и способствует образованию эвтектических карбидов бора, Марганец в количестве менее 0,2 мае. % недостаточен для стабильного хода раскисления и обессеривания в процессе плавки, а в количестве более 0,5 мае. % снижает пластичность. Кремний при содержании менее 0,7 мае. % не обеспечивает необходимой прочности, а при содержании более 2,5 мае. % снижает пластичность и ударную вязкость. Алюминий при содержании менее 0,01 мае. % не обеспечивает достаточ но интенсивного образования карбонит ридов в целях стабилизации свойств и карбонитридного упрочнения, а при содержании более 0,06 мае. % возрастают концентрация алюминия в твердом растворе и количество включений окис лов алюьшния, что ухудшает пластичность и снижает предел усталостного разрушения. Бор в количествах, менее 0,0005 мае. % расходуется преимущест венно на раскисление и. не способству ет упрочнению от образования боридны включений и измельчения зерна стали, при его содержании свьпне 0,01 мае. % возможно снижение пластичности из-за выделения включений боридов в виде сетки по границам зерен и образования боридной эвтектики. Это отрицательно сказывается также на ударной вязкости и пределе усталостного разрушения . Азот в количестве менее 0,00,1 мас, не обеспечивает необходимого упроч-нения путем образования карбонитридо алюминия и бора, а в количестве более 0,01 мае. % усиливает охрупчивание и способствует снижению пласти ности. Кальций при содержании менее 0,001 мае. % недостаточно интенсивно раскисляет и обессеривает сталь, а при содержании более 0,015 мае. % он может расходоваться на восстановлевые окислов других элементов и вза имодействовать с материалами футеров ки сталеразливочных устройств, увеличивая содержание неметаллических включений в стали. Барий при содержании менее 0,001 нас. % не способствует глубокому раскислению стали и сфероидизадни неметаллическ п включений с целью повышения пластичности и предела уста.постного разрушения. При содержании более 0,010 мае. % бария увеличивается число неметаллических включений оксисульфидного типа, что отрицательно влияет на пластичность стали. Введение в состав стали циркония в количестве 0,01-0,05 мае. % приводит к очистке границ зерен от неметаллических включений, что способствует повышению трещиноустойчивости стали, снижению ее температурного порога хладноломкости, повышению предела усталостного разрушения. Цирконий, являясь нитридообразующиМ элементом, образует нитриды циркония, что повышает прочностные характеристики стали. При содержании его меньше 0,01 мае, % не достигается нужньм уровень прочностных свойств, а содержание циркония более 0,05 мае. % приводит к чрезмерному упрочнению, что значительно затрудняет прокатку и штампуемость стали. Для определения механических свойств в и щукционной печи выплавляют сталь предложенного (пять вариан- . тов), известного (три варианта) и базового составов (два варианта). Сталь разливают в слитки весом 50 кг, диаметром 200 мм. Слитки проковывают на заготовки толщиной 50 мм, которые прокатывают на полосу (за пять проходов с промежуточным подогревом). Температура конца прокатки 900-890°С. Образцы для определения механических свойств готовят по ГОСТ 1497-73, 9454-78, 23026-78. Механические испытания проводят по ГОСТ 1497-73, 9454-78, 23026-78. Химический состав опытных плавок представлен .в табл. 1; результаты определения механических свойств в табл. 2. Как показывают проведенные испытания, сталь предложенного состава имеет характеристики пластичности (сЛр), предел усталостного разрушения и ударную вязкость при -15 С выше, чем сталь базового и известного составов, без снижения ее прочности, Таким образом , предложенный состав стали позволяет добиться повьшения пластичности и предела усталостного разрушения. При этом обеспечивается экономия легирующих добавок - марган|ца, хрома, меди, ванадия, титана Улучшение механических свойств позволяет повысить эксплуатационную стой,кость и надежность изделий из стали предложенного состава, а экономия s легирующих элементов удешевляет эту сталь.

Экономический эффект за счет эко номии легируюпщх элементов составляет 8 руб. т., 0

Предлагаемая сталь по сравнению с базовой сталью 09Г2С (ГОСТ 19282-73) :имеет повьппенные значения прочности

и пластичности за счет введения в сталь 6opas ба,рия5 циркония и азота. Бор способствует образованию боридных включений и Измельчению зерна стали. В сочетании с азотом механизм упрочнения происходит путем образования карбонитрйдов алюминияи бора. Снижение тe iпepaтypы хладноломкости и повьшение предела усталостного разрушения происходит при введении в сталь бария и кальция, которые способствуют очистке границ зерен от неметаллических включений.

Таблица 1

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, кальций барий и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения пластичности и предела усталостного разрушения в горячекатаном состоянии, она дополнительно содержит .бор, азот и цирконий при следующем соотношении компонентов, мае, %: Углерод 0,05-0,15 Марганец 0,2-0,5 Кремний 0,7-2,5 0,01-0,06 Апюминий Бор 0,0005-0,01 0,001-0,015 Кальций Барий 0,001-0,010 Цирконий 0,01-0,05 Азот 0,001-0,01 Железо Остальное (Л

0,008 0,010 0,040 0,060 0,070

0,01 0,04 0.06

0,01 0,30

Состав сталей

Продолжение таблицы 1

Таблица2

2,5-105,0-10 7,5-10 6,5-10 -4,5- 10 Про; олзкение таблицы 2

560

25

460

23,5 570

470

23 600 480

21 19

490

360 520

370

3,0-10 3,0-10 2,5-1о

5,040

3,5 3,0-10