Патент на изобретение №2203344
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЛИТЕЙНАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат: Изобретение относится к области металлургии литейных сталей, используемых в частности в судостроении, при изготовлении массивных литых деталей, работающих под воздействием статических и динамических нагрузок. Техническим результатом изобретения является повышение вязкости, пластичности и трещиноустойчивости при затвердевании металла отливок и сопротивляемости хрупким разрушениям. При эксплуатации повышается надежность и срок службы изделий. Литейная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,17-0,22; кремний 0,17-0,37; марганец 0,40-0,70; никель 3,20-4,50; медь 0,70-1,00; молибден 0,38-0,50; хром 0,3-0,4; железо остальное. Содержание серы и фосфора не должно превышать по 0,025% каждого или в сумме не более 0,04%. Указанная сталь после термической обработки имеет предел текучести не менее 610 МПа; предел прочности – 700 МПа; относительное удлинение – 20%; относительное сужение – 50%; работа удара при температуре 0oС – 100 Дж. 1 табл. Настоящее изобретение относится к области металлургии литейных сталей судового и общемашиностроительного назначения, содержащих углерод, марганец, кремний, никель, медь, хром, молибден. В настоящее время для изготовления литых деталей (стеллажей холодильника под блюмсы, стрелок для стапельных поездов, штамповой оснастки и др.), работающих под действием статических и динамических нагрузок, к которым предъявляются требования по прочности и вязкости, применяются конструкционные нелегированные стали марок 25Л, 35Л, 45Л. Указанные стали, обладая невысокими характеристиками прочности и вязкости, не обеспечивают требуемую надежность и долговечность деталей при эксплуатации. Наиболее близкой по требуемым механическим свойствам к заявляемой стали является сталь марки 12ДН2ФЛ по ГОСТ 977-88, содержащая, мас.%: Углерод – 0,08-0,16 Марганец – 0,4-0,9 Кремний – 0,2-0,4 Никель – 1,8-2,2 Медь – 1,2-1,5 Ванадий – 0,08-0,15 Хром – до 0,3 Железо – Остальное Фосфор и сера – До 0,035 каждого Указанная сталь обладает высокими характеристиками прочности (  0,2 580 МПа, в725 МПа).
Однако имеет ряд недостатков:– обладает недостаточно высокими характеристиками вязкости и пластичности (KVo 39 Дж,  512%), что приводит к снижению долговечности изделий, работающих под воздействием ударных нагрузок и при отрицательных температурах;– имеет пониженную жидкотекучесть, а также склонна к образованию горячих и холодных трещин, являющихся концентраторами напряжений, вызывающих разрушение деталей при эксплуатации. Целью настоящего изобретения является создание литейной стали, обладающей достаточной прочностью и повышенной вязкостью, хорошей жидкотекучестью и высокой трещиноустойчивостью при изготовлении отливок, а также высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению. Одним из способов повышения вязкости и снижения склонности литейной стали перлитного класса к хрупким разрушениям является обеспечение мелкодисперсной феррито-перлитной структуры, что достигается легированием марганцовистых сталей никелем и снижением содержания вредных примесей. На основании проведенных работ установлено, что поставленная цель достигается за счет повышения в марганценикелевой стали содержания углерода, никеля, ограничения содержания кремния и меди, исключения из состава ванадия и дополнительного введения молибдена, а также снижения содержания вредных примесей серы и фосфора. Предлагается сталь, содержащая, мас.%: Углерод – 0,17-0,22 Кремний – 0,17-0,37 Марганец – 0,40-0,70 Никель – 3,20-4,50 Медь – 0,70-1,00 Молибден – 0,38-0,50 Хром – 0,3-0,4 Железо – Остальное Сталь может содержать примеси, мас.%: сера – не более 0,025; фосфор – не более 0,025. Условное обозначение стали – 20Н3ДМЛ. Предлагаемая сталь исследовалась на металле 5 промышленных плавок и 5 лабораторных по следующим характеристикам: – механические свойства проверены на 3 промышленных и 5 лабораторных плавках; – оценка сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженных температурах проводилась на 3 промышленных и 5 лабораторных плавках; – определение трещиноустойчивости при затвердевании и охлаждении металла в форме и жидкотекучести при заливке металла проводилось на 3 лабораторных плавках. Для сравнения исследовались механические свойства, сопротивляемость хрупкому разрушению при пониженных температурах и литейные характеристики известной стали-прототипа (табл. 1). Определение механических свойств и сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженной температуре (Тк) проводились по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, литейные свойства – по методике Санкт-Петербургского государственного технического университета. По сравнению с известной сталью-прототипом предлагаемая сталь обладает следующими преимуществами: 1. Высокой вязкостью при одинаковом уровне прочности, достигаемой за счет повышения в стали содержания никеля (до 3,2-4,5%) и снижения содержания меди (до 0,7-1,00%), серы и фосфора (до 0,025%). Повышение содержания никеля укрупняет структуру стали при первичной кристаллизации, но благодаря своему влиянию на понижение температуры и скорости превращения аустенита способствует резкому измельчению структуры при вторичной кристаллизации, что обеспечивает наибольшую дисперсность элементов структуры (ферритокарбидной смеси-сорбита), обладающей повышенной вязкостью. Ограничение в стали содержания меди до 1% снижает склонность к дисперсионному твердению, что способствует повышению вязкости металла. Снижение содержания серы и фосфора уменьшает количество неметаллических включений, располагающихся по границам зерен, что повышает межкристаллическую прочность, пластичность и вязкость металла. 2. Хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает равномерность свойств по сечению массивных отливок и высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при пониженных температурах благодаря повышенному содержанию никеля и введению молибдена, снижающего склонность стали к отпускной хрупкости. 3. Более высокой трещиноустойчивостью в процессе затвердевания за счет снижения содержания серы, устраняющего возможность образования легкоплавких оксисульфидных пленок, располагающихся в межкристаллитных областях в районе высоких температур, повышая пластичность и сопротивление стали к образованию горячих трещин. Указанные преимущества позволяют использовать предлагаемую сталь для крупных отливок ответственного назначения, работающих под воздействием ударных нагрузок, а также в условиях Крайнего Севера при пониженных температурах. В термически обработанном состоянии структура стали представляет мелкодисперсную феррито-перлитную смесь (сорбит). Сталь обеспечивает следующий уровень механических свойств: 0,2610 МПа, в700 МПа, 520%,  50%, KVo100 Дж.
Критическая температура перехода из вязкого в хрупкое состояние при динамическом нагружении (Тк) составляет 50oС.
Предлагаемая сталь обладает хорошей технологичностью при литье и может быть использована для крупных отливок сложной конфигурации сечением до 300 мм. При выплавке предлагаемой стали в качестве шихты могут использоваться отходы легированных никелем сталей типа АЛ и АК, за счет чего достигается большая экономия легирующих элементов, обеспечивающая значительный экономический эффект.
Формула изобретения
Углерод – 0,17 – 0,22 Марганец – 0,4 – 0,7 Кремний – 0,17 – 0,37 Хром – 0,3 – 0,4 Никель – 3,2 – 4,5 Медь – 0,7 – 1,0 Молибден – 0,38 – 0,50 Сера – 0,011 – 0,025 Фосфор – 0,009 – 0,025 Железо – Остальное при этом суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,04%. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
