RU2439193C1

RU2439193C1 - Structural low-alloyed cast steel

Info

Publication number: RU2439193C1
Application number: RU2010115950/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Алов (RU); Виктор Анатольевич Алов; Михаил Иванович Карпенко (BY); Михаил Иванович Карпенко; Олег Модестович Епархин (RU); Олег Модестович Епархин; Михаил Иванович Просветов (RU); Михаил Иванович Просветов; Илья Николаевич Куприянов (RU); Илья Николаевич Куприянов; Владимир Егорович Зайцев (RU); Владимир Егорович Зайцев; Алексей Михайлович Туров (RU); Алексей Михайлович Туров
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2012-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: steel contains carbon, silica, manganese, chrome, phosphorus, sulphur, titanium, antimony, aluminium, calcium and iron at the following component ratio, wt %: carbon 0.7 - 0.25, silica 0.17 - 0.35, manganese 0.90 - 1.20, chrome 0.90 - 1.20, titanium 1.02 - 1.50, antimony 0.03 - 0.30, phosphorus 0.02 - 0.06, sulphur 0.02 - 0.06, aluminium 0.07 - 0.23, calcium 0.02 - 0.05, and iron is the rest.

EFFECT: increasing elastoplastic properties and crack resistance of steel.

2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным низколегированным литейным сталям, используемым для изготовления крестовин, рычагов для топливных опор, фланцев, шестерен, звездочек и других ответственных деталей, работающих при циклических и изменяющихся нагрузок.The invention relates to metallurgy, in particular to structural low-alloy foundry steels used for the manufacture of crosses, levers for fuel supports, flanges, gears, sprockets and other critical parts operating under cyclic and varying loads.

Известна конструкционная низколегированная литейная сталь (авт. св. СССР №595419, МПК С22С 38/50, 1978), содержащая, мас.%:Known structural low alloy cast steel (ed. St. USSR No. 595419, IPC C22C 38/50, 1978), containing, wt.%:

УглеродCarbon 15-0,2015-0.20 КремнийSilicon 30-0,6030-0.60 МарганецManganese 20-1,5020-1,50 ХромChromium 20-1,5020-1,50 НикельNickel 80-2,2080-2,20 МолибденMolybdenum 20-0,3020-0.30 МедьCopper 80-1,2080-1,20 ТитанTitanium 10-0,1510-0.15 ЦерийCerium 05-0,1005-0.10 ВанадийVanadium 0,10-0,150.10-0.15 КальцийCalcium 03-0,0803-0.08 АзотNitrogen 0,008-0,020.008-0.02 БарийBarium 0,05-0,100.05-0.10 ЖелезоIron остальноеrest

Известная сталь имеет высокие характеристики прочности, но низкую ударную вязкость и повышенную склонность к трещинообразованию.Known steel has high strength characteristics, but low toughness and increased tendency to crack formation.

Известна также конструкционная низколегированная сталь (патент ЧССР №185825, МПК С22С 38/44, 1980) следующего состава, мас.%:Also known is structural low-alloy steel (patent of Czechoslovakia No. 185825, IPC С22С 38/44, 1980) of the following composition, wt.%:

УглеродCarbon 0,25-0,350.25-0.35 КремнийSilicon 0,40-0,600.40-0.60 МарганецManganese 0,40-0,800.40-0.80 НикельNickel 0,40-0,600.40-0.60 ХромChromium 0,50-0,700.50-0.70 МолибденMolybdenum 0,40-0,600.40-0.60 ВанадийVanadium 0,05-0,100.05-0.10 ФосфорPhosphorus до 0,025up to 0.025 СераSulfur до 0,025up to 0.025 ЖелезоIron ОстальноеRest

Эта сталь содержит большое количество карбидообразующих элементов, обладает низкими характеристиками пластичности, предела текучести и используется только для массивных зубчатых колес и других литых деталей, не подвергаемым ударным нагрузкам.This steel contains a large number of carbide-forming elements, has low ductility, yield strength and is used only for massive gears and other cast parts that are not subjected to shock loads.

По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкой к предложенной является конструкционная низколегированная литейная сталь марки 25ХГЛ (ГОСТ 977 - 88), содержащая, мас.%:In terms of technical nature and the achieved effect, the closest to the proposed one is structural low-alloy cast steel grade 25KHGL (GOST 977 - 88), containing, wt.%:

УглеродCarbon 0,20-0,300.20-0.30 КремнийSilicon 0,20-0,500.20-0.50 МарганецManganese 0,85-1,150.85-1.15 ХромChromium 0,90-1,300.90-1.30 ФосфорPhosphorus до 0,04up to 0.04 СераSulfur до 0,04up to 0.04 ЖелезоIron ОстальноеRest

Известная сталь обладает средней категорией прочности (КТ 35), но недостаточными упругопластическими свойствами и трещиностойкостью. Механические свойства известной стали: предел текучести - 383-400 МПа; относительное удлинение - 10-12%; относительное сужение - 20-22%; ударная вязкость - 16,7 18,5 Дж/см². Предел коррозионной усталости стали составляет 175-190 МПа.Known steel has an average strength category (CT 35), but insufficient elastic-plastic properties and crack resistance. Mechanical properties of known steel: yield strength - 383-400 MPa; elongation of 10-12%; relative narrowing - 20-22%; impact strength - 16.7 18.5 J / cm ² . The limit of corrosion fatigue of steel is 175-190 MPa.

Задачей данного технического решения является повышение упругопластических свойств и трещиностойкости стали.The objective of this technical solution is to increase the elastoplastic properties and crack resistance of steel.

Поставленная задача решается тем, что конструкционная низколегированная литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, фосфор, серу и железо, отличается тем, что она дополнительно содержит титан, сурьму, алюминий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that the structural low-alloy cast steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, phosphorus, sulfur and iron, characterized in that it additionally contains titanium, antimony, aluminum and calcium in the following ratio, wt.%:

УглеродCarbon 0,17-0,250.17-0.25 КремнийSilicon 0,17-0,350.17-0.35 МарганецManganese 0,90-1,200.90-1.20 ХромChromium 0,90-1,200.90-1.20 ТитанTitanium 1,02-1,501.02-1.50 СурьмаAntimony 0,03-0,300.03-0.30 ФосфорPhosphorus 0,02-0,060.02-0.06 СераSulfur 0,02-0,060.02-0.06 АлюминийAluminum 0,07-0,230.07-0.23 КальцийCalcium 0,02-0,050.02-0.05 ЖелезоIron ОстальноеRest

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.The analysis of the proposed technical solution showed that at the moment there are no technical solutions in which these differences would be reflected. In addition, these signs are necessary and sufficient to achieve the positive effect indicated in the purpose of the invention. This allows us to conclude that these differences are significant.

Содержание углерода (0,17-0,25) мас.%, кремния (0,17-0,35) мас.%, фосфора (0,02-0,06) мас.% и серы (0,02-0,06) мас.% принято исходя из опыта производства литейных сталей для отливок с преимущественно мелкозернистой перлитной структурой, с высокими характеристиками упругопластических свойств. При увеличении концентрации углерода и кремния соответственно выше 0,25 мас.% и 0,35 мас.% повышаются остаточные термические напряжения в отливках и снижаются упругопластические характеристики стали, а при уменьшении их концентрации соответственно ниже 0,17 мас.% каждого снижаются однородность и стабильность структуры и трещиностойкость отливок.The carbon content (0.17-0.25) wt.%, Silicon (0.17-0.35) wt.%, Phosphorus (0.02-0.06) wt.% And sulfur (0.02-0 , 06) wt.% Is based on the experience in the production of casting steels for castings with a predominantly fine-grained pearlite structure, with high characteristics of elastoplastic properties. With an increase in the concentration of carbon and silicon, respectively, above 0.25 wt.% And 0.35 wt.%, The residual thermal stresses in the castings increase and the elastoplastic characteristics of the steel decrease, and with a decrease in their concentration, respectively, below 0.17 wt.% Each, the uniformity and structural stability and crack resistance of castings.

Дополнительное введение титана в количестве 1,02-1,50 мас.% обусловлено его высокой химической, модифицирующей и графитизирующей активностью и значительным влиянием на дисперсность структуры и повышение упругопластических свойств. При концентрации его менее 1,02 мас.% модифицирующий эффект, пластические свойства и трещиностойкость низкие, а при увеличении содержания титана более 1,50 мас.% увеличивается угар, снижаются однородность и упругопластические свойства.The additional introduction of titanium in an amount of 1.02-1.50 wt.% Is due to its high chemical, modifying and graphitizing activity and a significant effect on the dispersion of the structure and increase elastoplastic properties. When its concentration is less than 1.02 wt.%, The modifying effect, plastic properties and crack resistance are low, and with an increase in titanium content of more than 1.50 wt.%, Fumes increase, uniformity and elastoplastic properties decrease.

Сурьма в количестве 0,03-0,30 мас.% является легирующим и перлитизирующим структуру компонентом, повышающим упругопластические свойства и предел выносливости. При снижении концентрации сурьмы менее 0,03 мас.% упругопластические свойства недостаточны, а при увеличении ее содержания более 0,30 мас.% снижаются характеристики предела текучести, трещиностойкости и относительного удлинения.Antimony in an amount of 0.03-0.30 wt.% Is a component alloying and perlitizing the structure, increasing elastic-plastic properties and endurance limit. With a decrease in the concentration of antimony of less than 0.03 wt.%, The elastoplastic properties are insufficient, and with an increase in its content of more than 0.30 wt.%, The characteristics of yield strength, crack resistance, and elongation decrease.

Дополнительное введение алюминия в количестве (0,07-0,23) мас.% обусловлено его раскисляющей и модифицирующей активностью и значительным влиянием на дисперсность структуры и повышение упругопластических свойств. При концентрации его менее 0,07 мас.% модифицирующий эффект и упругопластические свойства низкие, а при увеличении содержания алюминия более 0,23 мас.% увеличивается его угар, снижаются однородность структуры и трещиностойкость стали.The additional introduction of aluminum in an amount of (0.07-0.23) wt.% Is due to its deoxidizing and modifying activity and a significant effect on the dispersion of the structure and increase elastoplastic properties. At a concentration of less than 0.07 wt.%, The modifying effect and elastoplastic properties are low, and with an increase in aluminum content of more than 0.23 wt.%, Its fumes increase, the structural uniformity and crack resistance of steel decrease.

Дополнительное введение кальция 0,02-0,05 мас.% обусловлено его высокой рафинирующей активностью, он очищает границы зерен и оказывает значительное влияние на форму и дисперсность структурных составляющих металлической основы, существенно повышая упругопластические свойства.The additional introduction of calcium 0.02-0.05 wt.% Due to its high refining activity, it cleans the grain boundaries and has a significant impact on the shape and dispersion of the structural components of the metal base, significantly increasing the elastoplastic properties.

При концентрации его менее 0,02 мас.% модифицирующий эффект, трещиностойкость и упругопластические свойства стали низкие, а при увеличении содержания кальция более 0,05 мас.% он полностью не растворяется в металлической основе, что снижает однородность структуры и упругопластические свойства стали.At a concentration of less than 0.02 wt.%, The modifying effect, crack resistance and elastoplastic properties of steel are low, and with an increase in calcium content of more than 0.05 wt.% It does not completely dissolve in the metal base, which reduces the structural uniformity and elastoplastic properties of steel.

Хром и марганец в количествах от 0,9 до 1,2 мас.% являются основными легирующими элементами, повышающими прочность, твердость, трещиностойкость, предел выносливости, коррозионную стойкость стали в отливках. Однако при увеличении концентрации хрома и марганца более 1,2 мас.% каждого повышается содержание в структуре по границам зерен карбидов и карбонитридов, что снижает упругопластические свойства. При их концентрации менее 0,9 мас.% каждого прочность, трещиностойкость, твердость, предел текучести значительно снижаются и недостаточны.Chrome and manganese in amounts from 0.9 to 1.2 wt.% Are the main alloying elements that increase strength, hardness, crack resistance, endurance, corrosion resistance of steel in castings. However, with an increase in the concentration of chromium and manganese more than 1.2 wt.% Each, the content in the structure along the grain boundaries of carbides and carbonitrides increases, which reduces the elastoplastic properties. When their concentration is less than 0.9 wt.% Each, the strength, crack resistance, hardness, yield strength are significantly reduced and insufficient.

Опытные плавки литейных сталей проводят в индукционных тигельных среднечастотных печах с использованием стального низколегированного лома, металлического марганца, низкоуглеродистого хрома, металлической сурьмы, ферросиликомарганца, ферротитана, силикокальция и других ферросплавов. Температура расплава перед рафинированием 1560-1600°С, а при раскислении алюминием - 1610-1630°С. Легирование расплава ферросиликомарганцем, хромом и сурьмой производят в печи, а модифицирование - в ковше с использованием алюминотермических присадок в виде таблеток диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Для определения свойств стали заливают решетчатые, звездообразные и ступенчатые технологические пробы, отливки и образцы для механических испытаний в сухие и жидкостекольные литейные формы. В таблице 1 приведены химические составы литейных сталей опытных плавок.Experimental melting of foundry steels is carried out in induction crucible medium-frequency furnaces using steel low-alloy scrap, metal manganese, low-carbon chromium, antimony metal, ferrosilicon manganese, ferrotitanium, silicocalcium and other ferroalloys. The melt temperature before refining 1560-1600 ° C, and when deoxidized by aluminum - 1610-1630 ° C. Alloying the melt with ferrosilicon manganese, chromium and antimony is carried out in a furnace, and the modification is performed in a ladle using aluminothermic additives in the form of tablets with a diameter of 50 mm and a height of 50 mm. To determine the properties of steel, lattice, star-shaped and step technological samples, castings and samples for mechanical tests are poured into dry and liquid glass foundry molds. Table 1 shows the chemical compositions of cast steels of experimental swimming trunks.

Определение прочностных свойств сталей проводят по ГОСТ 1497-84 на образцах диаметром 14 мм, с расчетной длиной 70 мм, трещиностойкость - на звездообразных 250 мм технологических пробах высотой 140 мм, а предел коррозионной усталости - на стандартных образцах при испытании на базе 10⁷циклов. В таблице 2 приведены механические и эксплуатационные свойства сталей опытных плавок в отливках, образцах и технологических пробах.The strength properties of steels are determined according to GOST 1497-84 on samples with a diameter of 14 mm, with an estimated length of 70 mm, crack resistance - on star-shaped 250 mm technological samples 140 mm high, and the corrosion fatigue limit - on standard samples when tested on the basis of 10 ⁷ cycles. Table 2 shows the mechanical and operational properties of the steels of the experimental melts in castings, samples and technological samples.

Как видно из таблицы 2, предложенная низколегированная литейная сталь обладает более высокими упругопластическими свойствами и трещиностойкостью в литых технологических пробах, чем известная.As can be seen from table 2, the proposed low alloy cast steel has higher elastoplastic properties and crack resistance in cast technological samples than the known one.

Таблица 1Table 1 КомпонентыComponents Содержание компонентов (железо - остальное) в литейных сталях для сплавов, мас.%The content of components (iron - the rest) in casting steels for alloys, wt.% 1 (Изв.)1 (Izv.) 22 33 4four 55 66 УглеродCarbon 0,250.25 0,10.1 0,170.17 0,230.23 0,250.25 0,280.28 КремнийSilicon 0,350.35 0,120.12 0,170.17 0,270.27 0,350.35 0,410.41 МарганецManganese 1,051.05 0,810.81 0,900.90 1,121.12 1,201.20 1,401.40 ХромChromium 1,121.12 0,770.77 0,900.90 1,131.13 1,201.20 1,301.30 ТитанTitanium -- 0,510.51 1,021,02 1,31.3 1,51,5 1,71.7 СурьмаAntimony -- 0,020.02 0,030,03 0,20.2 0,30.3 0,40.4 ФосфорPhosphorus 0,030,03 0,010.01 0,020.02 0,040.04 0,060.06 0,10.1 СераSulfur 0,030,03 0,010.01 0,020.02 0,040.04 0,060.06 0,10.1 АлюминийAluminum -- 0,030,03 0,070,07 0,110.11 0,230.23 0,30.3 КальцийCalcium -- 0,010.01 0,020.02 0,030,03 0,050.05 0,070,07

Таблица 2table 2 Показатели свойств для составов литейных сталей Property indicators for cast steel compositions Свойства литейных сталейCast Steel Properties опытных плавокexperienced swimming trunks 1(Изв.)1 (Izv.) 22 33 4four 55 66 Предел текучести,Yield strength 395395 390390 405405 430430 445445 395395 МПаMPa ОтносительноеRelative 1212 1212 15fifteen 18eighteen 1717 14fourteen удлинение, %elongation,% Склонность кAddiction to трещинообразованию (количество трещинcrack formation (number of cracks 9,69.6 8,58.5 8,18.1 7,27.2 7,57.5 8,38.3 в пробе)in the sample) ПределLimit коррозионнойcorrosive 192192 182182 210210 225225 218218 195195 усталости, МПаfatigue, MPa ОтносительноеRelative 2121 20twenty 2525 2828 2727 2222 сужение, %contraction,% Ударная вязкость, Дж/см² Impact strength, J / cm ² 18eighteen 18eighteen 2626 3737 3434 2424

Claims

Structural low-alloy cast steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, phosphorus, sulfur and iron, characterized in that it additionally contains titanium, antimony, aluminum and calcium in the following ratio, wt.%:
carbon 0.17-0.25 silicon 0.17-0.35 manganese 0.90-1.20 chromium 0.90-1.20 titanium 1.02-1.50 antimony 0.03-0.30 phosphorus 0.02-0.06 sulfur 0.02-0.06 aluminum 0.07-0.23 calcium 0.02-0.05 iron rest