RU2606825C1 - Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) - Google Patents
Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606825C1 RU2606825C1 RU2015125002A RU2015125002A RU2606825C1 RU 2606825 C1 RU2606825 C1 RU 2606825C1 RU 2015125002 A RU2015125002 A RU 2015125002A RU 2015125002 A RU2015125002 A RU 2015125002A RU 2606825 C1 RU2606825 C1 RU 2606825C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- phosphorus
- less
- sulfur
- boron
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 72
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 24
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 22
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 24
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009331 sowing Methods 0.000 abstract description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000003971 tillage Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N alpha-irone Chemical compound CC1CC=C(C)C(\C=C\C(C)=O)C1(C)C JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N 0.000 description 1
- HDWRPIXRVRDTQW-UHFFFAOYSA-N aluminan-2-one Chemical compound O=C1CCCC[AlH]1 HDWRPIXRVRDTQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004459 forage Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);sulfide Chemical class [S-2].[Mn+2] VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910001568 polygonal ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к области металлургии, а именно высокопрочной и износостойкой стали, используемой при изготовлении высоконагруженных деталей рабочих органов почвообрабатывающих, посевных, кормоуборочных, овощеуборочных и других сельхозмашин. Сталь содержит, мас.%: углерод от более 0,30 до 0,35, хром 0,30-0,50, никель 0,25-0,40, медь 0,20-0,40, молибден 0,05-0,15, кремний 0,10-0,30, марганец 0,80-1,00, ванадий 0,01-0,03, ниобий 0,01-0,04, бор 0,001-0,005, титан 0,01-0,03, алюминий от 0,01 до менее 0,05, азот не более 0,015, кальций 0,001-0,02, серу не более 0,020, фосфор не более 0,020, железо и примеси – остальное, при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025. Сталь обладает гарантированным пределом текучести для трех вариантов соответственно не ниже 1200 МПа, относительным удлинением не менее 7-8%, величиной ударной вязкости при +20°С не менее 20-30 Дж/см2, относительным равномерным удлинением не менее 2,0-2,5% и высокой износостойкостью. 3 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретения относятся к области металлургии, в частности, к составам стали, которая может быть использована для изготовления высоконагруженных деталей рабочих органов почвообрабатывающих, посевных, кормоуборочных, овощеуборочных и других сельхозмашин.
Среди используемых в настоящее время конструкций рабочих органов сельхозтехники большую долю составляют плоские детали, к которым относятся дисковые ножи, лемеха, долота, полевые доски, лапы культиваторов и др. Выход деталей из строя наступает как вследствие абразивного изнашивания при воздействии грунта, так и в результате излома или изгиба в зависимости от состояния почв, их уплотненности, засорения камнями. Особенности условий изнашивания, наличие значительных знакопеременных нагрузок предъявляют особые требования к механическим характеристикам (пластичность, прочность, относительное удлинение, вязкость, износостойкость и др.) материала деталей сельскохозяйственных машин и технологиям их обработки.
Помимо эксплуатационных нагрузок необходимо также учитывать, что свойства и долговечность материала зависят от технологических пластических деформаций, то есть от его деформационной способности. В связи с этим для сталей указанного назначения наряду с характеристиками прочности (временное сопротивление, предел текучести) и износостойкости (твердость поверхности, коэффициент относительной износостойкости, оцениваемый относительно износостойкости стали 45, принятой за единицу), должна использоваться также и характеристика деформационной способности материала - относительное равномерное удлинение при испытании на растяжение. Она косвенно характеризует способность материала испытывать эксплуатационные деформации без ее локализации.
Известна сталь, предназначенная для изготовления бурового, сельскохозяйственного землеобрабатывающего инструмента следующего химического состава, масс. % [1]:
| углерод | 0,35-0,45 |
| кремний | 0,35-0,45 |
| марганец | 1,0-1,5 |
| бор | 0,15-0,30 |
| теллур | 0,001-0,003 |
| цирконий | 0,15-0,3 |
| кальций | 0,003-0,005 |
| алюминий | 0,05-0,1 |
| медь | 0,7-1,5 |
| фосфор | 0,02-0,05 |
| сера | 0,01-0,03 |
| железо | остальное |
Известная сталь обеспечивает достаточно высокую износостойкость. Однако сталь не обеспечивает необходимой деформационной способности из-за высокого содержания вредных примесей (серы, фосфора) и меди.
Известна также сталь [2], используемая для производства мелющих шаров, следующего химического состава, масс. %:
| углерод | 0,65-0,75 |
| марганец | 0,70-0,80 |
| кремний | 0,20-0,35 |
| алюминий | 0,010-0,025 |
| азот | 0,005-0,025 |
| титан | 0,005-0,010 |
| хром | 0,40-0,50 |
| никель | 0,01-0,30 |
| бор | 0,001-0,003 |
| железо | остальное |
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,30%.
Известная сталь отличается высокой износостойкостью и твердостью. Однако известная сталь не отличается высокой вязкостью и деформационной способностью из-за высокого содержания углерода.
Наиболее близкой ко всем предлагаемым составам стали является сталь [3], принятая за прототип, содержащая, масс. %:
| углерод | 0,16-0,20 |
| кремний | 0,17-0,37 |
| марганец | 1,2-1,5 |
| ванадий | 0,07-0,15 |
| хром | 0,5-1,0 |
| никель | 0,5-2,2 |
| молибден | 0,20-0,35 |
| кальций | 0,003-0,015 |
| алюминий | 0,02-0,05 |
| бор | 0,001-0,005 |
| азот | 0,003-0,015 |
| фосфор не более | 0,020 |
| сера не более | 0,015 |
| железо | остальное |
Сталь характеризуется достаточной пластичностью, вязкостью, стойкостью против истирания, технологической пластичностью при испытании на холодный изгиб на оправке диаметром, равным 5-ти толщинам листа, однако недостаточной прочностью - гарантированный предел текучести составляет 1000 МПа.
Техническим результатом изобретений является разработка составов стали в толщинах до 18 мм высокой прочности с гарантированным пределом текучести для трех вариантов соответственно 1200, 1500 и 1700 МПа, относительным удлинением не менее 7-8%, ударной вязкостью при +20°С не менее 20-30 Дж/см2, относительным равномерным удлинением не менее 2,0-2,5% и высокой износостойкостью.
Технический результат достигается тем, что сталь по варианту 1, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу и фосфор, дополнительно содержит ниобий, титан и медь при следующем соотношении элементов, масс. %:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
Сталь по варианту 1 имеет гарантированный предел текучести 1200 МПа.
Технический результат достигается тем, что сталь по варианту 2, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу и фосфор, дополнительно содержит ниобий, титан и медь при следующем соотношении элементов, масс. %:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
Сталь по варианту 2 имеет гарантированный предел текучести 1500 МПа.
Технический результат достигается тем, что сталь по варианту 3, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу и фосфор, дополнительно содержит ниобий, титан и медь при следующем соотношении элементов, масс. %:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
Сталь по варианту 3 имеет гарантированный предел текучести 1700 МПа.
Изменение твердости, прочности и износостойкости прямо пропорционально содержанию углерода в стали. Наиболее высокой твердостью характеризуется мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Содержание углерода в количестве 0,30-0,45% в сочетании с комплексным легированием марганцем, хромом, никелем, медью и молибденом обеспечивает формирование мартенситной структуры и необходимую прочность и твердость стали. Содержание углерода менее 0,30% не обеспечивает необходимого уровня временного сопротивления и предела текучести. Верхний предел содержания углерода 0,45% ограничен исходя из условия обеспечения минимально допустимых характеристик вязкости. Углерод, образуя при низком отпуске предвыделения карбидов хрома, молибдена, ванадия и ниобия, повышает твердость и износостойкость стали.
Легирующие элементы, не оказывая заметного влияния на прочность мартенсита, определяют прокаливаемость стали, т.е. объемную долю мартенсита при фиксированной скорости охлаждения и обусловливают процессы, происходящие при отпуске.
Кремний раскисляет сталь, повышает ее сопротивляемость истиранию. При концентрации кремния менее 0,10% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,45% снижается пластичность, увеличивается склонность к трещинообразованию.
Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу, образуя сульфиды марганца, для модификации которых в глобулярную форму используется кальций. При содержании марганца менее 0,80% прочность стали недостаточна.
Увеличение содержания марганца более 1,30% приводит к снижению вязкости среднеуглеродистой стали.
Хром повышает прочность стали. При его концентрации менее 0,30% прочность ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 1,30% приводит к потере пластичности вследствие увеличения доли ковалентной межатомной связи в стали.
Марганец и хром, повышая прокаливаемость, позволяют получать сталь со 100% мартенсита при снижении скорости охлаждения при закалке.
Содержание хрома в количестве 0,10-1,30% и молибдена до 0,45% предотвращает формирование немартенситных составляющих структуры при фазовом превращении, снижающих прочностные характеристики.
Молибден повышает прочность. При содержании молибдена менее 0,05% прочность стали ниже требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,45% ухудшает пластичность.
Никель в количестве 0,25-0,80% и медь в количестве 0,20-0,80% вводятся с целью обеспечения вязкости среднеуглеродистой стали. При содержании никеля и меди менее установленного предела не обеспечивается требуемая прокаливаемость стали. Содержание никеля и меди более 0,80% экономически нецелесообразно для быстроизнашиваемых деталей рабочих органов сельскохозяйственных машин. Увеличение содержания меди сверх заявленного предела при содержании никеля не более 0,80% может приводить к красноломкости и охрупчиванию стали.
Бор в количестве, не превышающем 0,005%, вводится в сталь для увеличения прокаливаемости стали. Повышение прокаливаемости борсодержащих конструкционных сталей достигается путем увеличения стойкости переохлажденного аустенита против распада по диффузионному механизму и способствует его превращению в мартенситной области при закалке. Эффект торможения бором распада переохлажденного аустенита объясняется тем, что, будучи поверхностно-активным элементом, бор концентрируется в дефектных местах решетки и создает адсорбционный слой вдоль границ зерен аустенита. Это снижает свободную поверхностную энергию зерен до уровня, достаточного для торможения зарождения новой ферритной фазы и распада аустенита.
При содержании бора менее 0,001 масс. % не обеспечивается сквозная прокаливаемость стали, а при содержании бора более 0,005 масс. % образуются бориды железа, ухудшающие технологичность стали, которая охрупчивается после термообработки.
Введение в сталь Мо усиливает воздействие бора на прокаливаемость, задерживая образование полигонального феррита. Введение в износостойкую борсодержащую сталь молибдена в количестве 0,05-0,45% улучшает ударную вязкость и повышает твердость.
Содержание алюминия от 0,01 до 0,05% выбрано, с одной стороны, для связывания азота в нитриды алюминия, эффективно сдерживающие рост зерна, а также для предотвращения связывания бора в нитриды, а с другой стороны - для снижения возможности образования недопустимых глиноземистых неметаллических включений и предотвращения негативного влияния азота на склонность к механическому старению.
Титан в количестве 0,01-0,03% является необходимой технологической добавкой для связывания азота, предотвращающей формирование нитридов бора, а также способствует предотвращению роста аустенитного зерна при нагреве под прокатку и штамповку. При содержании титана менее нижнего предела не весь азот связывается, что снижает эффективность действия бора на прокаливаемость. При введении в твердый раствор титана более 0,03 масс. % образуются крупные частицы нитридов титана, снижающие пластичность стали.
Концентрация азота не более 0,015% в сочетании с выбранными пределами содержания титана и алюминия не приводит к снижению ударной вязкости вследствие механического старения. При повышении азота более 0,015% возможно проявление склонности к механическому старению и снижению деформационной способности стали при эксплуатационных нагрузках.
Ограничение содержания серы и фосфора диапазоном 0,020% выбрано, исходя из обеспечения качества стали. Превышение суммарного содержания серы и фосфора более 0,025% ухудшает технологическую пластичность стали. Более глубокая дефосфорация и десульфурация стали существенно удорожат ее производство, что нецелесообразно для быстроизнашиваемых деталей.
Комплексное микролегирование ниобием, ванадием, хромом и молибденом способствует повышению дисперсности структуры в высокопрочной стали и повышению прочности в процессе отпуска.
Ниобий оказывает благоприятное влияние на свойства стали, поскольку способствует формированию мелкого зерна в прокате за счет подавления рекристаллизации аустенита вследствие выделения карбидов и карбонитридов ниобия в процессе горячей прокатки при Т=900-1100°С. Ниобий в диапазоне 0,01-0,04% вводится для торможения процессов рекристаллизации. Введение ниобия в меньших количествах не приводит к торможению рекристаллизации, а в больших - приводит к образованию крупных карбонитридов ниобия, снижающих вязкость. При завершении прокатки при температурах ниже температуры рекристаллизации формируется дисперсная субзеренная структура в аустените перед фазовым превращением.
При нахождении в твердом растворе ниобий тормозит диффузионное превращение, что для легированной стали предотвращает формирование немартенситных продуктов превращения при закалке.
В закаленном состоянии плотность дислокаций в мартенсите, которые представляют собой переплетенные скопления (сетки), составляет (1-2)×1015 м-2. При такой плотности дислокаций и заданной концентрации карбидообразующих элементов ниобия, ванадия, хрома и молибдена при отпуске на трехмерной дислокационной сетке образуются предвыделения мельчайших частиц карбидов, которые эффективно стабилизируют дислокационную структуру. Совместное введение ниобия в количестве 0,01-0,04% и ванадия в количестве 0,01-0,06% способствует закреплению границ деформационного происхождения, созданных при горячей прокатке или штамповке, а при отпуске - образованию предвыделений карбидов (сегрегаций), закрепляющих дислокационную структуру, созданную при горячей прокатке, штамповке и закалке. Повышение вследствие этого отпускоустойчивости деформированной и закаленной стали позволяет увеличивать температуру отпуска, что способствует повышению ее вязкости.
Образование предвыделений карбидов, обусловленное совместным действием добавок хрома, молибдена, ванадия и ниобия в указанных количествах тормозит, движение дислокаций, что способствует упрочнению стали и предотвращает значительное разупрочнение при отпуске.
При одновременном действии двух факторов - измельчения субзеренной структуры и упрочнения за счет равномерно распределенных частиц второй фазы достигается значительное упрочнение при вводе выбранных сравнительно небольших количествах микролегирующих элементов.
Деформируемость высокопрочной стали в горячем и холодном состояниях в значительной степени определяется составом, формой, размером, количеством и характером распределения в ней неметаллических включений. С увеличением размеров включений, а также разницы линейных коэффициентов теплового расширения включения и металла, концентрация напряжений возрастает, что приводит к снижению деформируемости стали. Форма включений также оказывает непосредственное влияние на пластические свойства и деформируемость, а именно: сталь, содержащая пластинчатые включения, разрушается значительно раньше стали с глобулярными включениями.
В качестве модификатора и регулятора формы неметаллических включений используется высокореакционный элемент с невысокой растворимостью в стали - кальций. Кальций, вводимый в количестве 0,001-0,02%, обладает высоким сродством к кислороду и сере, соответственно, обеспечивает высокую степень раскисления и десульфурации стали и позволяет эффективно управлять размерами и формой неметаллических включений.
Основными типами неметаллических включений в высокопрочных среднеуглеродистых сталях преимущественно являются продукты раскисления стали алюминием (глинозем) и модифицирования кальцием (алюминаты кальция), сложные включения с различным сочетанием алюминия, кремния и марганца, сульфиды кальция (марганца), а также магнезиальные шпинели.
С повышением пластичности включений они деформируются вместе со сталью, не нарушая сцепления на поверхности раздела включение - матрица, а при низкой пластичности включений вокруг них возникают напряжения, в результате чего сцепление на поверхности раздела нарушается с образованием пустот (трещин).
Повышение концентрации кальция в стали до уровня не менее 0,001% является действенным технологическим приемом, позволяющим сформировать более богатые по содержанию кальция включения моноалюминатов - СаО×2Al2O3, жидкие при температурах сталеплавильных процессов, легко коалесцирующие и удаляющиеся из расплава.
Низкое содержание вредных примесей (серы, фосфора и азота) в заявленных количествах и использование кальция для модификации неметаллических включений в глобулярную форму обеспечивают необходимое металлургическое качество и высокую деформационную способность и износостойкость среднеуглеродистой стали, которая оценивается при испытаниях на определение относительного равномерного удлинения по ГОСТ 1497.
Для предлагаемой стали варианта 1 при выбранном соотношении легирующих элементов гарантированный предел текучести составляет не менее 1200 МПа. В стали варианта 2 повышение содержания углерода до 0,39%, хрома, меди и молибдена на 0,30%, никеля на 0,20% способствует повышению предела текучести до 1500 МПа при сохранении необходимой пластичности и вязкости стали. Гарантированный предел текучести не менее 1700 МПа стали варианта 3 достигается за счет повышения содержания углерода до 0,45% и дополнительного легирования хромом на 0,30%, никелем на 0,20%, кремнием на 0,10-0,15%, марганцем на 0,30% и ванадием на 0,03%. Никель и медь позволяют сохранить вязкость и пластичность стали благодаря усилению доли металлической межатомной связи.
Пример: Сталь была выплавлена в индукционной печи с емкостью тигля 250 кг и разлита в слитки по 40 кг. Химический состав стали приведен в таблице 1. Слитки ковали на молоте с падающей массой груза 3000 тонн. Откованные заготовки прокатывали на реверсивном стане на листы толщиной 3-20 мм. Прокатка осуществлялась в диапазоне температур 1150-870°С после нагрева в камерной печи до 1200°С. Термическую обработку проводили по режиму: закалка в воду от температуры 870-930°С с последующим отпуском в интервале температур 200÷350°С в течение 4-6 часов.
Испытания на растяжение проводили по ГОСТ 1497 на пропорциональных плоских образцах с 
или пропорциональных цилиндрических образцах с l0=5d0, вырезанных поперек направления прокатки, в таблице 2 приведены средние значения по результатам испытаний трех образцов. Испытания на ударный изгиб проводили по ГОСТ 9454 на образцах тип 1, 2 или 3, вырезанных поперек направления прокатки листов толщиной более 5 мм, в таблице 2 приведены средние значения по результатам испытаний трех образцов. Относительную износостойкость определяли по ГОСТ 23.208.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2326984, МПК С22С 38/16, опубликовано 20.06.2008.
2. Патент Российской Федерации №2340699, МПК С22С 38/54, С22С 38/32, опубликовано 10.05.2008.
3. Патент Российской Федерации №2223343, МПК С22С 38/54, С22С 38/58, опубликовано 10.02.2004 - прототип.
Claims (9)
1. Высокопрочная износостойкая сталь для рабочих органов сельскохозяйственных машин, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу, фосфор, ниобий, титан, медь, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
2. Высокопрочная износостойкая сталь для рабочих органов сельскохозяйственных машин, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу, фосфор, ниобий, титан, медь, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
3. Высокопрочная износостойкая сталь для рабочих органов сельскохозяйственных машин, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, хром, никель, молибден, кальций, алюминий, бор, азот, серу, фосфор, ниобий, титан, медь, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
при этом суммарное содержание фосфора и серы составляет не более 0,025.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125002A RU2606825C1 (ru) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125002A RU2606825C1 (ru) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606825C1 true RU2606825C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015125002A RU2606825C1 (ru) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606825C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2704049C1 (ru) * | 2018-10-03 | 2019-10-23 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") | Долотная сталь |
| RU2750299C2 (ru) * | 2019-10-10 | 2021-06-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали (варианты) |
| RU2798238C1 (ru) * | 2022-08-09 | 2023-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Высокопрочная низколегированная сталь для сельскохозяйственной техники |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327802C2 (ru) * | 2002-11-19 | 2008-06-27 | Эндюстель Крёзо | Способ изготовления листовой стали, обладающей абразивной стойкостью, и полученный лист |
| US20090274573A1 (en) * | 2006-12-25 | 2009-11-05 | Kei Miyanishi | Machine Structural Steel Excellent in Machinability and Strength Properties |
| US20090311125A1 (en) * | 2007-04-18 | 2009-12-17 | Kei Miyanishi | Hot-working steel excellent in machinability and impact value |
| US20130213199A1 (en) * | 2010-11-02 | 2013-08-22 | Toshiharu Aiso | Method of cutting steel for machine structural use |
| RU2546262C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-04-10 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Износостойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
-
2015
- 2015-06-24 RU RU2015125002A patent/RU2606825C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327802C2 (ru) * | 2002-11-19 | 2008-06-27 | Эндюстель Крёзо | Способ изготовления листовой стали, обладающей абразивной стойкостью, и полученный лист |
| US20090274573A1 (en) * | 2006-12-25 | 2009-11-05 | Kei Miyanishi | Machine Structural Steel Excellent in Machinability and Strength Properties |
| US20090311125A1 (en) * | 2007-04-18 | 2009-12-17 | Kei Miyanishi | Hot-working steel excellent in machinability and impact value |
| US20130213199A1 (en) * | 2010-11-02 | 2013-08-22 | Toshiharu Aiso | Method of cutting steel for machine structural use |
| RU2546262C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-04-10 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Износостойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2704049C1 (ru) * | 2018-10-03 | 2019-10-23 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") | Долотная сталь |
| RU2750299C2 (ru) * | 2019-10-10 | 2021-06-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали (варианты) |
| RU2798238C1 (ru) * | 2022-08-09 | 2023-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Высокопрочная низколегированная сталь для сельскохозяйственной техники |
| RU2813917C1 (ru) * | 2023-07-24 | 2024-02-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Способ производства горячекатаного листового проката |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101699582B1 (ko) | 내응력 부식 균열성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법 | |
| AU2013302197B2 (en) | Method for producing molten steel having high wear resistance and steel having said characteristics | |
| CN110184545B (zh) | 一种布氏硬度为400hb级别低温半淬透耐磨钢及生产方法 | |
| EP3358035A1 (en) | Manufacturing method for multi-element alloyed, high-strength, high-wear-resistant steel and hot-rolled plate | |
| EP3778950A1 (en) | Austenitic wear-resistant steel sheet | |
| EP2881485A1 (en) | Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same | |
| AU2018412622A1 (en) | Austenitic wear-resistant steel plate | |
| MX2012008918A (es) | Aleaciones de metal para aplicaciones de alto impacto. | |
| JP2018204109A (ja) | 耐摩耗厚鋼板 | |
| CN109112262A (zh) | 高强度弹簧用轧制材和使用了它的高强度弹簧用丝材 | |
| CN102373384A (zh) | 一种高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法 | |
| KR102031443B1 (ko) | 우수한 경도와 충격인성을 갖는 내마모강 및 그 제조방법 | |
| JP2005256169A (ja) | 低温靱性に優れた耐摩耗鋼板およびその製造方法 | |
| CN109937266B (zh) | 钢板 | |
| WO2012091613A1 (ru) | Способ термической обработки деталей из конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости | |
| JPH0551691A (ja) | 耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性鋼板とその製造方法 | |
| RU2606825C1 (ru) | Высокопрочная износостойкая сталь для сельскохозяйственных машин (варианты) | |
| CN116806276A (zh) | 用于石墨化热处理的线材及石墨钢 | |
| JP6390685B2 (ja) | 非調質鋼およびその製造方法 | |
| JPH06271975A (ja) | 耐水素脆化特性に優れた高強度鋼およびその製法 | |
| JP5141313B2 (ja) | 黒皮外周旋削性とねじり強度に優れた鋼材 | |
| CN108603258B (zh) | 低温韧性优异的高强度钢板 | |
| RU2726056C1 (ru) | Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали | |
| RU2241779C1 (ru) | Рельсовая сталь | |
| JPH0734189A (ja) | 被削性の優れた高強度棒鋼 |