Результат интеллектуальной деятельности: СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, и может найти применение для изготовления силовых деталей и шестерен, валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией.

Известна высококачественная легированная конструкционная сталь 18X2H4MA, упрочняемая цементацией, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,20; кремний 0,17-0,37; марганец 0,25-0,55; хром 1,35-1,65; никель 4,00-4,40; молибден 0,30-0,40; медь ≤0,30; сера ≤0,025; фосфор ≤0,025, железо остальное.

(ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали», утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.06.71 №1148, М., ИПК Издательство стандартов, 1996)

Недостатками известной стали, снижающими эксплуатационную надежность изделий, являются недостаточная технологичность при ковке (склонность к образованию трещин), сложность обеспечения оптимальной структуры цементованного слоя (в части регламентированного содержания остаточного аустенита); недостаточная ударная вязкость, недостаточная усталостная прочность при изгибе.

Наиболее близкой по технической сущности является сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, церий, лантан, неодим и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,14-0,21; марганец 0,4-0,7; кремний 0,6-0,9; хром 2,6-3,0; никель 1,0-1,5; молибден 0,4-0,6; вольфрам 1,0-1,4; ванадий 0,35-0,55; ниобий 0,08-0,22; церий 0,01-0,05; лантан 0,01-0,03; неодим 0,01-0,03 и железо остальное. Известную сталь используют для изготовления силовых деталей - шестерен, валов, поверхности которых упрочняют химико-термической обработкой: цементацией, нитроцементацией и азотированием.

(RU 2094520, C22C 38/48, опубликовано 27.10.1997)

Недостатками известной стали являются: склонность к образованию трещин при ковке; недостаточная ударная вязкость; неоптимальная структура цементованного слоя, снижающая эксплуатационную надежность тяжелонагруженных изделий с цементованным слоем

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, церий, лантан, алюминий, кальций, медь, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15.

Технический результат также достигается тем, что отношение суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца составляет 9-12.

Содержание серы менее 0,005 мас.%, алюминия 0,02-0,05 мас.% и кальция 0,002-0,005 мас.% при отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 до минимума снижает количество неметаллических включений в стали, повышает пластичность стали и износостойкость цементированного поверхностного слоя.

Ограничение содержания серы до 0,005 мас.% и фосфора до 0,005 мас.% повышает сплошность и стабильность по твердости поверхностного слоя, полученного цементацией.

Ограничение содержания меди до 0,2 мас.% обеспечивает уменьшение склонности стали к образованию трещин при ковке.

При отношении содержания кальция к содержанию алюминия 0,13-0,15 и отношении суммарного содержания никеля и молибдена к содержанию марганца 9-12 сталь обладает оптимальной структурой, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик цементованной (или нитроцементованной) детали.

Достижение поставленного технического результата иллюстрируется данными, представленными в таблицах 1-7.

Цементацию поверхности стали проводили стандартным методом при выдержке в газовых печах при температуре 930°C в течение 24 часа.

Из представленных материалов следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение ударной вязкости и прокаливаемости стали, сплошности и твердости цементованного слоя, а также хрупкой прочности стали, ее пластичности, сопротивляемости усталости при изгибе, контактной усталости после цементации поверхностного слоя.

По данным стендовых испытаний использование стали по изобретению для изготовления цементированных шестерен редуктора горно-шахтного комбайна обеспечит повышение на 35% его эксплуатационной надежности.