Вид РИД
Изобретение
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных сталей, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных деталей в различных областях машиностроения, в авиакосмической технике.
Известны высокопрочные конструкционные среднелегированные стали, широко применяемые в авиационных конструкциях с прочностью 180-210 кгс/мм2; сталь ЭИ643 (Россия) [1] и сталь 300 М (США) [2], химический состав и механические свойства этих сталей приведены в табл. 1 и 2.
Указанные стали не обеспечивают получение прочности более 200 кгс/мм2 при удовлетворительном запасе пластичности и вязкости.
Известна высокопрочная конструкционная сталь 35ХС2Н3М1ФА [3], применяемая в авиационных конструкциях, следующего состава (мас. %):
Углерод - 0,30 - 0,38
Марганец - 0,05 - 0,5
Кремний - 2,1 - 2,8
Хром - 0,8 - 1,2
Никель - 2,6 - 3,0
Молибден - 0,3 - 1,2
Ванадий - 0,05 - 0,15
Один элемент из группы редкоземельных металлов, включающей лантан и церий - 0,001 - 0,05
Не менее одного элемента из группы щелочноземельных металлов, включающей магний и кальций - 0,001 - 0,05
Железо - Остальное
По технической сущности и достигаемому эффекту эта сталь наиболее близка к предлагаемой и принята в качестве прототипа.
Механические свойства стали приведены в табл. 3.
Известная сталь стабильно не обеспечивает получение предела прочности свыше 215 кгс/мм2 и имеет относительно невысокие значения предела усталости ( σ-1 ) и сопротивление срезу ( τср. ).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкционной стали, обладающей повышенными характеристиками прочности, текучести, усталостной прочности, сопротивления срезу при сохранении достаточной вязкости, пластичности, высокого сопротивления коррозионно-водородному растрескиванию.
Для решения поставленной задачи предложена высокопрочная конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий и железо, не менее одного элемента из группы щелочноземельных металлов, включающей магний и кальций, элемент из группы редкоземельных металлов, включающей лантан и церий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,36 - 0,44
Кремний - 2,6 - 3,0
Марганец - 0,10 - 0,5
Хром - 1,0 - 1,3
Никель - 3,5 - 4,8
Кобальт - 2,0 - 4,5
Молибден - 0,3 - 0,9
Ванадий - 0,05 - 0,15
Не менее одного элемента из группы щелочноземельных металлов, включающей магний и кальций - 0,001 - 0,05
Элемент из группы редкоземельных металлов, включающей лантан и церий - 0,001 - 0,05
Железо - остальное.
Отличие предложенной стали от известной заключается в том, что в состав стали введен кобальт, увеличено содержание никеля до 3,5 - 4,8% и кремния до 2,6 - 3,0%.
В предлагаемой композиции легирование стали кобальтом позволяет получить более высокий предел прочности, текучести, сопротивление усталости и срезу стали без ухудшения сопротивления коррозионно-водородному растрескиванию при хорошей вязкости и пластичности. Увеличение количества никеля в стали сохраняет при высокой прочности стали (210-230 кгс/мм2) хорошую вязкость, пластичность, особенно при низких температурах.
Пример осуществления.
Для подтверждения принципов легирования новой стали в лабораторных условиях выплавлена сталь предлагаемого состава. Выплавка производилась на чистых шихтовых материалах в вакуумно-индукционной печи емкостью до 100 кг с последующим вакуумно-дуговым переплавом.
Образцы подвергались закалке с 950-1000oC и низкому отпуску при 200-300oC.
В табл. 4, 5 приведен полученный химический состав плавок и их механические свойства.
По сравнению с прототипом новая сталь обладает значительно более высокими значениями предела прочности, текучести, сопротивлением усталости и срезу при хорошей пластичности, вязкости, сопротивлении коррозионно-водородному растрескиванию.
Высокие физико-механические свойства стали определяются ее рациональным легированием кобальтом, никелем, кремнием.
Запредельные отклонения по химическому составу или не позволяют получить требуемые прочностные свойства, или снижают значения вязкости и пластичности стали.
Таким образом, предлагаемая сталь за счет комплексного легирования при строгом соотношении легирующих элементов обеспечивает предел прочности σв = 210-230 кгс/мм2; σ0,2 = 170-190 кгс/мм2 при удовлетворительной пластичности, вязкости, что позволяет снизить массу и габариты изделий новой техники при надежной их эксплуатации.
Использованная литература
1. Потак Я.М. Высокопрочные стали.- М.: Металлургия, 1972, с. 22.
2. Хайнес А. Г., Блауер Р. Влияние химического состава на свойства высокопрочных мартенситных сталей.- Высокопрочная сталь.- Металлургия, 1965, с. 90.
3. Патент РФ N 1316285 "Высокопрочная конструкционная сталь".
Высокопрочнаяконструкционнаясталь,содержащаяуглерод,кремний,марганец,хром,никель,молибден,ванадийижелезо,неменееодногоэлементаизгруппыщелочноземельныхметаллов,включающеймагнийикальций,элементизгруппыредкоземельныхметаллов,включающейлантаницерий,отличающаясятем,чтоонадополнительносодержиткобальтприследующемсоотношениикомпонентов,мас.%:Углерод-0,36-0,44Кремний-2,6-3,0Марганец-0,10-0,5Хром-1,0-1,3Никель-3,5-4,8Кобальт-2,0-4,5Молибден-0,3-0,9Ванадий-0,05-0,15Неменееодногоэлементаизгруппыщелочноземельныхметаллов,включающеймагнийикальций-0,001-0,05Элементизгруппыредкоземельныхметаллов,включающейлантаницерий-0,001-0,05Железо-Остальное