сталь

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, медь, фосфор, марганец, кремний, алюминий, азот, бор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, никель и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,02-0,25

Медь - 0,30-1,2

Фосфор - 0,04-0,15

Марганец - 0,50

Кремний - 0,40

Никель - 0,40

Хром - 0,30

Алюминий - 0,07

Сера - 0,045

Азот - 0,03

Бор - 0,005

Железо - Остальноеи

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам сталей, и может быть использовано для тяжелонагруженных изделий, подвергаемых в работе атмосферной коррозии.

Известно, что стойкость стали к атмосферной коррозии значительно возрастает, если в состав ее входит определенное количество меди, фосфора, азота. В современной практике используется большое количество марок подобных сталей. В частности, в ГОСТе 19281 представлены: марганцовистая сталь с медью 09Г2Д; кремне-марганцовистые стали с медью 09Г2СД, 10Г2С1Д; марганцово-ванадиевая сталь с медью 15ГФД; марганцово-ванадиевая сталь с азотом и медью 14Г2АФД; марганцово-ниобиевая сталь с медью 10Г2БД; хромо-кремне-никелевая сталь с медью 10ХСНД; хромоникелевая сталь с медью и фосфором 10ХНДП.

Отмеченные стали характеризуются значительной легированностью такими элементами как марганец, кремний, хром, никель, ванадий, ниобий. Этим преследуется цель повышения прочности стали, необходимой для надежной работы металла в соответствующих конструкциях судостроения, мостостроения, вагоностроения и т.п..

Но при этом возникают проблемы: во-первых, такое легирование повышает стоимость стали и, соответственно, изготовление из нее изделий; во-вторых, при таком легировании существенно снижается технологическая пластичность металла, что затрудняет использование его для холодного пластического деформирования. В результате эти стали оказываются малопригодными для широкого использования в производствах, потребляющих большие объемы проката (автомобилестроение, тракторостроение, сельскохозмашиностроение, строительная индустрия и т.п.).

Известна (А. с. 1741459, С 22 С 38/16, Б.И. 31 от 10.11.95) недорогая микролегированная сталь, содержащая (мас. %): углерод 0,02-0,07, марганец 0,15-0,30, медь 0,02-0,30, алюминий 0,03-0,07, бор 0,0005-0,005, фосфор 0,04-0,10 и азот 0,001-0,007, обладающая повышенной коррозионной стойкостью в сочетании с высокой технологической пластичностью.

Однако прочность этой стали (_0,2250-270, _b380-410 МПа) недостаточна для тяжелонагруженных деталей. При этом количество меди, максимально допускаемое в данной стали, не позволяет реализовать потенциальные возможности повышения прочности за счет легирования ее этим элементом. Данное количество меди недостаточно и для реализации потенциальных возможностей повышения коррозионной стойкости - качества, приобретаемого сталью благодаря присутствию в ней этого элемента.

Сталь по авторскому свидетельству 1741459 принята в качестве наиболее близкого аналога изобретения.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является оптимизация химического состава стали с обеспечением технического результата в виде повышения прочности и коррозионной стойкости и при сохранении технологической пластичности, достаточной для проведения холодного деформирования в поточно-массовом производстве изделий.

Для достижения указанного технического результата предлагается сталь, содержащая углерод, медь, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она содержит эти элементы в следующем соотношении (мас.%):

Углерод - 0,02-0,25

Медь - 0,30-1,2

Фосфор - 0,04-0,15

Железо - Остальное

При этом нормируются также пределы (не более) содержаний остаточных примесей, мас.%: марганец 0,50, никель 0,40, кремний 0,40; хром 0,30; алюминий 0,07; сера 0,045; азот 0,03; бор 0,005.

По сравнению с прототипом, предложенная сталь содержит существенно большее количество меди и фосфора.

Нижние пределы содержания (мас.%) меди 0,30 и фосфора 0,04 нормируются для гарантирования повышенной прочности (достигаемой благодаря упрочнению феррита) и коррозионной стойкости. При этом фосфор благоприятно влияет на пластическую анизоторопию, тем самым улучшая деформируемость стали. С увеличением содержания меди и фосфора все эти качества стали улучшаются. Ограничение содержания меди 1,2 мас.% необходимо для предотвращения появления трещин в процессе горячей прокатки, а также излишнего удорожания стали Верхний предел содержания фосфора (0,15 мас.%) установлен для предотвращения чрезмерного охрупчивания стали вследствие проявления сегрегации атомов фосфора на границах зерен.

В тех случаях, когда упрочнение от легирования медью и фосфором окажется недостаточным, повышение прочности достигается регулированием содержания углерода и, соответственно, долей перлитной составляющей микроструктуры. Ограничение верхнего предела содержания углерода (0,25 мас.%) необходимо для обеспечения достаточного уровня деформируемости.

Ограничения содержаний (мас.%) марганца 0,50; никеля и кремния по 0,40; хрома 0,30; бора 0,005 необходимы для максимального сохранения технологической пластичности стали, а также для предотвращения излишнего удорожания металла.

Ограничения содержаний алюминия, серы, азота (мас.%, соответственно, 0,07; 0,045 и 0,03) установлены для максимального сохранения технологической пластичности за счет предотвращения излишнего загрязнения стали включениями окислов, сульфидов и шприцов.

Таким образом, благодаря оптимальному легированию (медью и фосфором) стали, содержащей регулируемые количества углерода и остаточных примесей (марганец, кремний, хром, никель, алюминий, сера, азот, бор), поставленная техническая задача решается наиболее эффективно.