сталь для валков горячей прокатки

Формула изобретения

Сталь для валков горячей прокатки, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,55-0,65
кремний	0,20-0,52
марганец	0,40-0,90
ванадий	0,1-0,2
кальций	0,01-0,03
сера	до 0,03
фосфор	до 0,03
железо	остальное,

при соблюдении соотношения 3,25 C/V 5,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов сталей для ответственных деталей машиностроения. Известна сталь [1], содержащая, мас.%:

Углерод	0,55-0,65
Кремний	0,8-1,10
Хром	1,60-1,90
Марганец	0,40-0,70
Химический элемент, способствующий интенсификации процесса азотирования (медь или германий)	0,40-0,80
Ванадий	0,15-0,30
Кальций	0,001-0,0025
Железо	остальное

Хотя известная сталь содержит ванадий и кальций, но в другом сочетании признаков и в других количествах по сравнению с предлагаемой.

Известную сталь используют при получении ответственных деталей и узлов, применяемых в машиностроении. Для получения высокого комплекса свойств используют как традиционные методы упрочнения (закалка, отпуск), так и низкотемпературное азотирование, т.е. она подвергается довольно сложной термической и термохимической обработке.

Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (1,6-1,9), которое приводит к формированию включений указанного элемента неблагоприятной морфологии, что при отсутствии специальной термохимической обработки (закалка, азотирование) ведет к снижению уровня механических свойств стали (прочности, пластичности).

При относительном удлинении 12-14% сталь чувствительна к ударным нагрузкам. В предлагаемой стали этот показатель значительно выше.

Кроме того, известная сталь сложна по составу, а следовательно, дороже.

Учитывая то обстоятельство, что предлагаемая сталь разрабатывалась преимущественно для производства валков горячей прокатки, испытывающих при работе высокие механические и тепловые нагрузки, в качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь [2], содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,42-0,50
Кремний	0,20-0,52
Марганец	0,40-0,90
Ванадий	0,05-0,10
Сера	до 0,03
Фосфор	до 0,03
Железо	остальное,

при соотношении C/V 8,4-5,0.

Недостатком указанной марки стали является недостаточный уровень механических свойств (прочности, пластичности), что приводит к преждевременному выходу из строя деталей, изготовленных из данной марки стали.

Технический результат изобретения - повышение значений прочностных и пластических свойств для ответственных деталей машиностроения, преимущественно валков горячей прокатки.

Этот технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий серу, фосфор и железо, содержит дополнительно кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,55-0,65
Кремний	0,20-0,52
Марганец	0,40-0,90
Ванадий	0,10-0,20
Кальций	0,01-0,03
Сера	до 0,03
Фосфор	до 0,03
Железо	остальное,

при этом соотношение углерода и ванадия должно находиться в следующих пределах: 3,25 C/V 5,5.

Повышение прочностных и пластических свойств стали достигается за счет увеличения содержания углерода и ванадия при соблюдении вышеуказанного соотношения и введения в состав стали кальция.

Увеличение концентрации углерода и ванадия до указанных пределов при соблюдении соотношения 3,25 C/V 5,5 приводит к измельчению зерна стали и образованию мелких, равномерно распределенных по границам зерен карбидов VC, следствием чего является увеличение прочностных и пластических характеристик стали. При соотношении C/V>5,5 уменьшается количество карбидов ванадия, процесс измельчения зерна происходит не в полном объеме, в результате чего происходит снижение комплекса механических свойств. При соотношении C/V<3,25 образуется избыточное количество карбидов ванадия, что ведет к снижению пластических свойств стали.

Кальций, обладая повышенным химическим сродством к сере и кислороду, в количестве 0,01-0,03 мас.% очищает границы зерен от неметаллических включений, тем самым повышая механические свойства стали. При содержании в стали кальция менее 0,01 мас.% он не оказывает значительного влияния на количество неметаллических включений. При содержании более 0,03 мас.% происходит загрязнение границ зерен продуктами взаимодействия кальция с серой и кислородом (CaO, CaS), что приводит к снижению прочностных и пластических свойств стали.

Количество кремния и марганца не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений, и в частности от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение прочности и пластичности стали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.

Пример.

Выплавку заявляемой стали производили в индукционной тигельной печи ИСТ - 016 с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой. Образцы для определения механических свойств (по ГОСТ 977-88) заливались в стержневые формы. После охлаждения, выбивки и очистки образцы проходили термическую обработку (нормализацию) по следующему режиму: нагрев до Т=880-920°С, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе. Составы заявляемой и известной сталей и их механические свойства приведены в таблице.

Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для ответственных деталей машиностроения, в частности валков горячей прокатки, работающих в тяжелых технологических условиях (высокие механические нагрузки и температуры), по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить временное сопротивление при растяжении в 1,20-1,24 раза, предел текучести в 1,22-1,26 раза, относительное удлинение в 1,3-1,4 раза, ударную вязкость в 1,20-1,22 раза.

Источники информации

1. Конструкционная легированная сталь. Патент РФ. №2082813, кл С22С 38/24. Опубликовано 27.06.1997.

2. Отливки стальные. Общие технические условия. ГОСТ 977-88. Издательство стандартов, Москва, 1989 г.

Таблица
Химический состав и механические свойства углеродистой стали
№№ поз.	Химический состав, мас.%									Механические свойства
	С	Si	Mn	V	Ca	S	P	Fe	C/V	В МПа	Т МПа	, %	KCU, кДж/м2
	Известная сталь
1	0,42	0,20	0.40	0,05	-	0,028	0,030	ост.	8,4	597	410	18	340
2	0,50	0,52	0,90	0,10	-	0,026	0,029	ост.	5,0	684	480	13	305
	Предлагаемая сталь
3	0,55	0,20	0,40	0,10	0,01	0,020	0,026	ост.	5,5	740	502	23	414
4	0,60	0,35	0,65	0,15	0,015	0,018	0,022	ост.	4,0	789	552	20	390
5	0,65	0,52	0,90	0,20	0,03	0,016	0,021	ост.	3,25	848	604	18	366