RU2631063C1 - Способ производства инструментального высокопрочного листового проката - Google Patents
Способ производства инструментального высокопрочного листового проката Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631063C1 RU2631063C1 RU2016119835A RU2016119835A RU2631063C1 RU 2631063 C1 RU2631063 C1 RU 2631063C1 RU 2016119835 A RU2016119835 A RU 2016119835A RU 2016119835 A RU2016119835 A RU 2016119835A RU 2631063 C1 RU2631063 C1 RU 2631063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- strength
- temperature
- properties
- content
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/42—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for armour plate
-
- 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
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству высокопрочного листового проката из инструментальной стали для высокоточного машиностроительного оборудования. Для обеспечения высоких прочностных свойств и твердости при сохранении достаточной пластичности и ударной вязкости способ включает выплавку стали, содержащей, мас. %: 0,20-0,38 C, 0,20-1,10 Si, 0,50-1,00 Mn, 0,50-1,45 Cr, 0,70-1,30 Ni, 0,20-0,80 Mo, 0,02-0,16 V, 0,02-0,08 Al, 0,001-0,010 N, не более 0,25 Cu, 0,001-0,030 Nb, 0,001-0,020 Ti, не более 0,008 S, не более 0,013 P, остальное Fe, получение непрерывнолитого сляба, его горячее деформирование, закалку водой при температуре 930-980°C, отпуск при температуре 575±25°C. При этом с целью увеличения прокаливаемости в состав стали дополнительно вводят бор (0,001-0,005, мас.%). 1 з.п. ф-лы, 4 табл.
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству инструментального высокопрочного листового проката для высокоточного машиностроительного оборудования.
Высокопрочная инструментальная сталь должна обладать следующими свойствами: повышенная износостойкость (твердость), способность сохранять свои свойства при повышенных температурных режимах (жаропрочность), высокая ударная вязкость, низкие остаточные напряжения, высокая теплопроводность, повышенный уровень трещиностойкости. Технические характеристики высокопрочной инструментальной стали приведены в таблице 1.
Известна инструментальная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, бор, алюминий, медь и железо в следующем соотношении (масс. %): углерод 0,04-0,06; кремний 0,04-0,06; марганец 8,0-12,0; хром 8,0-12,0; титан 2,0-3,0; бор 0,04-0,06; алюминий 0,4-0,6; медь 0,5-1,0; железо остальное. Сталь может быть выплавлена в индукционных вакуумных печах. Термообработка стали проводится по режиму отпуск при 750-900°C в течение 2 ч., закалка в масле при 1200°C (Патент РФ №2332515, МПК C22C 38/38, опубл. 27.08.2008, Бюл. №24).
Недостатки известной стали состоят в том, что она имеет недостаточную твердость и довольно высокий углеродный эквивалент, что существенно затрудняет процессы сварки и сборки готовых изделий.
Известен нож для рубки металла из легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, молибден, ванадий, никель, хром, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он изготовлен из стали, содержащей указанные компоненты при следующем соотношении, масс. %: углерод 0,50-0,60; кремний 0,10-0,40; марганец 0,40-0,70; молибден 0,60-0,80; ванадий 0,30-0,60; никель 1,70-2,00; хром 1,00-1,30; сера не более 0,005; фосфор не более 0,01; железо остальное. После закалки с температуры 920°C и последующего отпуска при температуре 450±10°C нож имеет однородную структуру с величиной зерна 5-8 балла, ударную вязкость 39 Дж/см2 и твердость 51 HRC (Патент РФ №2409696, МПК C22C 38/46, опубл. 20.01.2011, Бюл. №2).
Недостатком известного ножа являются относительно низкие прочностные свойства и относительно высокий углеродный эквивалент, негативно влияющий на сварочные свойства стали.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является инструментальная сталь для горячего деформирования, содержащая углерод, хром, марганец, ванадий, кремний, титан, бор и железо в следующем соотношении (масс. %): углерод 0,60-0,70; хром 2,80-3,20; марганец 1,9-2,1; ванадий 0,50-0,60; кремний 0,40-0,70; титан 0,15-0,30; бор 0,001-0,003; железо остальное, при этом суммарное содержание хрома, марганца, ванадия, кремния, титана и бора составляет 5,35-6,20 масс. %. Термообработку стали проводили по режиму: закалка 1050±50°C, с предварительным подогревом при температуре 800±10°C; время выдержки при температурах подогрева и нагрева под закалку в течение 30 минут; отпуск стали производили при температуре 550±5°C, выдержка 2 ч; охлаждение на воздухе (Патент РФ №2535148, МПК C22C 38/38, опубл. 10.12.2014, Бюл. №34).
Недостатком прототипа является то, что известная сталь после закалки и высокотемпературного отпуска имеет невысокие пластические свойства и относительно высокий углеродный эквивалент, негативно влияющий на сварочные свойства стали.
Технический результат изобретения состоит в достижении высокой твердости инструментального высокопрочного листового проката при сохранении достаточной пластичности и ударной вязкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства инструментального высокопрочного листового проката, включающем выплавку стали, получение непрерывнолитого сляба, его горячее деформирование, закалку и отпуск листов, согласно изобретению осуществляют выплавку стали следующего химического состава, мас. %: 0,20-0,38 C; 0,20-1,10 Si; 0,50-1,00 Mn; 0,50-1,45 Cr; 0,70-1,30 Ni; 0,20-0,80 Mo; 0,02-0,16 V; 0,02-0,08 Al; 0,001-0,010 N; не более 0,25 Cu; 0,001-0,030 Nb; 0,001-0,020 Ti; не более 0,008 S; не более 0,013 P; остальное Fe, при этом закалку листов из указанной стали осуществляют при температуре 930-980°C, отпуск проводят при температуре 575±25°C. Состав стали дополнительно содержит бор в диапазоне 0,001-0,005, масс. %.
Сущность изобретения состоит в том, что комплекс механических и функциональных свойств инструментального высокопрочного листового проката обусловлен его химическим составом и температурными режимами термообработки: закалки и отпуска. С целью достижения требуемых свойств (табл. 1) в процессе проведения экспериментальных исследований осуществляли варьирование всех значимых факторов, добиваясь стабильного получения высоких прочностных характеристик инструментальной стали при сохранении достаточно высоких показателей пластичности и вязкости.
Углерод и хром - упрочняющие элементы, напрямую влияют на интервал существования δ-феррита, что позволяет гомогенизировать твердый раствор, повышая однородность распределения химических элементов благодаря тому, что диффузионная подвижность атомов углерода и хрома в δ-феррите на несколько порядков выше скорости их диффузии в аустените. Содержание углерода менее 0,20% приводит к снижению прочностных свойств ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,38% ухудшает пластические и вязкостные свойства стали, повышает углеродный эквивалент. При концентрации хрома менее 0,50% прочностные свойства не достигают необходимых значений. Увеличение содержания хрома более 1,45% приводит к потере пластичности и неоправданному увеличению себестоимости.
Марганец, кремний, никель, медь и молибден - легирующие элементы, входящие в состав твердого раствора аустенита и понижающие температуру начала его распада. При содержании марганца менее 0,5% прочность стали недостаточна. Увеличение содержания марганца более 1,0% способствует укрупнению зерна, снижая ударную вязкость закаленной стали. При содержании кремния менее 0,20% ухудшается раскисленность стали. Увеличение содержания кремния более 1,1% приводит к охрупчиванию границ зерен, влияния на α-фазу: мартенсит и бейнит. При содержании никеля менее 0,70% показатели пластичности и ударной вязкости снижаются. Увеличение содержания никеля более 1,30% приводит к увеличению себестоимости при прочих равных характеристиках. Добавление молибдена в указанном диапазоне способствует получению требуемых прочностных характеристик стали, а также улучшает ее прокаливаемость. При содержании молибдена менее 0,20% прочностные свойства стали не достигают требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,80% ухудшает свариваемость и пластичность закаленной стали. Добавление меди в количестве, не превышающем 0,25%, способствует достижению необходимых свойств. Большее содержание меди экономически нецелесообразно.
Сера и фосфор - вредные примеси, вследствие пониженной их растворимости в феррите диффундируют к границам зерен, оказывая влияние на количество и качество «зародышей» - места образования ферритной фазы. При содержании более 0,008% и 0,013% соответственно оказывают резко негативное воздействие на вязкостные свойства стали.
Алюминий раскисляет и модифицирует сталь. При концентрации менее 0,02% его воздействие проявляется слабо, что ухудшает механические свойства. Увеличение его содержания более 0,08% графитизирует углерод, что также ухудшает механические свойства.
Азот способствует образованию нитридов в стали. Верхний предел содержания азота - 0,010% обусловлен необходимостью получения заданного уровня пластичности и вязкости стали, а нижний предел - 0,001% - вопросами технологичности производства.
Ванадий, ниобий и титан - карбонитридообразующие элементы образуют с железом твердый раствор замещения. Несоответствие атомных радиусов этих элементов и железа приводит к искажению кристаллической решетки твердого раствора и, как следствие, к замедлению всех процессов, контролируемых диффузией, включая рекристаллизацию и фазовые превращения. Содержание ванадия более 0,16% приводит к ухудшению свариваемости стали и экономически нецелесообразно ввиду повышения расходов на легирование. При содержании ванадия менее 0,02% прочностные свойства стали не достигают требуемого уровня. При содержании ниобия менее 0,001% не обеспечивается достаточное упрочнение. Увеличение содержания ниобия более 0,030% приводит к ухудшению свариваемости стали и экономически нецелесообразно ввиду повышения расходов на легирование. Содержание титана менее 0,001% не оказывает сдерживающего влияния на рост аустенитного зерна, снижается прочность. Повышение содержания титана свыше 0,020% нецелесообразно, так как приводит к образованию грубых включений высокотвердого, хрупкого карбида титана при кристаллизации, что не устраняется термической обработкой и снижает ударную вязкость.
Легирование бором повышает прочностные свойства после закалки, не изменяя вязкость и пластичность. Бор, добавляемый в пределах 0,001-0,005%, значительно повышает прокаливаемость стали. Бор в количестве более 0,005% способствует охрупчиванию стали. А содержание бора менее 0,001% не оказывает положительного влияния на свойства стали.
Нагрев под закалку до температуры выше 980°C приводит к значительному снижению ударной вязкости инструментальной стали. Снижение этой температуры менее 930°C не обеспечивает стабильного получения заданных прочностных свойств, что существенно уменьшает выход годного.
Отпуск при температуре выше 600°C снижает прочностные свойства ниже допустимого уровня. Уменьшение температуры отпуска ниже 550°C приводит к потере пластических и вязкостных свойств высокопрочных листов.
Таким образом, полное использование ресурса свойств инструментального высокопрочного листового проката заявленного химического состава обеспечивается указанными режимами ее термообработки.
Пример осуществления способа.
С применением индукционной плавильной печи ИСТ 0,03/0,05 И1 произвели выплавку сталей различного химического состава (табл. 2).
Полученные слитки нагревали в камерной печи ПКМ 3.6.2/12,5 до температуры 1200±10°C. Далее осуществляли обжатие слитков с применением гидравлического пресса П6334 (моделирование черновой стадии прокатки) и на одноклетьевом реверсивном стане горячей прокатки 500 «ДУО» (моделирование чистовой стадии прокатки). Температура окончания обжатия составляла 850-950°C. Слитки прокатывали до толщины 6, 10, 20, 30 и 40 мм. Полученные листы охлаждали на воздухе.
Термическая обработка образцов проката заключалась в закалке при температуре 900-1200°C и последующем отпуске при температуре 400-900°C (табл. 3), после чего произвели раскрой полученных листов для проведения испытаний на растяжение, твердость и ударный изгиб.
Механические свойства определяли на поперечных образцах в соответствии с общепринятыми условиями:
- испытания на растяжение проводили на плоских образцах по ГОСТ 1497;
- испытания на ударный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454 на образцах с V-образным надрезом при температуре -40°C;
Результаты испытаний показали, что в листовой стали, полученной по предложенному способу (варианты №2-4, табл. 4), достигается сочетание наиболее высоких прочностных, пластических и вязкостных свойств.
В случаях отклонений от заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также при использовании аналогов и способа-прототипа не обеспечивается требуемый комплекс механических свойств.
Таким образом, применение заявленного способа производства инструментального высокопрочного листового проката обеспечивает достижение необходимого результата - получение высокопрочной стали с комплексом трудносочетаемых свойств: прочностных - условный предел текучести σ0,2 не менее 900 Н/мм2, временное сопротивление разрыву σв не менее 1050 Н/мм2, твердости HBW не менее 340 ед.; пластических - относительное удлинение δ5 не менее 12%; вязких - ударная вязкость KCV-40 не менее 20 Дж/см2.
Claims (4)
1. Способ производства высокопрочного листового проката из инструментальной стали, включающий выплавку стали, получение непрерывнолитого сляба, его горячее деформирование, закалку и отпуск листов, отличающийся тем, что осуществляют выплавку стали следующего химического состава, мас. %:
при этом закалку листов из указанной стали осуществляют при температуре 930-980°C, отпуск проводят при температуре 575±25°C.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состав стали дополнительно содержит бор в диапазоне 0,001-0,005 мас. %.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119835A RU2631063C1 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Способ производства инструментального высокопрочного листового проката |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119835A RU2631063C1 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Способ производства инструментального высокопрочного листового проката |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631063C1 true RU2631063C1 (ru) | 2017-09-18 |
Family
ID=59893977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016119835A RU2631063C1 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Способ производства инструментального высокопрочного листового проката |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631063C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680457C1 (ru) * | 2018-04-25 | 2019-02-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Труба нефтяного сортамента высокопрочная в хладостойком исполнении (варианты) |
RU2701325C1 (ru) * | 2018-09-17 | 2019-09-26 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Высокопрочная сталь и изделие, выполненное из нее |
RU2758716C1 (ru) * | 2020-08-20 | 2021-11-01 | Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО "Северсталь") | Способ производства горячекатаного проката из инструментальной стали |
RU2765047C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2022-01-25 | Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь») | Способ производства листов толщиной 2-20 мм из высокопрочной износостойкой стали (варианты) |
CN114134402A (zh) * | 2021-05-18 | 2022-03-04 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种海上、岩石用大规格高强度风电紧固件钢及其制造方法 |
RU2813917C1 (ru) * | 2023-07-24 | 2024-02-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Способ производства горячекатаного листового проката |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6183573B1 (en) * | 1997-02-25 | 2001-02-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | High-toughness, high-tensile-strength steel and method of manufacturing the same |
RU2433191C1 (ru) * | 2010-10-25 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства высокопрочной листовой стали |
RU2442831C1 (ru) * | 2010-10-15 | 2012-02-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ производства высокопрочной листовой стали |
RU2460823C1 (ru) * | 2011-02-08 | 2012-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Динамически стойкая сталь и способ производства листов из нее |
RU2474623C1 (ru) * | 2011-10-31 | 2013-02-10 | Валентин Николаевич Никитин | Способ производства высокопрочной листовой стали мартенситного класса и деформационно-термический комплекс для его осуществления |
-
2016
- 2016-05-23 RU RU2016119835A patent/RU2631063C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6183573B1 (en) * | 1997-02-25 | 2001-02-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | High-toughness, high-tensile-strength steel and method of manufacturing the same |
RU2442831C1 (ru) * | 2010-10-15 | 2012-02-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ производства высокопрочной листовой стали |
RU2433191C1 (ru) * | 2010-10-25 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства высокопрочной листовой стали |
RU2460823C1 (ru) * | 2011-02-08 | 2012-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Динамически стойкая сталь и способ производства листов из нее |
RU2474623C1 (ru) * | 2011-10-31 | 2013-02-10 | Валентин Николаевич Никитин | Способ производства высокопрочной листовой стали мартенситного класса и деформационно-термический комплекс для его осуществления |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680457C1 (ru) * | 2018-04-25 | 2019-02-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Труба нефтяного сортамента высокопрочная в хладостойком исполнении (варианты) |
RU2701325C1 (ru) * | 2018-09-17 | 2019-09-26 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Высокопрочная сталь и изделие, выполненное из нее |
RU2758716C1 (ru) * | 2020-08-20 | 2021-11-01 | Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО "Северсталь") | Способ производства горячекатаного проката из инструментальной стали |
RU2765047C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2022-01-25 | Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь») | Способ производства листов толщиной 2-20 мм из высокопрочной износостойкой стали (варианты) |
CN114134402A (zh) * | 2021-05-18 | 2022-03-04 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种海上、岩石用大规格高强度风电紧固件钢及其制造方法 |
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 |
---|---|---|
CN110100034B (zh) | 高硬度耐磨钢以及制造该高硬度耐磨钢的方法 | |
RU2631063C1 (ru) | Способ производства инструментального высокопрочного листового проката | |
KR101988144B1 (ko) | 재질 균일성이 우수한 후육 고인성 고장력 강판 및 그 제조 방법 | |
CA3009044A1 (en) | Hot work tool steel | |
JP6366326B2 (ja) | 高靱性熱間工具鋼およびその製造方法 | |
CN111479945A (zh) | 具有优秀硬度和冲击韧性的耐磨损钢及其制造方法 | |
EP1375694B1 (en) | Hot-rolled steel strip and method for manufacturing the same | |
JP2019167630A (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼部材 | |
EP3168319B1 (en) | Microalloyed steel for heat-forming high-resistance and high-yield-strength parts | |
RU2625861C1 (ru) | Способ производства листовой стали с высокой износостойкостью | |
RU2583229C1 (ru) | Способ производства сверхвысокопрочной листовой стали | |
RU2703008C1 (ru) | Способ производства листов из криогенной конструкционной стали | |
CN111511952B (zh) | 具有优异的硬度和冲击韧性的耐磨钢及其制造方法 | |
JP6795083B2 (ja) | 鋼板およびその製造方法 | |
JP6493645B1 (ja) | 鋼板およびその製造方法 | |
JP4210362B2 (ja) | 疲労特性に優れた高強度鋼の製造方法 | |
RU2603404C1 (ru) | Способ производства высокотвердого износостойкого листового проката | |
CN111850397B (zh) | 具有优异切削性能的耐高温耐蚀塑料模具钢及其制备方法 | |
JP2019039065A (ja) | Ni含有鋼板の製造方法 | |
RU2758716C1 (ru) | Способ производства горячекатаного проката из инструментальной стали | |
KR20160014998A (ko) | 강판 및 그 제조 방법 | |
JP5194571B2 (ja) | 引張強さ570N/mm2級以上の溶接割れ感受性に優れた高張力鋼の製造方法 | |
RU2674797C1 (ru) | Способ производства высокопрочного хладостойкого листового проката из низколегированной стали | |
WO2012172185A1 (en) | Method for manufacturing a medium carbon steel product and a hot rolled medium carbon steel product | |
JP2023530420A (ja) | 熱間工具鋼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20200220 |