SU1733499A1 - Steel - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к составам стали, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении т желонагруженных деталей машин и механизмов, таких как шестерни редукторов и коробок передач, работающих при больших удельных давлени х, в мелкосерийном и массовом производствах на любых машиностроительных заводах. Цель изобретени  - повышение сопротивлени  знакопеременным нагрузкам, комплекса механических свойств. Сталь дополнительно содержит барий и серу при следующем соотношении компонентов, мае.%:. углерод 0,18-0,23; кремний 0,17-0,37; марганец 0,90-1,20; хром 0,95-1,25; никель 0,50-1,00; алюминий 0,012-0,02; медь 0,15-0,30; цирконий 0,004-0,05; азот 0,015-0,020; фосфор 0,010-0,035, сера 0,01-0,035; барий 0,001- 0,03; железо остальное. Применение предлагаемой стали позвол ет увеличить долговечность деталей на 30%, обеспечить экономию остродефицитного молибдена, снизить число ремонтных воздействий, 2 табл. СО СThe invention relates to metallurgy, in particular, to steel compositions, and can be used in mechanical engineering in the manufacture of heavy loaded machine parts, such as gears of gearboxes and gearboxes operating at high specific pressures, in small-scale and mass production at any engineering plants. . The purpose of the invention is to increase the resistance of alternating loads, complex mechanical properties. Steel additionally contains barium and sulfur in the following ratio of components, wt.% :. carbon 0.18-0.23; silicon 0.17-0.37; manganese 0.90-1.20; chromium 0.95-1.25; nickel 0.50-1.00; aluminum 0.012-0.02; copper 0.15-0.30; zirconium 0.004-0.05; nitrogen 0,015-0,020; phosphorus 0.010-0.035, sulfur 0.01-0.035; barium 0.001-0.03; iron else. The application of the proposed steel makes it possible to increase the durability of parts by 30%, to ensure the saving of deficient molybdenum, to reduce the number of repair effects, 2 tab. WITH S

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано, в частности, в машиностроении при изготовлении т желонагруженных деталей машин и механизмов, работающих при больших удельных давлени х , в мелкосерийном и массовом производствах .The invention relates to metallurgy and can be used, in particular, in mechanical engineering in the manufacture of heavy loaded machine parts and mechanisms operating at high specific pressures, in small-scale and mass production.

Известна конструкционна  сталь 20ХГНМ (ТУ 14-1-2252-84), содержаща , мас.%:Known structural steel 20HGNM (TU 14-1-2252-84), containing, wt.%:

Углерод0,18-0,23Carbon 0.18-0.23

Кремний0,17-0,37Silicon0.17-0.37

Марганец0,70-1,10Manganese 0,70-1,10

Хром0,40-0,70Chrome 0.40-0.70

Никель0,40-0,70Nickel0.40-0.70

Медь-5 0,30Copper-5 0.30

Фосфор, не более0,035Phosphorus, not more than 0,035

Сера, не более0,035Sulfur, not more than 0.035

Молибден0,15-0,25Molybdenum 0,15-0,25

ЖелезоОстальноеIronErest

Однако данна  сталь не обеспечивает нужный уровень прочностных свойств дл  т желонагруженных деталей, в частности шестерен ведущих мостов автомобильной техники, и имеет низкий уровень износостойкости . Кроме того, эта сталь не экономична , так как содержит молибден.However, this steel does not provide the desired level of strength properties for heavy loaded parts, in particular, gears of driving axles of automotive equipment, and has a low level of wear resistance. In addition, this steel is not economical, as it contains molybdenum.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  конструкционна  сталь, содержаща , мас.%:Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a structural steel containing, wt.%:

Углерод0,02-0,10Carbon0.02-0.10

Кремний0,2-0,6Silicon0,2-0,6

Марганец0,5-1,0Manganese 0.5-1.0

1one

OJOj

соwith

ЈьЈ

ю юyu yu

ЈJ

йth

0,2-0,80.2-0.8

0,03-0,40.03-0.4

0,01-0,10.01-0.1

0,03-0,40.03-0.4

0,001-0,050.001-0.05

0,01-0,10.01-0.1

0,001-0,0250.001-0.025

0,01-0,050.01-0.05

0.004-0,020.004-0.02

0,026-0,10,026-0,1

ОстальноеRest

Известна  сталь отличаетс  недостаточно высоким уровнем механических свойств и низким уровнем сопротивлени  знакопеременным нагрузкам. Кроме того, эта сталь не экономична, так как содержит ванадий, причем введение ванади  может вызвать снижение ударной в зкости, особенно при низких температурах.Known steel is characterized by an insufficiently high level of mechanical properties and a low level of resistance to alternating loads. In addition, this steel is not economical because it contains vanadium, and the introduction of vanadium can cause a decrease in toughness, especially at low temperatures.

Цель изобретени  - повышение сопротивлени  знакопеременным нагрузкам при обеспечении высокого комплекса механических свойств.The purpose of the invention is to increase the resistance to alternating loads while ensuring a high complex of mechanical properties.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, медь, цирконий, азот, фосфор и железо, дополнительно ввод т серу и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод0,18-0,23The goal is achieved by the fact that in steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, aluminum, copper, zirconium, nitrogen, phosphorus and iron, sulfur and barium are additionally introduced in the following ratio, wt.%: Carbon-0.18 -0.23

Кремний0,17-0,37Silicon0.17-0.37

Марганец0,9-1,2Manganese0.9-1.2

Хром0,95-1,25Chrome0.95-1.25

Никель0,5-1,0Nickel 0.5-1.0

Алюминий0,012-0,02Aluminum 0,012-0,02

Медь0,15-0,3Copper0.15-0.3

Цирконий0,004-0,05Zirconium0.004-0.05

Азот0,015-0,02Nitrogen 0,015-0,02

Фосфор0,01-0,035Phosphorus 0,01-0,035

Сера0,01-0,035Sulfur0.01-0.035

Барий0,001-0,03Barium0.001-0.03

ЖелезоОстальноеIronErest

Барий в количестве 0,001-0,03% ввод т в предлагаемую сталь с целью снижени  загр зненности металла включени ми, изменени  формы и характера распределени  неметаллических включений. Барий обеспечивает образование мелких глобулей, что способствует повышению сопротивлени  знакопеременным нагрузкам деталей из этой стали. Кроме того, барий оказывает существенное вли ние на природу включений . Так, после присадки бари  в количестве 0,001-0,03% в фазовом составе включений снижаетс  количество глинозема и шпинелей и увеличиваетс  количество силикатов, что также благопри тно вли ет на повышение сопротивлени  стали знакопеременным нагрузкам.Barium in the amount of 0.001-0.03% is introduced into the proposed steel in order to reduce the contamination of the metal with inclusions, change the shape and pattern of distribution of non-metallic inclusions. Barium provides the formation of small globules, which contributes to the increase in the resistance of alternating loads of parts made from this steel. In addition, barium has a significant effect on the nature of the inclusions. So, after the addition of barium in the amount of 0.001-0.03% in the phase composition of the inclusions, the amount of alumina and spinel decreases and the amount of silicates increases, which also favorably affects the increase in steel resistance by alternating loads.

Наличие бари  в количестве не менее 0,001% нар ду с обеспечением благопри тной формы, размеров и состава неметаллических включений также способствуетThe presence of barium in an amount of at least 0.001%, along with the provision of a favorable shape, size and composition of non-metallic inclusions, also contributes to

обеспечению гарантированного заданного нижнего предела содержани  азота в стали предлагаемого состава, что важно дл  получени  мелкозернистой нитридной фазы, и, как следствие, повышению сопротивлени providing a guaranteed predetermined lower limit of the nitrogen content in the steel of the proposed composition, which is important for obtaining a fine-grained nitride phase, and, as a consequence, increasing the resistance

стали знакопеременным нагрузкам. Содержание бари  менее 0,001% не дает желаемого эффекта. Дл  получени  неметаллических включений требуемой формы и размеров достаточно его содержани  в количестве до 0,03%. Дальнейшее увеличение содержани  бари  малоэффективно и экономически нецелесообразно.steel alternating loads. Barium content less than 0.001% does not give the desired effect. To obtain non-metallic inclusions of the required shape and size, its content in an amount of up to 0.03% is sufficient. Further increase in barium content is ineffective and economically inexpedient.

Сера в количестве 0,010-0,035% усиливает вли ние бари  на образование неметаллических включений благопри тной формы и размеров. Содержание серы менее 0,010% не оказывает требуемого действи . Содержание серы свыше 0,035% нецелесообразно вследствие возможного снижени Sulfur in an amount of 0,010-0,035% enhances the effect of barium on the formation of non-metallic inclusions of favorable shape and size. A sulfur content of less than 0.010% does not have the desired effect. Sulfur content in excess of 0.035% is impractical due to the possible reduction in

механических свойств, в частности пластичности и ударной в зкости.mechanical properties, in particular plasticity and toughness.

В предлагаемой стали повышено содержание хрома до 0,95-1,25% и марганца до 0,9-1,2%, что вызвано необходимостью повышени  механических свойств и износостойкости . Содержание хрома менее 0,95% и марганца менее 0,90% не обеспечивает заданного уровн  прочности и износостойкости . Увеличение содержани  хрома болееIn the proposed steel, the chromium content is increased to 0.95-1.25% and manganese to 0.9-1.2%, which is caused by the need to increase the mechanical properties and wear resistance. The chromium content is less than 0.95% and manganese is less than 0.90% does not provide the specified level of strength and wear resistance. Increased chromium content more

1,25% нецелесообразно, так как приводит к снижению уровн  пластичности, а при содержании марганца более 1,2% может произойти снижение ударной в зкости.1.25% is impractical because it leads to a decrease in the level of plasticity, and when the content of manganese is more than 1.2%, a decrease in toughness may occur.

В предлагаемой стали также повышеноThe proposed steel also increased

содержание никел  до 0,5-1,0% , что обеспечивает возможность повышени  содержани  хрома и марганца до указанного уровн  без снижени  пластичности.the nickel content is up to 0.5-1.0%, which makes it possible to increase the chromium and manganese content to the specified level without reducing the ductility.

Содержание никел  менее 0,5% не даетNickel content less than 0.5% does not give

требуемого эффекта. Увеличение содержани  никел  более 1,0% может вызвать ухудшение технологичности стали и экономически нецелесообразно.desired effect. Increasing the nickel content by more than 1.0% may cause a deterioration in the steel processability and is not economically feasible.

Химический состав и свойства предгаемой (2 и 3) и известной (4) сталей приведены в табл.1 и 2.The chemical composition and properties of the proposed (2 and 3) and known (4) steels are given in Tables 1 and 2.

Как следует из табл.2, предлагаема  сталь имеет повышенные механическа  свой- ства и сопротивление знакопеременным нагрузкам , в частности предел выносливости.As follows from Table 2, the proposed steel has enhanced mechanical properties and resistance to alternating loads, in particular, the fatigue limit.

Технологи  металлургического изготовлени  предлагаемой стали не отличаетс  от технологии производства известных сталей.The metallurgical technology of the proposed steel does not differ from the production technology of known steels.

Таблица 2table 2

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, медь, цирконий, азот, фосфор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения сопротивления знакопеременным нагрузкам и комплекса механических свойств, она дополнительно содержит барий и серу при следующем соотношении компонентов,Steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, aluminum, copper, zirconium, nitrogen, phosphorus and iron, characterized in that, in order to increase resistance to alternating loads and a complex of mechanical properties, it additionally contains barium and sulfur in the following ratio components мас.%: wt.%: 5 5 Углерод Carbon 0,18-0,23 0.18-0.23 Кремний Silicon 0,17-0.37 0.17-0.37 Марганец Manganese 0,90-1,20 0.90-1.20 Хром Chromium 0,95-1,25 0.95-1.25 Никель Nickel 0,50-1,00 0.50-1.00 10 10 Алюминий Aluminum 0,012-0,02 0.012-0.02 Медь Copper 0.15-0,30 0.15-0.30 Цирконий Zirconium 0,004-0,05 0.004-0.05 Азот Nitrogen 0,015-0,020 0.015-0.020 Фосфор Phosphorus 0,010-0,035 0.010-0.035 15 fifteen Сера Sulfur 0,010-0,035 0.010-0.035 Барий Barium 0,001-0,03 0.001-0.03 Железо Iron Остальное Rest Таблица 1Table 1 Состав стали Steel composition Содержание элементов, % The content of elements,% С FROM Si Si lln J Cr lln J Cr Ni | Al Ni | Al Предлагае- Proposal МЫЙ MY 1 1 0,18 0.18 0,17 0.17 2 2 0,20 0.20 0,27 0.27 3 Известная 3 Famous 0,23 0.23 0,37 0.37 4 4 0,02-0,10 0.02-0.10 0,2-0,6 0.2-0.6 0,90 0.90 0,95 0.95 0,50 0.50 0,012 0.012 1,05 1.05 1,15 1.15 0,75 0.75 0,016 0.016 1,20 1.20 1,25 1.25 1,00 1.00 0,02 0.02 0,5-1,0 0.5-1.0 0,2-0,8 0.2-0.8 0,03-0,4 0.03-0.4 0,01-0,10 0.01-0.10 Продолжение Continuation табл.1 table 1 Состав стали Steel composition Си | Si | Zr Zr N N S S Предлагае- Proposal МЫЙ MY 1 1 0,15 0.15 0,004 0.004 0,015 0.015 0,010 0.010 0,010 0.010 2 2 0,22 0.22 0,027 0,027 0,017 0.017 0,022 0,022 0,022 0,022 3 3 0,30 0.30 0,05 0.05 0,020 0,020 0,035 0,035 0,035 0,035 Известная Famous 4 4 0,03-0,40 0.03-0.40 0,01-0,05 0.01-0.05 0,004-0,02 0.004-0.02 0,026-0,100 0,026-0,100 - - Продолжение табл.1 Continuation of table 1 Состав стали Steel composition Содержание элементов, % The content of elements,% Ва | Wah | Мо | Ti Mo | Ti V | V | Са j Sa j Ее Her Предлагаемый Proposed 1 1 0,001 0.001 - - - - Остальное Rest 2 2 0,015 0.015 - - - - - - То же Also 3 3 о,оз oh oz - - - - - - J1- J1- Известная Famous 4 4 0,001-0,05 0.001-0.05 0,01-0,10 0.01-0.10 0,001-0,025 0.001-0.025 -J I- -J I- Таблица 2table 2 Сталь Steel Термообработка Heat treatment Предел текучести (¾ Н/мм* (кг/мм²)Yield Strength (¾ N / mm * (kg / mm ² ) Предел прочности σ₄. Н/мм² (кг/мм')Strength σ ₄ . N / mm ² (kg / mm ') Относительное удлинение .05. % Elongation .05. % Относительное сужсние , у·. % Relative narrowing, y ·. % Ударная вязкость (- 60’Ί*), Дж/смЧ' (кГС м/СМ²)Impact strength (- 60'Ί *), J / cmH '(kgf m / SM ² ) Предел выносливости О\. Н/мм² (кг/мм²)Endurance limit O \. N / mm ² (kg / mm ² ) Закалка, °C Hardening, ° C Отпуск. °C Vacation ° C 1 1 860, масло 860 oil 200.воздух 200.air 1100 (112} 1100 (112} 1450(148) 1450 (148) 20 20 56 56 74.0(7,6) 74.0 (7.6) 760 Г77.5) 760 G77.5) Предлагаемая 2 Suggested 2 1190(121) 1190 (121) 1460(150) 1460 (150) 22 22 53 53 70,0(7.1) 70.0 (7.1) 809 (82.5) 809 (82.5) 3 3 1200(122) 1200 (122) 1500 (153) 1500 (153) 18,3 18.3 60 60 68.6 (7.0) 68.6 (7.0) 882 (90,0) 882 (90.0) Известная 4 Famous 4 610(62) 610 (62) 870 (90) 870 (90) 16.8 16.8 49 49 50(5) 50 (5) 466 (47,5) 466 (47.5)