Сталь 43хснма спс 43

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали для изготовления холодноштампованных деталей, работающих преимущественно в условиях высокоскоростного импульсного нагружения. Предложена сталь СПС — 43, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,40 — 0,45, кремний 1,55 — 1,75, марганец 0,50 — 0,70, хром 1,00 — 1,35, никель 1,10 — 1,45, молибден 0,35 — 0,50, кальций 0,003 — 0,010, титан 0,01 — 0,05, алюминий 0,05 — 0,10, медь 0,15 — 0,25, железо — остальное. Техническим результатом изобретения является повышение уровня вязкопластических свойств стали в состоянии после отжига с одновременным обеспечением технологичности при холодной штамповке за счет повышенного коэффициента вытяжки. 2 табл.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод — 0,40 — 0,45
Кремний — 1,55 — 1,75
Марганец — 0,50 — 0,70
Хром — 1,00 — 1,35
Никель — 1,10 — 1,45
Молибден — 0,35 — 0,50
Кальций — 0,003 — 0,010
Титан — 0,01 — 0,05
Алюминий — 0,05 — 0,10
Медь — 0,15 — 0,25
Железо — Остальноее

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали для изготовления холодноштампованных деталей, работающих преимущественно в условиях высокоскоростного импульсного нагружения.

Известна широкая гамма высокопрочных сталей, легированных углеродом, кремнием, хромом, никелем или марганцем (см., например, Марочник сталей и сплавов.- М.: Машиностроение, 1989), обладающих достаточной технологичностью при холодной штамповке. Так, сталь 30ХГСА ГОСТ 4543-71, имеющая следующий состав, мас.%:
Углерод — 0,28 — 0,34
Кремний — 0,90 — 1,20
Марганец — 0,80 — 1,10
Хром — 0,80 — 1,10
Железо — Остальное
в отожженном состоянии имеет свойства:
Предел текучести — 450 МПа,
Относительное удлинение — 15%
Термообработка на максимальную прочность позволяет достигнуть уровня предела текучести — 1400 МПа, однако при этом ударная вязкость (KCU) не превышает 3,5 — 4,0 Дж/см 2 .

Повышение содержания углерода и кремния с дополнительным модифицированием молибденом и ванадием в стали по а.с. СССР от 30.05.1981 г. N 834215 при соотношении компонентов, мас.%:
Углерод — 0,38 — 0,45
Марганец — 0,30 — 0,70
Кремний — 1,60 — 2,0
Хром — 0,60 — 1,0
Молибден — 0,15 — 0,25
Ванадий — 0,05 — 0,10
Железо — Остальное
позволяет повысить в термообработанном состоянии предел текучести до 1500 МПа и ударную вязкость до 5,0 Дж/см 2 . Однако при этом происходит снижение технологичности при холодной штамповке за счет повышения прочностных характеристик в отожженном состоянии: предел текучести составляет 550 — 600 МПа.

Наиболее близкой к предлагаемой стали является сталь по патенту США N 4765849 A, C 22 C 38/50 от 23.02.88 г., положительное решение от 14.07.93г., рекомендуемая к применению в тяжелонагруженных деталях, испытывающих переменные и динамические нагрузки. Сталь имеет следующий химический состав, мас%:
Углерод — 0,50 — 0,55
Марганец — 0,30 — 1,50
Кремний — до 1,0
Хром — 0,75 — 1,80
Никель — до 2,0
Молибден — 0,05 — 0,40
Титан — 0,015 — 0,008
Алюминий — 0,04 — 0,1
Ванадий — 0,05 — 0,1
Железо — Остальное
В термообработанном состоянии сталь имеет предел текучести > 1700 МПа при ударной вязкости > 6,0 Дж/см 2 и удовлетворительные свойства в отожженном состоянии: предел текучести 450 — 500 МПа, относительное удлинение 17 — 20%.

Недостатком известной стали является недостаточная технологичность при холодной штамповке деталей глубокой вытяжки.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня вязкопластических свойств стали в состоянии после отжига с одновременным обеспечением технологичности при холодной штамповке за счет повышенного коэффициента вытяжки.

Указанный результат достигается тем, что сталь дополнительно содержит кальций и медь при следующем соотношении компонентов, мас%:
Углерод — 0,40 — 0,45
Кремний — 1,55 — 1,75
Марганец — 0,50 — 0,70
Хром — 1,00 — 1,35
Никель — 1,10 — 1,45
Молибден — 0,35 — 0,50
Кальций — 0,003 — 0,010
Титан — 0,01 — 0,05
Алюминий — 0,05 — 0,10
Медь — 0,15 — 0,25
Железо — Остальное
Пределы содержания кальция и меди в стали регламентируются необходимостью получения мелкозернистой однородной структуры литого металла, снижение количества и величины неметаллических включений, что позволяет получить комплекс механических свойств, обеспечивающий высокие значения однородной деформации металла при холодной штамповке.

Сталь для изготовления штампованных деталей выплавляли в промышленных условиях в 100-тонной дуговой электропечи с последующей разливкой на установке непрерывной разливки.

При разливке стали осуществляли защиту ее от окисления на участке стальковш-промковш-кристаллизатор использованием огнеупорных стаканов, аргона и защитно-смазывающих огнеупорных смесей. После прокатки слябов на горячекатаный и холоднокатаный лист изготавливали образцы для определения механических и технологических свойств стали в отожженном состоянии. Механические и технологические свойства стали в отожженном состоянии приведены в табл. 1 и 2.

Испытания на изгиб по ГОСТ 14019-80 с определением предельного угла изгиба производили на плоских образцах размером 2,5 x 20 х 140 мм с притупленными кромками. Плавно повышали нагрузку до появления первой трещины и определяли остаточный угол загиба. Результаты испытаний на изгиб приведены в табл.2.

Испытания на технологическую пластичность позволяют определить способность листового материала к глубокой вытяжке, характеризуемой предельным коэффициентом вытяжки
K выт = D/d ср ,
где
D — диаметр заготовки, из которой производится вытяжка;
d ср — средний диаметр вытянутой детали.

При этом предельный коэффициент вытяжки устанавливает границу наибольшего диаметра заготовки (D макс ), из которого может быть вытянута годная деталь (без трещин)
K выт.пр = D макс /d ср .

На основании экспериментальных данных по определению технологической пластичности (угол загиба, коэффициент вытяжки, уровень механической прочности и пластичности при растяжении) для предварительной отработки была выбрана схема штамповки-вытяжки за 2 перехода:

Штамповку-вытяжку проводили на гидравлическом прессе двойного действия DBS-2 с усилием рабочего цилиндра 600 тс на предприятии АО «Ижорские Заводы». Технология включала следующие основные операции: разрезка листа из стали СПС-43 размеров 2,5 x 1050 x 4000 мм на заготовки размером 520 5 520 5 мм, термическая обработка заготовок по режиму:
пос. 850 o C, нагрев 850 — 870 o C, выдержка 2 ч, охлаждение с печью до 250 o C, далее на воздухе; точение заготовок 500 -20 мм, пескоочистка, смазка заготовок графито-масляной смазки, штамповка вытяжки стакана нар 321 мм, промежуточная термическая обработка (по режиму п.2), штамповка вытяжка-протяжка с нар 321 мм на нар 253 мм, промежуточный отжиг (по режиму п.2), механическая обработка (подрезка торца), упрочняющая термическая обработка по режиму: закалка. Пос. 900 o C, нагрев 900 10 o C, в течение 10 мин с момента посадки, охлаждение в масле, отпуск. Пос. 240 o C, нагрев 240 5 o C, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе, контроль твердости, пескоочистка и обезжиривание, окраска консервирующая лаком ВЛ-02, упаковка.

Испытания показали существенное повышение надежности результатов по сравнению с прототипом. Таким образом, введение в сталь титана, алюминия, меди и заявляемого соотношения компонентов позволяет достичь необходимого положительного эффекта и повысить технологичность при холодной штамповке вытяжке.

Источник