СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
IRON-BASED ALLOY

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе железа с углеродом и легирующими элементами, обеспечивающим заданные химический состав, механические свойства и атмосферостойкость проката, атмосферостойким сталям, применяемым в высокопрочных болтах, гайках и шайбах.
В настоящее время для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб используют среднеуглеродистые стали типа 40Х, которые после термической обработки (закалки и отпуска) приобретают требуемые прочностные свойства, пластичность, ударную вязкость, а также другие служебные свойства согласно ГОСТ Р 52643-2006. Эти стали типа 40Х не относятся к атмосферостойким, что приводит к необходимости периодически окрашивать болтовые соединения в эксплуатации.
Известна атмосферостойкая низколегированная сталь по стандарту США ASTM А 325-00, тип 3 (таблица 2, композиции А-F), используемая для изготовления высокопрочных болтов, гаек и шайб. Однако некоторые основные свойства этой стали не обеспечивают в полной мере создание необходимой защитной оксидно-гидроксидной пленки, тормозящей атмосферную коррозию, в условиях эксплуатации конструкций на территории Российской Федерации.
Задачей настоящего изобретения является повышение атмосферостойкости и оптимизация состава низколегированного сплава на основе железа и придание ему более высокой стойкости к замедленному хрупкому разрушению и к коррозионному растрескиванию.
Указанный технический результат достигается за счет легирования стали химическими элементами (хром, марганец, никель, молибден, медь, ванадий и титан), способствующими образованию на поверхности стали плотной защитной пленки оксидов и гидроксидов, снижающих скорость коррозии практически до нуля.
Поставленная задача решается с помощью получения атмосферостойкой стали, содержащей компоненты, мас. %: углерод - от более 0,30 до 0,42, марганец - 0,40-1,40, фосфор - не более 0,020, сера - не более 0,020, кремний - 0,15-0,37, хром - 0,30-1,0, никель - 0,20-0,80, медь - 0,20-0,60, молибден - 0,15-0,25, ванадий - 0,10-0,18, титан - не более 0,05, железо - остальное до 100%.
Ниже приведена сравнительная таблица предельных значений содержания элементов в атмосферостойкой стали по стандарту США ASTM А 325-00 и заявляемой атмосферостойкой стали.
Существенными отличительными признаками заявляемого химического состава атмосферостойкой стали от известных составов являются:
- снижение содержания вредных примесей - фосфора и серы, что повышает качество и технологичность заявляемой стали при горячей обработке давлением (прокатка, ковка);
- увеличенное содержание молибдена (0,15-0,25%) и ванадия (0,10-0,18), что приводит к улучшению механических свойств и к повышению стойкости стали к атмосферной коррозии.
На одном из мостостроительных заводов были произведены сравнительные испытания высокопрочных болтов, изготовленных из стали 40Х (ГОСТ Р52643-2006) и предлагаемого атмосферостойкого сплава.
В результате испытаний высокопрочных болтов, гаек и шайб из предлагаемого атмосферостойкого сплава было выявлено, что они по уровню прочностных свойств, ударной вязкости и коэффициенту закручивания соответствуют классам прочности соответственно 10.9 и 10 по ГОСТ Р 52643-2006.
Испытание на замедленное хрупкое разрушение были произведены на разрывных образцах, изготовленных из высокопрочных болтов стали 40Х (стандартные высокопрочные болты серийного производства) и из предлагаемого атмосферостойкого сплава. Насыщение стали образцов водородом производили в специальной электрохимической ячейке.
2
4
Испытания показали, что образцы высокопрочных болтов из предлагаемого атмосферостойкого сплава при равных напряжениях от растягивающей нагрузки в 0,2 от расчетной в растворе HSO имели более длительное (на 5-30%) время до разрушения, что свидетельствует о более высокой стойкости предлагаемого атмосферостойкого сплава к замедленному хрупкому разрушению.
По коррозионному растрескиванию предлагаемый атмосферостойкий сплав почти в 2 раза превосходит нормативный предел.
Ожидаемый технико-экономический эффект от использования предлагаемого сплава выразится в увеличении надежности и срока службы изготовленных из него высокопрочных болтов, гаек и шайб и уменьшении расходов при их эксплуатации в мостовых сооружениях.
Источники информации
1. Сталь 40Х, ГОСТ Р 52643-2006.
2. Стандарт США « Standard Specification for structural bolts, steel, heat treated…» ASTM A 325-00, type 3 bolts, elements A-F.