СТАЛЬ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН, СПОСОБНЫХ К РАЗДЕЛЕНИЮ НАДЛАМЫВАНИЕМ
STEEL AND METHOD OF PROCESSING HIGH-STRENGTH PARTS THAT MAY BE SEPARATED BY SHEARING-OFF

Изобретение относится к стали и способу обработки для получения высокопрочных деталей машин, способных к разделению надламыванием. Этот материал разрабатывался, например, для получения сегментированных шатунов.
2
2
Сталь должна быть подходящей для ковки или прочей горячей обработки давлением. В результате контролируемого охлаждения от температуры ковки должна получаться в основном перлитная структура, которая обеспечивает предел текучести выше 750 Н/мм, прочность на разрыв от 1000 до 1200 Н/мм, предельное удлинение выше 10% и относительное сужение при разрыве выше 25%. Особенно важным является способность к разделению надламыванием.
Желаемых свойств можно достичь целенаправленным формированием перлитной структуры с выделениями специальных карбидов (карбиды ниобия и ванадия), а также сульфидов марганца путем соответствующим образом устанавливаемого химического состава, целенаправленного температурного режима во время горячей обработки давлением при получении заготовки, а также при чистовой ковке деталей (термомеханическая обработка) и при соответствующей тепловой обработке после окончания ковки или горячей обработки давлением.
До настоящего времени для указанных целей, согласно специализированным техническим предписаниям, применяются, например, стали с почти эвтектоидным составом (около 0,7% С, 0,5-0,9% Mn, 0,06-0,07% S и при необходимости 0,1-0,2% V (C70S6, 70MnVS4) или стали со средним содержанием углерода около 0,4% С и содержанием около 1% Mn, 0,06-0,07% S и около 0,3% V (36MnVS4).
В уровне техники известен, например, документ ЕР 0035681 В1, С22С 38/12, 01.06.1983, раскрывающий сталь для высокопрочных деталей машин, способных к разделению надламыванием, при этом детали состоят из по меньшей мере двух частей.
Известные стали имеют, в основном, перлитную структуру с карбидами ванадия, а также сульфидами марганца и соответствуют заданным значениям в отношении механических свойств. Недостатки известных вариантов материала состоят в том, что прежние варианты материалов имеют высокое потребление дорогих и дефицитных легирующих агентов. В частности, в настоящее время ванадий усиленно используется в области дисперсионно твердеющих ферритно-перлитных сталей (AFP-стали), из-за чего ванадий становится все более дефицитным товаром.
Целью настоящего изобретения является преодоление указанных недостатков и предложение новой стали, которая имеет требуемые механические свойства в том, что касается прочности (и усталостной прочности), и, кроме того, сочетает хорошие характеристики вязкости в испытании на растяжение с одновременно хорошей способностью к разламыванию. Одновременно сталь должна быть пригодна для непрерывной отливки и для ковки. Кроме того, новая сталь должна изготавливаться с большей экономией ресурсов, чем известные стали, благодаря частичному замещению содержания ванадия ниобием с соответствующей адаптацией режима обработки давлением и охлаждения.
Высокое значение предела текучести достигается, наряду с основным химическим составом, благодаря выделениям как можно более тонко распределенных специальных карбидов ниобия и ванадия. Для этого требуется растворение имеющихся карбидов перед последним этапом горячей обработки давлением, а также контролируемый температурный режим при горячей обработке давлением и последующем охлаждении. Мелкозернистых распределенных выделений можно достичь, в частности, при низкой температуре конечной обработки давлением с последующим немного ускоренным охлаждением. За счет этого, в частности, слегка повышается предел текучести и тем самым существенно улучшаются характеристики текучести.
Прочность на разрыв, задаваемую базовым составом с 0,5% С, 0,6% Si, 1,0% Mn, 0,23% Cr, 0,2% Ni и 0,14% V, можно также регулировать от базисного значения в желаемой области путем незначительно ускоренного охлаждения после горячей обработки давлением.
В частности, коэффициент вязкости ограничивают целенаправленной присадкой 0,06-0,07% серы. Также положительно в этом смысле действует содержание углерода и относительно высокое содержание азота.
Решающим для хорошей разламываемости материала является кристаллический излом без макроскопической деформации. Это достигается структурой сплава с высоким содержанием углерода, азота и серы и сравнительно низким содержанием хрома, никеля и молибдена.
Согласно предложенному решению, изобретение относится к стали для получения разделяемых надламыванием деталей для автомобильной промышленности со следующим химическим составом (в весовых процентах):
0,4%≤С≤0,6%;
0,2%≤Si≤1,0%;
0,5%≤Mn≤1,5%;
0%≤Cr≤1,0%;
0%≤Ni≤0,5%;
0%≤Mo≤0,2%;
0%≤Nb≤0,05%;
0%≤V≤0,3%;
0%≤Al≤0,05%;
0,005%≤N≤0,020%,
причем остальное составляют железо и обусловленные плавкой примеси.
Дополнительно сталь может содержать титан при условии:
0,020%≤Ti≤0,030%.
Недостатки старых вариантов:
- относительно большое удорожание сплава (LZ) из-за стоимости легирующих, в частности 0,29%V (у 36MnVS4),
- почти никаких альтернатив для патентируемых составов стали и т.д.
Преимущества предложенного варианта:
- низкая стоимость сплавов (всего 0,14% V),
- независимость потребителя от единственного патентируемого состава стали и т.д.