CZ298442B6 - High-strength steel for forging - Google Patents
High-strength steel for forging Download PDFInfo
- Publication number
- CZ298442B6 CZ298442B6 CZ20014130A CZ20014130A CZ298442B6 CZ 298442 B6 CZ298442 B6 CZ 298442B6 CZ 20014130 A CZ20014130 A CZ 20014130A CZ 20014130 A CZ20014130 A CZ 20014130A CZ 298442 B6 CZ298442 B6 CZ 298442B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- steel
- strength
- forging
- weight
- content
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 94
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000005242 forging Methods 0.000 title claims description 65
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 86
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 59
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 44
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 31
- 239000010955 niobium Substances 0.000 abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 13
- 239000011651 chromium Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum Chemical compound [Cr].[Mo] VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 239000012758 reinforcing additive Substances 0.000 description 2
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 101150023971 Cd48 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- RRZKHZBOZDIQJG-UHFFFAOYSA-N azane;manganese Chemical compound N.[Mn] RRZKHZBOZDIQJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum nickel Chemical compound [Cr].[Ni].[Mo] OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000010407 vacuum cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
-
- 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
-
- 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
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- 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
- C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
-
- 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
- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
-
- 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
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
- F16C3/06—Crankshafts
-
- 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
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/002—Bainite
-
- 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
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/008—Martensite
-
- 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
- C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Ocel pro kování s vysokou pevnostíHigh strength steel forging
Oblast technikyTechnical field
Předložený vynález se týká oceli s vysokou pevností pro kování (zmiňované v následujícím jako ocel s vysokou pevností pro kování) a především vysoce pevné oceli pro výkovky, vyznačující se nízkou cenou (s ohledem na obsah nákladných legujících prvků, především niklu), a vysokou pevností. Taková ocel pro výkovky nachází upotřebení především jako materiál pro výkovky zalomených hřídelů s velkými rozměry pro přenos energie u lodí a podobně. Proto jsou zalomené hřídele z výkovkové oceli o vysoké pevnosti rovněž zahrnuté do rozsahu předloženého vynálezu.The present invention relates to a high-strength forging steel (referred to hereinafter as high-strength forging steel) and in particular to a high-strength forging steel characterized by a low price (with respect to the content of expensive alloying elements, especially nickel) and high strength . Such forging steel finds utility primarily as a material for forging large shaft bending shafts and the like. Therefore, high strength crank shafts of high-strength steel are also included within the scope of the present invention.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Zalomené hřídele pro přenos energie na lodích jsou obvykle vyrobené z chrommolybdenové oceli, značené jako ISO 42CrMo4, ISO 36CrNiMo6 a DIN 32CrMol2. První z uvedených ocelí obsahuje poměrně vysoký obsah C a poměrně malé obsahy Cr a Mo, což má za následek úměrně malou pevnost, ale i relativně nízkou cenu, a proto se používá v případech, kde nároky na zatížení nejsou tak velké. Druhá z uvedených ocelí obsahuje velké množství niklu jako legující přísadu, který jí dodává nej lepší pevnost a houževnatost mezi uvedenými třemi ocelemi, a proto nalézá uplatnění v případech, kde je zatížení zvláště vysoké. Třetí ocel vykazuje mezihodnoty jak v ceně, tak i v pevnosti mezi oběma předešlými, a proto nalézá uplatnění v případech, kdy je důležitá především houževnatost.Angled shafts for power transmission on ships are usually made of chromium molybdenum steel, designated as ISO 42CrMo4, ISO 36CrNiMo6 and DIN 32CrMol2. The first of these steels contains a relatively high C content and a relatively low Cr and Mo content, which results in a proportionally low strength but also a relatively low cost and is therefore used in cases where the load requirements are not so great. The latter contains a large amount of nickel as an alloying additive, which gives it the best strength and toughness between the three steels, and therefore finds application in cases where the load is particularly high. The third steel shows intermediate values in both price and strength between the two previous ones, and therefore finds application in cases where toughness is particularly important.
V nedávných dobách se stalo běžným vyrábět velké zalomené hřídele pro použití na lodích z oceli ISO 36CrNiMo6, která je sice nákladná, ale má vysokou pevnost, aby se vyloučila námořní rizika.In recent times, it has become common to produce large crankshafts for use on ships made of ISO 36CrNiMo6 steel, which is expensive but has high strength to avoid marine hazards.
Shora zmíněná ocel ISO 36CrNiMo6, což je niklchrommolybdenová ocel, má vynikající pevnost a houževnatost, které jí dodává vysoký obsah niklu jako zpevňující přísada, aleje proto cenově nákladnější než jiné výkovkové chrommolybdenové oceli, protože nikl je nákladný legující kov. To omezuje široké využití této oceli.The aforementioned ISO 36CrNiMo6 steel, which is a nickel chromium molybdenum steel, has excellent strength and toughness which gives it a high nickel content as a reinforcing additive, but is therefore more expensive than other forged chromium molybdenum steels because nickel is an expensive alloying metal. This limits the widespread use of this steel.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předložený vynález byl vyvinut s ohledem na předcházející skutečnosti. Předmětem předloženého vynálezu bylo vyvinout méně nákladnou, vysoce pevnou ocel pro výkovky, se srovnatelnou nebo lepší pevností, houževnatostí a schopností vytvrzení (což je požadavek nynějších výrobců) než je 36CrNiMo6, a tak připravit pro praktické využití velmi pevnou ocel Ni-Cr-Mo pro kování. Dalším předmětem předloženého vynálezu je způsob výroby zalomených hřídelí ze zmíněné oceli pro kování, charakterizovaných nízkou cenou, vysokou pevností a houževnatostí a dobrou vytvrditelností.The present invention has been developed in light of the foregoing. The object of the present invention was to develop a less expensive, high strength forging steel with comparable or better strength, toughness and curing capability (as required by current manufacturers) than 36CrNiMo6, and thus to prepare a very strong Ni-Cr-Mo steel for practical use forging. Another object of the present invention is a method of manufacturing crank shafts of said forging steel characterized by low cost, high strength and toughness, and good hardenability.
Předmětem předloženého vynálezu je ocel s vysokou pevností pro výkovky, obsahující 0,3 až 0,5 % uhlíku, 0,1 až 0,4 % křemíku, 0,7 až 1,5 % manganu, 1,2 až 3,5 % chrómu, 0,1 až 0,6 % molybdenu ne více než 0,7 % niklu, a nejméně jeden prvek vybraný ze skupiny zahrnující vanad, niob a tantal v množství 0,03 až 0,35 % celkem, a 30 až 250 ppm dusíku, zatímco zbytek je železo a nevyhnutelné nečistoty, jejíž mikrostrukturu tvoří hlavně bainit a martenzit a která obsahuje dusík v tuhém roztoku a tolik vanadu, niobu a tantalu, aby byla splněna podmínka vyjádřená následujícím výrazem 1:The object of the present invention is high-strength steel forgings comprising 0.3 to 0.5% carbon, 0.1 to 0.4% silicon, 0.7 to 1.5% manganese, 1.2 to 3.5% chromium, 0.1 to 0.6% molybdenum not more than 0.7% nickel, and at least one element selected from the group consisting of vanadium, niobium and tantalum in an amount of 0.03 to 0.35% in total, and 30 to 250 ppm nitrogen, while the remainder is iron and unavoidable impurities, the microstructure of which consists mainly of bainite and martensite and which contains nitrogen in solid solution and enough vanadium, niobium and tantalum to fulfill the condition expressed by the following expression 1:
[Celkový obsah (%) V, Nb a Ta] + 0,001 x [N (ppm) v tuhém roztoku] > 0,068 ... (1) (% jsou vyjádřena hmotn. %. Totéž platí i v následujícím).[Total content (%) V, Nb and Ta] + 0.001 x [N (ppm) in solid solution]> 0.068 ... (1) (% expressed in% by weight. The same applies in the following).
-1 CZ 298442 B6-1 CZ 298442 B6
Ocel s vysokou pevností pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována omezeným obsahem niklu, jak je uvedeno shora, záměrně přidaným dusíkem (N) a nejméně jedním prvkem ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta, s takovým obsahem N v tuhém roztoku a celkovým obsahem V, Nb a Ta, aby byl splněn shora uvedený výraz 1, a s mikrostrukturou složenou převážně z bainitu a martenzitu. Má vysokou mez pevnosti v tahu a dobrou houževnatost s dobrou vytvrditelností a je porovnatelně cenově výhodná.The high-strength steel forging of the present invention is characterized by a limited nickel content as described above, intentionally added nitrogen (N) and at least one of V, Nb and Ta, with such N content in solid solution and total V content. , Nb and Ta to satisfy the above expression 1, and with a microstructure composed mainly of bainite and martensite. It has a high tensile strength and good toughness with good hardenability and is comparatively cost effective.
Obsah každého prvku byl určen podle dále uvedených a vysvětlovaných zásad. Výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu zachovává svoji charakteristiku bez ohledu na základní složení, pokud obsah niklu, obsah V, Nb a Ta, obsah celkového dusíku a obsah dusíku v tuhém roztoku zachovává shora uvedené podmínky. Výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu musí mít následující základní složení, aby plně zachovala shora uvedené vlastnosti.The content of each element was determined according to the following policies. The high strength forging steel of the present invention retains its characteristic regardless of the basic composition as long as the nickel content, V, Nb and Ta content, total nitrogen content and nitrogen content of the solid solution retain the above conditions. The high strength forging steel of the present invention must have the following basic composition in order to fully maintain the above properties.
C 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %,C 0.3 to 0.5%, more preferably 0.36 to 0.45%,
Mn 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %,Mn 0.7-1.5%, more preferably 0.8-1.2%,
Cr 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %,Cr 1.2 to 3.5%, more preferably 1.5 to 2.5%,
Mo 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 %, se zbytkem, který tvoří převážně železo.Mo 0.1 to 0.6%, more preferably 0.15 to 0.35%, with the remainder mainly consisting of iron.
Ocel s velkou pevností pro kování, která má shora uvedené základní složení, obsahuje malé množství Al jako dezoxidační prvek. Al je účinný, pokud jeho množství je vyšší než 0,001 %, ale nemá dodatečný účinek v případě, že jeho obsah je vyšší než 0,040 %. Proto je vhodné obsah Al udržovat pod hranicí 0,040 %. Jiným škodlivým prvkem, který bývá přítomný ve výkovkové oceli, je síra S, která nepříznivě ovlivňuje houževnatost a únavovou pevnost. Obsah S by měl být vhodně udržován pod hranicí 0,006 %.The high-strength steel forging, which has the above-mentioned basic composition, contains a small amount of Al as a deoxidizing element. Al is effective when its amount is greater than 0.001% but has no additional effect if its content is greater than 0.040%. It is therefore appropriate to keep the Al content below 0.040%. Another harmful element that is present in forged steel is sulfur S, which adversely affects toughness and fatigue strength. The S content should be suitably kept below 0.006%.
Navíc je výkovková ocel s velkou pevností podle předloženého vynálezu charakterizována hodnotou Dl ne menší než 30 mm. (Hodnota Dl je kritický průměr ocelového výrobku, jehož střední část vykazuje 50 % martenzitické tvrdosti po zakalení do vody). Takové charakteristické vlastnosti činí výkovkovou ocel zvlášť vhodnou pro výrobu zalomených lodních hřídelů o velkých rozměrech. Předložený vynález proto zahrnuje zalomené hřídele, především takové s velkými rozměry, vyrobené kováním ze shora uvedené výkovkové oceli.In addition, the high strength forging steel of the present invention is characterized by a D1 value of not less than 30 mm. (The D1 value is the critical diameter of a steel product whose middle portion exhibits 50% martensitic hardness after turbidity in water). Such characteristics make the forged steel particularly suitable for the production of large propeller shafts. The present invention therefore includes crankshafts, especially those with large dimensions, manufactured by forging of the forged steel mentioned above.
S ohledem na uvedené problémy vynaložili vynálezci velké úsilí na vývoj takové výkovkové oceli, která by byla méně nákladná, ale která by měla porovnatelnou pevnost a houževnatost jako „ISO 36CrNiMo6“, která je známá jako výkovková ocel Ni-Cr-Mo s velkou pevností. Předmětná výkovková ocel obsahuje menší množství niklu jako legující přísadu, aby se snížily náklady a aby se zachovala dobrá vytvrditelnost důležitá pro výrobu velkých výkovků s vysokou pevností. Výsledkem vývoje je shora uvedená výkovková ocel, obsahující ne více než 0,7 % niklu jako zpevňující přísadu, dodávající vysokou pevnost a houževnatost ve spojení s přísadou nejméně jednoho prvku, vypraveného ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta a s velmi malým obsahem dusíku tak, aby celkový obsah V, Nb a Ta a množství dusíku, rozpuštěného v tuhém roztoku uspokojoval shora uvedenou podmínku 1. Tím se kompenzuje snížení pevnosti v důsledku sníženého obsahu niklu. Ocel pro kování rovněž vykazuje velmi dobrou vytvrditelnost. Tento objev vedl k předloženému vynálezu.In view of these problems, the inventors have made a great effort to develop a forged steel that is less expensive but which has a comparable strength and toughness to "ISO 36CrNiMo6", which is known as high strength Ni-Cr-Mo forged steel. The forged steel contains minor amounts of nickel as an alloying additive in order to reduce costs and maintain good curing important for the production of large forgings with high strength. As a result of the foregoing, the forged steel contains no more than 0.7% nickel as a reinforcing additive, providing high strength and toughness in conjunction with an additive of at least one element selected from the group consisting of V, Nb and Ta and a very low nitrogen content. the total content of V, Nb and Ta and the amount of nitrogen dissolved in the solid solution satisfy the above condition 1. This compensates for the reduction in strength due to the reduced nickel content. The forging steel also shows very good hardenability. This discovery led to the present invention.
Oceli Cr-Mo pro kování obecně vyžadují přítomnost niklu, aby měly vysokou pevnost a houževnatost a zvýšenou schopnost vytvrzení. Naneštěstí je nikl tak nákladnou přísadou, že zvyšuje náklady na ocel nad cenu požadovanou uživatelem, pokud je jeho obsah vyšší. Předložený vynález tedy popisuje novou ocel s porovnatelnou pevností a vytvrditelností v porovnání s běžnou výkovkovou ocelí Ni-Cr-Mo, i když má minimální obsah niklu. Pro snížení nákladů je obsah niklu udržován nižší než 0,7 %, výhodněji nižší než 0,5 % a nejvýhodněji nižší než 0,3 %.Cr-Mo steels for forging generally require the presence of nickel in order to have high strength and toughness and increased curing ability. Unfortunately, nickel is such an expensive additive that it increases the cost of steel beyond the price demanded by the user if its content is higher. Thus, the present invention discloses a new steel with comparable strength and hardenability compared to conventional Ni-Cr-Mo forging steel, although it has a minimum nickel content. To reduce costs, the nickel content is maintained below 0.7%, more preferably below 0.5% and most preferably below 0.3%.
-2CZ 298442 B6-2GB 298442 B6
Snížení obsahu niklu snižuje mez pevnosti, houževnatost a vytvrditelnost, způsobené niklem, a proto taková výsledná ocel není spotřebiteli požadována. Vynálezci předloženého vynálezu důkladně přezkoušeli možnosti, jak nahradit nedostatečné vlastnosti způsobené sníženým obsahem niklu dodáváním jiných prvků, a tom vyvinuli novou ocel ke kování, která splňuje spotřebitelné požadavky jak v ohledu na cenu, tak i v ohledu na požadované vlastnosti. Zjistili, že tento požadavek je možno splnit, když k oceli Cr-Mo pro kování se sníženým obsahem niklu přidají nejméně jeden prvek vybraný ze skupiny zahrnující V, Nb a Ta a dusík (který byl dosud posuzován jako škodlivý stopový prvek) v takovém množství, aby obsah V, Nb a Ta a množství dusíku rozpuštěného v tuhém roztoku uspokojil shora uvedený požadavek 1.Reducing the nickel content reduces the strength, toughness, and hardenability caused by nickel, and therefore such a resultant steel is not required by the consumer. The inventors of the present invention have thoroughly examined the possibilities of replacing the inadequate properties due to the reduced nickel content by supplying other elements, thereby developing a new forging steel that meets the consumer's requirements in terms of both cost and performance. They have found that this requirement can be met by adding at least one element selected from the group consisting of V, Nb and Ta and nitrogen (which has hitherto been considered as a harmful trace element) to Cr-Mo steel for reduced nickel fittings, the content of V, Nb and Ta and the amount of nitrogen dissolved in the solid solution to satisfy the above requirement 1.
Pro dosažení praktického účinku u oceli pro kování je důležité, aby obsah niklu nepřevyšoval 0,7 %, obsah nejméně jednoho prvku ze skupiny V, Nb a Ta byl od 0,03 %, výhodněji od 0,045%, až dp 0,35%, nej výhodněji 0,15% a obsah dusíku byl od 30 ppm, výhodněji od 40 ppm, do 250 ppm, nejvýhodněji 100 ppm. Konečně je důležité, aby celkový obsah V, Nb a Ta a obsah dusíku, rozpuštěného v tuhém roztoku, uspokojoval shora uvedený požadavek 1.In order to achieve a practical effect on forging steel, it is important that the nickel content does not exceed 0.7%, the content of at least one of the V, Nb and Ta elements is from 0.03%, more preferably from 0.045% to dp 0.35%, most preferably 0.15% and the nitrogen content was from 30 ppm, more preferably from 40 ppm to 250 ppm, most preferably 100 ppm. Finally, it is important that the total content of V, Nb and Ta and the content of nitrogen dissolved in the solid solution satisfy the above requirement 1.
Pokud je celkový obsah V, Nb a Ta a obsah dusíku náhodně mimo shora specifikovaný rozsah a požadavky podle požadavku 1 nejsou splněny, nemá výsledná výkyvková ocel vysokou pevnost a houževnatost a dobrou vytvrditelnost, jak to předpokládá předložený vynález.If the total V, Nb and Ta content and the nitrogen content are accidentally outside the above specified range and the requirements of claim 1 are not met, the resulting pendulum steel does not have high strength and toughness and good hardenability as envisaged by the present invention.
Vynálezci předloženého vynálezu nepodávají vysvětlení příčiny, proč ocel pro výkovky s nízkým obsahem niklu tak význačně zvyšuje mez pevnosti a houževnatosti za přítomnosti takového celkového obsahu V, Nb a Ta a dusíku obsaženého v tuhém roztoku, aby se splnil požadavek podle požadavku 1. Možný důvod je, že dusík sloučený s V, Nb a Ta vytváří nitridy a rozpuštěný dusík samotný je příčinou účinného zvýšení meze pevnosti. Protože prvky zvyšující pevnost, jaké představují V, Nb a Ta, jsou velmi drahé, je ekonomicky výhodné je pro zvýšení pevnosti přidávat v malém množství ve spojení s nenákladným dusíkem, rozpuštěným v tuhém roztoku.The inventors of the present invention do not explain why the steel for low nickel forgings so significantly increases the strength and toughness limit in the presence of such a total content of V, Nb and Ta and the nitrogen contained in the solid solution to meet the requirement of requirement 1. Possible reason is that nitrogen combined with V, Nb and Ta forms nitrides and dissolved nitrogen itself causes an effective increase in the breaking strength. Since strength enhancing elements such as V, Nb and Ta are very expensive, it is economically advantageous to add them in small amounts in conjunction with inexpensive nitrogen dissolved in solid solution to increase strength.
Účinné zvýšení pevností se objeví jen tehdy, když prvky zvyšující pevnost a dusík jsou přidány do oceli Cr-Mo pro kování, obsahující ne více než 0,7 % Ni. Tento účinek se neobjeví, pokud jsou přidány do výkovkové oceli vysoké třídy, obsahující více než 0,7 % Ni.Effective strength enhancement occurs only when strength enhancing elements and nitrogen are added to Cr-Mo steel forging, containing no more than 0.7% Ni. This effect does not occur when added to high-grade forged steel containing more than 0.7% Ni.
Ocel pro kování podle předloženého vynálezu je založena na oceli Cr-Mo pro kování, neobsahující více než 0,7 % Ni. Při při legování jednoho nebo více prvků zvyšujících mez pevnosti (V, Nb, Ta) a dusíku tak, aby celkový obsah V, Nb a Ta a celkový obsah dusíku rozpuštěného a nerozpuštěného v tuhém roztoku a dusík celkový vyhovoval shora uvedenému požadavku 1, získá se požadovaná ocel pro kování, která je co do meze pevnosti, houževnatosti a vytvrditelnosti porovnatelná s poměrně nákladnou výkovkovou ocelí Cr-Mo vyšší třídy s vysokým obsahem niklu.The forging steel of the present invention is based on Cr-Mo steel forging containing not more than 0.7% Ni. When alloying one or more strength elements (V, Nb, Ta) and nitrogen so that the total content of V, Nb and Ta and the total content of nitrogen dissolved and undissolved in the solid solution and total nitrogen meet the above requirement 1, the required forging steel comparable in strength, toughness and hardenability to the comparatively expensive high-grade, high-grade Cr-Mo forging steel with a high nickel content.
Jak bylo uvedeno shora, ocel pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována omezeným obsahem niklu. Je dále charakterizována obsahem nejméně jednoho druhu z prvků V, Nb a Ta a dusíkem (a dusíkem rozpuštěným v tuhém roztoku) ve specifickém množství. Výkovková ocel není specificky omezována v základním složení. Pro přípravu oceli pro kování s vlastnostmi podle předloženého vynálezu, tj. s pevností, houževnatostí a vytvrditelnosti, vhodné pro výrobu zalomených hřídelů a pod., je možno použít ocel Cr-Mo pro kování s následujícím základním složením:As mentioned above, the forging steel of the present invention is characterized by a limited nickel content. It is further characterized by containing at least one of the elements V, Nb and Ta and nitrogen (and nitrogen dissolved in the solid solution) in a specific amount. Forged steel is not specifically limited in the basic composition. For the preparation of steel for forging with the properties of the present invention, i.e. strength, toughness and hardenability, suitable for the production of crankshafts etc., it is possible to use Cr-Mo steel for forging with the following basic composition:
C 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %,C 0.3 to 0.5%, more preferably 0.36 to 0.45%,
Si 0,1 až 0,4 %, výhodněji 0,15 až 0,4 %,Si 0.1 to 0.4%, more preferably 0.15 to 0.4%,
Mn 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %,Mn 0.7-1.5%, more preferably 0.8-1.2%,
Cr 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %,Cr 1.2 to 3.5%, more preferably 1.5 to 2.5%,
Mo 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 %.Mo 0.1 to 0.6%, more preferably 0.15 to 0.35%.
Obsah každého shora vyjmenovaného prvku byl stanoven na základě důvodů, které jsou vysvětlovány v následujícím.The content of each of the elements listed above was determined on the basis of the reasons explained below.
-3CZ 298442 B6-3GB 298442 B6
C 0,3 až 0,5 %, výhodněji 0,36 až 0,45 %.C 0.3 to 0.5%, more preferably 0.36 to 0.45%.
Uhlík podmiňuje vytvrditelnost stejně jako pevnost. Pro největší účinnost musí být uhlík přítomen v množství od 0,3 %, výhodněji 0,36 % nebo více a nejvýhodněji 0,38 % nebo více. Uhlík v přebytku má však negativní účinek na houževnatost a vyvolává invertní segregaci ve tvaru V. Proto je vhodná horní mez obsahu uhlíku 0,5 % nebo méně, výhodněji 0,45 % nebo méně a nejvýhodněji 0,42 % nebo méně.Carbon determines hardenability as well as strength. For greatest efficiency, carbon must be present in an amount of from 0.3%, more preferably 0.36% or more, and most preferably 0.38% or more. However, the excess carbon has a negative effect on toughness and causes inverted V-shape segregation. Therefore, an upper carbon content of 0.5% or less, more preferably 0.45% or less, and most preferably 0.42% or less is suitable.
Si 0,1 až 0,4 %, výhodněji 0,15 až 0,4 %.Si 0.1 to 0.4%, more preferably 0.15 to 0.4%.
Křemík přispívá k pevnosti. Pro největší účinek by měl být obsah křemíku v množství od 0,1 % nebo více, výhodněji 0,15 % nebo více a nejvýhodněji 0,20 % nebo více. Naopak však křemík v nadměrném množství podporuje tvoření invertní segregace ve tvaru V, jejíž výsledkem je malá čistota ingotů. Proto by horní mez obsahu křemíku neměla překročit 0,4 % nebo méně a výhodněji 0,3 % nebo méně.Silicon contributes to strength. For greatest effect, the silicon content should be from 0.1% or more, more preferably 0.15% or more, and most preferably 0.20% or more. Conversely, however, silicon in excessive amounts promotes the formation of inverted V-shaped segregation, resulting in low ingot purity. Therefore, the upper limit of the silicon content should not exceed 0.4% or less, and more preferably 0.3% or less.
Mn 0,7 až 1,5 %, výhodněji 0,8 až 1,2 %.Mn 0.7-1.5%, more preferably 0.8-1.2%.
Mangan přispívá k vytvrzování stejně jako k pevnosti. Pro největší účinek by měl být přítomen v množství 0,7 % nebo více, 0,8 % nebo více a nej výhodněji 0,9 % nebo více. Přebytek obsahu manganu však podporuje vznik invertní segregace ve tvaru V. Proto by měla být horní mez obsahu manganu 1,5% nebo méně, výhodněji 1,2% nebo méně a nejvýhodněji 1,1 % nebo méně.Manganese contributes to curing as well as to strength. For greatest effect, it should be present in an amount of 0.7% or more, 0.8% or more, and most preferably 0.9% or more. However, the excess manganese content promotes the formation of inverted V-shaped segregation. Therefore, the upper limit of the manganese content should be 1.5% or less, more preferably 1.2% or less, and most preferably 1.1% or less.
Cr 1,2 až 3,5 %, výhodněji 1,5 až 2,5 %.Cr 1.2 to 3.5%, more preferably 1.5 to 2.5%.
Chrom podporuje houževnatost stejně jako pevnost. Pro největší účinek by měl být obsah chrómu 1,2 % nebo více, výhodněji 1,5 % nebo více a nejvýhodněji 1,75 % nebo více. Naopak však chrom v nadměrném množství podporuje tvoření invertní segregace ve tvaru V, jejímž výsledkem je malá čistota ingotů. Proto by horní mez obsahu chrómu měla být 3,5 % nebo méně, výhodněji 2,5 % nebo méně.Chrome supports toughness as well as strength. For the greatest effect, the chromium content should be 1.2% or more, more preferably 1.5% or more, and most preferably 1.75% or more. Conversely, however, excess chromium promotes the formation of inverted V-shaped segregation, resulting in low ingot purity. Therefore, the upper limit of chromium content should be 3.5% or less, more preferably 2.5% or less.
Mo 0,1 až 0,6 %, výhodněji 0,15 až 0,35 %.Mo 0.1 to 0.6%, more preferably 0.15 to 0.35%.
Molybden podporuje pevnost, houževnatost a vytvrditelnost. Pro největší účinek by měl být molybden přítomný v množství 0,1 % nebo více, výhodněji 0,15 % nebo více a nej výhodněji 0,20 % nebo více. Molybden je však náchylný k mikrosegregaci (normální segregace), vzhledem kjeho malému rozdělovacímu koeficientu. Proto je vhodná horní mez obsahu molybdenu 0,6 % nebo méně, výhodněji 0,35 nebo méně a nejvýhodněji 0,30 % nebo méně.Molybdenum promotes strength, toughness and hardenability. For greatest effect, molybdenum should be present in an amount of 0.1% or more, more preferably 0.15% or more, and most preferably 0.20% or more. Molybdenum, however, is prone to microsegregation (normal segregation) due to its small partition coefficient. Therefore, an upper limit of molybdenum content of 0.6% or less, more preferably 0.35 or less, and most preferably 0.30% or less is suitable.
Ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu má dříve uvedené základní složení, ve kterém je základem Fe. Nepochybně obsahuje i stopová množství nežádoucích nečistot, nebo může případně obsahovat jiné prvky, které jsou neškodné pro účinek podle předloženého vynálezu. Příklady takových doplňkových prvků zahrnují B (který přispívá k vytvrditelnosti), Ti (přispívající k dezoxidaci) a Ca, Mg, Ce, Zr a Te (kontrolující formu MnS). Mohou být použity samostatně nebo v kombinaci každý s každým. Jejich celkové množství by mělo být menší než asi 0,03 %.The forging steel of the present invention has the aforementioned base composition in which Fe is the base. It undoubtedly also contains trace amounts of undesirable impurities, or may optionally contain other elements that are harmless to the effect of the present invention. Examples of such supplemental elements include B (which contributes to hardenability), Ti (contributes to deoxidation) and Ca, Mg, Ce, Zr and Te (controlling the form of MnS). They can be used alone or in combination with each other. Their total amount should be less than about 0.03%.
Navíc k dříve uvedenému základnímu složení ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu obsahuje hliník jako jednu z nevítaných nečistot. Hliník (jako dezoxidující činidlo) se přidává ke snížení obsahu kyslíku v oceli pro výkovky. Pro dobrý účinek ve snížení obsahu kyslíku by měl být hliník přítomen v množství asi 0,001 % nebo více. Hliník přítomný v přebytku však váže dusík a vytváří AIN (a zamezuje tím zvýšení meze pevnosti v důsledku přísady N a V), a rovněž se slučuje s řadou dalších prvků a vytváří nekovové vměstky a intermetalické sloučeniny (a tím negativně ovlivňuje houževnatost). Proto by maximální obsah hliníku měl být 0,10 % nebo méně, výhodněji 0,04 % nebo méně. Pro zamezení vzniku AIN je z hlediska zvýšení meze pevnosti důležité přilegování V a pod. a dusíkem. Pokud je obsah dusíku velmi nízký, jmenovitě asi 0,001 %, množství vytvořeného AIN je malé a zpevňující účinek se vyvolá, i když obsah dusíku je asi 30 ppm. Pokud je však obsah hliníku vysoký, jmenovitě asi 0,03 %, vytvoří se značnéIn addition to the aforementioned base composition, the forging steel of the present invention contains aluminum as one of the unwelcome impurities. Aluminum (as a deoxidizing agent) is added to reduce the oxygen content of the forging steel. For good oxygen reduction effect, aluminum should be present in an amount of about 0.001% or more. However, the aluminum present in excess binds nitrogen and forms AIN (thus avoiding an increase in the breaking strength due to the addition of N and V), and also merges with a number of other elements to form non-metallic inclusions and intermetallic compounds (thereby negatively affecting toughness). Therefore, the maximum aluminum content should be 0.10% or less, more preferably 0.04% or less. In order to prevent the formation of AIN, the addition of V and the like is important from the point of view of increasing the breaking strength. and nitrogen. If the nitrogen content is very low, namely about 0.001%, the amount of AIN formed is small and the firming effect is induced even though the nitrogen content is about 30 ppm. However, if the aluminum content is high, namely about 0.03%, a considerable amount is formed
-4CZ 298442 B6 množství AIN a v důsledku toho je vhodné zvýšit obsah dusíku jen na asi 250 ppm nebo zvětšit obsah V a atd., aby se získal požadovaný účinek navýšení pevnosti, jak je požadováno.As a result, it is desirable to increase the nitrogen content to only about 250 ppm or to increase the content of V and etc. in order to obtain the desired strength enhancement effect as desired.
Jiným znečisťujícím prvkem je síra, která pochází ze sulfidů obsažených v koksu pro výrobu železa. Síra v oceli vytváří sulfidy (jako je MnS), které ruší únavovou charakteristiku. K zamezení podobných potíží je nezbytné zachovávat obsah síry pod 0,006 %, výhodněji pod 0,005 %.Another contaminant is sulfur, which is derived from sulfides contained in coke for the production of iron. Sulfur in steel creates sulfides (such as MnS) that interfere with fatigue characteristics. To avoid similar problems, it is necessary to keep the sulfur content below 0.006%, more preferably below 0.005%.
Ocel pro kování podle předloženého vynálezu je charakterizována tím, že má dříve uvedené základní složení a její mikrostrukturu tvoří hlavně bainit a martenzit. Nedosáhne však tak vysokou pevnost jak se předpokládá podle předloženého vynálezu, pokud lomovou plochu tvoří více než 10 % feritu a perlitu. Termín „složená hlavně z bainitu a martenzitu“ značí, že výřez struktury, který může být rozlišen pod optickým mikroskopem tvoří většinou bainit a martenzit a oblast lomové plochy feritu a perlitu je menší než 10 %. Nešťastnou náhodou neexistuje spolehlivý způsob kvantitativního stanovení množství bainitu a martenzitu v lomové ploše. Nicméně je možné empiricky rozlišit mikrostrukturu složenou hlavně z bainitu a martenzitu na strukturních fotografiích.The forging steel of the present invention is characterized in that it has the aforementioned basic composition and its microstructure consists mainly of bainite and martensite. However, it will not achieve as high a strength as envisaged by the present invention when the fracture area is more than 10% of ferrite and perlite. The term "mainly composed of bainite and martensite" means that the structure cut-off, which can be distinguished under an optical microscope, is mostly bainite and martensite and the fracture area of ferrite and perlite is less than 10%. Unfortunately, there is no reliable way of quantitatively determining the amount of bainite and martensite in the fracture surface. However, it is possible to empirically distinguish a microstructure composed mainly of bainite and martensite in structural photographs.
Mikrostrukturu složenou především z bainitu a martenzitu je možno docílit u oceli se shora uvedeným chemickým složením, pokud ocel je tepelně zpracovaná průměrnou ochlazovací rychlostí asi 0,5 °C až 100 °C/min. z rozsahu teplot 870 °C až 500 °C.A microstructure composed mainly of bainite and martensite can be obtained for steel with the above chemical composition when the steel is heat treated at an average cooling rate of about 0.5 ° C to 100 ° C / min. from a temperature range of 870 ° C to 500 ° C.
Ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu má chemické složení, jak bylo shora uvedeno. V důsledku omezeného obsahu niklu (méně než 0,7 %), vykazuje vysokou mez pevnosti bez přísady význačného množství legujících přísad vzhledem k přítomnosti nejméně jednoho prvku z V, Nb a Ta a dusíku, které jsou přisazovány ve specifickém množství. Je výhodná svou schopností vytvrzení, jak ukazuje vysoká hodnota Dl i nad 30 mm (i 32 mm) podle Jominiho zkoušky. (Hodnota Dl je kritický průměr středu k získání tvrdosti v důsledku vytvoření 50 % martenzitu po zakalení do vody). Z toho důvodu je ocel velmi vhodná pro výkovky, které jsou po kování kaleny, tedy pro výrobu zalomených hřídelů, především hřídelů s velkými rozměry pro použití na lodích.The forging steel of the present invention has a chemical composition as described above. Due to the limited nickel content (less than 0.7%), it exhibits a high strength without addition of a significant amount of alloying additives due to the presence of at least one element of V, Nb and Ta and nitrogen added in a specific amount. It is advantageous in its curing capacity, as shown by the high D1 value above 30 mm (i 32 mm) according to the Jomini test. (D1 is the critical center diameter to obtain hardness due to the formation of 50% martensite after turbidity in water). For this reason the steel is very suitable for forgings which are hardened after forging, ie for the production of crankshafts, especially shafts with large dimensions for use on ships.
Vzhledem k význačné vytvrditelnosti, kterou označuje hodnota Dl, ocel pro výkovky podle předloženého vynálezu je obzvláště výhodná pro výkovky s velikou hmotou, jakou mají zalomené hřídele o průměru 150 až 1000 mm, u kterých se vyžaduje po zakalení velká pevnost jak ve středu, tak i na povrchu.Due to the remarkable hardenability denoted by the D1 value, the steel for forgings of the present invention is particularly advantageous for large forgings such as crankshafts with a diameter of 150 to 1000 mm, which require high centering and hardness after turbidity on the surface.
Neexistují žádná význačná omezení pro výrobu při zpracování oceli pro kování podle předloženého vynálezu. Výroba se může uskutečnit litím po smíchání požadovaných složek ve vysokofrekvenční indukční peci, elektrické peci nebo konvertoru. Smíchání složek následuje odplynění ve vakuu. Lití může být uskutečněno odlitím ingotů pro velké výkovky nebo kontinuálním litím pro malé výkovky. Podle předloženého vynálezu je však nezbytná přísná kontrola obsahu dusíku přítomného ve výkovkové oceli. Vhodným způsobem dodržení tohoto požadavku je přísada surových materiálů do roztavené oceli, které obsahují dusík ve formě nitridu, jako nitridu manganu a nitridu ohromu, nebo vháněním dusíku do roztaveného kovu. Za odpovídajících podmínek je naopak možné snížit obsah dusíku vakuovým odplyněním.There are no significant manufacturing limitations in the processing of steel for the forging of the present invention. The production can be carried out by casting after mixing the desired components in a high-frequency induction furnace, electric furnace or converter. The mixing of the components is followed by degassing under vacuum. Casting can be accomplished by casting large forging ingots or by continuous casting for small forging. However, according to the present invention, a strict control of the nitrogen content present in the forging steel is necessary. A suitable way of meeting this requirement is to add raw materials to molten steel containing nitrogen in the form of a nitride, such as manganese nitride and nitride, or by blowing nitrogen into the molten metal. Under appropriate conditions, it is possible to reduce the nitrogen content by vacuum degassing.
Ocel pro kování podle předloženého vynálezu může být tvarována na zalomený hřídel a pod. jakýmkoliv způsobem, který není čímkoliv ovlivněn. Obvyklý způsob zahrnuje následující kroky:The forging steel of the present invention may be formed into a crankshaft or the like. in any way that is unaffected by anything. A common method involves the following steps:
• Výroba oceli požadovaného složení v elektrické peci nebo podobným způsobem.• Production of steel of the desired composition in an electric furnace or similar.
• Odstranění znečisťujících prvků (jako je síra) a plynných složek (jako je kyslík) vakuovým čistěním.• Removing contaminants (such as sulfur) and gaseous components (such as oxygen) by vacuum cleaning.
• Zhotovení ingotu.• Production of ingot.
• Ohřev ingotu a kování ohřátého ingotu.• Ingot heating and heated ingot forging.
-5CZ 298442 B6 • Mezikontrola, opětný ohřev a vykování do potřebného tvaru zalomeného hřídele.-5GB 298442 B6 • Intermediate check, reheat and forged to the required crankshaft shape.
• Homogenizace ohřevem a vytvrzení kalením.• Homogenization by heating and hardening by hardening.
• Konečné opracování.• Finishing.
Vykování tvaru požadovaného zalomeného hřídele může být provedeno buď volným kováním nebo R-R (nebo T-R) kováním. Při volném kování se vytvoří ramena zalomeného hřídele a hřídelové klikové čepy v jednoduchém bloku, který se následně dokončí do potřebného tvaru hřídele plynovým řezem a strojním opracováním. Kování R-R (nebo T-R) se vykoná tak, že osy ingotu souhlasí s hlavní osou hřídele. Výhoda tohoto kovacího způsobu je v tom, že středová část znečistěná segregacemi se stane středovou částí zalomeného hřídele. Proto má výsledný zalomený hřídel čistý povrch a tím i lepší charakteristiku pevnosti a houževnatosti.Forging the shape of the desired crankshaft can be done by either free forging or R-R (or T-R) forging. The free forging creates crankshaft arms and crankshaft pins in a single block, which is then finished to the required shaft shape by gas cutting and machining. The R-R (or T-R) fitting is performed so that the ingot axes coincide with the main shaft axis. The advantage of this forging method is that the central part contaminated by segregation becomes the central part of the crankshaft. Therefore, the resulting crankshaft has a clean surface and hence better strength and toughness characteristics.
Vzhledem k vysoké pevnosti a nízké ceně je ocel pro kování podle předloženého vynálezu vhodná pro jakékoliv i jiné výkovky než pro zalomené hřídele, jako jsou spojovací hřídele a šroubové hřídele pro lodě, vestavěné, resp. výkyvné hřídele a rovněž duté předměty, u kterých se nevyžaduje svařování.Due to the high strength and low cost, the steel for fitting according to the present invention is suitable for any forgings other than crankshafts, such as propeller shafts and screw shafts for ships, built-in, respectively. Pivot shafts as well as hollow items where welding is not required.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 a 2 představují grafické znázornění vztahu mezi obsahem niklu a mezí pevnosti v tahu a vztah mezi pevností v tahu a obsahem dusíku u zkušebních ocelí. Tyto grafy byly vypracovány na základě dat uvedených v tab. 1 a 2. Z obr. 1 je zřejmé, že maximální zvýšení pevnosti se dosáhne vnesením dusíku a jakéhokoliv množství V, Nb a Ta při obsahu 0,7 % niklu v oceli nebo méně. Z obrázku 2 je patrno, že nejúčinnější obsah dusíku je množství 30 ppm nebo více, výhodněji 40 ppm nebo více a nej výhodněji 50 ppm nebo více. Dále je patrné, že účinek dusíku klesá, pokud jeho množství přesahuje 60 až 70 ppm. To dokazuje, že přebytek dusíku (zvláště v množství nad 100 ppm) nemá žádný účinek ve smyslu zvýšení pevnosti, ale zvětšuje obsah nitridů se záporným účinkem na houževnatost. Proto by měl být obsah dusíku menší než 100 ppm, výhodněji menší než 80 ppm.Giant. 1 and 2 are graphical representations of the relationship between nickel content and tensile strength and the relationship between tensile strength and nitrogen content of test steels. These graphs were prepared on the basis of data presented in Tab. 1 and 2. It is apparent from FIG. 1 that the maximum increase in strength is achieved by introducing nitrogen and any amount of V, Nb and Ta at 0.7% nickel in steel or less. From Figure 2 it can be seen that the most effective nitrogen content is 30 ppm or more, more preferably 40 ppm or more, and most preferably 50 ppm or more. Further, it can be seen that the effect of nitrogen decreases when its amount exceeds 60 to 70 ppm. This demonstrates that an excess of nitrogen (especially in amounts above 100 ppm) has no effect in terms of strength increase but increases the nitride content with a negative impact on toughness. Therefore, the nitrogen content should be less than 100 ppm, more preferably less than 80 ppm.
Obr. 3 představuje grafické znázornění hodnot DI u zkušebních a porovnávacích příkladů. Tento obrázek ukazuje porovnání vlivu hodnoty DI z vzorků a porovnávacích vzorků. Z obrázku je zřejmé, že zkušební vzorky výkovkové oceli mají vyšší hodnoty DI a tím i lepší vytvrditelnost než porovnávací vzorky.Giant. 3 is a graphical representation of DI values in test and comparative examples. This figure shows a comparison of the effect of the DI value from the samples and the comparative samples. It is evident from the figure that the forged steel specimens have higher DI values and thus better hardenability than the comparative specimens.
Obr. 4 představuje grafické znázornění závislosti meze pevnosti v tahu na obsahu V v oceli a na obsahu N v tuhém roztoku. Je patrné, že vzorky obsahující V a dusík podle požadavku dříve uvedenému vztahu 1 mají vyšší pevnost. Podle obrázku je zřejmé, že pokud celkový obsah V, Nb a Taje vyšší než 0,068 %, výkovková ocel má dostatečnou pevnost, když je množství dusíku rozpuštěného v tuhém roztoku prakticky nulové.Giant. 4 is a graphical representation of the tensile strength versus the V content of steel and the N content of a solid solution. It can be seen that the samples containing V and nitrogen according to the requirement of the previously mentioned relation 1 have higher strength. As can be seen from the figure, if the total content of V, Nb and Ta is greater than 0.068%, the forging steel has sufficient strength when the amount of nitrogen dissolved in the solid solution is practically zero.
Obr. 5 představuje grafické znázornění způsobu stanovení obsahu dusíku v tuhém roztoku.Giant. 5 is a graphical representation of a method for determining the nitrogen content of a solid solution.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Jak bylo uvedeno shora, předložený vynález je směrován na novou ocel Ni-Cr-Mo pro výkovky, která je nenákladná a přece vykazuje vysokou využitelnost. Výkovkovou ocel charakterizuje kontrolovaný nízký obsah niklu (za účelem snížení nákladů) a vysoká pevnost v důsledku přítomnosti přidaných stopových množství V, Nb a Ta. Ocel pro výkovky má rovněž výbornou vytvrditelnost, která ji činí vhodnou k použití pro výrobky s velkými rozměry, zvláště pro velké zalomené lodní hřídele.As mentioned above, the present invention is directed to a new Ni-Cr-Mo steel for forging that is inexpensive and yet has high utility. Forged steel is characterized by a controlled low nickel content (to reduce costs) and high strength due to the presence of added trace amounts of V, Nb and Ta. The forging steel also has excellent hardenability, making it suitable for use with large size products, especially large crankshafts.
-6CZ 298442 B6-6GB 298442 B6
Tabulka 1Table 1
Poznámka: -: neměřenoNote: -: not measured
Tabulka 2Table 2
-8CZ 298442 B6-8EN 298442 B6
Tabulka 3Table 3
Tabulka 4Table 4
Poznámka: -: neměřenoNote: -: not measured
-9CZ 298442 B6-9EN 298442 B6
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000356016 | 2000-11-22 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ20014130A3 CZ20014130A3 (en) | 2002-07-17 |
CZ298442B6 true CZ298442B6 (en) | 2007-10-03 |
Family
ID=18828334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20014130A CZ298442B6 (en) | 2000-11-22 | 2001-11-16 | High-strength steel for forging |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ298442B6 (en) |
DE (1) | DE10156999B4 (en) |
ES (1) | ES2208030B1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1978124B1 (en) * | 2007-04-05 | 2014-10-22 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Forging steel, forging and crankshaft |
US20140345756A1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-11-27 | General Electric Company | Martensitic alloy component and process of forming a martensitic alloy component |
JP2017128761A (en) * | 2016-01-19 | 2017-07-27 | 株式会社神戸製鋼所 | High strength forged steel and large sized forging member |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1318764A (en) * | 1969-10-10 | 1973-05-31 | Krupp Ag Huettenwerke | Production of crankshafts |
US4673433A (en) * | 1986-05-28 | 1987-06-16 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | Low-alloy steel material, die blocks and other heavy forgings made thereof and a method to manufacture the material |
JPS6488840A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Data processor |
JPH083680A (en) * | 1994-06-16 | 1996-01-09 | Aichi Steel Works Ltd | Non-heat treated steel for hot forging excellent in toughness at low temperature and fatigue strength |
US5496516A (en) * | 1994-04-04 | 1996-03-05 | A. Finkl & Sons Co. | Dual purpose steel and products produced therefrom |
CZ412897A3 (en) * | 1996-12-31 | 1999-05-12 | ASCOMETAL (Société Anonyme) | Steel and process of making steel components formed by plastic deformation in cold state |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3737946A1 (en) * | 1987-11-07 | 1989-06-08 | Wolfgang Anger | Cut-sheet lamination by means of a laminator |
DE4124704A1 (en) * | 1990-07-27 | 1992-01-30 | Aichi Steel Works Ltd | Heat formable untempered steel having good mechanical properties - useful for making machine parts, comprises carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, aluminium, vanadium, niobium and iron |
JPH07188840A (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-25 | Kobe Steel Ltd | High strength steel excellent in hydrogen embrittlement resistance and its production |
-
2001
- 2001-11-16 CZ CZ20014130A patent/CZ298442B6/en not_active IP Right Cessation
- 2001-11-20 ES ES200102563A patent/ES2208030B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-11-21 DE DE10156999A patent/DE10156999B4/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1318764A (en) * | 1969-10-10 | 1973-05-31 | Krupp Ag Huettenwerke | Production of crankshafts |
US4673433A (en) * | 1986-05-28 | 1987-06-16 | Uddeholm Tooling Aktiebolag | Low-alloy steel material, die blocks and other heavy forgings made thereof and a method to manufacture the material |
JPS6488840A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Data processor |
US5496516A (en) * | 1994-04-04 | 1996-03-05 | A. Finkl & Sons Co. | Dual purpose steel and products produced therefrom |
JPH083680A (en) * | 1994-06-16 | 1996-01-09 | Aichi Steel Works Ltd | Non-heat treated steel for hot forging excellent in toughness at low temperature and fatigue strength |
CZ412897A3 (en) * | 1996-12-31 | 1999-05-12 | ASCOMETAL (Société Anonyme) | Steel and process of making steel components formed by plastic deformation in cold state |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2208030A1 (en) | 2004-06-01 |
DE10156999B4 (en) | 2005-03-17 |
ES2208030B1 (en) | 2005-08-16 |
DE10156999A1 (en) | 2002-05-29 |
CZ20014130A3 (en) | 2002-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0177851B1 (en) | Steel materials for welded structures | |
KR101094310B1 (en) | Weldable ultra-high strength steel with excellent low-temperature toughness, and manufacturing method thereof | |
CN104607819A (en) | Ultrahigh strength gas protection welding wire and manufacturing method thereof | |
JP6212473B2 (en) | Rolled material for high-strength spring and high-strength spring wire using the same | |
CA2666677A1 (en) | Steel and processing method for the manufacture of high strength, fracture-splittable machinery components | |
JP4381355B2 (en) | Steel having excellent delayed fracture resistance and tensile strength of 1600 MPa class or more and method for producing the molded product thereof | |
EP2247761B1 (en) | Method of making a high strength, high toughness, fatigue resistant, precipitation hardenable stainless steel | |
WO2017131077A1 (en) | Spring steel | |
CZ298442B6 (en) | High-strength steel for forging | |
EP1159462B1 (en) | An enhanced machinability precipitation-hardenable stainless steel for critical applications | |
EP3333277B1 (en) | High-strength low-alloy steel with high resistance to high-temperature oxidation | |
JP3896365B2 (en) | High strength forging steel and large crankshaft using the same | |
JPH06271975A (en) | High strength steel excellent in hydrogen embrittlement resistance and its production | |
JP3663170B2 (en) | High-strength forging steel and large crankshaft for ships using the same | |
EP3666910B1 (en) | Low phosphorus, zirconium micro-alloyed, fracture resistant steel alloys | |
KR0143481B1 (en) | The making method and same product of duplex stainless steel plate | |
JPH08193242A (en) | Nitriding steel excellent in toughness | |
JP3400886B2 (en) | High tension bolt steel with excellent hydrogen entry prevention effect | |
CN116926442B (en) | Nanophase synergistic precipitation strengthening low yield ratio ultrahigh strength steel and preparation method thereof | |
US4634476A (en) | High-strength, low-alloy cast steel | |
KR930003643B1 (en) | Non-quenched & tempered steel having a high toughness | |
KR100262441B1 (en) | Carburizing steel having excellent cold forging property | |
JPH0673447A (en) | Production of cu-added thick steel sheet excellent in weldability and low temperature toughness | |
JPH07258732A (en) | Production of high strength stainless hot rolled steel sheet excellent in workability | |
KR20210028382A (en) | High corrosion resistant austenitic stainless steel with excellent impact toughness and hot workability |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK4A | Patent expired |
Effective date: 20211116 |