Сталь

 

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, ванадий, кальций, цирконий, церий и железо. отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и высока температурной износостойкости путем измельчения и равномерного распределения неметаллических включений, она дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов , мас.%: 0,14-0,27 Углерод 0,50-1,30 Марганец 0,20-0,70 Кремний Азот 0,01-0,03 0,02-0,15 Ванадий 0,002-0,06 Кальций 0,005-0,05 Цирконий Церий 0,008-0,08 0,01-0,10 Титан О,002-0,15 Ниобий Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РНХЮБЛИК (19) (11) 4(51) С 22 С 38/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1 ) 3634904/22-02 (22) 17,08.83 (46) 23.01.85. Бкл. ¹ 3 (72) А.Е. Аксельрод, В, В. Попов, В. В. Скрипченко, Ф. С. Раковский и А.С. Чирков (71) Уральский научно-исследовательс кий институт черных металлов (53) 669.15-196(088.8) (56 ) 1. Сталь 20 Г1ФЛ по ГОСТ у 977— 75.

2. Авторское свидетельство СССР № 648640, кл. С 22 С 38/18, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР № 662613, кл. С 22 С 38/14, 1979. (54) (57) СТАЛЬ, содержащая углерод, мар ганец, кремний, азот, ванадий, кальций, цирконий, церий и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и высоко температурной износостойкости путем измельчения и равномерного распределения неметаллических включений, она дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. Х:

Углерод

Марганец

Кремний

Азот

Ванадий

Кальций

Цирконий

Церий

Титан

Ниобий

Железо

0,14-0,27

0,50-1,30

0,20-0, 70

ОЭ01-0903

0,02-0,15

0,002-0,06

0,00 -0,05

0,008-0,08

0,01-0,10

0;002-0 15

Остальное

1135792

1

Сос- Предел сот ав держания элементов е Ti Nb Al

1 Все на верхнем пределе 0,27 I 30 О ° 70 0,03 0,15 0,06 0,05 0,08 0,10 0,15

Все на ниж0,20 0,01 0,02 0,002 0,0050,008 0,01 0,002 нем пределе О, 14 0,50 г

Титан и ниобий на верхнем пределе 0,23 0,70

Ое 35 Ов02 Ор07 Ор010 Оу04 0 ° 010 Оу10 Ор 15

Изобретение относится к черной металлургии и машиностроению и

1 может быть использовано в качестве материала для магистральных труб различного диаметра, а также отливок металлургического оборудования, р абот ающих в условиях износа при высоких температурах.

Известна кснструккнаннан сталь (11 следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0 14-0,25

Мар ганец 0,90-1, 40

Кремний О, 20-0, 50

Ванадий 0,06-0, 15

Хром Не более 0,30

Никель Не более 0,30

Медь Не более 0,30

Титан До 0,05

Железо Остальное

Данная ст аль шир око и с пол ьз у ет ся в машиностроении и черной металлургии, однако уровень ее свойств: механических, технологических и зксплу атационных, может быть существенно поповышен дополнительным легированием и модифицированием.

Известна также сталь )2) следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,05-0,22

Мар ганец 1,0-2,О

Кремний 0,15-0,80

Титан 0,0!-0,10

Азот 0 01-0,03

Ванадий 0s002-О, 15

Ниобий О, 002-0, 15

Алюминий Ое О 1-0 р06

Кальций 0,002-0,06

Железо Остальное

Недостатком этой стали является наличие большого количества неметаллических включений неблагоприятной формы, расположенных преимущественно по границам зерен. Это отрицательно влияет на свойства стали и не позво ляет использовать ее для ответствен ных деталей.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигае5 мому результату является сталь (3) следующего хиьыческого состава, мас,X:

Углерод О, 1-0,6

Мар ганец 0,2-0,8

f 0 Кремний 0,1-1,0

Азот 0,004-0,05

Ванадий 0,01-0, 3

Кальций 0,005-0,08

Цирконий 0,005-0,1

15 РЗМ 0,001-0,1

Алюминий 0,01-0,08

Железо Остальное

Однако известная сталь обладает недостаточной износостойкостью.

20 Цель. изобретения — повышение проч ности H высокотемпературной износостойкости путем измельчения и равномерного распределения неметаллических включений.

Цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, ванадий, кальций, цирконий, церий и железо, дополнительно

30 содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. Е:

Углерод 0 14-О,27

Марганец 0,50-l,3О

Кремний О, 20-0, 70

Азот . 0,01-0,03

Ванадий О, 02-0 15

Кальций 0,002-0,06

Цирконий 0,005-0,05

Церий 0,008-0 08

40 Титан 0,01-0,!О

Ниобий 0,002-0,15

Железо Ост ал ьно е

Плавки проводят в 200-килограммовой индукционной печи . Химический состав приведен в табл. 1.

Т аблица 1

1135792

Продолжение табл.1

Состав

Предел со держания элементов

Са

4 Титан и ниобий на нижнем пределе 0,23

0,70 0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 0,01 0,002

5 Титан и ниобий ниже . нижнего пределаа 0,23 0,70 0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 0,0080,001

6 Титан и ниобий выше верхнего предела 0,23

Оь 70 0135 0»02 Оэ07 Оэ010 Оэ04 Оэ010 О ° 12 Оэ 17

7 Оптимальное содержание элемен0,23 0,70 0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 0,04 0,09 тов

8 Сталь известная (1) 0,23

О 35

0,70

0,03

9 Сталь известная $2) 0,23 О, 70

0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 — — 0,06

П р и м е ч а н и е: Содержание P 0,0

Цирконий вводят в сталь в виде

5OX-ro силикоциркония, а церий— в виде ЗОХ-ro ферроцерия в ковш при заполнении им на одну треть. При таком способе ввода усвоение циркония составляет 35-40Х, церия—

1 8-20X .

Титан и ниобий вводят в виде фер40 росплавов, Степень усвоения титана-75%, ниобия - 90Х .

Предлагаемая сталь дополнительно содержит сильный нитридообраэующий элемент — титан и карбидообраэующий

45 ниобий .

Проведенные исследования показалии, что введение в стапь титана и ниобия в предлагаемых пределах ведет к образованию мелких, твердых и тугоплавких включений нитридов титана и карбидов ниобия, которые образуются

15-0, О 1 7X; $ — 0 0 I 1-0, 1 3Х еще в жидкой стали и способствуют иэмельчению образующихся в процессе кристаллизации сульфидов и оксидов.

Средний размер оксисульфидных включений (ас ) уменьшается, равномерность расйределения между осями и междуосными участками дендритов повышается, достигая практически идеапьной (49:51X) в стали оптимального состава (табл.. 2)

Измельчение неметаллических включений и более равномерное их распределение в матрице, наряду с дисперсионным твердением, вызываемым при термообработке мелкодисперсными нитридами титана и карбидами ниобия, приводят к понжпению прочностных характеристик стали при сохранении высокого уровня пластичности и ударной вязкости (табл. 2) .! 135792

Т аблиц а 2

08> т, МПа ИПа

6, М

Сос- <

k ClI кДж/м

Распределение включений, 7

Ось денд- Междуритов осные участки

780 635 26 48 220

7 0 595 -34 55 1490

770 620 30 51 1380

735 605 32 54 1420

12546

2 4,6 40

3 26 46

4 3, 1 39

5 52 33 б 2,8 45

7 26 49

8 8,3 2

60

67

720 595 32 55 1460

785 б 30 2 3 45 10 30

765 610 31 53 1400

590 345 24 42 870

9 5,4 25

75 685 495 28 43

Кроме того, введение в сталь ти-;ный и тана и ниобия повышает общий уровень О, 15%

30 твердости стали и способствует сни- жение женив высокотемпературного износа. ти ст

Исследования . высокотемпературной иэносостойкости прово ят на установке

Температур а С конструкции IJHHHTNAlll. Стержень, о который при трении изнашиваются обраэцы, изготовляют из стали Р18, 600 800

Нагрев трущихся пар производят до

400, 600 и 800 С. Скорость скольже0 ния образцов составляет 10 и/мин, 135 15э удельное давление на трущиеся поверхности поддерживают постоянным, равным

120 130

15 МН/м,. испытание на йзнос прово; дят в течение 3 ч. В табл. 3 привеt

145 дены данные по износу сравниваемых сталей при 400, 600 и 800 С.

Сталь с титаном и ниобием имеет после нормализации от 950 С мелко0 зернистую структуру, поскольку час6 тицы нитрида титана и карбида ниобия, не растворяясь при нагреве под 50 7 120 термообработку сдерживают рост аусЭ

310 тенитного зерна. Такая сталь имеет меньшую склонность к растрескиванию и выкрашиванию при трении, что

185 255 340 уменьшает высокотемпературный износ. 5

Введение титана и ниобия ниже указанных пределов не оказывает заметного влияния на высокотемпературI? 40 знос, при вводе их свыше 0„10 i. соответ ственно наблюдает ся сии ударной вязкости.и пластичносали (табл. 3) .

Т аблица 3

Сосз5 гав

400

125

115

145

)25

150

130

155

135

115

125

360

8 245

Поскольку предлагаемая сталь име. вт повышенную высокотемпературную износостойкость, она может быть предложена также для отливок метал1135792

7 лургического оборудования (конусов эасыпных алпаратов доменных печей, хоботов и мульд эавапочных машин, деталей прокатных станов и т.д. ), работающих в условиях износа при высоких температурах.

Внедрение предлагаемой стали для производства литых деталей и труб различного диаметра позволяет увеличить срок их службы и получить экономический эффект 597 тыс. руб. в год.

Составитель А. Османцев

Редактор Н. Яцола,Техред С.Легеза ; Корректор В. FHpHHK

Заказ 10249/18 Тираж 582 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная. 4