Сплав для легирования стали

 

. Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа. Целью изобретения является повышение пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали. Предложенный сплав содержит мас.%: марганец 55-80; углерод З-б; титан 0,3-3; кремний 1-4; азот 0,3-4,5; ванадий 0,5-4,0; железо остальное. Использование предложенного сплава позволяет повысить относительное удлинение стали в 2,7-3,3 раза, относительное сужение в 3-3,5 раза, ударную вязкость в 4,6-5,1 раза, относительный износ В 1,4-1,6 раза. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. : in Г) Z ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

00 (SD 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4093525/31-02 (22) 09.07.86 (46) 15,12.87. Бюл. ¹ 46 (71) Белорусский технологический институт им. С.М.Кирова (72) Н.А.Свидунович, А.И.Гарост, А.Н.Вербицкий и В,В.Вашкевич (53) 669. 13-198 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 918324, кл, С 22 С 35/00, 1979, Авторское свидетельство СССР

¹ 538048, кл. С 22 С 35/00, 1973, (54) СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ (57). Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для

„„SU„„1359326 Д1 получения отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа.

Целью изобретения является повышение пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали. Предложенный сплав содержит мас.Ж: марганец 55-80; углерод 3-6; титан 0,3-3; кремний

1-4; азот 0,3-4,5; ванадий 0,5-4,0; железо остальное. Использование предложенного сплава позволяет повысить относительное удлинение стали в 2,7-3,3 раза, относительное сужение в 3-3,5 раза, ударную вязкость в 4,6-5, 1 раза, относительный износ в 1,4-1,6 раза. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. эатвердевания сталей со значительным количестном марганца. Одновременно нанадий и растворенный, не связанный в нитриды, азот являются .в расплаве поверхностно-активными веществами.

Они тормозят рост зародышей кристаллизации и тем самым способствуют измельчению зерна и вовлечению в процесс затверденания подавляющего большинства нитридов титана. Это обусловливает получение в микроструктуре мелкого зерна с включениями нитридов, распределенных равномерно по его объему.

При термообработке полученной стали (900-1100 С) растворенный азот и ванадий образуют мелкодисперсные нитриды ванадия, которые вводят искажения в кристаллическую решетку, способствуют увеличению наклепываемости стали в процессе работы и увеличению износостойкости.

Упомянутые эффекты наиболее полно проявляются при соотношении нитридообразующих элементов (титан+ванадий) к азоту, равном 0,8-14. Если зто соотношение ниже 0,8, то затрудняется процесс первичного и вторичного нитридообразонания, что ведет к росту зерна и падению пластических характеристик обрабатываемой стали.

При увеличении соотношения выше 14 возникают хрупкие интерметаллические соединения, снижающие ударную вязкость обрабатываемой стали, Кроме того, неоправданно увеличивается количество дорогостоящих элементов в сплаве и его стоимость, Структура стали, обработанной предлагаемой лигатурой, характеризу- . ется мелкодисперсным строением, очень тонкими и чистыми границами зерен и наличием большого" количества мелких нитридов и карбонитрндов,равномерно распределенных в основе зерна. Образованием такой структуры стали при обработке предлагаемой лигатурой и обуславливает повышение износостойкости, пластичности и ударной вязкости стали.

135932

Изобретение относится к литейно" му производству и может быть использовано для получения отливок, работающих в условиях ударно-абразивноБ

ro износа.

Целью изобретения является повышение пластичности, ударной вязкости износостойкости стали, Сплав для легирования содержит, 10 мас.%:

Марганец 55-80

Кремний 1-4

Титан 0,3-3

Азот 0,3 "4,5 15

Углерод 3-6

Ванадий О, 5-1

Железо Остальное

При этом соотношение суммы нитридообразующих элементов ванадия и титана к азоту равно 0,8-14.

Повышение содержания в сплаве марганца до 55-80% и углерода до

3-6% способствует получению в обрабатываемой стали чистоаустенитной 25 структуры, характеризующейся высокой пластичностью и ударной вязкостью.

Упрочнение матрицы углеродом, образующим раствор внедрения, повышает износостойкость. Снижение верхнего пре- 80 дела содержания кремния с 10 до 4%. благоприятно сказывается на структу- . ре обрабатываемой стали, приводит к более полному растворению карбидов при термообработке и повышению пластических свойств стали. Повышение нижнего предела содержания кремния с 0,2 до 1% обусловлено необходимостью образования хорошо раскисленной стали. 40

Дополнительное введение в состав сплава ванадия и изменение пределов содержания в нем титана и азота необходимо для образования комплексного модификатора азот+титан+ванадий 4r„ с оптимальным соотношением компонентов. Образование комплексного модификатора в сочетании с предложенными интервалами содержания марганца, углерода и кремния в сплаве приводит 50 к появлению новых эффектов, обеспечи вающих существенное улучшение показателей механических свойств и износостойкости обрабатываемой стали.

Титан и азот, входящие в состав сплава, образуют мелкодисперсные нитриды титана, служащие центрами первичной. кристаллизации и устраняющие транскристаллизационный характер

Пример. Сплавы предлагаемого и исходного составов получали сплавлением компонентов в плазменно-индукционной печи. В качестве шихты использовали ферромарганец ФМн 78 и

ФМн 1,5 (ГОСТ 4755-70), ферротитан

Ти 1, ТИ 2 (ГОСТ 4761-67), ферровл3, 1359326 надий ВД 1 (ГОСТ 4760-49) и газообразный азот (ГОСТ 9293-74).

Составы известного и предлагаемого сплавов приведены в табл.1. л

Для получения лигатуры состава 3 (табл.1) в плазменно-индукционной печи расплавляли 4,2 кг ферромарганца

ФМн 78 и 2,5 кг ФМн 1,5, добавляли в расплав 0,33-0,37 кг дробленого tð ферротитана и 0,25-0,30 кг дробленого феррованадия, Сразу после добавле. ния в расплав ферротитана и феррованадия проводили его насьпцение азотом с помощью низкотемпературной плазмы, генерируемой плазмотроном

ПД-9.

Остальные составы лигатур, приведенные в табл,1, получали аналогично. 20

Полученные сплавы, составы которых приведены в табл.1, использовали при производстве высокомарганцевистой стали (ТУ 48-22-98-83). В электропечи получали углеродистую сталь 25 следующего состава, постоянного для всех случаев, мас.Х: С 0,38-0,42;

Мп 2,8-3,0; Si 0,20-0,22; S до 0,02;

Р до 0,02. В разливочный ковш вводили в жидком виде соответствующие сплавы в количестве 1:8 к объему расплава углеродистой стали. После 2-5минутной выдержки сталь разливали, Сталь перед испытаниями подвергали термической обработке закалкой с тем. пературы 1150 С в воду. После закалки получали аустенитную структуру с включениями мелкодисперсных нитридов и карбонитридов титана и ванадия в основе зерна. Балл зерна 5-6.

При определении механических свойств стали использовали стандартные методы. Пробы брали по ГОСТ 977-75. от пробных брусков типа У1, которые отливали в сухие песчаные формы. Ис- 45 пытания на растяжение проводили по

ГОСТ 1497-73 на цилиндрических образцах диаметром 10 мм с расчетной длиной 5Ъ мм. Определение ударной вязкости проводили по ГОСТ 9454-78 на образцах типа 1 при нормальной температуре. Механические свойства проверяли на двух образцах при испытании на растяжение и на трех образцах при определении на ударную вязкость. 55

Среднее арифметическое результатов опытов принимали за окончательный результат. Определяли предел текуче сти, временное сопротивление, отноительное удлинение после разрыва, тносительное сужение, ударную вязость. Измерение твердости проводии по Бринелю (ГОСТ 9012-59).

Для моделирования условий ударно-абразивного износа испытания образцов стали, обработанной лигатурой известного и предлагаемого составов, проводили в шаровой мельнице.

Внутренние размеры барабанов: диаметр 200 мм, длина 320 мм. Мельница совершает 32 оборота в 1 мин, В каждый барабан загружали 10 кг стальных шаров (HRC 50) диаметром

50 мм, щебень гранитный 6 кг и испытываемые образцы размером 10 х 10 х х 25 мм. Оценка износостойкости стали характеризовалась величиной относительного износа. За эталон принят образец стали, обработанный лигатурой известного состава.

Свойства стали, обработанной известным и предлагаемым сплавами, приведены в табл.2.

Добавка в легирующий сплав вана дия и соответствующее изменение соотношения марганца, углерода, титана и кремния обеспечили повышение пластических характеристик обрабатываемой стали, а именно относитель ного удлинения в.2,7-3,3 раза, относительного сужения в 3-3,5 раза, Ударная вязкость повысилась в 4,6

5, 1 раза, относительный износ в

1, 4-1, 6 раза.

Структура стали, обработанной предлагаемой лигатурой, характеризуется мелкодисперсным строением, очень тонкими и чистыми границами зерен и наличием очень твердых частиц нитридов и карбонитридов, равномерно распределенных в основе аустеннтного зерна.

Таким образом, использование предлагаемой лигатуры обеспечивает увеличение пластичности, ударной вязкости, повьппение наклепываемости обработанной стали и ее сопротивление абразивному воздействию, что позволяет получить значительньп экономический эффект.

Формула изобретения

1. Сплав для легирования стали, содержащий марганец, кремний, титан, азот, углерод и железо, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

0,3-4,5

3-6

0,5-4

Остальное

Азот

Углерод

Ванадий

Железо 2. Сплав по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что отношение суммы ванадия и титана к азоту равно 0,8-14.

1O I Таблица 1

55-80

1-4

0,3-3

Содержание, мас.%

Состав лигатуры

X(V+Ti) V Fe

5,0 1,3

1,4 17

Осталь15

Известный ное

Предлагаемый

55

4,5

87

Таблица 2

Сплав для леги рования стали

Механические свойства стали Относительный

KCU износ

КДж/м стали,%

2. т 4 1

МПа NIIa %

650 10

11 620 1

110

Известный

Предлаг аемый

900 650 27 30 3100 0,69

880 640 30 : 32 2800 0,77

ВНИИПИ Заказ 6117/27 Тираж 605 Подписное

Произв-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1359326 повышения пластичности, ударной вязФ кости и износостойкости стали, он дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганец

Кремний

Тиган

3 1

0,3 4

1,7 2,5

0,2 4,5

3,5 0,5

950 680 33

890 630 11

810 560 13

4 5 0 5 0 8 То же

0,3 14 То же

2,4 2,3 1,7

0,2 4,5 23,5

5 03 0 7>

35 3200 0,63

14 1800 0,93

15 850 0 91