Сплав для легирования стали

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в литейном и сталеплавильном производстве. Цель изобретения - повышение пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали. Сплав для легирования стали содержит марганец, углерод, титан, кремний, азот и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: марганец 55-80

углерод 3,0-6,0

титан 1,0-3,0

кремний 1,0-4,0

азот 0,3-4,5

железо остальное. Изменение содержания марганца, углерода и титана в сплаве приводит к повышению пластических характеристик и ударной вязкости обрабатываемой стали в 3-5 раза, а ее износостойкость улучшается в 1,4-1,6 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 С 22 С 35 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4294677/31 -02 (22) 06.08.87 (46) 15.09.89.Бюл. № 34 (» ) Белорусский -технологический институт им. С.M.Êèðîâà (72) Н.А.Свидунович, Л.И.Парфенов, А.И.Гарост, А.Н.Вербицкий

В.В.Вашкевич и В.Н,Волков (53) 669.15-198 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 359289, кл. С 22 С 35/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 538048, кл, С 22 С 35/00, 1976. (54) СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа, Цель изобретения — повышение пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали.

Поставленная цель достигается тем, что сплав для легирования стали,содержащий марганец, углерод, кремний, титан, азот и железо содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Марганец. 55-80

Углерод "- 3,0-6,0

Титан 1,0-3,0

Кремний 1,0-4,0

Азот 0,3-4,5

Железо Остальное

Повьппение содержания в сплаве марганца до 55-80% в сочетанчи с опти„„SU„„3507843 А 1 литейном и сталеплавильном производстве. Цель изобретения — повышение пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали. Сплав для легирования стали содержит марганец, углерод, титан, кремний, азот и железо при следующем соотношении компонентов, мас %: марганец 55-80; углерод

3,0-6,0; титан 1 0-3,0; кремний 1,0—

4,0; азот 0,3-4,5; железо остальное.

Изменение содержания марганца,углерода и титана в сплаве приводит к повышению пластических характеристик и ударной вязкости обрабатываемой стали в 3-5 раз, а ее износостойкость улучшается в 1,4-1,6 раза. 2 табл. мальным соотношением других компонентов благоприятно влияет на формирова- 2 ние структуры и механических свойств обрабатываемой стали. Повьппение плас.— тичности и ударной вязкости вызвано стабилизацией аустенита за счет равномерного распределения марганца в околограничных областях, достигающегося в сочетании с предложенным интервалом концентраций азота. Повышен- ® ное содержание марганца в обрабатываемой стали само по себе не приводит к увеличению износостойкости отливок, однако при наличии мелкодисперсных карбидов и карбонитридов титана предложенный интервал концентрации марганца улучшает связь нитридных включений с матрицей и не допускает преждевременного выкрашивания под действием истирающих нагрузок, 1507

Наличие значительных количеств марганца в составе предлагаемого сплава при расплавлении обеспечивает создание оптимальных термодинамических условий для образования особомелкодисперсных нитридов и карбонитридов титана правильной формы, а также для удержания значительных количеств азота в растворе в виде легкодиссоциирующих нитридов марганца,что важно для оптимального распределения азота в получаемой стали между нитридными фазами и твердым раствором, обеспечивающего повышение пластичнос-15 ти и износостойкости стали.

Содержание марганца в легирующем сплаве менее 55Х не дает возможности достаточно стабилизировать аустенит получаемой стали и в структуре появ- 20 ляются продукты его распада, что существенно снижает пластичность и износостойкость получаемых отливок, Увеличение содержания марганца в лигатуре более .80 нецелесообразно, так как не приводит к повьппению пластичности и износостойкости получаемой стали, но удорожает сплав, а высокая испаряемость марганца неблагоприятно сказывается на процессе насы- 30 щения его азотом, усложняет технологию получения сплава оптимального состава, Повьппение содержания углерода в сплаве до 3-б наряду с изменением граничных пределов концентраций других компонентов приводит к повьппению ударной вязкости и износостойкости обрабатываемой стали. Содержание углерода в лигатуре менее 3 приводит 40 к снижению стабильности аустенитной структуры, изменяет его способность к наклепу и существенно ухудшает износостойкость под действием истирания, Кроме того, значительно повьппа- 45 ется температура плавления легирующего сплава, что ухудшает усваиваемость легирующих элементов сталью, затрудняет процесс насьпцения лигатуры азотом и снижает технико-экономи- 50 ческую целесообразность применения сплава.

Повьппение содержания углерода в лигатуре сверх 6,0Х приводит к развитию карбидообраэования уже в процессе приготовления лигатуры,причем карбиды и карбонитриды имеют значительные размеры и неправильную форму, что затрудняет их растворе841 ние и снижает эффективность воздействия как модификаторов. В процессе получения стали в структуре появляется значительное количество околограничных карбидов, которые охрупчивают металл и резко снижают его пластичность и ударную вязкость.Дополнительное содержание углерода ухудшает усвоение азота расплавом,затрудняет получение его оптимальных количеств в лигатуре и удорожает ее производство, Пониженное содержание титана в сплаве в сочетании с интервалами концентраций других компонентов приводит к образованию комплексного модификатора и повьппению пластичности, ударной вязкости и износостойкости обрабатываемой стали. Снижение содержания титана в сплаве менее 1 . ослабляет модифицирующее действие лигатуры, увеличивает размеры зерна получаемой стали, что неблагоприятно сказывается на пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали.Пониженное содержание в лигатуре титана затрудняет получение в ней оптимальных количеств азота,. способствует уменьшению общего количества нитридов титана, которые весьма благоприятно воздействуют на сопротивление стали истирающим воздействиям, Повышение содержания титана в легирующем сплаве более 3% приводит к значительному укрупнению нитридов и карбонитридов титана, огрублению их формы, что обуславливает резкое снижение модифицирующего действия лигатуры и ухудшение показателей пластичности, вязкости и износостойкости обрабатываемой стали. Одновременно существенно увеличивается стоимость получаемой лигатуры, возрастает ее температура плавления, а следовательно, снижается экономическая эффективность получения и применения предлагаемого сплава.

При содержании азота в легирующем сплаве ниже 0,3%. уменьшается количество образующихся нитридных фаз,растет зерно обрабатываемой стали и снижается сопротивляемость абразивному воздействию. Увеличение содержания азота в предлагаемой лигатуре свьппе

4 приводит к росту нитридных фаз и огрублению их формы, а также к локальным пересьпцениям обрабатываемой ста1507841 ли азотом, что чревато образованием раковин и азотной пористости.

Чрезмерное содержание азота усложняет технологию производства легирую-щего сплава и не ведет к получению

5 повьппенных показателей пластичности, вязкости и иэносостойкости обрабатываемой стали, а поэтому нецелесообразно. 10

Снижение содержания кремния в легирующем сплаве ниже 1,0% приводит к плохому раскислению обрабатываемой стали и образованию соответствующих дефектов в отливках. 15

Кроме того, при пониженном содержании кремния в большом количестве возможно образование оксидов марганца, которые при содержании в обрабатываемой стали свьппе 0,02% сущест- 2р венно снижают пластичность и особенно ударную вязкость.

Повышение. содержания кремния сверх 4% способствует умен.,шению растворимости углерода и интенсивному 25 карбидообразованию с появлением грубых карбидных оторочек по границам зерна, которые глохо растворяются при последующей термообработке.Значительные содержания кремния снижают ч0 растворимость азота в легирующем сплаве и ие позволяют в полной мере реализов ать его положительное воздей-. ствие на структуру и свойства обрабатываемой стали.

Пример ы. Сплавы предложенного и исходного состава получали сплавлением компонентов в плаэменноиндукционной печи. В качестве шихты испольэовали ферромарганец @М-78 и 4р

ФМ-1,5 (ГОСТ 4755-70), ферротитан

Тиl, Ти2 (ГОСТ 4761-67) и газообразный азот (ГОСТ 9293-74).

Составы известного и предложенного сплавов приведены в табл.1, 45

Для получения лигатуры ¹ 4 .(табл,l) в плазменно-индукционной печи расплавляли 42 кг ферромарганца ФМ-78 и 25 кг ФМ-1,5 и добавляли в расплав 3,3

3,7 кг дробленого ферротитана.

Сразу после. добавления в расплав ферротитана провод:ши насьпцение азотом с помощью газоплазменного потока,генерируемого плазмотроном прямого дей- 55 ствия

Остальные составы лигатур, приводи,мые в табл.1, получали аналогичным способом.

Известный и предлагаемый сплавы, составы которых приведены в табл. I использовали при производстве аусте- нитной высокомарганцевистой стали (ТУ 48-22-98-83). В электропечи получали углеродистую сталь состава, постоянного для всех примеров,мас.%: углерод 0,36-0,44, марганец 2,6-3 5кремний 0,20-0,23, сера до 0,02 и фосфор до 0,02. В разливочный ковш вводили соответствующие сплавы в жидком виде в соотношении 1:8 к объему расплава углеродистой стали. После 4-5-минутной выдержки сталь разлив али.

Сталь перед испытаниями подвергали термической обработке закалкой с температуры 1150 С в воду.

Определяли: предел текучести,предел прочности, относительное удлинение, относительное сужение и ударную вязкость. При взятии проб и определении механических свойств обработанной стали использовали стандартные методы.

Для моделирования условий ударноабразивного износа испытания образцов стали, обработанной лигатурой известного и предлагаемого составов,проводили в шаровой мельнице. Оценка износостойкости стали характеризовалась величиной отно"ительного износа. За эталон был принят образец стали,обработанный лигатурой известного состава (по прототипу).

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

Соответствующее изменение содержания марганца углерода, титана, азота и кремния обеспечило значительное повышение пласти"еских характеристик обрабатываемой стали. Относительное удлинение увеличилось в 3,3-4,6 раза, относительное сужение в 3,3-3,7 раза.

Пластические характеристики повышаются вследствие снижения концентрации напряжений перед границами зерен в связи с уменьшением размера аустенитного зерна и лучшей проницаемостью границ. Ударная вязкость повысилась в 4,8-5,5 раза, что вызвано более мелким зерном и более чистыми границами.

Износостойкость образцов,изготовленных из стали, обработанной предложенным составом, увеличилась в 1,4

1507841

1,6 раэ, что вызвано сочетанием следующих факторов: уменьшением размеров аустенитного зерна, снижением загрязненности карбидами и непосредствен5 ным упрочнением металла мелкодисперсными нитридами титана, равномерно расположенными по зерну.

Таким образом, представленные в табл.2 данные показывают, что использование предлагаемой лигатуры обеспечивает по сравнению с известным составом увеличение пластичности, ударной вязкости и иэносостойкости обра- 15 ботанной стали. состав, мас.%

js,jNj

Химический

1 ) ¹ Сплав п/и

Мп С Ti

Известный

5 0 0,8 Остальное

15 1,2 13

4,5

0,3

2,4

0,2

80 3 3 1

55 6 4

67 4,5 2 2,5

49 7 08 45

88 2 Зь5 0 5

То же

3 .4

6 и н

II

Таблица.2

Механические свойства стали

Относительный износ стали,%

Сплав для легирования стали и „а., Ю,% y,% KCV, МПа МПа краж/м

Из в е с тный

Предлагаемый вариант 1

3

1100 650 8

9 610

1,00

0,69

0,76

0,64

0,93

0,91

900 650

880 640

950 680

890 630

810 560

27 30

30 32

33 34

11 13

13 14

890

Составитель A.Áàðìûêîâ

Техред И.Верес Корректор В, Гирняк

Редактор Н.Горват

Заказ 5522/32 Тираж 576 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 состав

Предлагаемые составы, вариант

2

4

Формула и э о б р е т е н и я

Сплав для легирования стали,содержащий марганец, углерод, кремний,титан, азот и железо, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали, он содержит ,компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Марганец 55-80

Углерод 3,0-6,0

Кремний 1,0-4,0

Титан 1,0-3,0

Азот 0,3-4,5

Железо Остальное

1 Т аблица1