Сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии , а именно к износостойкой литой стали , используемой для изготовления отливок, работающих в условиях абразивного износа со средними ударными нагрузками (например , литые детали горно-обогатительного оборудования). Цель изобретения - повышение износостойкости и твердости стали. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мае. %: углерод 0,82-1,1; кремний 0,2-0,5; марганец 6,5-10,0; хром 2,0-4,5; ванадий 0,03-0,1, титан 0,02-0.18; кальций 0,006-0,05; азот 0,01-0,04; железо -остальное. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВтОРСКОму СвидКТКЛЬСтв (21) 4789423/02 (22) 05.02.90 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) Магнитогорский горнометаллургический институт им. Г.И. Носова, Магнитогорский металлургический комбинат им. В.И.

Ленина (72) В.M. Колокольцев, Л.Б. Долгополова;

А.А, Гостев, В.В. Конюхов, А,M. Добровольский, В.И. Кирюшкин, Р.я. Кутуева и В.Д.

Науменко (53) 669.14.018.256-194 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1081233, кл. С 22 С 38/38, 1984.

Изобретение относится к черной металлургии, э именно к разработке составов износостойких литых сталей, используемых для изготовления отливок, работающих в условиях абразивного износа со средними ударными нагрузками, например литые детали горно-обогатительного оборудования.

Известна сталь (авт. св. СССР М

1305194, кл. С 22 С 38/58), которая с целью повышения износостойкости дополнительно содержит никель, титан, кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,8 — 1,18

Кремний 0,3 — 0,8

Марганец 6,5-8,8

Молибден 0,05-0,2

Титан 0,01-0,1

Ванадий 0,05-0,15

Кальций 0,001-0,01

Хром 2,5-4,0

Никель 0,2-1,0

„„SU „„1721115 А1 (54) СТАЛ Ь (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к износостойкой литой стали, используемой для изготовления отливок, работающих в условиях абразивного износа со средними ударными нагрузками (например, литые детали горно-обогатительного оборудования). Цель изобретения — повышение износостойкости и твердости стали.

Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,82 — 1,1; кремний 0,2-0,5; марганец 6,5 — 10,0: хром

2,0-4,5; ванадий 0,03-0,1 ; титан 0,02-0,18; кальций 0,006 — 0,05; азот 0,01-0,04; железо — остальное. 1 табл.

Медь 0,2-0,7

Железо Остальное

Данная сталь обладает недостаточной абразивной износостойкостью.

Известна сталь (авт. св. СССР N.

1337437, кл. С 22 С 38/38), которая содержит компоненты при следующем соотношении, — а мас.%: Л

Углерод 0;5 — 1.0 юг

Кремний 0,3-0,8 Ql

Марганец 4,5 — 10,0

Титан 0,05-0,15

Ванадий

0,05-0.3 Э

Хром 1,0-5,0 вам

Алюминий 0,1 — 1,0

Азот 0,05-0,1

РЗМ 0,002-.0; 01

Железо, Остальное

Сталь не обладает достаточной износостойкостью, трещиноустойчивостью и жидкотекучестью, т. к, содержит в своем составе алюминий и Р3М. Первый образует остро1721115

50 угольные включения корунда и шпинелей, второй загрязняет сплав неметаллическими включениями с высокой плотностью, почти не удаляющимися из расплава.

Наиболее близким к предлагаемой ста- 5 ли по технической сущности и достигаемому результату является сталь (1), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,7 — 1,5 10

Кремний 0.3-1,0

Марганец 5 — 15

Хром 0,3-2,0

Титан 0,03-0,15

Ванадий 0,01-0,15 15

Алюминий 0,005-0,05

Азот 0,005 — 0,02

Кальций 0,005 — 0,02

Железо Остальное

Сталь обладает недостаточно высокой 20 .износостойкостью, Содержит в своем составе алюминий, образующий в расправе высокоглиноземистые включения остроугольной формы, которые делают сталь более чувствительной к образованию трещин. Кроме 25 того, высокомарганцевые аустенитные стали склонны к повышенному насыщению. азотом в ходе выплавки и при столь высоком содержании алюминия неизбежно образование его нитридов. Нитриды алюминия вы- 30 деляются по границам зерен в виде как отдельных включений, так и плен, что будет характерным для этой стали. Это существенно снижает свойства стали и ее износоетойкость. Кроме это о, высокое 35 содержание марганца и недостаточное хрома также снижает, износостойкость и твердость из-за формирования в структуре стабилизированного аустенита. В этой стали при ударных нагрузках метастабильный 40 аустенит не образуется.

Целью изобретения является повышение износостойкости и твердости стали.

Поставленная цель достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, 45 кремний, марганец, хром, титан, ванадий, . кальцйй, азот, железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас. ;

Углерод . 0,82-1;1

Кремний 0,2-0,5

Марганец 6,5-1 0,0

Хром 2,0-4,5

Ванадий 0.03-0,1

Титан . 0,02-0,18

Кальций . 0,006-0,05 55

Азот, - 0,01-0,04

Железо Остальное

Углерод является одним из главных упрочнителей стали, резко повышающим износостойкость за счет влияния на количество остаточного аустенита и образования карбидов легирующих элементов и легирования твердого раствора, Содержание углерода менее 0,82% не обеспечивает необходимых износостойких свойств, а более 1,1% приводит к повышенному содержанию карбидной фазы, что также снижает свойства. Кремний. — необходимая технологическая добавка, при выплавке стали обеспечивающая необходимые пластические свойства металла. Кроме того, кремний способствует более .полному усвоению хрома, ванадия и титана. увеличению прокаливаемости, способствует смягчению матрицы.

Содержание кремния менее 0,2% не обеспечивает нужного раскисления стали, вследствие чего металл становится хрупким, Увеличение содержания кремния более 0,5% снижает прокаливаемость и износостойкость. Ма рга н е ц (6.5-10,0%) способствует увеличению прокаливаемости, позволяет получать аустенитную структуру необходимой стабильности, способствует снижению вредного влияния серы. Снижение содержания марганца ниже 6,5% приводит к образованию мартенситной структуры, что снижает прочность и износостойкость при ударе. Увеличение содержания марганца выше 10,0% приводит к уменьшению прочности и абразивной износостойкости вследствие формирования в структуре стабилизированного аустенита, Легирование хромом (2,0 — 4,5%) способствует стабилизации аустенита, используется для обеспечения механических свойств требуемой прокаливаемости и высокой износостойкости благодаря образованию специальных карбидов типа СгтСз. Содержание хрома менее 2% не обеспечивает необходимых свойств, а более 4,5% приводит к черезмерному увеличению количества карбидной фазы с карбидами типа СггзСь, что снижает износостойкость, Кроме того, ухудшается закаливаемость стали и хром может служить концентратором напряжений и обуславливать возникновение усталостных трещин.

Введение в состав ванадия (0,03-0,1), титана (0,02 — 0,18) и азота (0,01 — 0,04) позволяет эффективно управлять процессами первичной и вторичной кристаллизации стали за счет протекания процессов нитридо- и карбонитридообразования. Эти элементы также способствуют измельчению литой структуры, Ванадий уменьшает ликвацию марганца, увеличивает прокаливаемость, устраняет хрупкость. Содержание ванадия менее

0,03% не оказывает существенного влияния на свойства стали. При содержании ванадия более 0,1% он может служить концентратором напряжений и обуславли вать возникно1721115

20

30

40

50 вение усталостных трещин. Титан с азотом образует мелкие твердые и тугоплавкие включения нитридов титана, кОторые способствуют измельчению образующихся в процессе кристаллизации сульфидов и оксидов и играют роль центров кристаллизации, способствующих измельчению структуры. При концентрациях титана меньше 0,02 и больше 0,18% не удается получить стабильности требуемых свойств, т. к. в первом случае весь титан расходуется на раскисление и не принимает участия в модифицировании, а во втором происходит загрязнение сплава крупными карбонитридами и сульфидами титана. При содержании азота менее 0,01% стабильности свойств не наблюдается, а при увеличении содержания азота более 0,04 % металл охрупчивается и вероятйо появление азотистой пористости. Кальций (0,006 — 0,05%) является активным раскислителем, модификатором и глобуляриэатором включений, очищает границы зерен, измельчает структуру, способствует сфероидиэации графита, равномерному. распределению карбидов и иэмельчению их, снижает количествоостроугольных сульфидов и оксидов и придает им округлую форму, что увеличивает трещиноустойчивость и износостойкость стали.

Содержание кальция менее 0,006% слабо влияет на структуру стали, при концентрации более 0,05% образуются крупные оксиды и оксисульфиды, загрязняющие сплав. Кроме этого, совместное применение кальция и азота позволяет повысить эффективность действия каждого элемента, способствует реализации двойного механизма измельчения грубой литой структуры.

Кальций, являясь поверхностно-активным

" элементом, затрудняет рост кристаллитов, а азот, участвуя в процессах нитридообраэования титана, способствует образованию дополнительных центров кристаллизации.

Такой Двойной механизм модифицирования не только измельчает зерно, но и другие структурные составляющие (карбиды,.неметаллические включения). Они выделяются в более благоприятных форме и размерах и, как правило, расположены внутри зерна.

Кроме этого, сплав не содержит алюминия.

Стали данного класса склонны к повышенному насыщению азотом в ходе выплавки.

При вводе алюминия как компонента сплава неизбежно образование его нитридов, которые выделяются по границам зерен в виде отдельных включений и плен, что ведет к охрупчиванию стали.

Предлагаемая сталь хорошо сопротивляется ударно-абразивному изнашиванию, т. к. в этой метастабильной аустенитной стали реализуется двойной механизм упрочнения при деформации — образование мартенсита деформации плюс изменение сточктуоы ачстенита.

Пример.В индукционной тигельной печи с основной футеровкой емкостью 60 кг выплавляли опытные составы предлагаемой и известной сталей и по общепринятой технологии. Азот вводили в сталь в виде аэотированного феррохрома совместно с ферротитаном ФТи-35 и феррованадием перед выпуском металла в ковш. Силикокальций СК-45 вводили во время выпуска металла в ковш. Из опытных составов сталей заливали трефовидные пробы по ГОСТ

7769-82. Пробы подвергали термообработке по режиму: нормализация при 1050 С 5 ч, охлаждение на воздухе, Из проб вырезали образцы для определения структуры и механических свойств.

В таблице приведены свойства предлагаемой износостойкой стали и известной стали. Износостойкость определяли по

ГОСТ 23.208-79. За эталон принималась ст.

45.

Структура представляет собой метастабильный аустенит + сфероидизированные карбиды типа Сг7Сэ, РезС. Карбиды располагаются равномерно по телу зерна аустенита, имеют небольшие размеры, скоплений не образуют. Как видно иэ таблицы, предлагаемая износостойкая сталь превосходит известную по износостойкости и твердости.

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, кальций, азот, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости и твердости, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас,%:

Углерод 0,82 — 1,1

Кремний 0,2-0,5

Марганец 6,5-10,0

Хром 2,0 — 4,5

Ванадий . 0,03 — 0,1

Титан 0.02-0,18

Кальций 0,006 — 0,05

Азот 0,01-0,04

Железо Остальное.

1721115

Составитель B.Êîëoêîëüöåâ

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор Н.Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 930 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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