Сталь для прокатных валков
Владельцы патента RU 2437953:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель, РЗМ, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 1,45-1,65, кремний 0,10-0,40, марганец 0,15-0,45, хром 11,0-12,5, ванадий 0,15-0,30, молибден 0,40-0,60, никель 0,20-0,40, РЗМ 0,01-0,03, сера не более 0,03, фосфор не более 0,03, железо остальное. Повышаются твердость и износостойкость прокатных валков. 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности, для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.
Известна сталь [1] для изготовления деталей машин, оборудования, работающих в условиях трения скольжения, содержащая, мас.%:
| Углерод | 0,8-1,2 |
| Кремний | 0,3-0,8 |
| Марганец | 0,3-0,8 |
| Хром | 14,0-16,0 |
| Молибден | 2,0-3,0 |
| Вольфрам | 0,8-1,2 |
| РЗМ | 0,1-0,2 |
| Магний | 0,01-0,02 |
| Теллур | 0,001-0,002 |
| Бор | 0,1-0,2 |
| Цирконий | 0,1-0,2 |
| Железо | Остальное |
Известная сталь имеет повышенную износостойкость (износ в относительных единицах 70,9, при условиях сухого трения, при удельном давлении до 100 кгс/см2, скорости скольжения до 5,7 м/с, контртело - чугун серый модифицированный МСЧ 28-48).
Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (14,0-16,0), молибдена (2,0-3,0), вольфрама (0,8-1,2) при значительном содержании углерода (0,8-1,2). Данное сочетание элементов приводит к формированию крупных конгломератов карбидной фазы смешанного состава (Сr, Мо, W)7С3 и (Cr, Mo, W)23C6, имеющих неблагоприятную форму и располагающихся по границам зерен. Являясь концентраторами напряжений в локальных объемах межзеренного пространства, карбидные включения снижают физико-химические и эксплуатационные свойства материала.
Значительное содержание в составе известной стали компонентов, имеющих высокое химическое сродство к вредным (сера, кислород) элементам (РЗМ+Mg+В+Zr≥0,31 мас. %) приводит к конкуренции элементов и их неоправданному расходу. Кроме того, высокое их содержание в известной стали приводит к загрязнению границ кристаллов продуктами их взаимодействия с вредными элементами, что снижает свойства материала.
Теллур и его летучие соединения токсичны. Поэтому использование его в качестве компонента сплава ведет к ухудшению экологической обстановки при производстве стали.
В качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь марки Х12МФ [2], содержащая элементы при следующем соотношении (% мас.):
| Углерод | 1,45-1,65 |
| Кремний | 0,10-0,40 |
| Марганец | 0,15-0,45 |
| Хром | 11,0-12,5 |
| Ванадий | 0,15-0,30 |
| Молибден | 0,40-0,60 |
| Сера | Не более 0,03 |
| Фосфор | Не более 0,03 |
| Железо | Остальное |
Известную сталь рекомендуется использовать для холодных штампов высокой устойчивости против истирания, в частности для прокатных валков и роликов.
Недостатком указанной марки стали являются невысокие эксплуатационные свойства, в частности износостойкость, а также твердость при изготовлении из нее валков трубоэлектросварочных станов. Это приводит к ускоренному износу рабочего профиля валка и снижению качества выпускаемой продукции (труб).
Задачей настоящего изобретения является разработка состава стали для прокатных валков.
Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик:
износостойкости и твердости прокатных валков из стали.
Этот технический результат достигается тем, что в сталь для прокатных валков, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор, железо, дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| Углерод | 1,45-1,65 |
| Кремний | 0,10-0,40 |
| Марганец | 0,15-0,45 |
| Хром | 11,0-12,5 |
| Ванадий | 0,15-0,30 |
| Молибден | 0,40-0,60 |
| Никель | 0,20-0,40 |
| РЗМ | 0,01-0,03 |
| Сера | Не более 0,03 |
| Фосфор | Не более 0,03 |
| Железо | Остальное |
Повышение твердости и износостойкости достигается за счет введения в состав стали никеля и РЗМ.
Никель стабилизирует перлитную составляющую в структуре стали, увеличивает дисперсность карбидов, тем самым повышая показатели твердости и износостойкости материала. При содержании в стали никеля менее 0,2 мас.% он не оказывает значительного влияния на стабилизацию перлита и измельчение карбидной фазы. При содержании более 0,4 мас.% дальнейшего увеличения содержания перлита в структуре стали не происходит, размеры карбидов не уменьшаются.
РЗМ обладают высоким химическим сродством к вредным примесям (азоту, водороду, цветным металлам и фосфору) и переводят их из активных в пассивные формы, тем самым очищая границы зерен и повышая комплекс свойств материала, в частности твердость и износостойкость. При содержании в стали РЗМ менее 0,01 мас.% не происходит дезактивации вредных примесей. При содержании более 0,03 мас.% происходит укрупнение соединений РЗМ с вредными примесями, их морфология меняется, они приобретают остроугольную форму и отрицательно влияют на свойства материала, в частности твердость и износостойкость.
Количество углерода, кремния, марганца, хрома, ванадия и молибдена не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.
Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений и, в частности, от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение твердости и износостойкости стали.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.
Пример.
Выплавку заявляемой стали производили в электродуговой печи ДСП-3М с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Никель вводили в шихту, лигатура РЗМ вводилась в ковш на струю металла после выпуска 1/4 части металла. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой.
Заливка заготовки осуществлялась в кокиль при Т 1350-1370°С. Полученная заготовка подвергалась ковке. Ковку производили с использованием паровоздушного молота арочного типа М-3150 и ковочного напольного рельсового манипулятора МК-1.25. Ковку заготовок вели на плоских бойках с прибыльной частью методом протяжки.
После ковки заготовка переносились в печь, разогретую до температуры 720-740°С, и выдерживалась 4 часа. Затем производилось охлаждение вместе с печью. Заготовку из известной стали подвергали аналогичной обработке.
Из полученных таким образом заготовок путем механической обработки изготавливались валки для трубоэлектросварочного стана. Полученные валки успешно прошли эксплуатационные испытания в производственных условиях при прокатке труб. Результаты испытаний приведены в таблице (при средних значениях состава стали). Износостойкость оценивалась по общей длине произведенных труб одним валком до критического износа рабочей поверхности валка и вывода его из эксплуатации. Величина износа рабочей поверхности валков замерялась калиброванным шаблоном и щупом.
Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов, по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить твердость в 1,12-1,20 раза, износостойкость в 1,15-1,18 раза.
Источники информации
1. Сталь. Патент РФ. №2318073, кл. С22С 38/60. Опубликовано 27.02.2008.
2. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. ГОСТ 5950-2000. Издательство стандартов, Москва, 2000 г.
| Химический состав и свойства стали для прокатных валков | |||||||||||||
| № | Химический состав, мас.% | Твердость, НВ | Износостойкость(длина произведенных труб), тыс. м | ||||||||||
| С | Si | Mn | Сr | V | Мо | Ni | РЗМ | S | Р | Fe | |||
| Известная сталь - по прототипу | |||||||||||||
| 1 | 1.45 | 0,1 | 0,15 | 11,0 | 0,15 | 0,4 | - | - | 0,028 | 0,025 | ост. | 198 | 650 |
| 2 | 1,65 | 0,4 | 0,45 | 12,5 | 0,3 | 0,6 | - | - | 0,029 | 0.027 | ост. | 225 | 720 |
| Предлагаемая сталь | |||||||||||||
| 3 | 1,45 | 0,1 | 0,15 | 11,0 | 0,15 | 0,4 | 0,2 | 0,01 | 0,021 | 0,023 | ост. | 238 | 770 |
| 4 | 1,65 | 0,4 | 0,45 | 12,5 | 0,3 | 0,6 | 0,4 | 0,03 | 0,018 | 0,021 | ост. | 252 | 830 |
Сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и РЗМ при следующем содержании компонентов, мас.%:
| углерод | 1,45-1,65 |
| кремний | 0,10-0,40 |
| марганец | 0,15-0,45 |
| хром | 11,0-12,5 |
| ванадий | 0,15-0,30 |
| молибден | 0,40-0,60 |
| никель | 0,20-0,40 |
| РЗМ | 0,01-0,03 |
| сера | не более 0,03 |
| фосфор | не более 0,03 |
| железо | остальное |
