Теплостойкая подшипниковая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию теплостойких сталей для изготовления подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) и редукторах вертолетов. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, молибден, никель, ниобий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,7-0,85, марганец 0,1-0,4, кремний 0,3-0,5, хром 4,5-5,5, вольфрам 1-1,5, ванадий 0,5-1,0, молибден 3-3,5, никель 0,15-0,4, ниобий 0,1-0,3, железо - остальное. Повышается технологичность при горячей пластической деформации, обеспечивается отсутствие дефектов при ковке и прокатке, а также высокая однородность структуры. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию теплостойких сталей для подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых, например, для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и редукторов вертолетов.

В ряде стран используется инструментальная быстрорежущая сталь с практически одинаковым химическим составом, но с разными названиями. Разработчик этой инструментальной стали фирма Latrobe Steel Co, США. Сталь с более широкими пределами химического состава запатентована этой фирмой (см. патент США 3945821, опубл. 23.03.1976).

Наиболее очищенной от вредных примесей в этом перечне является UNST11350 (мас.%):

углерод 0,77-0,85
кобальт 0,25 макс.
хром 3,75-4,25
марганец 0,35 макс.
молибден 4,0-4,5
кремний 0,25 макс.
ванадий 0,9-1,1
вольфрам 0,25 макс.
никель 0,15 макс.
фосфор 0,015 макс.
сера 0,015 макс.
медь 0,1 макс.
железо остальное

Из уровня техники (патент США №4004952, опубл. 25.01.1977) известна также низкоуглеродистая цементуемая сталь для крупногабаритных подшипников следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,1-0,3
марганец 0,2-1,0
кремний 0,2-0,6
хром не более 1,2
ванадий 0,25-0,85
молибден 4,0-6,0
никель 2,5-3,5
железо остальное

Увеличение содержания молибдена в известной стали до 6% способствует формированию насыщенной карбидной зоны на поверхности, препятствующей диффузии углерода вглубь слоя и понижающей ее статическую прочность при изгибе и усталостную прочность.

В России для изготовления теплостойких подшипников используется теплостойкая сталь (см. патент РФ №2185458, опубл. 20.07.2002) следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,7-0,8
марганец 0,05-0,4
кремний 0,05-0,4
хром 4,0-4,6
вольфрам 8,5-9,5
ванадий 1,4-1,7
церий 0,005-0,10
кальций 0,005-0,10
иттрий 0,005-0,10
железо остальное

Легирование стали не оптимально вследствие присутствия повышенного количества вольфрама, способствующего увеличению количества карбида М6С, который при замедленном охлаждении сильно коагулирует, и в результате образуются крупные карбиды, имеющие угловатую и квадратную форму. Такие карбиды, в отличие от обычных более мелких и округлых, меньше задерживают рост зерна при нагреве под закалку, и закаленная сталь оказывается более крупнозернистой, что ведет к снижению статической прочности при изгибе, усталостной прочности, ударной вязкости и повышению уровня карбидной неоднородности по ГОСТ 19265. Карбидная неоднородность способствует выкрашиванию рабочей поверхности подшипников.

Известна (см. А.Г. Спектор, Б.М. Зельбет, С.А. Киселева. «Структура и свойства подшипниковых сталей». - М.: Металлургия, 1980, с. 16) теплостойкая подшипниковая сталь марки 8Х4М4В2Ф1Ш следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,75-0,85
марганец ≤0,40
кремний ≤0,40
хром 3,9-4,4
вольфрам 1,5-2,0
ванадий 0,9-1,2
молибден 3,9-4,4
никель не более 0,35
железо остальное

Недостатком известной стали является повышенное обезуглероживание при температурах горячей деформации, отжига и закалки и повышенная чувствительность к окислению, а также нестабильность значений по ударной вязкости.

В России разработана теплостойкая сталь для подшипников (см. патент РФ 2447183 C1, опубл. 10.04.2012) следующего химического состава, мас.%:

углерод 0,8-1,1
марганец 0,1-0,4
кремний 0,3-0,5
хром 4,5-5,5
вольфрам 1,0-1,5
ванадий 0,5-1,0
молибден 3,0-3,5
никель 0,15-0,4
ниобий 0,1-0,3
тантал 0,05-0,15

Недостаток этой стали заключается в чрезмерно высоком содержании углерода и наличии в составе тантала, температура солидус которого 3000°C. Он является наиболее сильным карбидообразователем в составе стали. Его карбиды образуются в начале кристаллизации расплава и нерастворимы при нагревах перед пластической деформацией стали, что приводит к образованию трещин и существенно усложняет технологию ковки и прокатки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание теплостойкой подшипниковой стали, работающей до 500°C. Сталь должна обладать высокой технологичностью в металлургическом производстве и производстве подшипников.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение технологичности при горячей пластической деформации, недопущение дефектов при ковке и прокатке, получение высокой однородности структуры с мелким зерном и значительно более мелкими карбидами.

Для достижения поставленного технического результата предлагается теплостойкая подшипниковая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий, железо, которая дополнительно содержит молибден, никель, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,7-0,85
марганец 0,1-0,4
кремний 0,3-0,5
хром 4,5-5,5
вольфрам 1-1,5
ванадий 0,5-1,0
молибден 3-3,5
никель 0,15-0,4
ниобий 0,1-0,3
железо остальное

Предпочтительно, содержание углерода составляет 0,72-0,79.

Снижение содержания углерода, при одновременном исключении из состава стали сильного карбидообразователя тантала, при заявленном содержании вольфрама позволило получить значительно меньшую карбидную неоднородность и более высокие значения усталостной прочности, статической прочности при изгибе, ударной вязкости. Существенно повысилась технологичность при горячей пластической деформации.

Таким образом, при заявленном содержании и соотношении компонентов повышают механические свойства теплостойкой стали.

Примеры осуществления

В лабораторных условиях провели опробование предлагаемой стали (примеры 1-3), выплавленной в вакуумно-индукционной печи. Химический состав и механические свойства предлагаемой стали и стали, известной из прототипа, приведены в таблицах 1 и 2.

Слитки предлагаемой стали подвергали горячей пластической деформации по технологии стали, известной из прототипа. В изготовленных прутках трещины отсутствовали. В прутках стали, известной из прототипа, образовались трещины длиной 100-150 мм от торца. Твердость после полного цикла термической обработки образцов оказалась одинаковой.

В микроструктуре стали, известной из прототипа, выявлена карбидная сетка. В предлагаемой стали распределение карбидов равномерное, карбидной сетки нет. Ударная вязкость предлагаемой стали существенно выше, чем у стали, известной из прототипа. Технологичность предлагаемой стали гораздо выше и позволяет исключить дефекты при ковке и прокатке слитков и прутков. Применение предлагаемой стали позволит обеспечить технологичность изготовления подшипников, повысить их надежность и долговечность в эксплуатации и удешевить стоимость подшипниковой стали.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь превосходит сталь, известную из прототипа, по ударной вязкости, уменьшается карбидная неоднородность, которая, в отличие от стали, известной из прототипа, составляет менее 1 балла, а также отсутствуют дефекты при ковке и прокатке слитков и прутков.

1. Теплостойкая подшипниковая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, вольфрам, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, никель и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,7-0,85
марганец 0,1-0,4
кремний 0,3-0,5
хром 4,5-5,5
вольфрам 1-1,5
ванадий 0,5-1,0
молибден 3-3,5
никель 0,15-0,4
ниобий 0,1-0,3
железо остальное

2. Теплостойкая подшипниковая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание углерода составляет 0,72-0,79.

3. Изделие из теплостойкой подшипниковой стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромоникелевым сталям, предназначенным для длительной эксплуатации при температурах до 1100°C. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, азот, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,4-0,5, кремний 1,0-2,0, марганец 4,5-5,5, хром 24,0-26,0, никель 11,0-13,0, ниобий 1,2-1,5, азот 0,2-0,4, фосфор ≤0,02, сера ≤0,02, железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к присадочному материалу для сварки, который может быть использован при сварке роторов газовых турбин. Присадочный материал содержит, вес.%: C 0,05-0,15, Cr 8-11, Ni 2,8-6, Mo 0,5-1,9, Mn 0,5-1,5, Si 0,15-0,5, V 0,2-0,4, B 0-0,04, Re 1-3, Ta 0,001-0,07, N 0,01-0,06, Pd 0-60 ч./млн, P не более 0,25, S не более 0,02, железо и неизбежные примеси - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к инструментальным сталям, используемым для изготовления кованых прокатных валков для горячей прокатки металла, например, профилей и труб.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству низкоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной коррозионной стойкости для изготовления электросварных труб, используемых при строительстве трубопроводов, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, в частности для транспортировки обводненной нефти и высокоминерализированных пластовых вод, содержащих сероводород, ионы хлора, углекислоты, а также механические частицы.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным низкоуглеродистым мартенситным свариваемым сталям, закаливающимся на воздухе, используемым для изготовления термически упрочненных сварных конструкций, крупногабаритных изделий, а также строительных конструкций и деталей нефтяного машиностроения.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству толстолистового проката из хладостойкой стали высокой прочности и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству толстолистового проката из хладостойкой высокопрочной стали с улучшенной свариваемостью для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к ролику для поддержки и транспортировки горячего материала, в частности полученной непрерывной разливкой стальной заготовки на рольганге или в установке непрерывной разливки.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства горячеоцинкованного проката с минимальным пределом текучести 350 МПа из низколегированной стали, предназначенного для изготовления металлоконструкций. Cпособ включает выплавку стали, разливку, горячую прокатку, охлаждение водой, смотку полос в рулоны, холодную прокатку, рекристаллизационный отжиг, нанесение цинкового покрытия и правку. Выплавляют сталь, содержащую, в мас.%: углерод 0,16-0,20, кремний 0,15-0,30, марганец 0,30-0,50, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,02, фосфор не более 0,02, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30, ниобий 0,010-0,030, железо и неизбежные примеси - остальное. Горячую прокатку заканчивают при температуре 850-950°С. Смотку полос ведут при температуре 510-650°С. Правку полос на изгибо-растяжной машине производят с удлинением 0,4-0,6% для толщин до 1,5 мм и с удлинением от 0,2% до 0,4% для толщин от 1,5 мм. Правку полос на изгибо-растяжной машине могут проводить с натяжением 8,5-14 т, а перед правкой могут производить дрессировку горячеоцинкованного проката. Техническим результатом изобретения является получение требуемого уровня предела текучести для получения надежного материала для изготовления металлоконструкций. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способу получения электротехнических текстурированных стальных лент или листов, в котором температуру тонкого сляба, изготовленного из стали с содержанием мас.%: Si 2-6,5%, С 0,02-0,15%, S 0,01-0,1%, Cu 0,1-0,5%, при этом соотношение между процентными содержаниями меди и серы %Cu/%S составляло более 4, Mn до 0,1%, при этом соотношение между процентными содержаниями марганца и серы Mn/S составляло менее 2,5, и необязательно N, Al, Ni, Cr, Mo, Sn, V, Nb. Тонкий сляб выравнивают до 1000-1200°C, прокатывают в горячем состоянии с получением горячекатаной ленты толщиной 0,5-4,0 мм при начальной температуре горячей прокатки ≤1030°C и ее конечной температуре ≥710°C с обжатием на первом и втором проходе при горячей деформации ≥40%. Горячекатаную ленту охлаждают, сматывают в рулон, из которого затем горячекатаную ленту прокатывают в холодном состоянии с получением холоднокатаной ленты с конечной толщиной от 0,15 до 0,50 мм. На отожженную холоднокатаную ленту наносят покрытие из отжигового сепаратора и проводят заключительный отжиг холоднокатаной ленты с покрытием из отжигового сепаратора для образования текстуры Госса. Технический результат заключается в получении лент и листов с магнитными свойствами, соответствующими магнитным свойствам материала CGO. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 7 табл.
Наверх