Литейная сталь

 

С. Н. Примеров, В. Е. Яковчук, А. В. Клибус, В. ГЭ Горенко, -. -, А. А. Шейко, С. Н. Бобраков, В. А. Чеботарев и.В., А. Манжола """, I ...„. „„",„,, t3 I

C

Институт проблем литья АН Украинской CP (22) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЛИТЕЙНАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, в частности к мартенситным нержавеющим хро мистым сталям для фасонных отливок с высоким уровнем литейных, механических и эксплуатационных свойств.

Наиболее близкой к предлагаемой сталь мартенситного класса 10X14H3JI, содержащая вес.%:

Углерод До 0,10

Кремний 0,2-0,4

Марганец 0,3-0,6

Хром 13,5 — 15;.

Никель 1,2 — 1,6 .

Медь 1,2-1,6

Железо Остальное f43.

Недостатками известной стали являются низкий комплекс литейных и механических свойств, а также низкая корроэионная стойкость в морской воде. Невысокие литейные свойства в ряде случаев приводят к браку по литейным дефектам и низкому качеству литой поверхности. Относительно низкий уровень механических свойств и коррозионной стойкости снижает срок службы изготовленных на этой стали отливок гребных винтов и др., работающих в морской воде. Цель изобретения — повышение комплекса литейных и механических свойств, коррозионной стойкости в морской воде..

Поставленная цель достигается тем, что литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь и железо, дополнительно содержит алюминий, титан, каль ций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод 0,03 — 0,1

Кремний 0,2-0,4

Марганец 0,3-0,6

1$

Хром 13,5 — 15

Никель 1,2-1,6

Медь 1,2 — 1,6

Алюминий 0,01 — 0,05

Титан 0,01 — 0,08

Кальций 0,005 — 0 05

Редкоземельные металлы

Железо

908926

Таблица 1

Опытная сталь

Известная

13,8 1,3 1,4

0,07

0,4

0,4

Предлагаемая

2 0 04 ° 0 3

3 003 02-, 0,03

0,04 0,02

0,01 0,03

0,03 0,01

0,02

14 1,5 1,4

15 14 15

0,4

0,01

0,02

0,3

14 1,6

0,01

0,08

1,6

4 0,05

5 . 0,07

6 0,10

7 0,06

0,6

0,4

0,06 0,005 0,02

0,05

13,5 1,3 1,2

14 1,2 1,3

15 13 14

13,8 1,4 1,3

0,3

0,4

0,005

0,04 0,05

0,009 0,06

0,03

0,5

0,2

0,06

0,004

0,5

0,3

0,09 0,004 0,09

0,009 8 0,05 0,3

0,4

Дополнительное введение в состав стали алюминия и титана связано с их способностью связывать свободный азот в тугоплавкие нитриды и тем самым нейтрализовать его вредное влияние. Кроме того, нитриды обеспечивают иэмельчение зерна, как сильные раскнслнтели, алюминий, титан снижают содержание кислорода в стали, что улучшает литейные свойства стали, особенно жидкотекучесть. Эффективные содержания в стали определяются пределами 0,01 — 0,05% алюминия и 0,01 — 0,08% титана. Меньшие их содержания не способству- ют благоприятным изменениям в структуре стали и соответственно ее свойствам, а большие, свыше верхнего предела, приводят к образованию в стали черезмерного количества окислов и нитридов, которые в этом случае целыми колониями, сосредотачиваются на границах зерен. В результате этого свойства стали резко снижаются.

Дополнительное введение в сталь кальция и редкоземельных металлов Р3М объясняется их исключительно благоприятным влиянием на весь комплекс ее свойств. Эти элементы обеспечивают одновременно глубокое раскисле25 ние, рафинирование, микролегирование и модифицирование. При этом резко снижается содержание серы и неметаллических включений, Кроме того, включения перераспределяются

4 в металле более равномерным фоном, приобретают глобулярную форму и очищаются границы зерен стали, что повышает коррозионную стойкость стали.

Оптимальные содержания определяются пределами 0,005 — 0,05% кальция и 0,005 — 0,08%, Меньшие их содержания не обеспечивают благоприятных изменений в структуре стали и соответственно ее свойствах. Большие содержания, свыше верхнего предела, по причине их высокой раскислительной способности вызывает образование черезмерного количества включений, которые в этом случае целыми колониями сосредотачиваются на границах зерен и резко снижают свойства стали.

Для определения оптимального состава разрабатываемой стали проводятся опытные плавки и исследуется ее коррозионная стойкость, литейные и механические свойства в зависимости от различного содержания компонентов.

Металл выплавляют в 160 кг индукционной печи методом переплава, При фракционной разливке сталь обрабатывают добавками

0,1 — 0,5 вес.% лигатуры, содержащей кальций, Р3М, алюминий, титан и никель.

В табл. 1 приведен химический состав опытных сталей; в табл. 2 — физико-химические свойства.

908926

Таблица

ОпытСкорость разрушения коррозией, г/мм

Литейные свойства

Мехщаивекие овойства ная

Жидкотеку- Площадь тречесть, мм щны, мм

% % кгм/см д 9 ан кг/нм эт кг/мм Э сталь

Известная

3,4

0,022

18,2 43,5

6,5

183

Предлагаемая

2 . 0015

3 0,016

245

27,4 62,5 13,2

26,5 60,3 13,0

25,3 58,7 12,4

251 576 108

26,2 56,3 9,8

19,1 44,2 7,4

67

2,7

2,7

231

0,017

2,8

220

0,017

2,8

65

223. 0,016

2,9

188

0,020

3,1

176

17,2 41,3 6,8

0,025

3,6

46 ройств. Некоторое отличие заключается в модифицировании стали при выпуске из плавильного агрегата комплексной бикремнистой лигатуры, содержащей кальций, Р3М, алюминий, титан и никель.

Из сталей опытных составов, залитых в формы, изготавливались образцы для механи- ческих испытаний и на коррозионную стойкость в морской воде. Жидкотекучесть и тре- 35 щиноустойчивость отливок фиксируют с помощью вакуумного всасывания и кольцевой пробы.

Таким образом, предлагаемая мартенситная литейная сталь составов У 2 — 6 превосходит 40 известную сталь 10Х14НДЛ аналогичного класса по всему комплексу исследуемых свойств, которые определяют качество и долговечность отливок. Сталь составов И 7 и 8 практически неприемлема, так как по свойствам она находится на уровне известной стали. Это позволяет определить, что предлагаемая сталь и 2 — 6 имеет оптимальный химический состав и рекомендуется для промышленного применения. SO

Область использования предлагаемой сталиотливки, работающей в морской воде (гребные винты и др), как заменитель известной стали 10Х14НДЛ, а также стали марок

15Х13Л и 20Х13Л, которых она превосходит

SS по основным свойствам.

Технология получения стали не отличается от известной стали 10Х14НДЛ, не требует дополнительнь>х технических решений и устФормула изобретения

Литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь и железо, о тличающаяся тем,что,сцелью повышения комплекса литейных и механических свойств, коррозионной стойкости в морской воде, она дополнительно содержит алюминий, титан, кальций и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

0,03 — 0,1

0,2-0,4

0,3-0,6

13,5 — 15

1,2 — 1,6

1,2-1,6

0,01-0 05

0,01 — 0,08

0,005 — 0,05

Медь

Алюминий

Титан

Кальций

П р и м е ч а н и е: Термическая обработка образцов из опытных составов включает закалку при 1100 С с охлаждением на воздухе и отпуск лри 660 — 670 С с охлаждением на воздухе..908926

0,005 — 0,08

Остальное

Составитель Л. Суязова

Техред А.Ач

Редактор H. Ковалева

Корректор С. Шекмар

Заказ 764/34

Подписное

Редкоземельные металлы

Железо

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ 2176 — 77. Сталь 10Х14НДЛ.

Тираж 657

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4