Сталь

,ЯО 8 58 ЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ.М,Кирова и Синарский трубный ЛЬ, со емний, ю щ а я ышения и В,И, и В. (71) ский ский абраэи урах до содержи ан при ентов,1,4 1ав 53 56 0,30,00 669,14018,256-194 ( 1.ГОСТ 2176-77. Стал Авторское свидетельс 579, кл, С 22 С 38/1 88.8) 110 Г 13 Л,во СССР 1981, 0,5 0,0 Ос ОЛИСАНИ К АВТОРСКОМУ ВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) Стмарганец, ко т л и ч ас целью ловпри трениипри темпераполнительнованадий, тишенин компо Углерод Марганец Кремний Азот Хром Никель Ванадий Титан Железо держащая углеродазот, железо,с я тем, что,зносостойкостивном изнашивании600"С, она дот хром, никель,следующем соотномас,Ъ:0-1,657-20Изобретение относится к черной металлургии, в частности к износостойким сталям, и может быть использовано в качестве материала для оправок трубных прошивных станов, бронефутеровочных плит доменных скипов 5 и агломерационных дробилок, колосников агломашин и других литых деталей, подвергающихся износу трением и ударно-абразивному износу в условиях одновременного действия высоких температур и истирающих давлений.В настоящее время в различных отраслях промышленности для изготовления отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа, широко применяется аустенитовая высоко- марганцевая сталь 110 Г 13 Л. Если при комнатной и пониженных температурах высокая способность стали 110 Г 13 Л. к деформационному упрочнению обеспечивает ей достаточную износостой кость при действии ударных и истирающих нагрузок, то при повышенных температурах эксплуатации (400 1000 С) происходит в течение первых часов работы распад аустенита с вы-. 25 делением карбидов и образованием феррито-карбидной смеси и, как следствие, потеря износостойкости стали.Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и дос- З 0 тигаемому эффекту является сталь 23 содержащая, мас.Углерод 0,9-1,5Марганец 17-23Кремний 0,2-0,8 35Алюминий 0,01-0;2Азот 0,002-0,05Медь Оф 04 Ок 4Железо ОстальноеДанная сталь обладает повышенной 40 хладостойкостью в деформированном состоянии, однако в процессе эксплуатации в условиях высоких давлений, повышенных температур и наличии теплосмен в качестве прошивных оправок трубных станов сталь имеет низкую износостойкость, склонность к схватыванию с материалом заготовки и образованию трещин уже после прошивки одной заготовки, особенно при содержании углерода ближе к нижнему 50 пределу (0,9-1,2) .Цель изобретения - повышение износостойкости при трении и абразивном изнашивании при температурах до 600 С, 55Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, железо, дополнительно содержит хром, никель, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.:Углерод 1,4-1,65Марганец 17-20Кремний 0,3-1,0Хром 0,5-1,5Никель 0,1-0,5 65 Азот 0,002-0,1Ванадий 0,02-0,3Титан 0,01-0,15Железо ОстальноеПовышение содержания углерода в предлагаемой стали по сравнению с известной вызвано тем, что действие высоких истирающих нагрузок в сочетании с повышенными температурами обусловливает обезуглевоживание поверхностных слоев отливок, что может привести при недостаточном исходном содержании углерода к развитию Э - с превращения в процессе выдержки при высоких температурах или последующего охлаждения поверхностных слоев, обезуглероженных при отливке или термообработке. Нижний предел содержания углерода (1,40) обеспечивает .предотвращение образования мартенситной или трооститной фазы в обеэуглероженных поверхностных слоях отливок. Верхний предел содержания углерода (1,65) определяется макимально возможным содержанием его в твердом растворе (аустените) без образования значительного количества нерастворившейся при нагреве под закалку карбидной фазы, наличие которой способствует образованию трещин в процессе эксплуатации,Сужение интервала содержания марганца в предлагаемой стали вызвано необходимостью повышения концентрации углерода в стали до 1,40-1,65 и связано с трудностью растворения карбидной фазы при нагреве под закалку. Наличие в предлагаемой стали марганца в количестве свыше 20 не позволяет получить структуру аустенита без допустимого количества легированного цементита даже при повышении температуры закалки до 1150 С.Легирование предлагаемой стали хромом в количестве свыше 0,5, уменьшая диффузионную подвижность атомов углерода и марганца и увеличивая энергию связи в аустените, способствует увеличению термической и деформационной стабильности твердого раствора при нагреве до 1080 С поверхностных слоев отливок и резких теплосменах, уменьшает склонность аустенита к раэупрочнению нри высоких температурах, повышает окалиностойкость. Увеличение содержания хрома свыше 1,5 нецелесообразно, так как вызывает образование трудно- растворимых выделений легированного цементита.Введение никеля в количестве 0,05- 0,5 стабилизирует аустенит предлагаемой стали по отношению к распаду при повышенных температурах. Никель, входя в состав твердого раствора, снижает склонность к карбидообразованию и тепловому схрупчиванию. При содержании никеля в стали менее 0,11108129 Таблица 1 Содержание элементов, .мас. Составпредлагаемой С стали Мп Я 1 Сг И 1 Т 1 Ч И 1,40 17,0 0,3 0,5 0,1 0,01 0,02 0,002 Остальное 1,65 20,0 1,0 1,5 0,5 0,15 0,3 0,1 1,55 18,5 0,6 1,0 0,3 0,10,2 0,05 его влияние на стабильность аустенита и тепловое охрупчивание становится несущественным, Повышение концентрации никеля свыше 0,5 в предлагаемой стали снижает способность марганцевого аустенита к деформационно му упрочнению и, как следствие, иэносостойкости стали, а также нецелесообразно по экономическим соображениям.Совместное легирование стали титаном с ванадием в количестве 0,01- 0,15 и 0,02-0,30 соответственно уменьшает склонность к росту зерна при нагреве под закалку и в процессе трения при высоких температуРах, а также приводит к измельчению первичной структуры литой стали .эа счет выделения карбидов.(карбонитридов) титана и ванадия в процессе кристаллизации и нагрева под .закалку, атакже рабочих нагревов поверхности отливок. Наличие дисперсных карбонитридов в предлагаемой стали повышает твердость и износостойкость отливок в процессе трения и износа при повышенных температурах, затрудняет протекание динамической рекри-. сталлизации,.препятствуя разупрочнению аустенита,45Термообработка литых оправок всех сталей проводилась по режиму: выдержка в среде природного газа при температуре 1070 ОС 5 ч с последующим охлаждением в воде. Такой режим обеспечивал получение аустенитной струк турыв центре отливок и аустенитной структуры с мелкими глобулярными карбидами по границам и телу зерна аустенита у поверхности отливок у всех сталей без признаков обезуглерожи вания поверхностного слоя. Исследование иэносостойкости стали проводилось на литых оправках длиной 175 мм и диаметром 55 мм при про шивке заготовок из нержавеющей стали 12 Х 18 Н 1 ОТ на промышленном прошивном стане. После прошивки одной заготовки оценивался линейный износ оправки, уменьшение длины по отношению.к ис Содержание титана и ванадия в предлагаемой стали ниже 0,01 и 0,02 соответственно не вызывает измельчения зерна и повышения иэносостойкости стали, а увеличение концентрации титана и ванадия свыше 0,15 и 0,3 приводит к снижению ударной вязкости и трещиностойкости стали при циклических теплосменах в присутствии истирающих нагрузок,Таким образом, комплексное легирование никелем, хромом, титаном и ванадием обеспечивает высокую износостойкость предлагаемой стали при повышенных температурах в условиях резких теплосмен в сочетании с истирающими нагрузками, а также малую склонность к схватыванию при высоко- температурном трении по сравнению с известной сталью. П р и м е р ы. Предлагаемая и известная стали выплавлялись в дуговой электропечи ДЧМ 1,5 и разливались в земляные формы для оправок, В качестве шихтовых материалов использовались ферросплавы технической чистоты,Химический состав исследуемых сталей приведен в табл, 1. ходной и склонность к схватыванию при трении по величине слоя налипания металла заготовки. Наличие и глубина трещин изучалась .на микрошлифах и макротемллетах, вырезанных вблизи рабочей поверхности. Способность к упрочнению аустенита в .прд-. ,цессе высокотемпературного трения оценивалась по приросту твердости рабочей поверхности оправокОценка износостойкости при ударно-абразивном изнашивании в условиях высокихтемператур проводилась на экспериментальной лабораторной дробилке с подогревом образцов с помощью ТВЧ до температуры 600 ОС. Измерялся весовой износ образцов размером 4520 к 15 мм, вырезанных из литых оправок, после размола 10 кг гранитного щебня фракции 4-5 мм.1108129 Таблица 2 ИзнОсОстОЙкОсть Твердость, НВ Составстали Уменьшениедлины После4 циклов, Ъ Послеработы До работы ПредлагаемоЯ 400 9,3 240 15,4 1,4 445 8,5 269 22,7 1,48 285 465 45,4 6,0 1,42 380 245 11,0 Известной 1,0 Таблица 3 Трещиностойкость Склонность к схватыванию Состав стали Число циклов допоявления трещин Относительное увеличение, Ъ Предлагаемой 50 Малая 50 100 Известной Средняя ВНИИПИ, Заказ 5841/19, Тираж 603 Подписное Филиал ППП фПатентп, г. Ужгород, ул.Проектная,4 В табл. 2 йриведены данные по износо.Тойкости и упрочнению исследуемых стаВ табл. 3 приведены данные по трещиностойкости при циклических тепло- сменах и склонности к схватыванию исследуемых сталей при прошивке заготовок иэ стали 12 Х 18 Н 10 Т,Сравнительные испытания покаэалифчто предлагаемая сталь имеет болеевысокую способность к упрочнению пригорячеЯ прошивке, чем известнаясталь, а износостойкость при этомвиде работы на 15-45 более высокую,чем износостойкость известной стали.Износостойкость предлагаемой сталиВ УсловиЯх ударно-абразивного изнашивания при повышенных температурах Относитель- При ударноное увели- абразивном чение иэно- износе состойкости,% леЯ при прошивке заготовок иэ стали12 Х 18810 Т и ударно-абразивном износе. не менее, чем в 1,4 раза превышаетизносостоЯкость известной стали(табл. 2), Трещиностойкость предлагаемой стали на 50-100 выше, чемизвестной стали (табл. 3). Крометого, предлагаемая сталь обладаетпониженной склонностью к схватыванию в условиях высоких температур идавлений. Повышенная износостойкостьи трещиностойкость предлагаемой стали, ее малая склонность к схватыванию обеспечили увеличение срока службы прошивных оправок без замены в1,5-2 раза по сравнению с оправкамииз известной стали, а также болеевысокое качество.