Сплав для легирования стали

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 2 С 3 НИЯ ТЕЛЬСТВУ К ДВТОРСКО нов,ает тали, скремниит компенин,5-800-6, 00-3,00-4 0 глеродитан КремнииАзотЖелезоПовьппе 1 э э0,3-4,5ЪОстальнойжания в сплаве масочетанчи с оптиие сод5-80% ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗО(54) СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в Изобретение относится к литейном производству и может быть использов но для получения отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износ Цель изобретения - повышение пла тичности, ударной вязкости и износо стойкости стали.Поставленная цель достито сплав для легированияержащий марганец, углеродитак, азот и железо содерженты при следующем соотношас.%:Марганец. 5 литеином и сталеплавильном производстве. Цель изобретения - повышениепластичности, ударной вязкости и износостойкости стали. Сплав для легирования стали содержит марганец, углерод, титан, кремний, азот и железопри следующем соотношении компонентов, мас %: марганец 55-80; углерод3,0-6,0 титан 1,0-3,01 кремний 1,0 -4,0; азот 0,3-4,5; железо остальное.Изменение содержания марганца,углерода и титана в сплаве приводит к повышению пластических характеристик иударной вязкости обрабатываемой сталив 3-5 раз, а ее износостойкость улучшается в 1,4-1,6 раза, 2 табл. мальным соотношением других компонентов благоприятно влияет на формирование структуры и механических свойствобрабатываемой стали. Повьппение плас;тичности и ударной вязкости вызваностабилизацией аустенита за счет равномерного распределения марганца воколограничных областях, достигающегося в сочетании с предложенным интервалом концентраций азота, Повышенное содержание марганца в обрабатываемой стали само по себе не приводитк увеличению износостойкости отливок,однако при наличии мелкодисперсныхкарбидов и карбонитридов титана предложенный интервал концентрации марганца улучшает связь нитридных включений с матрицей и не допускает преждевременного выкрашивания под действием истирающих нагрузок, 1507зНаличие значительных количествмарганца в составе предлагаемогосплава при расплавлении обеспечивает создание оптимальных термодинамических условий для образования особомелкодисперсных нитридов и карбонитридов титана правильной формы, а также для удержания значительных количеств азота в растворе в виде легкодиссоциирующих нитридов марганца,чтоважно для оптимального распределенияазота в получаемой стали между нитридными Фазами и твердым раствором,обеспечивающего повьпдение пластичнос ти и износостойкости Стали.Содержание марганца в легирующемсплаве менее 55 . не дает возможностидостаточно стабилизировать аустенитполучаемой стали и в структуре появляются продукты его распада, что существенно снижает пластичность и износостойкость получаемых отливок,Увеличение содержания марганца влигатуре более .80% нецелесообразно, 25так как не приводит к повьпдению пластичности и износостойкости получаемой стали, но удорожает сплав, а высокая испаряемость марганца неблагоприятно .сказывается на процессе насы щения его азотом, усложняет технологию получения сплава оптимальногосостава,Повьппение содержания углерода всплаве до З-бнаряду с изменениемграничных пределов концентраций других компонентов приводит к повьппениюударной вязкости и износостойкостиобрабатываемой стали. Содержание углерода в лигатуре менее Зприводит 40к снижению стабильности аустенитнойструктуры, изменяет его способностьк наклепу и существенно ухудшает износостойкость под действием истирания, Кроме того, значительно повьппается температура плавления легирующего сплава, что ухудшает усваиваемость легирующих элементов сталью,затрудняет процесс насьпцения лигатуры азотом и снижает технико-экономическую целесообразность применениясплава,Повьппение содержания углерода влигатуре сверх 6,0 приводит к развитию карбидообраэования уже в процессе приготовления лигатуры,причем карбиды и карбонитриды имеютзначительные размеры и неправильнуюформу, что затрудняет их растворе 841ние и снижает эффективность воздействия как модификаторов. В процессеполучения стали в структуре появляется значительное количество околограничных карбидов, которые охрупчивают металл и резко снижают его пластичность и ударную вязкость.Дополнительное содержание углерода ухудшает усвоение азота расплавом,затрудняет получение его оптимальных количеств в лигатуре и удорожает ее производство,Пониженное содержание титана всплаве в сочетании с интерваламиконцентраций других компонентов приводит к образованию комплексного модификатора и повьпдению пластичности,ударной вязкости и износостойкостиобрабатываемой стали. Снижение содержания титана в сплаве менее 1 . ослабляет модифицирующее действие лигатуры, увеличивает размеры зерна получаемой стали, что неблагоприятно сказывается на пластичности, ударнойвязкости и износостойкости стали.Пониженное содержание в лигатуре титана затрудняет получение в ней оптимальных количеств азота,. способствует уменьшению общего количества нитридов титана, которые весьма благоприятно воздействуют на сопротивление стали истирающим воздействиям, Повышение содержания титана в легирующем сплаве более 3% приводит к значительному укрупнению нитридов и карбонитридов титана, огрублению их Формы, что обуславливает резкое снижение модифицирующего действия лигатуры и ухудшение показателей пластичности, вязкости и износостойкостиобрабатываемой стали, Одновременно существенно увеличивается стоимость получаемой лигатуры, возрастает ее температура плавления, а следовательно, снижается экономическая эффективность получения и применения предлагаемого сплава,При содержании азота в легирующем сплаве ниже 0,3 . уменьшается количество образующихся нитридных Фаз,растет зерно обрабатываемой стали и снижается сопротивляемость абразивному воздействию. Увеличение содержания азота в предлагаемой лигатуре свьпде 4 приводит к росту нитридных фаз и огрублению их Формы, а также к локальным пересьпцениям обрабатываемой ста 1507841ли азотом, что чревато образованием раковин и азотной пористости.Чрезмерное содержание азота усложняет технологию производства легирую-. щего сплава и не ведет к получению5 повьппенных показателей пластичности, вязкости и иэносостойкости обрабатываемой стали, а поэтому нецелесообразно. 10Снижение содержания кремния в легирующем сплаве ниже 1,0% приводит к плохому раскислению обрабатываемой стали и образованию соответствующих дефектов в отливках, 15Кроме того, при пониженном содержании кремния в большом количестве возможно образование оксидов марганца, которые при содержании в обрабатываемой стали свьппе 0,02% сущест О венно снижают пластичность и особенно ударную вязкость.Повышение. содержания кремниясверх 4% способствует умен.,шению растворимости углерода и интенсивному 25карбидообразованию с появлением грубых карбидных оторочек по границамзерна, которые глохо растворяютсяпри последующей термообработке.Значительные содержания кремния снижают З 0растворимость азота в легирующемсплаве и ие позволяют в полной меререализовать его положительное воздей-.ствие на структуру и свойства обрабатываемой стали.П р и м е р ы, Сплавы предложенного и исходного состава получалисплавлением компонентов в плаэменноиндукционной печи. В качестве шихтыиспольэовали ферромарганец ФМи 4 ОФМ,5 (ГОСТ 4755-70), ферротитанТи 1, Ти 2 (ГОСТ 4761-67) и газообразный азот (ГОСТ 9293-74).Составы известного и предложенного сплавов приведены в табл,1,45Для получения лигатуры Р 4.(табл,1) в плазменно-индукционнойпечи расплавляли 42 кг ферромарганца ФМи 25 кг ФМ,5 идобавляли в расплав 3,3503,7 кг дробленого ферротитана,Сразу после, добавления в расплав ферротитана провод:ши насьпцение азотомс помощью газоплазменного потока,генерируемого плазмотроном прямого действияОстальные составы лигатур, приводи,мые в табл,1, получали аналогичнымспособом,Известный и предлагаемый сплавы,составы которых приведены в табл.1,использовали при производстве аусте-нитной высокомарганцевистой стали(ТУ 48-22-98-83)о В электропечиполучали углеродистую сталь состава,постоянного для всех примеров,мас.Е:углерод 0,36-0,44, марганец 2,6-3,5;кремний 0,20-0,23, сера до 0,02 ифосфор до 0,02. В разливочный ковшвводили соответствующие сплавы вжидком виде в соотношении 1:8 к объему расплава углеродистой стали. После 4-5-минутной выдержки сталь разлив али.Сталь перед испытаниями подвергалитермической ооработке закалкой с температуры 1150 С в воду,Определяли: предел текучести,предел прочности, относительное удлинение, относительное сужение и ударнуювязкость, При взятии проб и определении механических свойств обработаннойстали использовали стандартные методы,Для моделирования условий ударноабразивного износа испытания образцовстали, обработанной лигатурой известного и предлагаемого составов,проводили в шаровой мельнице. Оценка износостойкости стали характеризоваласьвеличиной отно".ительного износа. Заэталон был принят образец стали,обработанный лигатурой известного состава (по прототипу).Свойства стали, обработанной известным и предлагаемым сплавами, приведены в табл.2.Соответствующее изменение содержания марганца углерода, титана, азота и кремния обеспечило значительное повьппение пласти"еских характеристик обрабатываемой стали. Относительное удлинение увеличилось в 3,3-4,6 раза, относительное сужение в 3,3-3,7 раза, Пластические характеристики повышаются вследствие снижения концентрации напряжений перед границами зерен в связи с уменьшением размера аустенитного зерна и лучшей проницаемостью границ, Ударная вязкость повысилась в 4,8-5,5 раза, что вызвано более мелким зерном и более чистыми границами.Износостойкость образцов,изготовленных из стали, обработанной предложенным составом, увеличилась в 1,41507841 1,6 раэ, что вызвано сочетанием следующих факторов; уменьшением размеров аустенитного зерна, снижением загрязненности карбидами и непосредствен 5 ным упрочнением металла мелкодисперсными нитридами титана, равномерно расположенными по зерну. Таким образом, представленные в табл.2 данные показывают, что использование предлагаемой лигатуры обеспечивает по сравнению с известным составом увеличение пластичности, ударной вязкости и иэносостойкости обра ботанной стали. состав, мас,%Химический1 В Сплавп/и Мп С Я Известный 5,0 0,8 Остальное 15 1,2 13 4,5 0,3 2,4 0,2 5 80 3 3 1 55 б 1 4 67 4,5 2 2,5 49 7 0,8 4,5 88 2 Зь 5 Оь 5 То же 2 3 .4 5 6 и иТаблица.2 Механические свойства стали Относительный износстали,% Сплав для легирования стали Ьь, г,% 1 % КСЧ,МПа МПакраж/м Известный Предлагаемый вариант 12345 1100 650 8 9 610 1,00 0,69 0,76 0,64 0,93 0,91 900 650 880 640 950 680 890 630 810 560 27 30 30 32 33 34 11 13 13 14 3100 2900 3300 1800 890 Составитель А.БармыковТехред И,Верес Корректор В.Гирняк Редактор Н.Горват Заказ 5522(32 Тираж 576 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035 ь Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 составПредлагаемые составы, вариант12345 Формула и э о б р е т е н и яСплав для легирования стали,содержащий марганец, углерод, кремний,титан, азот и железо,.о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повыше ния пластичности, ударной вязкости и износостойкости стали, он содержит ,компоненты при следующем соотношении, мас.%:Марганец 55-80Углерод 3,0-6,0Кремний 1,0-4,0Титан 1,0-3,0Азот 0,3-4,5Железо ОстальноеТ а б л и ц а 1