Сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 39) (1) 721 И 5 А 2 С 38/3 ИЯ ИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР металлургиче, Магнитогоринат им, В,И,Долгополова;М. Добровольутуева и В Д ССС 984 0,2 - 0 Остал обладает недо остойкостью. аль (авт. св.38/38),которая следующем соот Медь Железо Данная стал азивной изно Известна с 7437, кл. С 22 поненты при ноестаточнойСССРсодержитношении, ъ 133 ком. ,УглеродКремнийМарганецТитанВанадийХромАлюминийАзотРЗМ Железо,Сталь не областойкостью. трещикотекучестью, т. к,алюминий и РЗМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР(71) Магнитогорский горноский институт им, Г.И, Носоваский металлургический комбЛенина(56) Авторское свидетельствоМ 1081233, кл. С 22 С 38/38,Изобретение относится к черной металлургии, э именно к разработке составов износостойких литых сталей, используемых для изготовления отливок, работающих в условиях абразивного износа со средними ударными нагрузками, например литые детали горно-обогатительного оборудования.Известна сталь (авт. св. СССР М 1305194, кл, С 22 С 38/58), которая с целью повышения износостойкости дополнительно содержит никель, титан, кальций при следующем соотношении компонентов, мас.фД:Углерод 0,8 - 1,18 Кремний 0,3 - 0,8Марганец 6,5-8,8Молибден 0,05-0,2 Титан 0,01-0,1Ванадий 0,05-0,15 Кальций 0,001-0,01Хром 2,5-4,0 Никель 0,2-1,0(57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к износостойкой литой стали, используемой для изготовления отливок, работающих в условиях абразивного износа со средними ударными нагрузками (например, литые детали горно-обогатительного оборудования). Цель изобретения - повышение износостойкости и твердости стали, Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,82 - 1,1; кремний 0,2-0,5; марганец 6,5 - 10,0; хром 2,0-4,5; ванадий 0,03-0,1; титан 0,02-0,18; кальций 0,006 - 0,05; азот 0,01-0,04; железо - остальное, 1 табл. 0,5-1,0 0,3-0,8 4,5 - 10,0 0,05-0,15 0,05 - 0,3 1,0-5,0 0,1 - 1,0 0,05-0,1 0,002-.0;01 Остальное дает достаточной износо ноустойчивостью и жид содержит в своем составе Первый образует остро50 угольные включения корунда и шпинелей, второй загрязняет сплав неметаллическими включениями с высокой плотностью, почти не удаляющимися из расплава.Наиболее близким к предлагаемой ста ли по технической сущности и достигаемому результату является сталь (1), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас. 7 ь.Углерод 0,7 - 1,5 10 Кремний 0,3-1,0 Марганец 5 - 15Хром 0,3-2,0Титан 0,03-0,15 Ванадий 0,01-0,15 15 Алюминий 0,005-0,05 Азот 0,005 - 0,02 Кальций 0,005 - 0,02 Железо Остальное Сталь обладает недостаточно высокой 20 .износостойкостью, Содержит в своем составе алюминий, образующий в расправе высокоглиноземистые включения остроугольной Формы, которые делают сталь более чувствительной к образованию трещин. Кроме 25 того, высокомарганцевые аустенитные стали склонны к повышенному насыщению азотом в ходе выплавки и при столь высоком содержании алюминия неизбежно образование его нитридов, Нитриды алюминия вы деляются по границам зерен в виде как отдельных включений, так и плен, что будет характерным для этой стали, Это существенно снижает свойства стали и ее износостойкость, Кроме этого, высокое 35 содержание марганца и недостаточное хрома также снижает, износостойкость и твердость из-за формирования в структуре стабилизированного аустенита. В этой стали при ударных нагрузках метастабильный 40 аустенит не образуется.Целью изобретения является повышение износостойкости и твердости стали.Поставленная цель достигается тем, что известная сталь, содержащая углерод, 45 кремний, марганец, хром, титан, ванадий, . кальцйй, азот, железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.;Углерод 0,82-1;1Кремний 0,2-0,5Марганец 6,5-10,0Хром 2,0-4 5Ванадий 0.03-0,1Титан . 0,02-0,18Кальций . 0,006-0,05 55 Азот, - 0,01-0,04ЖелезоОстальноеУглерод является одним из главных упрочнителей стали, резко повышающим износостойкость за счет влияния на количество остаточного аустенита и образования карбидов легирующих элементов и легирования твердого раствора, Содержание углерода менее 0,820 не обеспечивает необходимых износостойких свойств, а более 1,1 приводит к повышенному содержанию карбидной фазы, что также снижает свойства. Кремний. - необходимая технологическая добавка, при выплавке стали обеспечивающая необходимые пластические свойства металла. Кроме того, кремний способствует более .полному усвоению хрома, ванадия и титана, увеличению прокаливаемости, способствует смягчению матрицы.Содержание кремния менее 0,20 Д не обеспечивает нужного раскисления стали, вследствие чего металл становится хрупким, Увеличение содержания кремния более 0,5;6 снижает прокаливаемость и износостойкость. Марганец (6.5-10,0%) способствует увеличению прокаливаемости, позволяет получать аустенитную структуру необходимой стабильности, способствует снижению вредного влияния серы. Снижение содержания марганца ниже 6,5)ь приводит к обоазованию мартен- ситной структуры, что снижает прочность и износостойкость при ударе. Увеличение содержания марганца выше 10,000 приводит к уменьшению прочности и абразивной износостойкости вследствие формирования в структуре стабилизированного аустенита,Легирование хромом (2,0 - 4,50) способствует стабилизации аустенита, используется для обеспечения механических свойств требуемой прокаливаемости и высокой износостойкости благодаря образованию специальных карбидов типа СгтСз. Содержание хрома менее 20, не обеспечивает необходимых свойств, а более 4,500 приводит к чрезмерному увеличению количества карбидной фазы с карбидами типа Сг 2 зСб, что снижает износостойкость, Кроме того, ухудшается закаливаемость стали и хром может служить концентратором напряжений и обуславливать возникновение усталостных трещин. Введение в состав ванадия (0,03-0,1), титана (0,02 - 0,18) и азота (0,01 - 0,04) позволяет эфФективно управлять процессами первичной и вторичной кристаллизации стали за счет протекания процессов нитридо- и карбонитридообразования. Эти элементы также способствуют измельчению литой структуры,Ванадий уменьшает ликвацию марганца, увеличивает прокаливаемость, устраняет хрупкость. Содержание ванадия менее 0,03 не оказывает существенного влияния на свойства стали. При содержании ванадия более 0,10 он может служить концентратором напряжений и обуславли вать возникно51015 20 30 35 40 50 вение усталостных трещин. Титан с азотом образует мелкие твердые и тугоплавкие включения нитридов титана, которые способствуют измельчению образующихся в процессе кристаллизации сульфидов и оксидов и играют роль центров кристаллизации, способствующих измельчению структуры, При концентрациях титана меньше 0,02 и больше 0,18 не удается получить стабильности требуемых свойств, т. к. в первом случае весь титан расходуется на раскисление и не принимает участия в модифицировании, а во втором происходит загрязнение сплава крупными карбонитридами и сульфидами титана. При содержании азота менее 0,010, стабильности свойств не наблюдается, а при увеличении содержания азота более 0,04металл охрупчивается и вероятйо появление азотистой пористости, Кальций (0,006 - 0,05 О) является активным раскислителем, модификатором и глобуляоиэатором включений, очищает границы зерен, измельчает структуру, способствует сфероидиэации графита,равномерному. распределению карбидов и иэмельчению их, снижает количествоостроугольных сульфидов и оксидов и придает им округлую форму, что увеличивает трещиноустойчивость и износостойкость стали. Содержание кальция менее 0,006 слабо влияет на структуру стали, при концентрации более 0,05 образуются крупные оксиды и оксисульфиды, загрязняющие сплав. Кроме этого, совместное применение кальция и азота позволяет повысить эффективность действия каждого элемента, способствует реализации двойного механизма измельчения грубой литой структуры, Кальций, являясь повеохностно-активным" элементом, затрудняет рост кристаллитов, а азот, участвуя в процессах нитридообраэования титана, способствует образованию дополнительных центров кристаллизации. Такой Двойной механизм модифицирования не только измельчает зерно, но и другие структурные составляющие (карбиды, неметаллические включения), Они выделяются в более благоприятных форме и размерах и, как правило, расположены внутри зерна. Кроме этого, сплав не содержит алюминия. Стали данного класса склонны к повышенному насыщению азотом в ходе выплавки, При вводе алюминия как компонента сплава неизбежно образование его нитридов,которые выделяются по границам зерен в виде отдельных включений и плен, что веде к охрупчиванию стали.Предлагаемая сталь хорошо сопротивляется ударно-абразивному изнашиванию, т. к. в этой метастабильной аустенитной стали реализуется двойной механизм упрочнения при деформации - образование мартенсита деформации плюс изменение сточктчоы ачстенита.П р и м е р.В индукционной тигельной печи с основной футеровкой емкостью 60 кг выплавляли опытные составы предлагаемой и известной сталей и по общепринятой технолоГии, Азот вводили в сталь в виде аэотированного феррохрома совместно с ферротитаном ФТии феррованадием перед выпуском металла в ковш. Силикокальций СКвводили во время выпуска металла в ковш. Из опытных составов сталей заливали трефовидные пробы по ГОСТ 7769-82, Пробы подвергали термообработке по режиму: нормализация при 1050 С 5 ч, охлаждение на воздухе, Из проб вырезали образцы для определения структуры и механических свойств,В таблице приведены свойства предлагаемой износостойкой стали и известной стали. Износостойкость определяли по ГОСТ 23.208-79. За эталон принималась ст.45.Структура представляет собой метастабильный аустенит + сфероидизированные карбиды типа Сг 7 Сэ, РезС. Карбиды располагаются равномерно по телу зерна аустенита, имеют небольшие размеры, скоплений не образуют. Как видно иэ таблицы, предлагаемая износостойкая сталь превосходит известную по износостойкости и твердости.Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, кальций, азот, железо, отличающаяся тем,что, с целью повышения износостойкости и твердости, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас,;Углерод 0,82 - 1,1Кремний 0,2-0,5Марганец 6,5-10,0Хром 2,0 - 4,5Ванадий . 0,03-0,1Титан 0.02-0,18Кальций 0,006-0,05Азот 0,01-0,04Железо Остальное.,Гагарина, 101 каэ 930 Тираж Подлисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5