Литая сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Я САНИЕ ИЗОБРЕТ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ(57) Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к литейной износостойкой стали, предназначенной для изготовления деталей, работающих в условиях высоких удельных нагрузок и ударноабразивно-коррозионного износа. Цель изобретения - повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостой кости стал и, Сталь дополнительно содержит алюминий, ниобий, тантал при следующем соотношении компонентов, мас,0; углерод 0,90-1,50; марганец 10-15; кремний 0,3-1,0; медь 0,1-3,0; титан 0,005-0,15; церий 0,005-0,10; алюминий 0,005-0,03; ниобий 0,01-0,30, тантал 0,0001-0,01, железо остальное,Сера Не более 0,05 Фосфор Не более 0,12 Железо Остальное Известная сталь используется для изготовления литых деталей горнодобывающего и перерабатывающего оборудования, эксплуатирующегося в сложных условиях высоких удельных нагрузок и ударно-абразивно-коррозионного износа. Уровень ее эксплуатационных характеристик (склонность к упрочнению и ударно-абразивнокоррозионная износостойкость) н удовлетворяет возросшим требованиям надежности и долговечности отливок,е к-1,00олее 1,0олее 1,0 Наиболее ности к предл нию является применяемая абразивно-кор ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я,Чубаря(56) Авторское свидетельство СССРМ 416412, кл, С 22 С 38/16, 1974,Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству литейных сплавов, предназначенных для изготовления деталей, работающих в условиях высоких удельных нагрузок и ударно-абразивно-корроэионного износа, в частности для изготовления бил мельниц, молотков дробилок, зубьев ковшей экскаваторов, конусов и щек дробилок, футеровок и разгрузочных решеток мельниц шарового и бесшарового помола и других деталей горнодобывающего и перерабатывающего оборудования.Известна сталь следующего химического состава, мас,%Углерод 0,90Марганец 11,5Кремний 0,30Хром НебНикель Неб 1735427С 38/16 близкой по технической сущгаемому техническому решелитая износостойкая сталь, ля работы в условиях ударнорозионного износа и содер 1735427жащая компоненты при следующем соотношении, мас, :Углерод 0,9-1,5Марганец 10-15Кремний 0,3-0,64 5Медь 0,5-3,0Титан 0,005-0,10Церий 0,005-0,03Железо ОстальноеНедостатком известной стали является 10невысокий уровень износостойкости в условиях ударно-абразивно-коррозионного износа и недостаточная склонность купрочнению в условиях высоких удельныхнагрузок. 15Низкая ударно-абразивно-коррозионная износостойкость объясняется тем, что визвестной стали недостаточное количествокарбидо- и нитридообразующих элементов,определяющих уровень абразивной износостойкости, Присутствующий в стали церий,обладая высоким сродством к кислороду,расходуется в основном на раскислениерасплава, а не на модифицирование (изменение формы) неметаллических включений, 25карбидов, нитридов и карбонитридов, образующихся в стали, Выделяющиеся в сталикарбиды, нитриды и карбонитриды - крупные, остроугольной формы, являются концентраторами напряжений, что приводит к 30охрупчиванию стали и сколам при ударно-абразивном изнашивании. Вокруг остроугольных включений высокие микронапряжения,приводящие в условиях коррозионной средык растравливанию этих участков и интенсификации ударно-абразивно-коррозионного износа, Кроме того, при воздействиистатических и динамических нагрузок величина упрочнения известной стали недостаточнаиз-за недостаточного количества дисперсных 40карбидных и нитридных включений, эффективно блокирующих плоскости скольжения испособствующих уп рочнению,Целью изобретения является повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостойкостистали, что позволит повысить надежность идолговечность литых деталей, работающихв условиях ударно-абразивно-коррозионного износа и высоких удельных нагрузок, 50Поставленная цель достигается тем, чтов сталь дополнительно введены алюминий,ниобий, тантал и компоненты взяты в следующем соотношении, мас,:Углерод 0,9-1,5 55Марганец 10-15Кремний 0,3-1.0Медь 0,1-3,0Титан 0,005-0,15Церий 0,005-0,10 Алюминий 0,005-0,03 Ниобий 0,01-0,30 Тантал 0,0001-0,01 Железо Остальное Положительное влияние ниобия и тантала на повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостойкости проявляется при их содержании 0,01-0,30 и 0,0001-0,01 мас,соответственно. При этом образуется значительное количество мелкодисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия и тантала, равномерно расположенных в матрице, блокирующих плоскости скольжения и увеличивающих склонность к упрочнению. Ниобий и тантал в указанных пределах, образуя мелкодисперсные карбиды, нитриды и карбонитриды, имеющие высокую прочность и твердость, выделяющиеся в начальные моменты кристаллизации и служащие ее центрами, измельчают металлическую матрицу и способствуют повышению ударно-абразивно-коррозионной износостойкости.Тантал оказывает заметное влияние на повышение склонности к упрочнению предлагаемой стали при его содержании 0,0001- 0,01 мас.в результате эффективного торможения плоскостей скольжения более мелкодисперсными, чем у ниобия, "облачными" выделениями карбидов, нитридов и карбонитридов тантала, В указанных пределах тантал также способствует образованию вторичных мелкодисперсных карбидов, выделяющихся в плоскостях скольжения и тормозящих их, тем самым способствуя упрочнению,При содержании ниобия и тантала свыше 0,30-0,01 мас,соответственно происходит коагуляция карбидов и карбонитридов, крупноблочные их формирования выделяются по границам зерен и охрупчивают сталь при износе с высокими динамическими нагрузками, Абразивно-коррозионный износ этих участков также усиливается, Крупноблочные выделения карбонитридной фазы по границам зерен не являются эффективными барьерами торможения линий скольжения, в результате чего склонность к наклепу уменьшается.При концентрации ниобия и тантала менее 0,01 и 0,0001 мас,соответственно их недостаточно для повышения эксплуатационных характеристик отливок из предлагаемой стали,Положительное влияние алюминия на эксплуатационные свойства проявляется при его содержании 0,005-0,03 мас. , При содержании алюминия менее 0,005 мас.сталь практически не раскислена и церий,обладающий высоким сродством к кислороду, в основном расходуется на раскисление стали, а не на модифицирование карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия и тантала и создание вокруг них пластичных оксисульфоцериевых оболочек, Очищения и утоньшения границ зерен также не происходит, В результате названных причин ударно-абразивно-коррозионная износостойкость снижается. При содержании алюминия более 0,03 мас,происходит повторное окисление стали при разливке, приводящее к загрязнению границ зерен оксидами и снижающее ударно-абразивнокоррозионную износостойкость.Содержание кремния в предлагаемой стали целесообразно увеличить до 1,0 мас.ф, при этом твердость металлической матрицы возрастает, что сказывается на сопротивлении абразивному изнашиванию, При содержании кремния выше 1,0 мас,возрастают микронапряжения в металлической матрице, приводящие к ухудшению показателей пластичности и сколам при ударных нагрузках.Положительное влияние меди на повышение склонности к наклепу и абразивно-коррозион н ый износостойкости проявляется при ее содержании 0,1-3,0 мас. в результате стабилизации аустенитной матрицы (у-твердого раствора),Оптимальное содержание титана в стали 0,005-0,15 мас,. При содержании титанаа вы ше 0,15 мас, и роисходит загрязнение границ зерен избыточными нитридами, карбидами и карбонитридами титана, что способствует снижению абразивно-коррозион ной износостойкости стали, Снижение склонности к наклепу происходит из-за того, что мелкодисперсные включения титана, равномерно располагающиеся в матрице и тормозящие движение дислокаций, выделяясь по границам зерен, не являются эффективными барьерами для движения дислокаций,Таким образом, высокие склонность к наклепу и ударно-абразивно-коррозионная износостойкость отливок из предлагаемой стали обеспечиваются в результате дополнительного ввода алюминия, ниобия и тантала.в сочетании с углеродом, марганцем, кремнием, медью, церием, титаном и железом в указанных пределах.Предлагаемую и известную стали выплавляли в 60 кг индукционной печи с основной футеровкой, Проведено пять плавок предлагаемой стали и одна плавка стали- прототипа, От каждой плавки отбирали литые образцы для испытаний на ударную вязкость, из которых изготавливали образцы для испытаний на определение склонностик наклепу и ударно-абразивно-коррозион 5 ный износ размером 10 х 10 х 25 мм,Испытания на ударно-абразивно-коррозионный износ проводили в полупромышленной шаровой мельнице 680 х 700 мм прискорости вращения 34 об/мин с загрузкой в10 качестве абразива 70 кг нефелиновой руды,14 шаров 100 мм и водного раствора карбонатов натрия и калия с рН 12. Соотношение абразива и щелочного раствора 2;1,Длительность испытаний 100 ч,15 Осадку образцов 10 х 10 х 25 мм проводили на прессе модели ДБ 2432 А с номинальным усилием 1,6 МН при постоянном усилии0,6 МН, последовательно задавая степеньдеформации 10, 20, 30 и 40 на грани 10 х 2520 мм, Микротвердость после каждой осадкиопределяли на приборе ПМТ. Исходнуютвердость измеряли на шлифах, наклепанный слой которых после механической шлифовки был убран электрополировкой.25 В таблице приведен химический состав,результаты испытаний по наклепу и ударно абразивно-коррозионной износостойкостипредлагаемого и известного сплавов.Как видно из таблицы, уровень микро 30 твердости после деформации и ударно-абразивно-коррозионная износостойкостьпредлагаемой стали выше, чем у известной.При испытаниях предлагаемого сплава созначениями входящих в его состав ингре 35 диентов ниже нижнего и выше верхнегоуказанных пределов ударно-абразивнокоррозионная износостойкость и твердостьпосле деформации ниже, чем у известнойстали,40 Формула изобретенияЛитая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, медь, титан, церий, железо,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения склонности к упрочнению и45 ударно-абразивно-коррозионной износостойкости, она дополнительно содержиталюминий, ниобий и тантал при следующемсоотношении компонентов, мас, ;Углерод 0,90-1,5050 Марганец 10-15Кремний 0,3-1,0Медь 0,1-3,0Титан 0,005-0,15Церий 0,005-0,1055 Алюминий 0,005-0,03Ниобий 0,01-0,30Тантал 0,0001-0,01Железо Остальноеираж Подписноего комитета по изобретениям и открытиям и5, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 П роиэводственно-издательский комбинат "Пате " , Ут атент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 9,0 10,0 12,5 15,0 16,0 1755 2400 1780 2565 1780 2600 1795 2590 1820 2470 0,200,300,651,0 3601 4165 4500 3805 4399 4809 3901 4485 5075 3921 4296 4885 3585 4185 4602 0,001 0,005 0,077 0,150 0,155 095 1,13 1,31 1,18 0,97 0,003 0,005 0,052 0,10 0,12 0,003 0,00 0,005 0,01 0,016 0,16 0,030 0,30 0032 0,32 0,0000 0,0001 0,0055 0,010 О,ОИ Остальное