Литая аустенитная сталь

(Я) 5 С 22 С 38 38 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ аив.,еК ПАТЕНТУМиОтеуу(54) ЛИТАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ(57) Литая аустенитная сталь содержит, мас%: углерод - 0,03 - 0,10; марганец - 15 - 30; азот - 0,05 - 0,40; хром - 5 - 15; ванадий - 0,1 - 1,5; церий - 0005 - 0,05, кальций - 0,001 - 001; железо - остальное. Предложенная сталь обладает хорошей обрабатываемостью резанием, жидкотекучестью и вязкостью при криогенных темлературак 1 табл. ЬЭ О М МСталь. предложенного состава выплавляют в открытой индукционной печи известным способом,Исследование стали проводят в литом 55состоянии после аустенитизации от 1050 С,выдержки в течение 1 ч и охлаждения в воде.Указанное содержание углерода (0,030,10 мас.%) обеспечивает высокие вязкие ипластические свойства стали. Количество углерода менее 0,03 мас,% требует специальИзобретение относится к легированным сталям, а именно к литой аустенитнойстали, применяемой для работы при криогенных температурах.Известна сталь хромоникельмарганцевой системы легирования, предназначенная для работы при криогенныхтемпературах. Эта сталь содержит до 4мас. дефицитного никеля, обладает высоким, до 450 МПа, пределом текучести прикомнатной температуре и пластичностью до60. однако имеет низкую вязкость притемпературе -196 С и обладает неудовлетворительнойй обрабатываемостью резаниИзвестна литая аустенитная сгдль, содержащая. мдс.%: углерод - более 0,10;марганец 26 - 30; азот более 0,05; хром менее 1,0; дднадий 0.1; железо остальное,Высокое содержание марганца (26-30мас, ) в этой стали является причинойочень плохой обрабатываемости ее резанием, что требует увеличения расхода режущего инструмента.В основу изобретения положена задачасоздать такую литую аустенитную сталь. которая зд счет введения в ее состав дополнительных элементов, позволяет улучшитьобрдбатываемость ее резанием,Для этого литая аустенитная сталь, содержащая углерод, марганец, азот, хром,ванадий, железо, которая, согласно изобретению дополнительно содержит также церий и кальций при следующем соотношенииуказанных компонентов, мас, ; углерод0 03-0,10; марганец 15 - 30; азот 0,05-0,40;хром 5-15; ванадий 0,1-1,5; церий 0,0050,05; кальций 0.001-0,01; железо остальное,Введение микродобавок церия икальция в состав литой аустенитной стали озволяет улучшить обрабатываемость стали резанием, Таким образомувеличивая стойкость режущего инструмента примерно в 2,5 раза по сравнениюс прототипом,Способ получения предлагаемой литойаустенитной стали осуществляется следующим образом. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ных методов выплавки стали, а также применения при ее производстве исходных шихтовых материалов высокой частоты, что значительно удорожает сталь, Содержание углерода более 0,1 мас.% снижает ударную вязкость литой аустенитной стали, а также коррозионную стойкость, особенно сопротивление межкристаллитной коррозии.Содержание марганца менее 15 мас, приводит к появлению в структуре стали второй фазы - феррита, что резко снижает пластические и вязкие свойства, особенно при криогенных температурах. Легирование стали марганцем в количестве более 30 мас,неэкономично и, кроме того, сильно ухудшает обрабатываемость стали резанием и давлением.Содержание хрома ниже 5 мас,заметно снижает сопротивляемость стали атмосферной коррозии, а выше 15 мас. приводит к появлению в структуре стали наряду с аустенитом феррита, что значительно снижает вязкость и пластичность литой дустенитной стали при криогенных температурах,Ванадий является элементом, который вводят в сталь для измельчения микроструктуры, Содержание его в указанных количествах(0,1-1,5 мдс.%) повышает и прочность, и плдстичность стали. Легирование стали ванадием в меньших количествах неэффективно, а в больших неэкономично и. кроме того, оказывает охрупчивающее воздействие,Азот - элемент, способствующий снижению температуры ликвидуса и повышению жидкотекучести, Введение его менее 0,05 мас.неэффективно. Добавление азота более 0.4 мас,приводит к повышению пористости отливок, пленкообразованию и заметному снижению пластических и вязких свойств стали, Кроме того, такая сталь требует применения специальных способов выплавки под давлением, что значительно удорожает сталь,При введении в сталь 0,005 - 0,05 мас. церия и 0,01-0,01 мас, кальция, улучшение обрабатываемости стали резанием происходит за счет активного участия в зоне резания образующихся сложных глобулярных неметаллических включений с кальцием, церием, марганцем.Легирование стали церием и кальцием в количествах, меньших 0,005 и 0,001 мас. 6 соответственно, неэффективно. Введение церия и кальция более 0,05 и 0,01 мас. соответственно снижает качество обрабатываемой поверхности детали из предлага 2001155емой стали и, кроме того, может привести к заметному охрупчиванию стали при криогенных температурах.4Укаэанные неметаллические включения оказывают влияние на процессы деформации и разрушения металла, как инициаторы мозаичных (безнагрузочных) напряжений, то есть играют роль внутреннего надреза. В зонах расположения неметаллических включений возникают дефектные участки (сгустки вакансий, колонии дислокаций), взаимодействующие с потоком дислокаций, образующимся в процессе разрушения стали.Неметаллические включения, окружен 15 ные полем мозаичных напряжений и дефектных участков, являются как бы внутренними надрезами, вызывающими образование трещин и облегчающими про цесс резания.Повышение стойкости режущего инструмента происходит также и эа счет защитно-смаэывающего эффекта. Сущность смазывающего действия неметаллических 25 включений с церием, кальцием и марганцем состоит в том, что под действием высоких температур, возникающих в зоне резания, укаэанные неметаллические включения разрушаются и переходят в плазменную среду, 30 состоящую из частиц атомов и радикалов, вступающих во взаимодействие с контактными участками резца, на которых образуется твердая смаэывающая пленка.Этот процесс оказывает благоприятное 35 влияние на стойкость режущего инструмента, так как снижается коэффициент трения, а следовательно, и температура в зоне резания, что в итоге улучшает процесс резания.П р и м е р 1, В открытой индукционной печи емкостью 150 кг выплавляют аустенитную сталь следующего состава, мас,: С 003; Мп; Сг; Ч.1; Н,05: Се; Са - 0,001; Ре - остальное.Из полученной стали изготавливают цилиндрические литые заготовки диэметром 100 мм и высотой 500 мм. Для контроля делают такие же заготовки из известной стали, 50Заготовки из предлагаемой и известной стали испытывают на обрабатываемость реэанием на универсальном токарном станке при следующих режимах резания: скорость 80 м/мин, шаг резания 2 мм, шаг вращения 0,2 мм/обчастота вращения 400 мин.В качестве режущего инструмента используют твердый сплав ВК 8 по ГОСТ 3882- 74 при следующей геометрии режущих элементов: передний угол резца - 10; главный задний угол резца - 10 О; главный угол в плане - 45 О; радиус при вершине резца - 0,5 мм,За критерий обрабатываемости принимают износ режущего инструмента нэ задней поверхности резца, характеризуемый . периодом стой кости (т, ми н).Электроразрядным спектральным микроанализом исследуют состав поверхности резца после обработки им укаэанной стали, Режущую поверхность резца обрабатывают плавиковой кислотой. Отбор проб для анализа проводят по поверхности режущей кромки резца,Нэ спектрограмме, полученной при анализе поверхности резца были обнаружены аналитические линии церия и кальция, Это свидетельствует об изменении состава включений, э также защитного слоя на поверхности резца, что повышает стойкость режущего инструмента,Результат испытаний представлен в таблице.П р и м е р ы 2 - 5. Сталь получают и испытывают аналогично примеру 1.Содержание компонентов в стали и результаты испытаний представлены в таблице,Результаты исследований показали, что стойкость резцов при обработке резанием сталей с добавками церия и кальция заметно выше, процесс резания при точении предлагаемой стали более устойчивый, стружкообразование заметно лучше. Для всех сталей, за исключением стали по примеру 5, индекс шероховатости находится примерно на одном уровне и составляет 3,2 мкм.(56) Выложенная заявка Японии М 60 -63317, кл. С 27 С 38/24, 1985.2001155 0,03 - 0,10 10 Составитель Ю,СолнцевТехред М. Моргентал Корректор А.Мотыль Редактор А.КупряковаЗаказ 3114 Тираж Подписное НПО " Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ф ор мул а изобретения литдя дусте нитндя стдль, содержащая углерод. марганец, азот, хром, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.:Углерод МарганецАзотХромВанадийЦерийКальцийЖелезо 15- 30 0,05 - 0.405- 150,1-1,5 0,005 - 0,05 0.001 - 0,01 Остальное