Сталь

(19) (11) отличаю с целью повыш температурной измельчения и что,нясоко е предей, она ния неметаллпол нит ел ьн ниоьс бии при следунентов, мас.УглеродМарганецКремнийАзот омпо 7 ССР9.ССР9 Ванадий Кальций Цирконий Церий Титан Ниобий Железо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Уральский научно-исследоваткий институт черных металлов(56 ) 1. Сталь 20 Г 1 ФЛ по ГОСТ у 9- 7512. Авторское свидетельство СУ 648640, кл, С 22 С 38/18, 1973. Авторское свидетельство СУ 662613, кл. С 22 С 38/14, 197(54) (57) СТАЛЬ, содержащая углер мар ганец, кремний, азот, ванадий, кальций, цирконий, церий и железо(51) С 22 С 38/14 щая ся тем,ения прочности иизносостойкостиравномерного расических включенисодержит титан иющем соотношении0,14-0,270,50-1,300,20-0,700,01-0,030,02-0,150,002-0,060,005-0,050,008-0,080,01-0, О0;002-0,15Остальное1135792 35 Сос- Предел сот ав держания МЬ И. е элементо Все на нем пр хе 0,2 0 0 70 0,03 0,15 0,0,1 О 0,15 5 О,2 Все н 0,50 0,20 0,01 0,02 0,002 Ор 005 0,008 0,01 0,002 нем пред Титан и бий на внем пред о е Ор 23 Ор 70 Ор 35 Ор 02 Ор 07 Ор 010 Ор 04 0,10 0,15 . -Изобретение относится к чернойметаллургии и машиностроению и1может быть использовано в качествематериала для магистральных трубразличного диаметра, а также отливок металлургического оборудования,работающих в условиях износа привысоких температурах,Известна кснстауккнаннан сталь Яследующего химического состава,мас%:Углерод 0,14-0,25Марганец 0,90-1,40Кремний 0,20-0,50Ванадий 0,06-0,15Хром Не более 0,30Никель Не более 0,30Медь Не более 0,30Титан До 0,05Железо ОстальноеДанная сталь широко используетсяв машиностроении и черной металлургии, однако уровень ее свойств: механических, технологических и зксплуатационныхр может быть существенно по.повышен дополнительным легированиеми модифицированием,Известна также сталь 12 следующего химического состава, мас.%:Углерод 0,05-0,22Марганец 1,0-2,0Кремний 0,15-0,80Титан 0,01-0,10Азот 001-0,03Ванадий 0,002-0, 15Ниобий О, 002-0, 15Алюминий Ор 01-Ор 06Кальций 0,002-0,06Железо ОстальноеНедостатком этой стали являетсяналичие большого количества неметаллических включений неблагоприятнойформы, расположенных преимущественнопо границам зерен. Это отрицательновлияет на свойства стали и не позво ляет использовать ее для ответственных деталей.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигае мому результату является сталь 3следующего хиьыческого состава,мас.%:Углерод О, 1-0,6Марганец 0,2-0,8 10 Кремний 0,1-1,0Азот 0,004-0,05Ванадий 0,01-0,3Кальций 0,005-0,08Цирконий 0,005-0, 15 РЗМ 0,001-0,1Алюминий 0,01-0,08Железо ОстальноеОднако известная сталь обладаетнедостаточной износостойкостью.20 Цель. изобретения - повышение прочности и высокотемпературной износостойкости путем измельчения и равномерного распределения неметаллических включений.Ю Цель достигается тем, что сталь,содержащая углерод, марганец, кремний, азот, ванадий, кальций, цирконий, церий и железо, дополнительно 30 содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%;Углерод 0,14-0,27 Марганец 0,50-1,30 Кремний 0,20-0,70 Азот . 0,01-0,03 Ванадий 0,02-0,15 Кальций 0,002-0,06 Цирконий 0,005-0,05 Церий О,008-0, 08 Титан 0,01-0,О Ниобий 0,002-0,15 Железо Остальное Плавки проводят в 200-килограммовой индукционной печи . Химический состав приведен в табл.Т аблица 11135792 Продолжение табл,1 1 Состав Предел содержанияэлементов Са 4 Титан и ниобий на нижнем пределе 0,23 Оэ 70 Оэ 35 Оэ 02 Оф 07 Ое 010 Оф 04 00 О 001 0002 5 Титан и ниобий ниже . нижнего предела 023 Оэ 70 Оэ 35 Оъ 02 Оэ 07 Оэ 010 Ов 04 Оэ 010 Оэ 0080 эОО 6 Титан и ниобий вышеверхнего предела 0,23 Оь 70 Оэ 35 002 Оэ 07 Оэ 010 Оф 04 Оэ 010 Оэ 2 Оэ 7 7 Оптимальное содержание элемен 0,23 0,70 0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 0,04 0,09 тов 8 Сталь известная 11 0,23 0 35 Э0,70 0 03 9 Сталь известная 2 0,23 О, 70 0,35 0,02 0,07 0,010 0,04 0,010 -- 0,06 П р и м е ч а н и е: Содержание Р 0,0 Цирконий вводят в сталь в виде 507-го силикоциркония, а церий - в виде 307-го ферроцерия в ковш при заполнении им на одну треть, При таком способе ввода усвоение циркония составляет 35-407, церия - 18-207,Титан и ниобий вводят в виде фер 40 росплавов, Степень усвоения титана 75%у ниобия 907Предлагаемая сталь дополнительно содержит сильный нитридообраэующий элемент - титан и карбидообраэующий45 ниобий .1Проведенные исследования показалии, что введение в стапь титана и ниобия в предлагаемых пределах ведет к образованию мелких, твердых и туго. плавких включений нитридов титана и карбидов ниобия, которые образуются 15-0,0173 Я - 0,011-0,13 Ж еще в жидкой стали и способствуют иэмельчению образующихся в процессе кристаллизации сульфидов и оксидов. Средний размер оксисульфидных включений (ас ) уменьшается, равномерность расйределения между осями и междуосными участками дендритов повышается, достигая практически идеапьной (49: 513 ) в ст али оптимального состава (табл. 2)Измельчение неметаллических включений и более равномерное их распределение в матрице, наряду с дисперсионным твердением, вызываеиюм при термообработке мелкодисперсными нитридами титана и карбидами ниобия, приводят к понюпению прочностных характеристик стали при сохранении высокого уровня пластичности и удар.ной вязкости (табл. 2) .135 792 Т аблиц а 2 8 т, МПа ИПа Состав мкм К С 1 кДж/м 2Распределениевключений, Е Оси децц- Междуритов осныеучастки 1 25 46 2 4,6 40 3 2,6 46 4 3, 1 39 5 5,2 33 6 2,8 45 7 26 49 8 8,3 2 60 61 98 мператур а, С г 4 8 600 12 14 13 120 30 45 4 45 16 15 120 30 125 0 31 9 5,4 25 75Кроме того, введение в сталь титана и ниобия повышает общий уровень30 твердости стали и способствует снижению высокотемпературного износа. Исследования . высокотемпературной иэносостойкости провоят на установке конструкции ЦНИИТМАШ. Стержень, о который при трении изнашиваются образцы, изготовляют из стали Р 18, Нагрев трущихся пар производят до 400, 600 и 800 С. Скорость скольже 0ния образцов составляет 1 О и/мин, удельное давление на трущиеся поверхности поддерживают постоянным, равным 15 МН/м,.испытание на йзнос прово; дят в течение 3 ч,. В табл. 3 приведены данные по износу сравниваемых сталей при 400, 600 и 800 С.Сталь с титаном и ниобием имеет после нормализации от 950 С мелкозернистую структуру, поскольку частицы нитрида титана и карбида ниобия, не растворяясь при нагреве под 50 термообработку, сдерживают рост аустенитного зерна. Такая сталь имеет меньшую склонность к растрескиванию и выкрашиванию при трении, что уменьшает высокотемпературный износ. 55Введение титана и ниобия ниже указанных пределов не оказывает заметного влияния на высокотемператур 780 635 26 48220 70 595 34 55 1490 770 620 30 51 1380 735 605 32 54 1420 720 595 32 55 1460 785 630 23 45 1030 765 6 О 31 53 1400 590 345 24 42 870 685 495 28 43 1240;ный износ, при вводе их свыше 010 , О, 15% соответственно наблюдается сии жение ударной вязкости.и пластичности стали табл. 3).Т аблица 3 5 255 340 Поскольку предлагаемая сталь имет повышенную высокотемпературнуюэносостойкость, она может бытьпредложена также для отливок метал1135792 7лургического оборудования (конусовэасыпных алпаратов доменных печей,хоботов и мульд эавапочных машин,деталей прокатных станов и т.д.),работающих в условиях износа при вы.соких температурах. Внедрение предлагаемой стали для производства литых деталей и труб различного диаметра позволяет увеличить срок их службы и получить экономический эФфект 597 тыс. руб. в год.Составитель АОсманцевРедактор Н. Яцола,Техред С.Легеза, Корректор В. ГирнякЗаказ 102 49/18 Тираж 582 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4