DD295195A5 - Verschleissfeste stahllegierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verschleiszfeste Stahllegierung mit austenitischem Gefuege und darin eingelagerten Primaer- und Sekundaercarbiden, insbesondere einen Manganhartstahl. Die Erfindung ist anwendbar fuer Verschleiszteile von Gewinnungs-, Aufbereitungs-, Zerkleinerungs- und Mahlanlagen, vorzugsweise fuer Mahlplatten, Mahlbalken, Panzerplatten, Reiszzaehne, Schlagleisten, Brecherbacken und Muehlenhaemmer. Die verschleiszfeste Stahllegierung besteht aus 1,5 bis 2,0 * Kohlenstoff, 8,0 bis 14,0 * Mangan, 0,5 bis 1,3 * Silicium, 1,0 bis 3,0 * Chrom, 0,8 bis 2,0 * Titan, 0,3 bis 0,7 * Aluminium, 0,005 bis 0,025 * Bor, max. 0,12 * Phosphor, max. 0,04 * Schwefel, Rest Eisen und herstellungsbedingte Spurenelemente. Die Stahllegierung enthaelt insbesondere 1,8 * Kohlenstoff, 12,0 * Mangan, 1,0 * Silicium, 2,0 * Chrom, 1,0 * Titan, 0,4 * Aluminium. 0,01 * Bor, max. 0,12 * Phosphor, max. 0,04 * Schwefel und Rest Eisen.{Stahllegierung, verschleiszfeste; Gefuege, austenitisches; Manganhartstahl; Verschleiszteil; Kohlenstoff; Mangan; Silicium; Chrom; Titan; Aluminium; Bor; Phosphor; Schwefel; Eisen}

Description

1,8 Gew.-% Kohlenstoff, 12,0 Gew.-% Mangan,

1,0 Gew.-% Silicium,

2,0 Gew.-% Chrom,

1,0 Gew.-% Titan,

0,4 Gew.-%Aluminium,

0,01 Gew.-% Bor, max. 0,12 Gew.-% Phosphor, max. 0,04 Gew.-% Schwefel

und Rest Eisen enthält.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine verschleißfeste Stahllegierung mit austenitischem Gefüge und darin eingelagerten Primär- und Sekundärcarbiden, insbesondere einen Manganhartstahl. Die Erfindung ist anwendbar für Verschleißteile von Gewinnungs-, Aufbereitungs-, Zerkleinerungs- und Mahlanlagen, vorzugsweise für Mahlplatten, Mahlbalken, Panzerplatten, Reißzähne, Schlagleisten, Brecherbacken und Mühlenhämmer.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus dem DD-WP142564 ist ein Manganhartstahl der Zusammensetzung 1,0 bis 1,4% Kohlenstoff, 10,0 bis 14,0% Mangan, Rest Eisen bekannt. Bei diesem Werkstoff tritt ein hoher Verschleißwiderstand nur bei Kaltverfestigung der Legierung ein, wozu ein relativ hoher Beanspruchungsdruck erforderlich ist.

Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften hat es sich allgemein durchgesetzt, weitere Legierungselemente einzeln oder zusammen in die Werkstoffe einzubringen. So ist in der CH-PS 648599 ein karbidarmer, feinkörniger Manganhartstahlguß beschrieben, der 1,2 bis 1,8Gew.-% Kohlenstoff, bis zu 5 Gew.-% Chrom und/oder Molybdän und bis zu 13Gew.-% Mangan enthält. Zur Erzielung der gewünschten Verschleißeigenschaften muß dieser Werkstoff in speziellen Kokillen vergossen, die so hergestellten Gußstücke vor Erreichen der Carbidausscheidungstemperatur aus den Kokillen entnommen und in Wasser abgeschreckt we 'den, was technisch einen erheblichen Mehraufwand bedeutet. Des weiteren ist auch bei dieser Legierung bei fehlender Kaltveifestigung mit einem Anstieg des Werkstoffverschleißes zu rechnen. In der EP-Anm. 0136433 wird ein austenitischer Manganhartstahl vorgeschlagen, der aus 0,8 bis T,8Gew.-% Kohlenstoff, 6,0 bis 18,0Gew.-% Mangan, 0 bis 3,0Gew.-% Chrom, 0 bis 2,0Gew.-% Nickel, 0 bis 2,5Gew.-% Molybdän, 0 bis 1,0Gew.-% Silicium, 0,005 bis 0,05 Gew.-% Vanadium, 0,02 t>is 0,09 Gew.-% Aluminium, Rest Eisen besteht. Wahlweise sind dem Werkstoff zusätzlich noch Mikrolegierungs4lemente wie Titan, Zirkonium oder Niob zugefügt. Nachteilig ist bei diesem Manganhartstahl, daß sich die Verschleißfestigkeit verringert, sobald die von außen einwirkende Beanspruchung nicht mehr dazu ausreicht, an der Werkstoffoberfläche eine Kaltverfestigung hervorzurufen.

Des weiteren ist auch dem SU-URS1260409 eine 0,8 bis 1,5Ma.-% Kohlenstoff, 0,4 bis 1,0Ma.-% Silicium, 8,0 bis 16,0Ma.-% Mangan, 10,0 bis 17,0Ma.-% Chrom, 0,01 bis 0,20Ma.-% Titan, 0,01 bis 0,50Ma.-% Vanadium, 0,05 bis 0,15 Ma.-% Aluminium, 0,08 bis 0,40Ma.·% Molybdän, 0,05 bis0,20Ma.-% Cer,0,005 bis0,020Ma.-% Bor, Rest Eisen enthaltende Stahllegierung bekannt.

Diese Legierung weist zwar auch ohne Kaltverfestigung eine erhöhte Verschleißfestigkeit auf, besitzt jedoch nur eine geringe Zähigkeit. Außerdem enthält die Legierung im großen Maße kostenintensive Legierungselemente, die ihre Herstellung unwirtschaftlich gestalten.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird bezweckt, durch spezielle Legierungszusätze auf ökonomisch vertretbare Weise eine verschleißfeste Stahllegierung bereitzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch den gezielten Zusatz geeigneter Legierungselemente eine Stahllegierung

bereitzustellen, die sich durch eine große Erosionsverschleißfestigkeit, eine erhöhte Kerbschlagfestigkeit und durch einegesteigerte Zähigkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dio Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stahllegierung aus 1,5 bis 2,0Gew.-% Kohlenstoff, 8,0 bis

14,0Gew.-% Mangan, 0,R bis 1,3Gew.-% Silicium, 1,0 bis 3,0Gew.-% Chrom, 0,8 bis 2,0Gew.-% Titan, 0,3 bis 0,7Gew.-%

Aluminium, 0,005 bis 0,025 Gew.-% Bor, max. 0,12 Gew.-% Phosphor, max. 0,04Gew.-% Schwefel, Rest Eisen und

herstellungsbedingten Spurenelementen besteht.

Vorzugsweise enthält die Stahllegierung 1,8 Gew.-% Kohlenstoff, 12,0Gew.-% Mangan, 1,0Gew.-%Silicium,2,0Gew.-%Chrom,

1,0Gew.-% Titan, 0,4Gew.-% Aluminium, 0,01 Gew.-% Bor, max. 0,12Gew.-% Phosphor, max. 0,04Gew.-% Schwefel und RestEisen.

Durch diese Zusammensetzung "äßt sich ein austenitischos Gefüge ausbilden, in dem unter Beanspruchung eine starke Kaltverfestigung im oberfläctiennahen Bereich eintritt und in dem 3 bis 8 Vol.-%Titancarbid in Form kompakter Ausscheidungen

eingelagert sind. Durch die kompakte Ausscheidungsform des Titancarbids bleibt die durch das austenitische Gefügehervorgerufene hohe Werkstoffzähigkeit nahezu unbeeinflußt. Gleichzeitig wird durch die primäre Ausscheidung der

Titancarbid-Partikel aus der Schmelze eine Verbesserung des Gußgefüges durch Komfeinung erzielt. Des weiteren behindern

diese Titancarbid-Ausscheidungen während eines nachfolgenden Glühens ein unerwünschtes Kornwachstum.

Durch das Zulegieren von Bor wird eine verstärkte Ausscheidung von harten Titan-(Carbid/Borid)-Verbindungen erreicht. Die Zugabevon Chrom führt zur Erhöhung der Austenithärte und sichert eine kontrollierte Ausscheidung von Chrom-Eisen-Mangan- Mischcarbiden. Dai über hinaus bewirkt der erhöhte Kohlenstoffgehalt eine weitere Verbesserung der abrasiven Verschleißfestigkeit, vor allem

unter den Bedingungen der Kaltverfestigung des Austenits.

Die Anwesenheit von Aluminium in der erfindungsgemäßen Stahllegierung hemmt das durch den erhöhten Kohlenstoffgehalt

begünstigte Ausscheiden von Carbiden an den Korngrenzen, da das Aluminium die Kohlenstoffdiffusion und damit die

Carbidbildung/Perlitbildung verzögert. Ausfuhrungebeispiel Die Erfindung wird anhand der Herstellung von Probekörpern aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung näher erläutert. Entsprechend der gewünschten Zusammensetzung der Stahllegierung wurden die erforderlichen Einsatzstoffe, außer Aluminium, Titan und Bor gattiert und in einem Induktionstiegelofen mit neutraler oder basischer Ausmauerung geschmolzen. Kurz vor dem Abstich wurde das Aluminium in Form von Reinaluminium oder einer Ferrolegierung, sowie Ferrotitan und Ferrobor in die Stahlschmelze gegeben. Durch eine Aluminiumzugabe vor dem Einbringen von Titan und Bor bleibt deren Abbrand minimal. Die Stahlschmelze wies danach folgende chemische Zusammensetzung auf: 1,8Gew.-% Kohlenstoff,

12,0Gew.-% Mangan, 1,0Gew.-% Silicium, 2,0Gew.-% Chrom, 1,0Gew.-% Titan, 0,4Gew.-% Aluminium, 0,01 Gew.-% Bor, max.

0,12 Gew.-% Phosphor, max. 0,04Gew.-% Schwefel und Rest Eisen.

Bei einer Vergießtemperatur von 1500⁰C wurde die Stahllegierung in Gießformen vergossen. Die aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung hergestellten Probekörper wurden anschließend einer Lösungsglühung

unterzogen und in Wasser abgeschreckt.

Die Probekörper wiesen danach eine erhöhte Beständigkeit sowohl gegenüber Kerbverschleiß (Kaltverfestigung) als auch

gegenüber Erosionsverschleiß (ohne Kaltverfestigung), eine hohe Zähigkeit und eine gesteigerte Härte auf.

Claims (1)

1. Verschleißfeste Stahllegierung mit austenitischem Gefüge und darin eingelagerten Primär- und Sekundärcarbiden, die neben Eisen und Kohlenstoff sowie den üblichen technischen Verunreinigungen, des weiteren Mangan, Silicium, Chrom, Titan, Aluminium, Bor, Phosphor und Schwefel enthält, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung

Rest Eisen.
2. Verschleißfeste Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese vorzugsweise