FI101403B

FI101403B - Kulutuskestoinen teräs

Info

Publication number: FI101403B
Application number: FI906406A
Authority: FI
Inventors: Nobyo Shikanai; Tetsuya Sanpei; Kazunori Yako; Kenji Hirabe; Yasunobu Kunisada
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1998-06-15
Also published as: EP0527277A1; GB9027351D0; FI906406A0; GB2244718A; EP0527276B1; AU6772090A; EP0527276A1; FI906407A; FI906407A0; CA2033267A1; CA2033222A1; AU3111293A; AU6783890A; AU1354595A; FI93863C; FI906406A; FI101403B1; JPH0441616A; AU632187B2; FI93863B

Description

101403

Kulutuskestoinen teräs Tämä keksintö koskee kulutuskestoista terästä, jota käytetään rakennus-, tie- ja vesirakennus- ja kaivos-5 alalla.

Kulutuskestoisia teräksiä käytetään rakennus-, tie-ja vesirakennus- ja kaivosalalla, kuten konelapioissa, maansiirtopuskureissa, ruoppareissa ja kahmareissa näiden koneiden ja niiden osien eliniän pidentämiseksi. On hyvin 10 tunnettua, että teräksellä, jolla on suuri kovuus, on myös hyvä hankauskesto-ominaisuus. Tähän tarkoitukseen on yleisesti käytetty voimakkaasti lejeerattua terästä, jota on käsitelty karkaisemalla.

Julkisiksi tulleissa JP-patenttijulkaisuissa n:ot 15 142726/1987, 169359/1988 ja 142023/1989 kuvataan tavan omaisen kulutuskestoisen teräksen valmistusta. Näissä keksinnöissä teräksen Brinell-kovuus on yli 300. Parannukset tähtäävät hitsattavuuteen, sitkeyteen ja työs-tettävyyteen taivutuksessa ja kulutuskesto-ominaisuus to-20 teutetaan lisäämällä teräksen kovuutta.

Kuitenkin kulutuskestoiseen teräkseen liittyvät ominaisuusvaatimukset ovat viime aikoina tulleet ankarammiksi eikä olennaista ratkaisua kulutuskestoltaan paremmaksi teräkseksi saavuteta yksinkertaisesti . 25 lisäämällä teräksen kovuutta. Kun teräksen kovuutta lisätään merkittävästi, teräksen hitsattavuus ja tysötettävyys huononevat johtuen voimakkaasta le-jeerauksesta ja tällaisten terästen valmistuskustannukset kasvavat merkittävästi. Näin ollen käytännön kannalta ku-30 lutuskestoisen teräksen kovuuden merkittävä lisääminen kohtaa vaikeuksia teräksen työstettävyyden suhteen.

Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan kulutuskestoinen teräs.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kulu-35 tuskestoinen teräs, jolla on erinomainen kulutuskesto-omi- 101403 2 naisuus ilman, että teräksen kovuutta lisätään merkittävästi.

Keksintö koskee kulutuskestoista terästä, jolle on tunnusomaista, että se sisältää seuraavia aineosia: 5 C 0,05 - 0,2 paino-%,

Si 0,1 - 1,0 paino-%,

Mn 0,1 - 2,0 paino-%,

Ti 0,3 - 1,0 paino-%, jolloin se sisältää yhtä tai useampaa äkkikarkaisuaine-10 osaa, joka on valittu ryhmästä kupari, nikkeli, kromi, molybdeeni ja boori, painosuhteissa:

Cu 0,1 - 2,0 paino-%

Ni 0,1 - 10,0 paino-%

Cr 0,1 - 3,0 paino-% 15 Mo 0,1 - 3,0 paino-% B 0,0003 - 0,01 paino-%; ja mahdollisesti yhtä tai useampaa erkauttamiskarkaisu-aineosaa, jotka on valittu ryhmästä niobi ja vanadiini painosuhteissa: 20 Nb 0,005-0,5 paino-% V 0,01 - 0,5 paino-%.

Kuvio 1 on käyrästö, joka esittää lisätyn titaani-määrän ja suhteellisen kulutuskeston välistä riippuvuutta.

Tämän keksinnön teräksen merkittävin ominaispiirre , 25 on erittäin kovan TiC:n tehokas hyväksikäyttö. Tässä kek sinnössä ei ole tarpeen parantaa kulutuskestoisen teräksen kovuutta vain muuttamalla teräksen mikrorakenne marten-siittiseksi, mikä on tavanomainen tapa parantaa teräksen kulutuskestoa.

30 Tavanomaisessa tavassa titaanin teräkseen tapahtu van lisäyksen tarkoituksena on antaa sen reagoida typen kanssa niin, että typpi stabiloituu TiN:ksi. Tämän seurauksena boori ei reagoi typen kanssa, sillä teräksessä ei ole tarpeeksi typpeä, ja se jää teräkseen liukoisena boo-35 rina, joka parantaa upotuskarkaistavuutta. Lisäysmäärä on 101403 3 tässä tapauksessa noin 0,02 paino-% teräksestä. Suuren titaanimäärän lisäystä teräkseen rajoittaa titaanin hapettuminen teräksen sulatusvaiheessa, suuttimen tukkeutuminen ja reaktio hapettumista estävän pulverin kanssa valuvai-5 heessa. Tämän vuoksi suuren titaanimäärän lisäyksen vaikutusta ei vielä tunneta.

Yksityiskohtaisen tutkimuksen jälkeen on havaittu, että suuren titaanimäärän lisäys saa aikaan teräksen paranemisen kulutuskesto-ominaisuuden suhteen.

10 Kuvio 1 on käyrästö, joka esittää lisätyn titaani- määrän ja suhteellisen kulutuskeston välistä riippuvuutta. Abskissa esittää lisättyä titaanimäärää ja ordinaatta esittää suhteellista kulutuskestoa.

Suhteellinen kulutuskesto on kerroin, jossa kulu-15 tuskestoisen teräksen kulutuskesto on jaettu hiiliteräksen kulutuskestolla. Kulutuskesto on mitattu standardin ASTM G 65-85 mukaisesti, jossa hankausainetta syötetään koekappaleen ja pyörivän pyörän väliin, jossa on klooributyyliku-mirengas. Hankausaine on hiekkaa, joka koostuu 100%:sesti 20 piidioksidista ja jolla on säädetty koko. Koekappaleen C-pitoisuus on 0,3 paino-% ja näytettä lämpökäsitellään jäähdyttämällä vedellä. Brinell-kovuus on alle 500. Kuten kuva 1 esittää suhteellinen kulutuskesto kasvaa lineaarisesti lisätyn titaanimäärän kasvaessa aina 0,5 paino-%:iin 25 saakka. Titaanin lisäys on tehokas, kun lisätty titaani-määrä on 0,05 paino-%. Kun lisätty määrä on 1,5 paino-%, suhteellinen kulutuskesto saavuttaa arvon n. 10, mikä osoittaa merkittävää kulutuskesto-ominaisuuden paranemista .

30 Seuraavassa esitetään syy keksinnön mukaisen teräksen alkuainepitoisuuksien määrittelylle.

C on välttämätön alkuaine TiC:n muodostuksessa ja se myös parantaa teräsmatriisin kovuutta. Kuitenkin kun C:n määrä kasvaa liian paljon, hitsattavuus ja työstettä- 101403 4 vyys huononevat. Mitä tulee C:n alarajaan, C:n minimimäärä, jolla TiC:n vaikutus havaitaan, on 0,05 paino-%.

Alue, joka tähtää teräksen taivutustyöstettävyyteen ja hitsattavuuteen, on C-pitoisuuden osalta 0,05-0,2 5 paino-%.

Si on alkuaine, joka on tehokas teräksenvalmistuk-sen hapenpoistoprosessissa ja tähän tarkoitukseen vaaditaan vähintään 0,1 paino-%:n lisäys. Si on myös tehokas alkuaine liuoskarkaisussa. Kuitenkin kun Si-pitoisuus 10 ylittää 1,0 paino-%, teräksen sitkeys huononee ja sulkeutumat teräksessä lisääntyvät. Tämän vuoksi Si-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1 - 1,0 paino-%.

Mn on tehokas alkuaine upotuskarkaisussa. Tähän tarkoitukseen vaaditaan vähintään 0,1 paino-%. Kun Mn-pi-15 toisuus ylittää 2,0 paino-%, teräksen hitsattavuus huono nee. Tämän vuoksi Mn-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1 - 2,0 paino-%.

Tässä keksinnössä Ti on eräs tärkeimmistä alkuaineista samoin kuin C. Alue teräksen stabiilin 20 kulutuskeston ja taloudellisuuden välisen tasapainon suhteen on Ti-pitoisuuden osalta 0,3 - 1,0 paino-%.

Tässä keksinnössä edellä esitettyjen perusalkuai-neiden lisäksi ainakin yhtä alkuainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat Cu, Ni, Cr, Mo ja B, on lisätty 25 äkkikarkaistavuuden parantamiseksi, jolloin yhtä tai useampaa alkuainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat Nb ja V, voidaan lisätä erkauttamiskarkaista-vuuden parantamiseksi.

Cu on alkuaine, joka parantaa äkkikarkaistavuutta 30 ja on tehokas säätämään teräksen kovuutta. Kun Cu-pitoi- suus on alle 0,1 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun Cu-pitoisuus -pitoisuus ylittää 2,0 paino-%, kuumatyöstet-tävyys huononee ja tuotantokustannukset kasvavat. Tämän vuoksi Cu-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1 - 2,0 35 paino-%.

101403 5

Ni on alkuaine, joka parantaa äkkikarkaistavuutta ja matalan lämpötilan sitkeyttä. Kun Ni-pitoisuus on alle 0,1 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun Ni-pitoisuus ylittää 10,0 paino-%, tuotantokustannukset kohoavat mer-5 kittävästi. Tämän vuoksi Ni-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1-10,0 paino-%.

Cr on alkuaine, joka parantaa äkkikarkaistavuutta. Kun Cr-pitoisuus on alle 0,1 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun Cr-pitoisuus ylittää 3,0 paino-%, hitsatta-10 vuus huononee ja tuotantokustannukset kasvavat. Tämän vuoksi Cr-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1 - 3,0 paino-%.

Mo on alkuaine, joka parantaa äkkikarkaistavuutta. Kun Mo-pitoisuus on alle 0,1 paino-%, vaikutus ei ole 15 riittävä. Kun Mo-pitoisuus ylittää 3,0 paino-% hitasatta-vuus huononee, ja tuotantokustannukset kasvavat. Tämän vuoksi Mo-pitoisuuden on määritelty olevan 0,1 - 3,0 paino-% .

B on alkuaine, joka parantaa upotuskarkaistavuutta 20 pieninäkin määrinä teräkseen lisättynä. Kun B-pitoisuus on alle 0,0003 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun B-pi-toisuus ylittää 0,01 paino-%, hitsattavuus huononee ja myös äkkikarkaistavuus huononee. Tämän vuoksi B-pitoi-suuden on määritelty olevan 0,0003-0,01 paino-%.

. 25 Nb on alkuaine, joka on tehokas erkauttamiskar- kaisussa ja se voi säätää teräksen kovuutta teräksen tarkoituksen mukaisesti. Kun Nb-pitoisuus on alle 0,005 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun Nb-pitoisuus ylittää 0,5 paino-%, hitsattavuus huononee. Tämän vuoksi 30 Nb-pitoisuuden on määritelty olevan 0,005 - 0,5 paino-%.

V on alkuaine, joka on tehokas erkauttamiskar-kaisussa ja voi säätää teräksen kovuutta teräksen tarkoituksen mukaan. Kun V-pitoisuus on alle 0,01 paino-%, vaikutus ei ole riittävä. Kun V-pitoisuus on yli 0,5 6 101403 paino-%, hitsattavuus huononee. Tämän vuoksi V-pitoisuuden on määritelty olevan 0,01 - 0,5 paino-%.

Tässä keksinnössä ei vaadita mitään erittelyä teräksen työstömenetelmän suhteen eikä teräksen lämpökäsit-5 telymenetelmän suhteen. Lämpökäsittelyt, kuten äkkijäähdytys, päästö, vanhennus ja jännityksenpäästölämpökäsittely eivät voi tehdä tätä keksintöä toimimattomaksi.

Esimerkki

Taulukossa 1 esitetään tämän keksinnön ja tavan-10 omaisen teräksen näytteiden kemialliset koostumukset.

Taulukko 1

C Si Hn Cu Hi Cr Ho Hb V Tl B N

A 0,30 0,36 0,70 - - - - - - 0,09 - 33 B 0,23 0,37 0,73 - .... - o,37 - 30 C 0,29 0,37 0,74 - ----- o,98 - 36 D 0,29 0,36 0,71 - ' - - - 1,41 - 30 E 0.28 0.36 0-71 0,24 0,29 - 0,40 - 31 20 r r 1 > 1 F 0, 31 0,33 0,73 - - 1} 02 0,23 - - 1,08 10 32 G 0, 19 0,33 1,44 - - 0,,27 - 0,65 9 22 H 0,14 0,34 1,40 - - 0,025 - 0,40 - 24 I 0,32 0, 34 0,72 - - 0,045 0,41 - 21 25 J 0, 34 0, 26 1,01 0,35 0,55 - - 0, 028 0,041 0, 54 - 42 K 0,31 0,38 0,71 - - 0,99 0,23 0,022 0,044 0,06 8 24 L 0,29 0,38 0,70 - - 0,99 0,23 - 0,044 0,08 9 23 M 0, 30 0,36 0,7 1 0, 25 - 0,55 0, 23 - 0, 045 0, 19 . 8 30 N 0,31 0,36 0,71 - - 1,02 0,23 - 0,045 0,38 8 31 30 O 0,31 0.33 0,73 - 0,36 0,63 0.34 - - 1.28 - 32 P 0,30 0,30 0,75 - ----- o,02 - 37 Q 0,30 0,30 0,96 - - 1,03 0,21 - 0,045 0,01 11 47 R 0, 03 0^ 30 0,75 - - - - 0,47 - 37

Huom: Arvot ovat painoprosenteissa paitsi B ja N, joiden arvot ovat ppm-yksiköissä 35 7 1 O 1 4 ϋ 3

Taulukko 2

Suhteellinen Brinell- 5 Prosessi kulutuskesto kovuus (HB) ~ A RQ " 6,5 474 B - 1 RQ 8,3 393 " b - 2......R Q T (4 Ö Ö *C j..............6*/1.....................27 7.........

C - 1 DQ 9,7 iTi C - "2........DQT (4 q6 *C j..............6, 8........................24 5...........

D RQ__9^3__24 2 E__RQ__BjJJ__390 F ~ RQ 9,1__3.21 15 G__RQ__4^7__302 H DQ 3;4 253 I__RQ__1_0jJ__451 J DQ 8? 9__417 K RQ 6,4 503 20---1--— L - 1 AR 4,5 293 L - 2 ' ............DQ................ .........8 t 2 507 M - 1 AR 4,7 286 "M - 2 ............DQ..........................9,’ϊ__454 25 N - 1 ÄR 6,1 274 N- 2 RQ......................Π , 6 44 8 0-1 AR 7, 3 24 6 0-2...............RQ........................li . 1.......................27 5 ---/-- P RQ 4;9 464 30 Q - 1 ÄR 2,8 3~26 . ·—···—...............rq..........................5,2"" 481 R RQ__IjJ.__122 101403 8

Taulukko 2 esittää näytteiden valmistusprosessia, näytteiden suhteellista kulutuskestoa ja Brinell-kovuutta.

Kulutuskoe on suoritettu normin ASTM G 65-85 mukaisesti, kuten edellä esitettiin. Kulumisen mittaus on suo-5 ritettu näytteen painonmuutoksesta.

Kuten edellä esitettiin suhteellinen kulutuskesto on tämän keksinnön teräksestä valmistetun koekappaleen ja hiiliteräksestä valmistetun koekappaleen painomuutoksen välinen suhde.

10 Taulukossa esitetyt prosessit on luokiteltu seuraa vasti: AR-valssattuna; RQ-jäähdytetty veteen senjälkeen, kun se on kuumennettu 900°C:en valssauksen ja ilmajäädytyk-sen jälkeen; RQT-nuorrutettu suluissa esitetyssä lämpötilassa RQ-käsittelyn jälkeen; DQ-suoraan jäähdytettynä ve-15 teen sen jälkeen, kun se on viimeistelyvalssattu 880°C:ssa laatan kuumennuksen jälkeen 1150°C:en; DQT-nuorrutettuna suluissa esitetyssä lämpötilassa DQ-käsittelyn jälkeen. Näytteen paksuus on 15 mm. Taulukon 1 teräslaji vastaa taulukon 2 lajia.

Claims

101403

1. Kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää seuraavia aineosia:

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että yksi tai useampi äkki- , 25 karkaisuaineosa on boori, jonka määrä on 0,0003 - 0,01 paino-%.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että yksi tai useampi äkki-karkaisuaineosa on kupari, jonka määrä on 0,1 - 2,0 pai- 30 no-%.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että yksi tai useampi äkki-karkaisuaineosa on nikkeli, jonka määrä on 0,1 - 10,0 paino- % . 101403

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että yksi tai useampi äk-kikarkaisuaineosa on kromi, jonka määrä on 0,1 - 3,0 pai-no-%.

5 C 0,05 - 0,2 paino-%, Si 0,1 - 1,0 paino-%, Mn 0,1 - 2,0 paino-%, Ti 0,3 - 1,0 paino-%, jolloin se sisältää yhtä tai useampaa äkkikarkaisuaine-10 osaa, joka on valittu ryhmästä kupari, nikkeli, kromi, molybdeeni ja boori, painosuhteissa: Cu 0,1 - 2,0 paino-% Ni 0,1 - 10,0 paino-% Cr 0,1 - 3,0 paino-%

15 Mo 0,1 - 3,0 paino-% B 0,0003 - 0,01 paino-%; ja mahdollisesti yhtä tai useampaa erkauttamiskarkaisu-aineosaa, jotka on valittu ryhmästä niobi ja vanadiini painosuhteissa:

20 Nb 0,005 - 0,5 paino-% V 0,01 - 0,5 paino-%, jolloin loput on Fe:tä ja mahdollisia epäpuhtauksia.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kulutuskestoinen teräs, tunnettu siitä, että yksi tai useampi äk-kikarkaisuaineosa on molybdeeni, jonka määrä on 0,1 - 3,0 paino-%. 10 i 4 U 3