PL127115B1 - Wear resistant austenitic steel - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal austenityczna odporna na zuzycie.Istnieje zapotrzebowanie na stal o zwiekszonej, w porównaniu ze znana stala Hadfielda zawiera¬ jaca wagowo 11—14% Mn, a takze stala opisana w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4130 418, zawierajaca wagowo 16—23% Mn, 1,1—1,5% C, 0—4% Cr, 0,1—0,5% Ti, odpornosci na zuzycie scierne i inne zuzycie powierzchniowe, polaczonej z ciagliwoscia dostateczna dla unikniecia pekania w róznych zastosowaniach, takich jak misy, obu¬ dowy i rowkowane powierzchnie robocze krusza¬ rek stozkowych, zuzywajace sie plyty kruszarek szczekowych, krzyzownice rozjazdów kolejowych i podobnych.W. tych znanych stalach austenitycznych odpor¬ nych na zuzycie, opisanych poprzednio^ wzrost zawartosci wegla powyzej 1,5% C zmniejsza cia¬ gliwosc materialu w takim stopniu, ze jego 'kru¬ chosc czyni go nieprzydatnym w wielu zastoso¬ waniach w warunkach wystepowania duzych na¬ prezen. Powodem tego jest to, ze chociaz wyzsza zawartosc wegla zwykle zwieksza odpornosc tych stali na zuzycie, wegliki utworzone podczas krzep¬ niecia i chlodzenia stopu wytracaja sie glównie dookola granic ziaren na calej ich dlugosci i sa trudne do rozpuszczenia podczas procesu obróbki cieplnej. Takie wegliki na granicy ziaren wywie¬ raja zdecydowane dzialanie zwiekszajace kruchosc materialu. 10 15 20 25 Nieoczekiwanie stwierdzono, ze mozna zwiek¬ szyc zawartosc wegla w stali powyzej 1,5% wago¬ wych C, zwiekszajac jednoczesnie znacznie jej odpornosc na zuzycie, bez wiekszego wzrostu kru¬ chosci i bez koniecznosci prowadzenia skompliko¬ wanej obróbki^-cieplnej, dodajac molibden do sta¬ li wysokomanganowej zawierajacej tytan, chrom i inne pierwiastki tworzace wegliki.Stal austenityczna wedlug wynalazku ma nas¬ tepujacy sklad wyrazony wagowo: 16—25% Mn, 1,0—2,0% C, 0,5—5,0% Cr, 0,2—2,0% Si, 0,d—0,5% Ti, 0,3—4,0% Mo, a ponadto ewentualnie w celu dalszego zwiekszenia odpornosci na zuzycie moze zawierac w zaleznosci od wymaganej ciagliwosci 0,5% jednego lub wiecej pierwiastków takich jak Ce, V, Nb, Sn, W, do 5% Ni i do 5% Cu lub innych pierwiastków tworzacych wegliki, podczas gdy, pozo¬ stala czesc skladu stanowi Fe i zanieczyszczenia, zawierajace maksymalnie do 0,1% P i do 0,1% S.Glówna przyczyna zjawiska zwiekszania odpor¬ nosci na zuzycie stali wedlug- wynalazku bez wiekszego wzrostu jej kruchosci i koniecznosci prowadzenia skomplikowanej obróbki cieplnej na¬ wet przy zwiekszeniu zawartosci wegla powyzej 1,5% wagowych wydaje sie byc to, ze gdy w stali tego rodzaju znajduja sie wegliki, wystepuja one w mikrostrukturze w ciagliwej austenitycznej osnowie struktury glównie jako zlozone i twarde wegliki o postaci kulistej. ni U5I Takie wegliki o postaci kulistej, wystepujace glównie wewnatrz ziaren, a w znacznie mniejszym stopniu na granicach ziaren, w obu tych miej¬ scach wywieraja znacznie mniejszy wplyw na zwiekszenie kruchosci materialu, niz wystepujace zwykle na granicach ziaren warstewki weglików, perlit i weglilk w ksztalcie igiel. Te kuliste wegli¬ ki wydaja sie natomiast idealnie poprawiac od¬ pornosc materialu na zuzycie.Stal, zawierajaca oprócz duzej zawartosci mag¬ nezu oraz dodatku tytanu i chromu takze molib¬ den, umozliwia wprowadzanie wiekszej ilosci we¬ gla jak równiez kazdego z osobna jak i wszystkich razem pierwiastków tworzacych wegliki. Ilosc ta jest wieksza od ilosci tych skladników stosowanej dotychczas, a przy tym istnieje mozliwosc wiek¬ szej elasityczttiosci w dobieraniu wzajemnych sto¬ sunków ilosciowych kazdego z tych. pierwiastków.W celu wykazania odpornosci na zuzycie powo¬ dowane scieraniem, w tablicy 2 podano wyniki przeprowadzonych doswiadczen porównawczych stopów o skladzie przedstawionym w tablicy 1.W tablicy tej podano sklad chemiczny (% wago¬ we) róznych próbek nowego stopu wedlug wyna¬ lazku i stali wedlug opisu patentowego . St. Zjedn.Am. nr 4130 418 (stopy 4, 51 i 58). Stop nr 4 uzy¬ to jako próbe porównawcza.Tablica 1 Stop nr 4 51 58 17 1 18 19- 20 21 22 -*¦ %. c 1,4 1,4 1,5 1,6 1,6 1,6 1,8 1,8 1,9 % Mn 19,5 18,0 22,0 19,4 19,6 19,5 19,2 19,5 19,0 % Si 0,47 0,70 0,63 0,65 0,51 0,51 0,51 0,48 0,43 % Ti 0,1 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3 0,3 0,1 0,1 % Cr 2,5 2,4 3,2 2,3 2,3 2,3 2,3 • 3,5 3,6 % Mo —, — — U 1/1 2,0 2,0 2,7 2,7 W celu oceny odpornosci nowych stopów na zu¬ zycie powodowane lacznie udarami i scieraniem, przeprowadzono próby w mlynie kulowym, zawie¬ rajacym kule kamienne.Kolki do badan o znormalizowanych wymiarach wykonane z badanego materialu poddane przed próba wygrzewaniu w temperaturze okolo 1100°C umieszcza sie w mlynie kulowym. Uruchamia sie mlyn i w okreslonych odstepach czasu okresla sie ubytek ciezaru kolków z badanego materialu. Po zakonczeniu próby okresla sie straty ciezaru kol¬ ków z badanego materialu w funkcji czasu. Obli¬ cza sie znormalizowany wskaznik zuzycia, dzielac ilosciwe zuzycie badanych próbek przez ilosciowe zuzycie materialu porównawczego (stop nr 4), przy tych samych warunkach zuzycia. Dane' te jprzed&taMono w tablicy 2. 115 4 Tablica 2 Stop nr 4 51 58 17 18 1 19 20 21 22 Znormalizowany wskaznik zuzycia 1,00 1,01 1,02 0,88 0,85 0,86 0,81 0,80 0,76 Mikrostrukture badanych stopówv przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowy rozklad weglików, o ile sa one obecne, w znanych typach .stali, austenityczne! odpornej na zuzycie, 25 takich jak stal typu \ Hadfielda lub stopy nr 51, 58 i 4 z tablicy 1 (o skladzie wedlug opisu pa¬ tentowego St. Zjedn. Am. nr 4130 418), w po¬ wiekszeniu 100 razy, a fig. 2 przedstawia mikro¬ strukture próbnych kolków wykonanych ze sto- 30 pu nr 18 w powiekszeniu 100 razy pokazujaca przykladowo, ze wegliki, które pozostaly w struk¬ turze maja postac kulista i znajduja sie, w prze¬ ciwienstwie do stopów znanych, w wiekszosci wewnatrz ziaren. 35 Z przedstawionych rezultatów wynika, ze doda¬ tek molibdenu znacznie poprawia odpornosc stali na zuzycie i ksztalt weglików znajdujacych sie w strukturze stali. Ksztalt i ilosc weglików w strukturze oraz rozmiary ziaren austenitu zmie- 10 niaja sie w zaleznosci od skladu, rozmiarów od¬ lewu oraz parametrów obróbki cieplnej.Podane wyniki wskazuja tez, ze stal wedlug opisu patentowego St. Zjedn. Am. nr 4130 418 (stopy nr 51, 58, 4) ulega zuzyciu o okolo 15— 45 —35% szybciej niz stopy 17—22, które sa stopami o skladzie odpowiadajacym stali wedlug wynalaz¬ ku. Ten nieoczekiwany efekt wynika przypuszczal¬ nie z kulistego ksztaltu weglików, spowodowane¬ go przez dodatek molibdenu, co pozwala na wyz- 50 sza calkowita zawartosc wegla w stopie.Jak ~wiadomo, stale stopowe typu Hadfielda (11—14% Mn) maja szybkosc zuzywania sie o oko¬ lo 25—40°^ wyzsza niz stale wedlug opisu paten¬ towego St. Zjedn. Am. nr 4 130 418, w konsekwen- 55 ^cji czego stale typu Hadfielda beda zuzywac sie o okolo 45—80% szybciej niz stale stopowe wedlug wynalazku.Wydaje sie mozliwe dalsze poprawienie odpor¬ nosci na zuzycie w granicach podanego skladu, 63 jednak ze wzrostem zawartosci wegla i pierwiast¬ ków tworzacych wegliki zmniejsza sie stopniowo ciagliwosc. Dlatego o tym, ile tych pierwiastków mozna dodawac w praktyce, a w konsekwencji jakie da sie osiagnac maksymalne zwiekszenie 65 odpornosci m zuzycie, decydowac beda^ rózne rze-127115 czywiste naprezenia wystepujace podczas pracy i zastosowan materialu.Stal wedlug wynalazku mozna wytwarzac w znany sposób, podobny do sposobu wytwarza¬ nia stali Hadfielda (Mn 12%) i do sposobu wy¬ twarzania podanego w opisie patentowym St.Zjedru Am. nr 4130 4i8.Zaleca sie wprowadzenie Mo w sklad stopu przed procesem swiezenia, gdyz wówczas rozpusz¬ czanie Mo we wsadzie zachodzi szybciej. Ponadto zaleca sie wprowadzenie Ti w sklad stopu do kadzi podczas spustu lub po dokonaniu spustu stopu. Najlepiej jest stosowac stop Fe—Ti o nis¬ kiej temperaturze topnienia, który albo wprowa¬ dza sie na strumien cieklej stali spuszczany do kadzi, albo korzystnie wtryskuje sie do kadzi za pomoca obojetnego gazu.Temperatura odlewania powinna byc mozliwie jak najnizsza i w zaleznosci od skladu i sposobu odlewania, wynosi 1390—'1460°C. Nalezy stosowac konwencjonalny proces obróbki ^cieplnej z tempe¬ ratura, austenizacji od okolo ,1050 —^ do-okolo 1150°C, w zaleznosci od skladu i ilosci pozostalych kulistych weglików, pozadanych w strukturze.W niektórych zastosowaniach ten typ stopu moz¬ na stosowac nawet bez dalszej obróbki.Stal wedlug wynalazku ma ponadto, te zalete w porównaniu do znanych stali austenitycznych zawierajacych wagowo 12% Mn i 2% Mo, ze nie wymaga czasochlonnych i kosztownych zabiegów 10 obróbki cieplnej, koniecznych dla uzyskania w ta¬ kich znanych stalach pozadanego rozkladu bardzo drobnych wegllików.Zastrzezenia patentowe 1. Stal austenityczna odporna na zuzycie, zwlaszcza powodowane scieraniem oraz lacznym dzialaniem warunków scierajacych i naprezen udarowych, zawierajaca wagowo 16—25% Mn, 1,0— —2,0% C, 0,5—5,0% Cr, 0,2—2,0% Si, 0,1—0,5% Ti, przy czym reszte skladu stanowia Fe i nieunik¬ nione zanieczyszczenia, znamienna tym, ze zawie¬ ra wagowo 0,3-^4,0% Mo, oraz maksymalnie do 0,5% sumarcznej zawartosci Ce, Sn, V, W, Nb. 2. Stal: wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 15 przy zawartosci wagowo 20% Mn, 1,6% C, 2,5% Cr, 0,7% Si i 0,17% Ti, zawiera 1,5% wagowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 3- Stal/ wedlug zastrz.. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 19,4% Mn, 1,5% C, 2,4% Cr, 0,60% Bi i 0,18% Ti zawiera 0,55% wagowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 4. Stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 21,8% Mn, 1,8% C, 3,5% -Cr, 0,80% Si i 0,15% Ti, zawiera 3,20% wagowych 25 Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 5. Stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 20% Mn, 1,7% C, 3,5% Cr, 0,6% Si, i 0,16% wagowych Ti, zawiera 2,0% wa¬ gowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanie- 30 czyszczenia. 20 Fig.1. 100x127115 LZGraf. Z-d Nr 2 — 392/85 90 egz. A4 Cen* 100 zl PL PL PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe 1. Stal austenityczna odporna na zuzycie, zwlaszcza powodowane scieraniem oraz lacznym dzialaniem warunków scierajacych i naprezen udarowych, zawierajaca wagowo 16—25% Mn, 1,0— —2,0% C, 0,5—5,0% Cr, 0,2—2,0% Si, 0,1—0,5% Ti, przy czym reszte skladu stanowia Fe i nieunik¬ nione zanieczyszczenia, znamienna tym, ze zawie¬ ra wagowo 0,3-^4,0% Mo, oraz maksymalnie do 0,5% sumarcznej zawartosci Ce, Sn, V, W, Nb. 2. Stal: wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze 15 przy zawartosci wagowo 20% Mn, 1,6% C, 2,5% Cr, 0,7% Si i 0,17% Ti, zawiera 1,5% wagowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 3. - Stal/ wedlug zastrz.. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 19,4% Mn, 1,5% C, 2,4% Cr, 0,60% Bi i 0,18% Ti zawiera 0,55% wagowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 4. Stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 21,8% Mn, 1,8% C, 3,5% -Cr, 0,80% Si i 0,15% Ti, zawiera 3,20% wagowych 25 Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanieczyszczenia. 5. Stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze przy zawartosci wagowo 20% Mn, 1,7% C, 3,5% Cr, 0,6% Si, i 0,16% wagowych Ti, zawiera 2,0% wa¬ gowych Mo, a pozostalosc stanowi Fe i zanie- 30 czyszczenia. 20 Fig.

1. 100x127115 LZGraf. Z-d Nr 2 — 392/85 90 egz. A4 Cen* 100 zl PL PL PL