RU2110599C1

RU2110599C1 - Steel

Info

Publication number: RU2110599C1
Application number: RU95102376/02A
Authority: RU
Inventors: рев А.Ф. Дегт; А.Ф. Дегтярев; н Г.С. Мирзо; Г.С. Мирзоян; В.Г. Дюбанов; Д.М. Гурков; В.Ф. Ощепков
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Бумагоделательное машиностроение"
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1998-05-10

Abstract

FIELD: metallurgy, namely, production of steel intended for manufacturing outlet shafts of centrifugal casting which operate in high speed engines for paper production. SUBSTANCE: steel comprises, mas.%: carbon, 0.01-0.08; silicium, 0.10-1.00; manganese, 0.4-1.2; chromium, 26.0-28.0; nickel, 5.5-5.7; copper, 3.51-7.5; nitrogen, 0.10-0.15; vanadium, 0.08-0.15; niobium, 0.08-0.15; cerium, 0.005-0.08; ferrum, the balance. Desired steel has high strength and high corrosion resistance. EFFECT: improved quality of desired product. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к созданию сталей, которые могут быть использованы для изготовления крупных отливок валов бумагоделательных машин, работающих в агрессивной среде бумажного производства. The invention relates to metallurgy, in particular to the creation of steels that can be used for the manufacture of large castings of shafts of paper machines operating in an aggressive environment of paper production.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при производстве центробежнолитых отсасывающих валов для скоростных бумагоделательных машин, работающих в агрессивных отработанных водах, содержащих хлориды и ионы серы. The invention can be most effectively used in the production of centrifugally cast suction rolls for high-speed paper machines operating in aggressive waste waters containing chlorides and sulfur ions.

Для обеспечения высокой эксплуатационной стойкости стали должны обладать высокой коррозионной стойкостью и высокой прочностью в связи с возросшими нагрузками на валы. To ensure high operational resistance, steels must have high corrosion resistance and high strength due to increased loads on the shafts.

Известна сталь, применяемая для указанных целей в бумагоделательном производстве, состоящая из следующих компонентов, мас.%:
Углерод - 0,05
Кремний - 1,3
Марганец - 0,8
Хром - 21,8
Никель - 9,4
Молибден - 2,7
Железо и примеси - Остальное
(см. Кастилло А. П., Ишель Г.М., Роджерс Дж.К. Сплав-86 - новая нержавеющая сталь с двухфазной структурой. Перевод В-2019, Киев: 1989).Known steel used for these purposes in papermaking, consisting of the following components, wt.%:
Carbon - 0.05
Silicon - 1.3
Manganese - 0.8
Chrome - 21.8
Nickel - 9.4
Molybdenum - 2.7
Iron and Impurities - Else
(see Castillo A.P., Ishel G.M., Rogers J.K. Alloy-86 - new stainless steel with a two-phase structure. Translation B-2019, Kiev: 1989).

Недостатком этой стали является низкая эксплуатационная стойкость в машинах бумажного производства, что связано с разрушением валов в процессе эксплуатации за счет высоких растягивающих остаточных напряжений, возникающих в процессе термической обработки (закалка в воду). The disadvantage of this steel is the low operational stability in paper-making machines, which is associated with the destruction of the shafts during operation due to the high tensile residual stresses that arise during the heat treatment (quenching in water).

Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и достигаемому результату является сталь [1] для изготовления валов буммашин, работающих в агрессивной среде, состоящая из следующих компонентов, мас.%:
Углерод - Не более 0,1
Марганец - Не более 2,0
Кремний - Не более 1,5
Хром - 25,0 - 27,0
Никель - 5,0 - 7,5
Молибден - Не более 0,5
Медь - 1,5 - 3,5
Азот - Не более 0,15
Железо и примеси - Остальное
Недостатком указанной стали является недостаточно высокая прочность, что не позволяет использовать эту сталь для валов скоростных бумагоделательных машин.Closest to the proposed steel in technical essence and the achieved result is steel [1] for the manufacture of shafts of paper machines operating in an aggressive environment, consisting of the following components, wt.%:
Carbon - Not more than 0.1
Manganese - Not more than 2.0
Silicon - Not more than 1.5
Chrome - 25.0 - 27.0
Nickel - 5.0 - 7.5
Molybdenum - Not more than 0.5
Copper - 1.5 - 3.5
Nitrogen - Not more than 0.15
Iron and Impurities - Else
The disadvantage of this steel is not sufficiently high strength, which does not allow the use of this steel for shafts of high-speed paper machines.

Предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, азот и железо, дополнительно содержит ванадий, ниобий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,08
Кремний - 0,10 - 1,00
Марганец - 0,4 - 1,2
Хром - 26,0 - 28,0
Никель - 5,5 - 7,5
Медь - 3,51 - 4,5
Азот - 0,10 - 0,15
Ванадий - 0,08 - 0,15
Ниобий - 0,08 - 0,15
Церий - 0,005 - 0,08
Железо - Остальное
Сталь может содержать примеси серы и фосфора не более 0,025 мас.% каждого, алюминия - не более 0,02 мас.%.The proposed steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, nitrogen and iron, additionally contains vanadium, niobium and cerium in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.01 - 0.08
Silicon - 0.10 - 1.00
Manganese - 0.4 - 1.2
Chrome - 26.0 - 28.0
Nickel - 5.5 - 7.5
Copper - 3.51 - 4.5
Nitrogen - 0.10 - 0.15
Vanadium - 0.08 - 0.15
Niobium - 0.08 - 0.15
Cerium - 0.005 - 0.08
Iron - Else
Steel may contain sulfur and phosphorus impurities of not more than 0.025 wt.% Each, aluminum - not more than 0.02 wt.%.

Предлагаемая сталь отличается от известной тем, что дополнительно содержит, мас.%: ванадий 0,08-0,15; ниобий 0,08-0,15; церий 0,005-0,08. The proposed steel differs from the known in that it further comprises, wt.%: Vanadium 0.08-0.15; niobium 0.08-0.15; cerium 0.005-0.08.

При содержании ванадия и ниобия ниже нижнего предела их воздействие на прочность и коррозионную стойкость стали малоэффективно, а при содержании их выше верхнего предела снижается прочность и ударная вязкость за счет развития межзеренного разрушения литой стали, что связано с обогащением бывших границ аустенитных зерен карбидами и карбонитридами ванадия и ниобия. When the content of vanadium and niobium is lower than the lower limit, their effect on the strength and corrosion resistance of steel is ineffective, and when they are higher than the upper limit, the strength and toughness decrease due to the development of intergranular fracture of cast steel, which is associated with the enrichment of the former boundaries of austenitic grains with vanadium carbides and carbonitrides and niobium.

При содержании церия ниже нижнего предела его действие на прочность и коррозионную стойкость малоэффективно из-за формы неметаллических включений (содержание этого элемента недостаточно для образования глобулярных неметаллических включений), а при содержании церия выше верхнего предела снижаются прочность, коррозионная стойкость и пластичность за счет увеличения количества неметаллических включений, их огрубления и загрязнения (а не очищения) границ зерен. When the cerium content is below the lower limit, its effect on strength and corrosion resistance is ineffective due to the shape of non-metallic inclusions (the content of this element is insufficient for the formation of globular non-metallic inclusions), and when the cerium content is above the upper limit, the strength, corrosion resistance and ductility are reduced due to an increase in the amount non-metallic inclusions, their coarsening and contamination (rather than purification) of grain boundaries.

Предлагаемая сталь отличается от известной более высоким содержанием хрома (26,0-28,0 мас.%) против 25,0-27,0 мас.%, что повышает прочность и коррозионную стойкость стали за счет увеличения в структуре количества более прочного феррита и уменьшения количества менее прочного аустенита. The proposed steel differs from the known higher content of chromium (26.0-28.0 wt.%) Against 25.0-27.0 wt.%, Which increases the strength and corrosion resistance of steel due to an increase in the structure of the amount of more durable ferrite and reducing the amount of less durable austenite.

При содержании в стали хрома ниже нижнего предела снижаются прочность и коррозионная стойкость за счет увеличения количества аустенита, а содержание хрома выше верхнего предела, существенно не повышая прочность стали, снижает пластичность и коррозионную стойкость за счет образования σ -фазы. When the content of chromium in the steel is lower than the lower limit, the strength and corrosion resistance decrease due to an increase in the amount of austenite, and the chromium content above the upper limit, without significantly increasing the steel strength, reduces ductility and corrosion resistance due to the formation of the σ phase.

Предлагаемая сталь отличается от известной более высоким содержанием меди (3,51-4,5 мас.%) против 1,5-3,5 мас.%. При содержании меди ниже нижнего предела прочность уменьшается за счет снижения упрочнения твердого раствора и уменьшения общей коррозионной стойкости, а при увеличении содержания меди выше верхнего предела прочность и коррозионная стойкость практически не увеличиваются, однако снижается пластичность за счет выделения избыточных фаз. The proposed steel differs from the known higher content of copper (3.51-4.5 wt.%) Against 1.5-3.5 wt.%. When the copper content is below the lower limit, the strength decreases due to a decrease in the hardening of the solid solution and a decrease in the overall corrosion resistance, and when the copper content exceeds the upper limit, the strength and corrosion resistance practically do not increase, but the ductility decreases due to the release of excess phases.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемой стали трех плавок (1-3), а также химический состав плавок, имеющих концентрацию компонентов ниже нижнего и выше верхнего пределов заявляемого состава (4 и 5) и состав стали-прототипа (6 и 7). In the table. 1 shows the chemical composition of the proposed steel of three swimming trunks (1-3), as well as the chemical composition of swimming trunks having a component concentration below the lower and higher upper limits of the claimed composition (4 and 5) and the composition of the prototype steel (6 and 7).

Выплавку проводили в 150 кг индукционной печи с центробежной разливкой на отливки ⌀ 350 х 260 х 30 мм. Smelting was carried out in 150 kg of an induction furnace with centrifugal casting on castings ⌀ 350 x 260 x 30 mm.

В табл. 2 приведены механические свойства и коррозионная стойкость стали указанных плавок после оптимального режима термической обработки. In the table. 2 shows the mechanical properties and corrosion resistance of the steel of the specified heats after the optimal heat treatment.

Испытания на растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 14972-73 на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм. Tensile tests were carried out in accordance with GOST 14972-73 on cylindrical samples of five times the length with a diameter of the calculated part of 6 mm.

Коррозионную стойкость определяли в лабораторных условиях при 50^oC на образцах размером 40 х 20 х 3 мм в среде после сгустителя целлюлозы с pH 5,0. Оценка коррозионной стойкости проводилась по убыли массы образцов, отнесенная к единице поверхности.Corrosion resistance was determined in laboratory conditions at 50 ^o C on samples of size 40 x 20 x 3 mm in the medium after a cellulose thickener with a pH of 5.0. Assessment of corrosion resistance was carried out by the loss of mass of the samples, referred to the unit surface.

Как видно из табл. 2, предлагаемая сталь имеет более высокую прочность по сравнению с прототипом при сохранении коррозионной стойкости. As can be seen from the table. 2, the proposed steel has a higher strength compared to the prototype while maintaining corrosion resistance.

Использование предложенной стали в качестве материала для валов скоростных бумагоделательных машин по сравнению в прототипом позволит за счет повышения прочности в стали при сохранении коррозионной стойкости повысить эксплуатационную стойкость валов бумагоделательных машин на 40%. Using the proposed steel as a material for the shafts of high-speed paper machines compared to the prototype will allow, by increasing the strength in steel while maintaining corrosion resistance, to increase the operational resistance of the shafts of paper machines by 40%.

Claims

Steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, nitrogen and iron, characterized in that it additionally contains vanadium, niobium and cerium in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.01 - 0.08
Silicon - 0.10 - 1.00
Manganese - 0.4 - 1.2
Chrome - 26.0 - 28.0
Nickel - 5.5 - 7.5
Copper - 3.51 - 4.5
Nitrogen - 0.10 - 0.15
Vanadium - 0.08 - 0.15
Niobium - 0.08 - 0.15
Cerium - 0.005 - 0.08
Iron - Else