RU2113534C1 - Сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, которая может быть использована при изготовлении центробежно-литых валов скоростных буммашин. Предлогаемая сталь содержит, мас. %: углерод 0,13 - 0,16; кремний 0,20-0,50; марганец 0,91 - 1,30; хром 0,20 - 0,60; никель 0,05 - 0,30; медь 0,01-0,30/ алюминий 0,005 - 0,05; кальций 0,005-0,02; цирконий 0,005-0,10; ванадий 0,05-0,10; церий 0,005 - 0,06; железо - остальное. Сталь обладает высокой трещиностойкостью при эксплуатации. 2 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии и касается стали, которая может быть использована при изготовлении отливок крупногабаритных валов бумагоделательных машин.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при производстве центробежно-литых валов для скоростных бумагоделательных машин, с малой чувствительностью к концентраторам напряжений в процессе эксплуатации.

Центробежно-литые валы, изготовленные из стали 35Л(ГОСТ 975-75) имеют низкую трещиностойкость в процессе эксплуатации.

Основной запас ударной вязкости стали зависит от работы зарождения трещины, а работа развития у стали 35Л, которая и характеризует трещиностойкость этой стали, очень низка. Это означает, что в процессе работы валов буммашин образовавшаяся трещина может привести к ускоренному разрушению, особенно при увеличении нагрузки.

Известна сталь, применяемая для этих целей, состоящая из следующих компонентов, мас.%:
Углерод - 0,12 - 0,45
Кремний - 0,20 - 0,80
Марганец - 0,35 - 0,90
Хром - 0,01 - 0,30
Никель - 0,01 - 0,30
Медь - 0,01 - 0,30
Алюминий - 0,01 - 0,10
Титан - 0,05 - 0,15
Кальций - 0,001 - 0,04
Цирконий - 0,01 - 0,07
Железо - Остальное
(см.авт.свид.СССР N1381195, кл.(C 22 C 38/50).

Недостатком известной стали является низкая эксплуатационная стойкость валов из-за пониженных механических свойств и трещиноустойчивости.

Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и достигаемому результату является сталь следующего состава, мас.%:
Углерод - 0,12 - 0,25
Кремний - 0,2 - 0,7
Марганец - 0,7 - 0,9
Никель - 0,4 - 0,5
Ванадий - 0,04 - 0,2
Кальций - 0,005 - 0,1
Алюминий - 0,01 - 0,08
Хром - 0,1 - 0,35
Цирконий - 0,005 - 0,1
Титан - 0,01 - 0,4
Медь - 0,04 - 0,5
Железо - Остальное
Недостатком известной стали является нестабильность получаемых свойств, т. к. при колебании содержания углерода и других элементов от нижнего уровня к верхнему в пределах марочного состава происходит резкое изменение структуры стали. При различном соотношении элементов структура стали может быть ферритной, ферритно-перлитной и бейнитной. Наличие такого многообразия структуры стали вызывает трудности в проведении термической обработки, т.к. требует специального режима для каждой плавки, и получить стабильные свойства для данной стали очень сложно. Кроме того, из-за большой ликвации элементов при центробежной отливке валов наблюдается большая неоднородность свойств, что приводит к резкому снижению трещиностойкости в процессе эксплуатации.

Предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, кальций, цирконий, ванадий и железо, согласно изобретению дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,13 - 0,16
Кремний - 0,20 - 0,50
Марганец - 0,91 - 1,30
Хром - 0,20 - 0,60
Никель - 0,05 - 0,30
Медь - 0,01 -0,30
Алюминий - 0,005-0,06
Кальций - 0,005 - 0,02
Цирконий - 0,005 - 0,10
Ванадий - 0,05 - 0,10
Церий - 0,005 - 0,06
Железо - Остальное
Сталь может содержать примеси серы и фосфора не более 0,025% каждого.

Предлагаемая сталь отличается от известной тем, что дополнительно содержит церий 0,005 - 0,06 мас.%.

При содержании церия ниже нижнего предела его воздействие на трещиностойкость стали мало эффективно, а при содержании его выше верхнего предела трещиностойкость снижается за счет развития межзеренного разрушения литой стали, что связано с избыточным обогащением бывших границ зерен неметаллическими включениями.

Предлагаемая сталь отличается большим содержанием марганца 0,91 - 1,30%, против 0,7 - 0,9% в известной стали, что обеспечивает высокую трещиностойкость за счет увеличения устойчивости переохлажденного аустенита и повышения прочности, связанной с увеличением дисперсности карбидов и измельчением зерна.

При содержании марганца ниже нижнего предела трещиностойкость стали уменьшается за счет снижения прочности литой стали, а при содержании марганца выше верхнего предела трещиностойкость снижается за счет появления в нормализованной стали структуры бейнита, вызывающего охрупчивание.

Предлагаемая сталь отличается большим содержанием хрома 0,2 - 0,6%, против 0,1 - 0,35% в известной стали, что обеспечивает высокую трещиностойкость за счет повышения прочности литой стали.

При содержании хрома ниже нижнего предела его влияние на трещиностойкость не эффективно, а при содержании хрома выше верхнего предела трещиностойкость практически не повышается, но увеличивается стоимость стали.

Предлагаемая сталь отличается более низким содержанием никеля 0,05 - 0,30%, против 0,4 - 0,5% в известной стали, что, не снижая трещиностойкости, уменьшает стоимость стали.

При содержании никеля ниже нижнего предела его влияние на трещиностойкость мало эффективно, т.к. в таком количестве никель не способствует ослаблению взаимодействия дислокаций с атомами внедрения и сопротивления кристаллической решетки движение свободных дислокаций.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемой стали трех плавок (1, 2, 3), а также химический состав плавок, имеющих концентрацию компонентов ниже нижнего и выше верхнего пределов предлагаемого состава (4, 5), а также состав стали-прототипа (6, 7). Выплавку проводили в 150 кг индукционной печи с разливкой металла на отливки 80 х 180 х 200 мм для определения механических свойств и трещиностойкости этих сталей.

Трещиностойкость сталей определялась по работе развития трещины, которая в основном и характеризует работоспособность валов буммашин. Для определения трещиностойкости (работоспособности) сталей были проведены испытания на инструментированном маятниковом копре фирмы РК - МФЛ (ФРГ) с максимальной энергией удара 300 Дж, оснащенной системой электронного управления, регистрации, сбора и воспроизведения измерений импульсов. При испытании образцов для каждого из них записывали диаграммы в координатах "нагрузка - перемещение" и "энергия - перемещение".

Исследование таких диаграмм позволяет разложить ударную вязкость зарождения и распространения трещин в ударном образце, а количественные значения позволяют оценить трещиностойкость сталей. В табл.2 приведены данные по ударной вязкости(KCV_о = KCV_з + KCV_р, где KCV_о- общая ударная вязкость, KCV_з и KCV_р - соответственно, ударная вязкость зарождения и распространения трещины) и механическим свойствам по оптимальным режимам термообработки.

Испытание на растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 14972-73 на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм.

Как видно из табл.2, предлагаемая сталь имеет более высокую трещиностойкость по сравнению с прототипом (по результатам работы развития трещины).

Использование предложенной стали в качестве материла для центробежнолитых валов буммашин позволит повысить надежность работы за счет повышения трещиностойкости.

Предлагаемая сталь прошла лабораторные испытания и рекомендована к промышленному опробованию в условиях АО "Буммаш".

Claims (1)

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, алюминий, кальций, цирконий, ванадий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
   Углерод - 0,13 - 0,16
   Кремний - 0,2 - 0,5
   Марганец - 0,91 - 1,3
   Хром - 0,2 - 0,6
   Никель - 0,05 - 0,3
   Медь - 0,01 - 0,3
   Алюминий - 0,005 - 0,05
   Кальций - 0,005 - 0,02
   Цирконий - 0,005 - 0,1
   Ванадий - 0,05 - 0,1
   Церий - 0,005 - 0,06
   Железо - ОстальноеП

Images