RU2750257C2 - Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls - Google Patents

Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls Download PDF

Info

Publication number
RU2750257C2
RU2750257C2 RU2019138736A RU2019138736A RU2750257C2 RU 2750257 C2 RU2750257 C2 RU 2750257C2 RU 2019138736 A RU2019138736 A RU 2019138736A RU 2019138736 A RU2019138736 A RU 2019138736A RU 2750257 C2 RU2750257 C2 RU 2750257C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
steel
modifier
iron
zirconium
Prior art date
Application number
RU2019138736A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019138736A (en
RU2019138736A3 (en
Inventor
Александр Федорович Дегтярев
Владимир Николаевич Скоробогатых
Василий Анатольевич Михеев
Жанна Владимировна Юргина
Галина Ивановна Матыцина
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ"
Priority to RU2019138736A priority Critical patent/RU2750257C2/en
Publication of RU2019138736A publication Critical patent/RU2019138736A/en
Publication of RU2019138736A3 publication Critical patent/RU2019138736A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2750257C2 publication Critical patent/RU2750257C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/04Making ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/56Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.7% by weight of carbon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to the area of metallurgy, namely to production of high-speed steel used for manufacture of composite roll shells and rolls of small diameter for multi-roll mills. A steel melt is obtained containing components in the following ratio, wt.%: carbon 1.70 to 1.80, silicon 0.10 to 0.50, manganese 0.40 to 0.80, sulfur ≤ 0.03, phosphorus ≤ 0.03, chromium 3.80 to 4.50, nickel 0.80 to 1.50, tungsten 4.30 to 4.80, molybdenum 3.40 to 3.60, vanadium 6.00 to 6.20, cerium 0.005 to 0.02, zirconium 0.02 to 0.04, calcium 0.005 to 0.02, aluminium 0.008 to 0.05, iron the rest. The melt is modified by introducing a modifier thereto in an amount of 0.03 to 0.25% of the melt weight. A mixture in equal proportions of titanium carbonitride and zirconium carbonitride nanopowders with a particle size of 60 to 70 nm placed in an amount of 5 to 10 wt.% in an iron matrix with an iron particle size of 10 to 50 mcm is used as a modifier. The modifier is preliminarily compacted before introduction into the melt, and is introduced into the melt prior to completion of melting or into the melt stream during discharge thereof.EFFECT: ensured production of high-speed steel with high wear resistance.3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения деталей из быстрорежущей стали с высокими механическими свойствами, которые могут быть использованы для изготовления композитных валков и валков небольшого диаметра для многовалковых прокатных станов.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to a method for producing parts from high-speed steel with high mechanical properties, which can be used for the manufacture of composite rolls and small diameter rolls for multi-roll mills.

Известна быстрорежущая сталь для изготовления композитных двухслойных валков, полученных способом электрошлаковой наплавки жидким металлом на стальную ось, содержащая углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 1,6-1,8; кремний 0,4-0,8; марганец 0,4-1,0; сера ≤ 0,03; фосфор ≤ 0,04; хром 4,0-5,0; никель 0,5-1,0; молибден 4,0-5,0; ванадий 1,5-2,5; вольфрам 4,0-5,00; железо остальное.Known high-speed steel for the manufacture of composite two-layer rolls obtained by the method of electroslag surfacing with liquid metal on a steel axis containing carbon, silicon, manganese, sulfur, phosphorus, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, tungsten and iron, with the following ratio of components, wt. %: carbon 1.6-1.8; silicon 0.4-0.8; manganese 0.4-1.0; sulfur ≤ 0.03; phosphorus ≤ 0.04; chrome 4.0-5.0; nickel 0.5-1.0; molybdenum 4.0-5.0; vanadium 1.5-2.5; tungsten 4.0-5.00; the rest of the iron.

(Проспект Новокраматорского машиностроительного завода, nkmz.com>fileadmin/data/prospekts/valki_nkmz.pdf).(Prospectus of Novokramatorsk Machine-Building Plant, nkmz.com> fileadmin / data / prospekts / valki_nkmz.pdf).

Известен способ получения отливок, включающий выплавку стали, получение отливки, очистку, обрубку и термическую обработку: двойную нормализацию, заключающуюся в первоначальном их нагреве до 920-930°С и выдержке при ней 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе до 200°С, а затем в повторном нагреве до (870-880°С и выдержке при ней 2,5-3,0 ч с последующим охлаждением на воздухе до 20°С, при этом используют сталь следующего химического состава, мас: углерод 0,20-0,40, марганец 0,90-1,50, кремний 0,17-0,40, хром 1,20-1,80, никель 0,30-0,60, медь 0,20-0,40, ванадий 0,15-0,30, бор 0,001-0,01, алюминий 0,02-0,06, железо - остальное.There is a known method of producing castings, including steel smelting, casting, cleaning, cutting and heat treatment: double normalization, which consists in their initial heating to 920-930 ° C and holding at it for 3-3.5 hours, followed by cooling in air to 200 ° С, and then in repeated heating to (870-880 ° С and holding at it for 2.5-3.0 h, followed by cooling in air to 20 ° С, while using steel of the following chemical composition, wt: carbon 0, 20-0.40, manganese 0.90-1.50, silicon 0.17-0.40, chromium 1.20-1.80, nickel 0.30-0.60, copper 0.20-0.40 , vanadium 0.15-0.30, boron 0.001-0.01, aluminum 0.02-0.06, iron - the rest.

(RU 2105821, C21D 1/28, C21D 1/78, опубликовано 27.02.1998)(RU 2105821, C21D 1/28, C21D 1/78, published 27.02.1998)

Недостатками известного способа являются низкая прочность и твердость стали из-за отсутствия легирующих элементов и пониженного содержания в ней углерода, что исключает использование ее для деталей, работающих в условиях абразивного износа при высоких нагрузках.The disadvantages of this method are the low strength and hardness of steel due to the absence of alloying elements and low carbon content in it, which excludes its use for parts operating under conditions of abrasive wear at high loads.

Известна быстрорежущая сталь для изготовления композитных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий, церий, ниобий, алюминий, титан, цирконий, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,8-1,2; кремний ≤ 0,8; марганец ≤ 1,5; хром 8,0-10,0; никель 2,2-2,6; кобальт 6,5-7,5; вольфрам 1,2-1,6; молибден 5,0-7,0; ванадий 2,0-3,0; церий 0,4-0,6; ниобий 0,2-0,4; алюминий 0,1-0,4; титан 0,2-0,4; цирконий 0,05-0,2; сера ≤ 0,03; фосфор ≤ 0,04; железо остальное.Known high-speed steel for the manufacture of composite rolls containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum, vanadium, cerium, niobium, aluminum, titanium, zirconium, sulfur, phosphorus and iron in the following ratio of components, wt. %: carbon 0.8-1.2; silicon ≤ 0.8; manganese ≤ 1.5; chrome 8.0-10.0; nickel 2.2-2.6; cobalt 6.5-7.5; tungsten 1.2-1.6; molybdenum 5.0-7.0; vanadium 2.0-3.0; cerium 0.4-0.6; niobium 0.2-0.4; aluminum 0.1-0.4; titanium 0.2-0.4; zirconium 0.05-0.2; sulfur ≤ 0.03; phosphorus ≤ 0.04; the rest of the iron.

(CN 102758148, C22C 38/56, опубликовано 31.10.2012)(CN 102758148, C22C 38/56, published 10/31/2012)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления валков из быстрорежущей стали, содержащей углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, никель, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий, цирконий, церий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,2-3,6; кремний ≤ 0,8; марганец ≤ 1,5; хром 8,0-10,0; никель 2,2-2,6; кобальт 6,5-7,5; вольфрам 1,2-1,6; молибден 5,0-7,0; ванадий 2,0-3,0; церий 0,4-0,6; ниобий 0,2-0,4; алюминий 0,1-0,4; титан 0,2-0,4; цирконий 0,05-0,2; сера ≤ 0,03; фосфор ≤ 0,04; железо остальное.The closest in technical essence and the achieved result is a method for manufacturing high-speed steel rolls containing carbon, silicon, manganese, sulfur, phosphorus, chromium, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum, vanadium, zirconium, cerium and iron, with the following ratio of components, wt. %: carbon 3.2-3.6; silicon ≤ 0.8; manganese ≤ 1.5; chrome 8.0-10.0; nickel 2.2-2.6; cobalt 6.5-7.5; tungsten 1.2-1.6; molybdenum 5.0-7.0; vanadium 2.0-3.0; cerium 0.4-0.6; niobium 0.2-0.4; aluminum 0.1-0.4; titanium 0.2-0.4; zirconium 0.05-0.2; sulfur ≤ 0.03; phosphorus ≤ 0.04; the rest of the iron.

После того как быстрорежущая сталь отлита с образованием заготовки и заготовка грубо обработана, заготовка подвергается закалке, процесс закалки осуществляется при нагреве печи до 1260-1280°С, температура поддерживается в течение 3-5 часов, затем заготовка закаляется в масле и отпускается после закалки, процесс отпуска осуществляется при нагреве печи до 620° С до 650°С, температура поддерживается в течение 5-7 часов, печь охлаждается, а затем нагревается, до 610°С до 630°С снова температура поддерживается в течение 5-7 часов, а после воздушного охлаждения проводится финишная обработка, так что получается валок, размерная точность и шероховатость поверхности которого соответствуют предъявляемым требованиям.After the high speed steel is cast to form a workpiece and the workpiece is roughly processed, the workpiece is quenched, the quenching process is carried out when the furnace is heated to 1260-1280 ° C, the temperature is maintained for 3-5 hours, then the workpiece is quenched in oil and tempered after quenching. the tempering process is carried out when the furnace is heated to 620 ° C to 650 ° C, the temperature is maintained for 5-7 hours, the furnace is cooled and then heated, up to 610 ° C to 630 ° C, the temperature is again maintained for 5-7 hours, and after air cooling, finishing is carried out, so that a roll is obtained, the dimensional accuracy and surface roughness of which meet the requirements.

(CN 102766745, С22С 38/56, опубликовано 07.11.2012)(CN 102766745, C22C 38/56, published on 07.11.2012)

Недостатком известного способа является повышенная хрупкость валка из быстрорежущей стали из-за высокого содержания углерода. Кроме того, предложенный режим термической обработки не обеспечивает высокой износостойкости валков.The disadvantage of this method is the increased fragility of the high speed steel roll due to the high carbon content. In addition, the proposed heat treatment mode does not provide high wear resistance of the rolls.

Недостатком всех известных сталей является недостаточный уровень прочности, пластичности, твердости и износостойкости.The disadvantage of all known steels is the insufficient level of strength, ductility, hardness and wear resistance.

Задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа получения быстрорежущей стали, обеспечивающего высокую износостойкость при высоких нагрузках..The task and the technical result of the invention is to develop a method for producing high-speed steel that provides high wear resistance at high loads.

Технический результат достигается тем, что способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков, включающих получение расплава стали, его последующее модифицирование и разливку отличающийся тем, что получают расплав стали, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 1,70-1,80, кремний 0,10-0,50, марганец 0,40-0,80, серу ≤ 0,03, фосфор ≤ 0,03, хром 3,80-4,50, никель 0,80-1,50, вольфрам 4,30-4,80, молибден 3,40-3.60, ванадий 6,00-6,20, церий 0,005-0,02, цирконий 0,02-0,04, кальций 0,005-0,02, алюминий 0,008-0,05 и железо - остальное, а модифицирование осуществляют путем введения модификатора в количестве 0,03-0,25% от массы расплава, при этом используют модификатор содержащий смесь в равных долях нанопорошков карбонитрида титана и карбонитрида циркония с размерами частиц 60-70 нм, размещенных в количестве 5-10 мас. % в железной матрице с размером частиц железа 10-50 мкм.The technical result is achieved in that the method of obtaining high-speed steel for the manufacture of composite rolls, including the production of steel melt, its subsequent modification and casting, characterized in that a steel melt is obtained containing components in the following ratio, wt. %: carbon 1.70-1.80, silicon 0.10-0.50, manganese 0.40-0.80, sulfur ≤ 0.03, phosphorus ≤ 0.03, chromium 3.80-4.50, nickel 0.80-1.50, tungsten 4.30-4.80, molybdenum 3.40-3.60, vanadium 6.00-6.20, cerium 0.005-0.02, zirconium 0.02-0.04, calcium 0.005-0.02, aluminum 0.008-0.05 and iron - the rest, and modification is carried out by introducing a modifier in an amount of 0.03-0.25% of the melt mass, while using a modifier containing a mixture in equal proportions of titanium carbonitride nanopowders and zirconium carbonitride with a particle size of 60-70 nm, placed in an amount of 5-10 wt. % in an iron matrix with an iron particle size of 10-50 microns.

Технический результат также достигается тем, что способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков включает предварительное компактирование модификатора и ввод его в расплав перед окончанием плавки или в струю расплава при его выпуске.The technical result is also achieved in that the method for producing high-speed steel for the manufacture of composite rolls includes preliminary compaction of the modifier and its introduction into the melt before the end of melting or into the stream of the melt during its release.

Технический результат также достигается тем, что быстрорежущая сталь для изготовления композитных валков получена вышеуказанными способами.The technical result is also achieved by the fact that high-speed steel for the manufacture of composite rolls is obtained by the above methods.

Способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков по изобретению отличается от известных способов тем, что в расплав стали, содержащий компоненты в указанном соотношении дополнительно вводят модификатор в виде нанопорошков карбонитрида титана и карбонитрида циркония (полученных методом плазмохимического синтеза) с размерами частиц 60-70 нм в железной матрице (в виде порошка с размером частиц 10-50 мкм) в равных долях в диапазоне 5-10 вес. %. Железный порошок выбран для предотвращения слипания, окисления, самовозгорания и взрыва частиц нанопорошков. Модификатор компактируют и вводят в расплав перед окончанием плавки или в струю расплава при его выпуске в количестве 0,03-0,25% от массы расплава. Применение модификаторов в компактированном виде обусловлено тем, что частицы нанопорошков с размерами частиц 60-70 нм легко слипаются, их окисление начинается при сравнительно низких температурах, а также они плохо смачиваются жидким металлом. При введении модификаторов в расплавы в виде нанопорошков они легко образуют в воздухе пылевидную взвесь, которая при определенных условиях может самовозгораться и взрываться.The method of obtaining high-speed steel for the manufacture of composite rolls according to the invention differs from the known methods in that a modifier in the form of nanopowders of titanium carbonitride and zirconium carbonitride (obtained by plasma-chemical synthesis) with particle sizes of 60-70 nm is additionally introduced into the steel melt containing the components in the specified ratio in an iron matrix (in the form of a powder with a particle size of 10-50 microns) in equal proportions in the range of 5-10 wt. %. The iron powder is selected to prevent adhesion, oxidation, spontaneous combustion and explosion of nanopowder particles. The modifier is compacted and introduced into the melt before the end of the melt or into the stream of the melt when it is released in an amount of 0.03-0.25% of the melt mass. The use of compacted modifiers is due to the fact that nanopowder particles with a particle size of 60-70 nm easily stick together, their oxidation begins at relatively low temperatures, and they are also poorly wetted by liquid metal. When modifiers are introduced into melts in the form of nanopowders, they easily form a dusty suspension in the air, which, under certain conditions, can spontaneously ignite and explode.

Применение карбонитрида титана и циркония в смеси с железной матрицей обеспечивает высокий модифицирующий эффект при низкой стоимости. Введение в расплав модификатора в количестве 0,03-0,25% от массы расплава приводит к существенному изменению, как получаемой структуры, так и морфологии и топографии карбидной фазы. При этом происходит резкое измельчение зерна, устраняется столбчатость зерен и разнозернистость. Дендритная структура литого металла тонкая и однородная по сечению отливки. Карбиды приобретают компактную равноосную форму и равномерно распределены по объему зерна. Применение модификатора позволяет повысить прочность и износостойкость стали.The use of titanium and zirconium carbonitride in a mixture with an iron matrix provides a high modifying effect at a low cost. The introduction of a modifier into the melt in an amount of 0.03-0.25% of the melt mass leads to a significant change in both the resulting structure and the morphology and topography of the carbide phase. At the same time, there is a sharp grinding of the grain, the columnarity of the grains and the uneven graininess are eliminated. The dendritic structure of the cast metal is thin and uniform over the section of the casting. Carbides acquire a compact equiaxed shape and are evenly distributed over the grain volume. The use of a modifier improves the strength and wear resistance of steel.

При увеличении количества модификатора выше указанного верхнего предела снижается граничная концентрация элементов упрочнителей границ зерен, в результате которой снижается прочность отливки, что отрицательно сказывается на износостойкости стали, а также возможно снижение характеристик пластичности и вязкости.With an increase in the amount of modifier above the specified upper limit, the boundary concentration of the elements of grain boundary hardeners decreases, as a result of which the strength of the casting decreases, which negatively affects the wear resistance of the steel, and also a decrease in the characteristics of plasticity and toughness is possible.

При снижении количества модификатора менее 0,03% резко снижается модифицирующий эффект. В немодифицированной отливке включения карбидов в виде каркасов располагаются преимущественно по границам зерен и имеют большую протяженность. Карбиды подобного типа оказывают отрицательное влияние на износостойкость стали.When the amount of the modifier is reduced to less than 0.03%, the modifying effect is sharply reduced. In an unmodified casting, carbide inclusions in the form of frameworks are located mainly along the grain boundaries and have a large extent. Carbides of this type have a negative effect on the wear resistance of steel.

Сталь по изобретению отличается от известной стали меньшим содержанием углерода 1,70-1,80 мас. %, против 3,2-3,6 мас. %. Содержание углерода 1,70-1,80 мас. % является оптимальным для обеспечения высокой прочности, твердости и высокой пластичности за счет более высокой закаливаемости стали, а сталь прототипа склонна к охрупчиванию.The steel according to the invention differs from the known steel by a lower carbon content of 1.70-1.80 wt. %, against 3.2-3.6 wt. %. The carbon content is 1.70-1.80 wt. % is optimal for providing high strength, hardness and high ductility due to the higher hardenability of the steel, and the steel of the prototype is prone to embrittlement.

Если содержание углерода превышает значение 1,80 мас. %, то возникает заметное охрупчивание быстрорежущей стали, что может привести к непригодности валков из-за выкрашивания. Содержание менее 1,70 мас. % уменьшает долю карбидов и решающим образом снижает износостойкость материала.If the carbon content exceeds 1.80 wt. %, then there is a noticeable embrittlement of high-speed steel, which can lead to the unsuitability of the rolls due to spalling. The content is less than 1.70 wt. % reduces the proportion of carbides and decisively reduces the wear resistance of the material.

Кремний при содержании 0,10-0,50 мас. % в стали оказывает упрочняющее действие на смешанные кристаллы, а также раскисляющее действие, он является боле сильным раскислителем, чем марганец. Для закаливаемости материала его содержание не должно превышать 0,50 мас. %.Silicon with a content of 0.10-0.50 wt. % in steel has a hardening effect on mixed crystals, as well as a deoxidizing effect, it is a stronger deoxidizer than manganese. For hardenability of the material, its content should not exceed 0.50 wt. %.

Марганец в пределах 0,40-0,80 мас. % может влиять на характеристику твердости материала, однако его следует рассматривать преимущественно совместно с содержанием серы, причем серу и марганец вследствие образования сульфидных включений следует рассматривать в качестве улучшающих обработку стали элементов. Он облегчает горячую обработку стали давлением, образуя тугоплавкие соединения с серой и кислородом. Такое содержание марганца положительно влияет на механические свойства стали. В этих пределах марганец улучшает прокаливаемость стали и повышает предел текучести стали, что положительно сказывается на износостойкости.Manganese in the range of 0.40-0.80 wt. % can affect the hardness characteristics of the material, but it should be considered mainly in conjunction with the sulfur content, and sulfur and manganese, due to the formation of sulfide inclusions, should be considered as elements improving the processing of steel. It facilitates hot working of steel by forming refractory compounds with sulfur and oxygen. This manganese content has a positive effect on the mechanical properties of the steel. Within these limits, manganese improves the hardenability of the steel and increases the yield strength of the steel, which has a positive effect on the wear resistance.

Сталь по изобретению отличается от известной меньшим содержанием хрома 3,80-4,50 мас. %, против 8,0-10,00 мас. %, такое содержание хрома является оптимальным. Хром при таком содержании увеличивает прочность и твердость стали, не снижая пластичности. Содержание хрома в стали прототипе является избыточным, так как для обеспечения теплостойкости стали достаточно заявленного содержания.The steel according to the invention differs from the known one by a lower chromium content of 3.80-4.50 wt. %, against 8.0-10.00 wt. %, this chromium content is optimal. Chromium at this content increases the strength and hardness of the steel without reducing the ductility. The chromium content in the prototype steel is excessive, since the declared content is sufficient to ensure the heat resistance of the steel.

Содержание хрома с максимальным значением 4,5 мас. % обосновано тем, что более высокое содержание приводит к увеличению доли остаточного аустенита в матрице после закалки.Chromium content with a maximum value of 4.5 wt. % is justified by the fact that a higher content leads to an increase in the proportion of retained austenite in the matrix after quenching.

Сталь по изобретению отличается от известной меньшим содержанием никеля 0,80-1,50 мас. %, против 2,20-2,60 мас. %, что является оптимальным для повышения прочности и особенно ударной вязкости и снижения стоимости. Кроме того, никель в заданном значении снижает склонность стали к образованию трещин.The steel according to the invention differs from the known one by a lower nickel content of 0.80-1.50 wt. %, versus 2.20-2.60 wt. %, which is optimal for increasing strength and especially impact strength and reducing cost. In addition, nickel at a given value reduces the tendency of the steel to crack.

Сталь по изобретению отличается от известной меньшим содержанием молибдена 3,40-3,60 мас. %, против 5,00-7,00 мас. %, что обеспечивает одинаковые свойства по всей длине заготовки. Молибден также повышает трещиностойкость стали и предотвращает выделения по границам зерен аустенита при старении. Молибдену при кинетике реакции или образовании смешанных карбидов придается существенное значение, причем содержание от 3,40 до 3,60 считается, согласно изобретению, эффективным. Как показали исследования, нужное его количество не превышает 3,60 мас. %, более высокое содержание молибдена экономически не оправдано.The steel according to the invention differs from the known one by a lower molybdenum content of 3.40-3.60 wt. %, versus 5.00-7.00 wt. %, which ensures the same properties along the entire length of the workpiece. Molybdenum also improves the fracture toughness of the steel and prevents grain boundary precipitation of austenite during aging. Molybdenum is of great importance in the kinetics of the reaction or the formation of mixed carbides, and a content of 3.40 to 3.60 is considered effective according to the invention. Studies have shown that the required amount does not exceed 3.60 wt. %, a higher content of molybdenum is not economically justified.

Сталь по изобретению отличается от известной большим содержанием вольфрама 4,30-4,80 мас. %, против 1,20-1,60 мас. %, что обеспечивает высокую прочность, твердость и износостойкость. Вольфрам и молибден имеют высокое сродство с углеродом и образуют почти одинаковые карбиды и могут быть взаимозаменяемыми.The steel according to the invention differs from the known high tungsten content of 4.30-4.80 wt. %, versus 1.20-1.60 wt. %, which provides high strength, hardness and wear resistance. Tungsten and molybdenum have a high affinity for carbon and form nearly identical carbides and can be used interchangeably.

Сталь по изобретению отличается от известной более высоким содержанием ванадия 6,00-6,20 мас. %, что обеспечивает повышение износостойкости и прочности стали за счет образования большего количества износостойких карбидов ванадия. Ванадий является одним из сильнейших монокарбидообразующих элементов, карбиды которого отличаются высокой твердостью и обуславливают особую износостойкость материала.The steel according to the invention differs from the known higher vanadium content of 6.00-6.20 wt. %, which provides an increase in wear resistance and strength of steel due to the formation of a larger amount of wear-resistant vanadium carbides. Vanadium is one of the strongest monocarbide-forming elements, the carbides of which are characterized by high hardness and determine the special wear resistance of the material.

Износостойкости способствуют тонкая структура и, в основном, однородное распределение монокарбидов. В частности, ванадий, а также вольфрам и молибден, следует при высоких температурах перевести частично в твердый раствор, чтобы после быстрого охлаждения изделия имели существенный потенциал вторичной твердости за счет выделения тонкодиспергированных, богатых ванадием вторичных карбидов, после обработки отпуском.Wear resistance is facilitated by a fine structure and a generally uniform distribution of monocarbides. In particular, vanadium, as well as tungsten and molybdenum, should be partially transformed into a solid solution at high temperatures, so that after rapid cooling the product has a significant potential of secondary hardness due to the release of finely dispersed, vanadium-rich secondary carbides after tempering.

Более высокое, чем 6,20 мас. %, содержание ванадия обуславливает либо более высокое содержание углерода в сплаве, из-за чего он охрупчивается, либо происходит обеднение и снижение прочности, в частности снижение термостойкости матрицы. Содержание ванадия менее 6,00 мас. %) приводит к заметному ухудшению характеристики износа.Higher than 6.20 wt. %, the vanadium content determines either a higher carbon content in the alloy, which makes it embrittle, or depletion and a decrease in strength occurs, in particular, a decrease in the thermal resistance of the matrix. The vanadium content is less than 6.00 wt. %) leads to a noticeable deterioration in the wear characteristics.

Микролегирование стали цирконием (0,02-0,04 мас. %) в сочетании с повышенным содержанием ванадия повышает прочность и ударную вязкость термообработанной стали за счет измельчения действительного зерна, снижения содержания углерода в аустените и повышения сил межатомных связей и величины сопротивления отрыву, поскольку карбиды ванадия и циркония имеют близкие параметры кристаллической решетки и обладают неограниченной взаимной растворимостью. Комплексное легирование стали цирконием в сочетании с ванадием, вольфрамом и другими элементами сказывается на свойствах стали сильнее, чем легирование одним цирконием.Microalloying of steel with zirconium (0.02-0.04 wt%) in combination with an increased vanadium content increases the strength and toughness of heat-treated steel due to the refinement of the actual grain, a decrease in the carbon content in austenite and an increase in the forces of interatomic bonds and the magnitude of the separation resistance, since vanadium and zirconium carbides have similar crystal lattice parameters and have unlimited mutual solubility. Complex alloying of steel with zirconium in combination with vanadium, tungsten and other elements affects the properties of steel more than alloying with zirconium alone.

При содержании циркония более 0,04 мас. % образование карбидов циркония протекает при более высоких температурах, чем аналогичных соединений ванадия, что не позволяет оптимизировать режимы термообработки и снижает предел текучести стали, твердость и как следствие износостойкость стали.When the content of zirconium is more than 0.04 wt. % formation of zirconium carbides occurs at higher temperatures than similar vanadium compounds, which does not allow optimizing the heat treatment modes and reduces the yield strength of steel, hardness and, as a consequence, wear resistance of steel.

Содержание церия 0,005-0,02 мас. %. против 0,4-0,6 мас. % является достаточным для обеспечения высокой технологичности и способствует получению высокой прочности и более высоких значений ударной вязкости. Введение церия в количестве 0,4-0,6 мас. % приводит к образованию так называемой цериевой неоднородности, что сильно снижает вязкость стали.Cerium content 0.005-0.02 wt. %. against 0.4-0.6 wt. % is sufficient to ensure high processability and contributes to obtaining high strength and higher values of impact strength. The introduction of cerium in an amount of 0.4-0.6 wt. % leads to the formation of the so-called cerium heterogeneity, which greatly reduces the toughness of the steel.

Сталь по изобретению отличается от известной дополнительным содержанием кальция в количестве 0,005-0,02 мас. %, что в сочетании с церием благоприятно изменяет форму неметаллических включений, снижает в стали содержание кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает и упрочняет границы зерен и измельчает структуру стали, что приводит к повышению прочности, пластичности, ударной вязкости и износостойкости.The steel according to the invention differs from the known additional calcium content in the amount of 0.005-0.02 wt. %, which, in combination with cerium, favorably changes the shape of non-metallic inclusions, reduces the oxygen and sulfur content in steel, reduces the amount of sulfide inclusions, cleans and strengthens grain boundaries and refines the steel structure, which leads to an increase in strength, ductility, impact strength and wear resistance.

Введение в состав стали алюминия в 0,008-0.05 мас. %, против 0,10-0,40 мас. % в сочетании с химически активными элементами кальцием и церием благоприятно изменяет форму неметаллических включений, снижает в стали содержание кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает и упрочняет границы зерен и измельчает структуру стали, что приводит к повышению прочности, пластичности и ударной вязкости. Кальций и церий благоприятно воздействует на характер карбидных и карбонитридных включений, способствуют переходу пленочных включений нитридов алюминия в глобулярные комплексы оксисульфонитридных образований.The introduction of aluminum into the composition of steel in 0.008-0.05 wt. % versus 0.10-0.40 wt. % in combination with reactive elements calcium and cerium favorably changes the shape of non-metallic inclusions, reduces the oxygen and sulfur content in steel, reduces the amount of sulfide inclusions, cleans and strengthens grain boundaries and refines the steel structure, which leads to an increase in strength, ductility and toughness. Calcium and cerium favorably affect the nature of carbide and carbonitride inclusions, promote the transition of film inclusions of aluminum nitrides into globular complexes of oxysulfonitride formations.

Введение алюминия в количестве 0,10-0,40 мас. %, как в прототипе, в стали снижает ее жидкотекучесть и затрудняет разливку, так как на струе образуется твердая пленка и даже корочка вследствие вторичного окисления. Попадание ее в тело отливки приводит к браку по включениям и негерметичности. Поэтому важно обеспечить стабильность процесса раскисления, высокую степень усвоения алюминия и оптимальное его содержание в стали.The introduction of aluminum in the amount of 0.10-0.40 wt. %, as in the prototype, in steel reduces its fluidity and complicates pouring, since a hard film and even a crust forms on the jet due to secondary oxidation. If it gets into the body of the casting, it leads to defects in inclusions and leaks. Therefore, it is important to ensure the stability of the deoxidation process, a high degree of assimilation of aluminum and its optimal content in steel.

В таблице 1 приведен химический состав предлагаемой стали 3-х плавок (1, 2, 3), а также состав стали - прототипа (4).Table 1 shows the chemical composition of the proposed steel of 3 heats (1, 2, 3), as well as the composition of the prototype steel (4).

Выплавку проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на центробежно-литые бандажи. При разливке в струю металла вводили суммарную смесь карбонитридов титана и циркония в виде прессованных таблеток. Бандажи разрезались на заготовки сечением 20×20 мм и 12×12 мм для изготовления необходимых образцов. После отжига при температуре 860-880°С с изотермической выдержкой при 700-720°С, закалки от температуры 1190-1210°С и 3-кратного отпуска по 1 ч. при 560-580°С проводились испытания на прочность при статическом изгибе, износостойкость и твердость.Smelting was carried out in a 150 kg induction furnace with metal casting onto centrifugally cast tires. During casting, a total mixture of titanium and zirconium carbonitrides in the form of compressed tablets was introduced into the metal stream. The bands were cut into blanks with a cross section of 20 × 20 mm and 12 × 12 mm to make the required samples. After annealing at a temperature of 860-880 ° C with isothermal holding at 700-720 ° C, quenching from a temperature of 1190-1210 ° C and 3-time tempering for 1 hour at 560-580 ° C, static bending strength tests were carried out, wear resistance and hardness.

Испытания на изгиб проводили на цилиндрических образцах диаметром 10 мм, длиной 80 мм и расстоянием между опорами 60 мм. Износостойкость определяли по потере веса образца за 1 ч (диаметр 2 мм) при трении о закаленную и отпущенную на HRC=48-50 сталь. Удельная нагрузка на образец - 10 кгс/мм2. Твердость HRC определяли на приборе Роквелла.Bending tests were carried out on cylindrical specimens with a diameter of 10 mm, a length of 80 mm, and a distance between the supports of 60 mm. The wear resistance was determined by the weight loss of the sample for 1 h (diameter 2 mm) during friction against hardened and tempered steel at HRC = 48-50. The specific load on the sample is 10 kgf / mm 2 . Hardness HRC was determined on a Rockwell apparatus.

В таблице 2 приведены механические свойства, полученные после оптимальной термообработки.Table 2 shows the mechanical properties obtained after optimal heat treatment.

Как видно из таблицы 2 предлагаемый способ и состав быстрорежущей стали имеет значительное преимущество по уровню прочности, твердости и износостойкости по сравнению с известной сталью.As can be seen from table 2, the proposed method and composition of high-speed steel has a significant advantage in terms of strength, hardness and wear resistance in comparison with the known steel.

Предложенный способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков может быть использован для изготовления бандажей комбинированных валков и валков небольшого диаметра для многовалковых прокатных станов.The proposed method for obtaining high-speed steel for the manufacture of composite rolls can be used for the manufacture of tires of combined rolls and rolls of small diameter for multi-roll mills.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

ЛитератураLiterature

1 Проспект Новокраматорского машиностроительного завода, nkmz.com>fileadmin/data/prospekts/valki_nkmz.pdf.1 Prospectus of Novokramatorsk Machine-Building Plant, nkmz.com> fileadmin / data / prospekts / valki_nkmz.pdf.

2 Патент CN102758148, С22С 38/56, опубликовано 31.10.2012.2 Patent CN102758148, С22С 38/56, published on October 31, 2012.

3 Патент CN102766745, С22С 38/56, опубликовано 07.11.2012.3 Patent CN102766745, С22С 38/56, published on 07.11.2012.

4 RU 2105821, C21D 1/28, C21D 1/78, опубликовано 27.02.1998.4 RU 2105821, C21D 1/28, C21D 1/78, published 27.02.1998.

Claims (3)

1. Способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков, включающий получение расплава стали, его последующее модифицирование и разливку, отличающийся тем, что получают расплав стали, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1,70-1,80, кремний 0,10-0,50, марганец 0,40-0,80, сера ≤ 0,03, фосфор ≤ 0,03, хром 3,80-4,50, никель 0,80-1,50, вольфрам 4,30-4,80, молибден 3,40-3,60, ванадий 6,00-6,20, церий 0,005-0,02, цирконий 0,02-0,04, кальций 0,005-0,02, алюминий 0,008-0,05, железо - остальное, а модифицирование осуществляют путем введения модификатора в количестве 0,03-0,25% от массы расплава, при этом используют модификатор, содержащий смесь в равных долях нанопорошков карбонитрида титана и карбонитрида циркония с размерами частиц 60-70 нм, размещенных в количестве 5-10 мас.% в железной матрице с размером частиц железа 10-50 мкм.1. A method of obtaining high-speed steel for the manufacture of composite rolls, including obtaining a steel melt, its subsequent modification and casting, characterized in that a steel melt is obtained containing components in the following ratio, wt%: carbon 1.70-1.80, silicon 0.10-0.50, manganese 0.40-0.80, sulfur ≤ 0.03, phosphorus ≤ 0.03, chromium 3.80-4.50, nickel 0.80-1.50, tungsten 4, 30-4.80, molybdenum 3.40-3.60, vanadium 6.00-6.20, cerium 0.005-0.02, zirconium 0.02-0.04, calcium 0.005-0.02, aluminum 0.008- 0.05, iron - the rest, and modification is carried out by introducing a modifier in an amount of 0.03-0.25% on the mass of the melt, while using a modifier containing a mixture in equal proportions of nanopowders of titanium carbonitride and zirconium carbonitride with a particle size of 60-70 nm, placed in an amount of 5-10 wt.% in an iron matrix with an iron particle size of 10-50 microns. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модификатор предварительно компактируют и вводят в расплав перед окончанием плавки или в струю расплава при его выпуске.2. The method according to claim 1, characterized in that the modifier is pre-compacted and introduced into the melt before the end of the melt or into the stream of the melt when it is tapped. 3. Быстрорежущая сталь для изготовления композитных валков, отличающаяся тем, что она получена способом по п. 1 или 2.3. High speed steel for the manufacture of composite rolls, characterized in that it is obtained by the method according to claim 1 or 2.
RU2019138736A 2019-11-29 2019-11-29 Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls RU2750257C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138736A RU2750257C2 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138736A RU2750257C2 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019138736A RU2019138736A (en) 2021-05-31
RU2019138736A3 RU2019138736A3 (en) 2021-05-31
RU2750257C2 true RU2750257C2 (en) 2021-06-24

Family

ID=76296615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138736A RU2750257C2 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750257C2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006371C1 (en) * 1992-01-21 1994-01-30 Александр Васильевич Румянцев Multilayer composite material, method for its manufacture and article made of this material
RU2040584C1 (en) * 1993-02-05 1995-07-25 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Constructional steel
RU2530196C2 (en) * 2009-02-17 2014-10-10 Мек Холдинг Гмбх Wear resistant alloy
CN105618715A (en) * 2016-01-12 2016-06-01 安徽环渤湾高速钢轧辊有限公司 Abrasion-resistance high-speed steel composite roller and preparation method thereof
JP2016180167A (en) * 2015-03-25 2016-10-13 日立金属株式会社 Consecutive tinkering padding casting-made composite roll for rolling
US9724740B2 (en) * 2013-09-25 2017-08-08 Hitachi Metals, Ltd. Centrifugally cast composite roll and its production method
CN107475641B (en) * 2017-08-14 2019-05-14 湖南长高新材料股份有限公司 High-speed steel roll and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006371C1 (en) * 1992-01-21 1994-01-30 Александр Васильевич Румянцев Multilayer composite material, method for its manufacture and article made of this material
RU2040584C1 (en) * 1993-02-05 1995-07-25 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Constructional steel
RU2530196C2 (en) * 2009-02-17 2014-10-10 Мек Холдинг Гмбх Wear resistant alloy
US9724740B2 (en) * 2013-09-25 2017-08-08 Hitachi Metals, Ltd. Centrifugally cast composite roll and its production method
JP2016180167A (en) * 2015-03-25 2016-10-13 日立金属株式会社 Consecutive tinkering padding casting-made composite roll for rolling
CN105618715A (en) * 2016-01-12 2016-06-01 安徽环渤湾高速钢轧辊有限公司 Abrasion-resistance high-speed steel composite roller and preparation method thereof
CN107475641B (en) * 2017-08-14 2019-05-14 湖南长高新材料股份有限公司 High-speed steel roll and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019138736A (en) 2021-05-31
RU2019138736A3 (en) 2021-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3940105A1 (en) Hot-work die steel and preparation method therefor
Chaus et al. Microstructure and properties of M2 high-speed steel cast by the gravity and vacuum investment casting
CN110546290B (en) Austenitic wear-resistant steel plate
EP2881485B1 (en) Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same
WO2014154106A1 (en) Low-alloy high-hardness wear-resistant steel plate and manufacturing method therefor
WO2014154140A1 (en) Low-alloy high-performance wear-resistant steel plate and manufacturing method therefor
Inthidech et al. Effect of alloying elements on heat treatment behavior of hypoeutectic high chromium cast iron
JPH116041A (en) Wear resistant powder metallurgy cold working tool steel body having high shock toughness and its production
JP2010514917A (en) Hard alloy with dry composition
EA024859B1 (en) Metal alloys for high impact applications
CN112941406B (en) Stainless steel for knife and scissors
EP2412839B1 (en) Electric resistance welded steel pipe having excellent deformability and fatigue properties after quenching
JP2010270346A (en) Non-heat treated steel for hot-forging, having high bending fatigue strength and small amount of deformation due to repeating stress, and method for manufacturing parts of the same
JPH11343543A (en) High toughness super-abrasion resistant cast steel and its production
WO2024087788A1 (en) Steel for forged bucket teeth of excavator, and preparation method therefor
Todić et al. The Influence of the Vanadium Content on the Toughness and Hardness of Wear resistant High-alloyed Cr-Mo Steel.
RU2750257C2 (en) Method of producing high-speed steel for manufacture of composite rolls
CN112159936B (en) High-quality steel for forging bucket teeth and preparation method thereof
RU2344180C2 (en) Method of out-of-furnace modification of iron and steel
JP6956117B2 (en) Tool holder steel
CN115558854B (en) Hot-rolled strip steel for high-deformation-resistance buckling circular saw and preparation method thereof
CN109972050B (en) Yttrium toughened wear-resistant alloy and casting and heat treatment method thereof
RU2765474C1 (en) Method for producing wear-resistant high-strength castings from iron
KR100260025B1 (en) The manufacturing method for high durable high chromium cast iron and same product
RU2828779C2 (en) Steel for high-temperature cemented gear shaft and method of making such steel