SU1700090A1 - Лита износостойка сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к литой метастабильной аусте- нитной износостойкой стали, используемой дл  деталей горно-обогатительного оборудовани . Целью изобретени   вл етс  повышение жидкотекучести, трещино- устойчивости и износостойкости. Это достигаетс  дополнительным введением в сталь бора и кальци  при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,55-0,75; кремний 0,10-0,50; марганец 7,50-9,50; хром 3,80-5,20; титан 0,02-0,15; бор 0,001-0,005; кальций 0,005-0,05; железо - остальное. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к разработке составов литых метастабильных аустенитных износостойких сталей, используемых дл  изготовлени  отливок , работающих в услови х абразивно-ударно-абразивного износа, например литые детали горно-обогатительного оборудовани  (щеки, конуса, валки дробилок, облицовки и др.).

Известна сталь, котора  с целью повышени  износостойкости в слабокоррозионной среде, прочности, ударной в зкости, дополнительно содержит медь и бор при следующих соотношени х компонентов, мас.%:

Углерод0,9-1,3

Кремний0,4-0,9

Марганец8,0-12,0

Титан0,008-0,03

Кальций0,0005-0,005

Хром1,0-2,3

Медь0,21-05

Бор0,001-0,003

ЖелезоОстальное

Сталь имеет относительно низкую износостойкость , жидкотскучесть, трещи- ноустойчивость, так как отличаетс  небольшим соотношением Cr/С и имеет недостаточное количество компактных эвтектических карбидов типа (Fe, .

Известна  лита  сталь с высокой ударной в зкостью, содержаща  компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,2-0,5

Кремний0,5-2.0

Марганец0,5-2,0

Хром1,0-6,0

Бор0,001-0,01

или титан0,01-0,1

ЖелезоОстальное

Эта сталь обладает низкими значени ми твердости и трещиноустойчивости.

«.Ј XI

О

ю

Известна лита  сталь, котора  содерит никель, титан, кальций при.следующем оотношении компонентов, мае,%: Углерод0,8-1,18

Кремний0,3-0,85

Марганец 6,5-8,8

Молибден0,05-0,2

Титан0,01-0,1

Ванадий0,05-0,15

Кальций0,001-0,0110

Хром2,5-4,0

Никель0,2-1,0

Медь0,2-0,7

ЖелезоОстальное

Сталь обладает относительно низкой 15 рещмноустойчивостью, жидкотекучестыо и износостойкостью.

Наиболее близкой, к предлагаемой стаи по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  лита  износостойка  20 сталь, котора  дополнительно содержит РЗМ при следущем соотношении компонентов , мас.%:

Углерод, 0,5-1,0

Кремний0,3-0,8 -25

Марганец4,5-10,0

Титан0,05-0,15

Ванадий0,05-0,3

Хром1,0-5.0

Алюминий . 0,1-1,030

Азот0,05-0,1

РЗМ0,002-0,01

Железо©стальное

Сталь имеетотьосичельно низкие значени  жидкотекучести и трещмноустойчивости, 35 так как содержит s своем составе РЗМ, ко- торь 8 загр зн ют сталь неметаллическими включени ми, трудно выводимыми из расплава: оксиды,сульфиды, оксисульфиды, ок- смсульфонитриды и др. Это повышает ло в зкость расплава, а дополнительное загр знение включени ми ведет к снижению трещиноустойчивости. Кроме того, при охлаждении уже твердой стали кристаллические оксисульфиды РЗМ 45 расстеклоаываютс  из-за уменьшени  растворимости компонентов, приобретают остроугольную форму и служат концен- траторами напр жений в отливках. Алюминий также ухудшает эта свойства 50 стали из-за образовани  плен, рстроуголь- ных включений корунда, шпинелей,1, нитридов алюмини . Высокие содержани 

алюмини  и азота непременно привод т к

образованию пленочных нитридов алюми- 55 ни , располагающихс  по границам кристаллитов , что резко ухудшает все свойства степей. Вдобавок к этому содержание азота более 0,05% увеличивает опасность поражени  отливок азотистой пористостью.

Целью изобретени   вл етс  повышение жидкотекучести,, трещиноустойчивости и износостойкости стали.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известна  лита  износостойка  сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром титан, железо, дополнительно содержит бор и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0 5-0,75

Кремний0,10-0.50

Марганец7,50-9,50

Хром3,80-5,20

Титан0,02-0,15

Бор0,001-0,005

Кальций0,005-0,05

ЖелезоОстальное

Углерод  вл етс  «дним из главных уп- рочнителей стали, способствует образованию ауетенитной структуры, повышению твердости, износостойкости и жидкотекучести . Содержание углерода менееО,55 мае. % не обеспечивает необходимых значений свойств, а более 0,75 мас.% приводит к по влению крупных карбидов разветвленной формы по границам аустенитных зерен, вызывающих резкое снижение пластичности и ударной в зкости.

Кремний  вл етс  необходимой технологической добавкой при выплавке сплава, обеспечивает необходимую пластичность металла. Содержание кремни  0,1-0,5 мас.% способствует см гчению матрицы, увеличивает прокаливаемость стали. Содержание кремни  менее 0,1 мас.% не обеспечивает нужного раскислени  стали, вследствие чего металл становитс  хрупким.

Повышение содержани  кремни  более 0,5 мас.% приводит к снижению растворимости углерода в аустените, диффузии его к границам зерен и нежелательному выделению там карбидов. Это вредно сказываетс  на свойствах стали.

Легирование маргснцем (7,5-9,5 мае. %) позвол ет получать метастабильную аусте- нитную структуру сплава с высокой прочностью и пластичностью, снижает вредное действие серы, увеличивают прокаливаемость . При содержании марганца менее 7,5 мас.% сталь переходит в мартенситно- аусгенитный класс, т.е. мартенсит в ней присутствует уже после охлаждени  до комнатной температуры, Это нежелательно, так как снижаетс  в зкость. Увеличение концентрации марганца более 9,5 мас.% приводит к повышению стабильности аустенмта, уменьшению количества мартенсита деформации прм деформационном мартенситном превращении и снижению износостойкости.

Получение технологичной метастабиль- ной аустенитной стали на основе системы Fe - Мп - С без -дополнительного легировани  - задача сложна , так как в процессе выплавки неизбежны колебани  углерода и марганца. А это приведет к резкому изменению стабильности аустенита и положению точки начала мартенситного превращени  (Мн). Известно, что уменьшение содержани  марганца на 1% в стали с 1% углерода повышает температуру Мн на 50 С, а уменьшение концентрации углерода на 0,1 % - на 32° С. Дл  устранени  этого  влени  износостойкие метастабильные аустенитные стали необходимо легировать хромом. Хром также снижает точку Мн, но вли ние его примерно вдвое слабее, чем марганца.

Дл  предлагаемой стали содержание хрома должно находитьс  в пределах 3,8- 5,2 мас.%. Это обеспечивает-получение необходимой мета стабильной аустенитной структуры, а образование в стали карбидов хрома дополнительно увеличивает ее износостойкость . Изменение концентрации хрома в ту или иную сторону затрудн ет достижение цели. В первом случае ( 3,8 мас.% Сг) дол  карбидов невелика и прирост износостойкости незначителен . Во втором (5,2 мас.% Сг) случае снижаетс  способность к деформационному упрочнению рабочей поверхности вследствие повышени  стабильности аустенита, что также снижает износостойкость . Кроме того, вследствие обильного пленообразовани  снижаютс  жидкотеку- честь и трещиноустойчивость.

Немаловажно и отношение Сг/С 6-8, обеспечивающее стали хорошую износостойкость вследствие наличи  в матрице термообработанного сплава компактных карбидов типа (Fe, Сг)Сз и мелкодисперсных вторичных карбидов такого же типа, выделившихс  в результате певращени  аустенита при охлаждении с температуры нормализации 1050-1100° С.

Совместное присутствие титана, бора и кальци  позвол ет эффективно управл ть процессами первичной и вторичной кристаллизации стали. Титан микролегирует и модифицирует сталь. Нитриды титана образуетс  в жидкой стали, имеют небольшие размеры (2-6 мкм) и  вл ютс  активными дополнительными центрами кристаллизации . Кроме того, титан способствует очищению стали от неметаллических включений за счет флюсующего действи  на них, а его совместное присутствие с бором ведет к равномерному распределению карбидов, устранению карбидной сетки. Все это улучшает свойства стали и отливок из нее. Содержание титана менее 0,02 мас.% не по- взол ет эффективно воздействовать на структуру стали, а более 0,15 мас.% приводит к образованию крупных нитридов 5 и карбонитридов и склонности стали к вторичному окислению, что ухудшает жидкотекучесть, трещиноустойчивость, износостойкость,

Бор - один из сильнейших карбидооб0 разующих и модификаторов-ингибиторов стали, способствует измельчению кристаллической структура и увеличению прокали- ааемости стали Содержание бора менее 0,001 лас.% не дает кодифицирующего эф5 фектэ, а более 0,ГЮ5 мас.% приводит к выделению по границам криста ллитов легкоплавкой боридной эвтектики, снижающей свойства стали, в том числе трещиноустойчивость и износостойкость.

0 Кальций  вл етс  активным раскисли- телем, модификатором и глобул   ризетором включений, способствует равномерному распределению включений по объему отливок и пол чению однородной структуры. Со5 держание кальци  менее 0,005 мас.% неэффективно, так как слабо вли ет на дендритную структуру стали и морфологию неметаллических включений, а более 0,05 мас.% приводит к выделению круп0 ных оксидов и оксисульфидов облачного типа, трудноудалимых из расплава и вредно вли ющих на жидкотекучесгь трещиноустойчивость , износостойкость,

П р и м е р. В индукционной тигельной

5 печи емкостью 60 кг с осноаной футеровкой выплавл ют опытные составы предлагаемой стали и известной стали (табл. 1) по общеприн той технологии. Титан, бор и кальций ввод т в сталь в виде ферротитана

0 ФТи 35а, ферроборэ ФБ-1, силикокальци  СК 45 во врем  выпуска металла в ковш. Из опытных составов отливают следующие пробы дл  исследовани  структуры v. свойств:

5 Спиральные на жидкотекучесть; на трещиноустойчивость пои затрудненной усадке; трефовидные.

Трефовидные пробы подвергают термической обработке по режиму: нормализаци 

0 при 1100° С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе.

Дл  исследовани  трещиноустойчиво- сти заливают специальные образцы размером 30x30x305 мм с прибылью посередине,

5 которые в процессе охлаждени  и затвердевани  претерпевают затрудненную усадку при посто нной и переменной нагрузках, Момент образовани  гор чих тоещин фиксируетс  стрелкой индикатора, затем контролируетс  визуально по излому образца.

Дл  определени  минимальной нагрузки , вызывающей образование гор чей трещины , сначала на одном образце создают нагрузку  вно недостаточную дл  образовани  трещины. На втором образце создают нагрузку, вызывающую трещину. При последующих опытах разницу между двум  этими нагрузками последовательно уменьшают до такой критической величины, выше которой трещина образуетс , а ниже не об- разуетс . Така  минимальна  нагрузка показывает уровень трещиноустойчивости стали, Чувствительность прибора 10 Н.

Износостойкость определ ют согласно ГОСТу на установке, на которой при одина- ковых услови х (одинаковой скорости вращени  вала, посто нной нагрузке) производ т трение образцов из исследуемых и эталонного образцов об образивный материал. В качестве эталона использована сталь 45, в качестве образива-электроко- рунд зернистостью № 16-П по ГОСТу. Износостойкость исследуемых образцов оценивают путем сравнени  его износа с износом эталонного образца. Износ опре- дел  ют путем взвешивани  до и после испытаний с погрешностью не боле.е 0,1 мп, наход т среднее арифметическое значение потери массы эталонного (дЧ) и исследуемых (ди) образцов. Относительную износостой- кость (Ки) вычисл ют по формуле

К - Ээ РИ NM

и ди рэ N3

где рз и/9и- плотности эталонного и исследуемого материалов, г/см3;

Ыэ и Ми - количество оборотов ролика при испытани х эталонного и исследуемого материалов.

В табл. 2 приведены свойства предлагаемой износостойкой стали и известной стали.

Структура предлагаемой стали в литом состо нии представл ет собой метаста- бильный аустенит со сфероидизированными карбидами типа (Fe, Сг)Сз, располагающимис  равномерно по телу зерна аустенита,

Как видно из табл. 2, предлагаема  износостойка  сталь существенно превосходит известную по трещиноустойчивости, износостойкости и жидкотекучести.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Лита  износостойка  сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром, титан , железо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  жидкотекучести, трещиноустойчивости и износостойкости, она дополнительно содержит бор и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Углерод

   Кремний

   Марганец

   Хром

   Титан

   Бор

   Кальций

   Железо

   0,55-0,75 0,10-0,50 7,50-9,50 3,80-5,20 0,02-0,15 0,001-0,005 0,005-0,05 Остальное

   Таблица 2