SU1721115A1 - Сталь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к износостойкой литой стали , используемой дл  изготовлени  отливок, работающих в услови х абразивного износа со средними ударными нагрузками (например , литые детали горно-обогатительного оборудовани ). Цель изобретени  - повышение износостойкости и твердости стали. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мае. %: углерод 0,82-1,1; кремний 0,2-0,5; марганец 6,5-10,0; хром 2,0-4,5; ванадий 0,03-0,1, титан 0,02-0.18; кальций 0,006-0,05; азот 0,01-0,04; железо -остальное. 1 табл.

Description

со

с

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к разработке составов износостойких литых сталей, используемых дл  изготовлени  отливок, работающих в услови х абразивного износа со средними ударными нагрузками, например литые детали горно-обогатительного оборудовани .

Известна сталь (авт. св. СССР N 1305194, кл. С 22 С 38/58), котора  с целью повышени  износостойкости дополнительно содержит никель, титан, кальций при следующем соотношении компонентов, мае. %; Углерод0,8-1,18

Кремний0,3-0,8

Марганец6,5-8,8

Молибден0,05-0,2

Титан0,01-0,1

Ванадий0,05-0,15

Кальций0,001-0,01

Хром2,5-4,0

НикельD.2-1.0

Медь0,2-0,7

ЖелезоОстальное

Данна  сталь обладает недостаточной абразивной износостойкостью.

Известна сталь (авт. св. СССР № 1337437, кл. С 22 С38/38), котора  содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,5-1,0

Кремний0,3-0,8

Марганец4,5-10,0

Титан0,05-0.15

Ванадий0,05-0,3

Хром1,0-5,0

Алюминий0,1-1.0

Азот0,05-0,1

РЗМ0,002-0,01

ЖелезоОстальное

Сталь не обладает достаточной износостойкостью , трещиноустойчивостью и жид- котекучестью, т. к, содержит в своем составе алюминий и РЗМ. Первый образует остро

Гч

сл

угольные включени  корунда и шпинелей, второй загр зн ет сплав неметаллическими включени ми с высокой плотностью, почти не удал ющимис  из расплава.

Наиболее близким к предлагаемой ста- ли по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  сталь (1), содержаща  компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,7-1,5

Кремний0.3-1,0

Марганец5-15

Хром0,3-2,0

Титан0,03-0,15

Ванадий0,01-0,15

Алюминий0,005-0,05

Азот0,005-0,02

Кальций.0,005-0,02

ЖелезоОстальное

Сталь обладает недостаточно высокой .износостойкостью. Содержит в своем составе алюминий, образующий в расплаве высо- ког иноземистые включени  остроугольной формы, которые делают сталь более чувствительной к образованию трещин. Кроме того, высокомарганцевые аустенитные стали склонны к повышенному насыщению азотом в ходе выплавки и при столь высоком содержании алюмини  неизбежно образование его нитридов. Нитриды алюмини  вы- дел ютс  по границам зерен в виде как отдельных включений, так и плен, что будет характерным дл  этой стали. Это существенно снижает свойства стали и ее износо- етойкость. Кроме этого, высокое содержание марганца и недостаточное хрома также снижает, износостойкость и твердость из-за формировани  в структуре стабилизированного аустенита. В этой стали при ударных «агрузках метастабильный аустенит не образуетс .

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости и твердости стали.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известна  сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, .кальций, азот, железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод 0,82-1,1

Кремний0.2-0.5

Марганец6,5-10,0

Хром2,0-4,5

Ванадий0.03-0,1

Титан0.02-0,18

. Кальций0,006-0,05

Азот0.01-0,04

ЖелезоОстальное

Углерод  вл етс  одним из главных уп- рочнителей стали, резко повышающим износостойкость за счет вли ни  на

количество остаточного аустенита и образовани  карбидов легирующих элементов и легировани  твердого раствора. Содержание углерода менее 0,82% не обеспечивает необходимых износостойких свойств, а более 1,1% приводит к повышенному содержанию карбидной фазы, что также снижает свойства. Кремний - необходима  технологическа  добавка, при выплавке стали обеспечивающа  необходимые пластические свойства металла. Кроме того, кремний способствует более полному усвоению хрома, ванади  и титана, увеличению прокаливае- мости, способствует см гчению матрицы.

Содержание кремни  менее 0,2% не обеспечивает нужного раскислени  стали, вследствие чего металл становитс  хрупким . Увеличение содержани  кремни  более 0,5% снижает прокаливаемость и износостойкость. Марганец (6,5-10,0%) способствует увеличению прокаливаемо- сти, позвол ет получать аустенитную структуру необходимой стабильности, способствует снижению вредного вли ни  серы. Снижение содержани  марганца ниже 6,5% приводит к образованию мартен- ситной структуры, что снижает прочность и износостойкость при ударе. Увеличение содержани  марганца выше 10,0% приводит к уменьшению прочности и абразивной износостойкости вследствие формировани  в структуре стабилизированного аустенита.

Легирование хромом (2,0-4,5%) способствует стабилизации аустенита, используетс  дл  обеспечени  механических свойств требуемой прокаливаемое™ и высокой износостойкости благодар  образованию специальных карбидов типа СгуСз. Содержание хрома менее 2% не обеспечивает необходимых свойств, а более 4,5% приводит к чрезмерному увеличению количества карбидной фазы с карбидами типа Сг2зСе, что снижает износостойкость. Кроме того, ухудшаетс  закаливаемость стали и хром может служить концентратором напр жений и обуславливать возникновение усталостных трещин. Введение в состав ванади  (0,03-0,1), титана (0,02-0,18) и азота (0,01-0,04) позвол ет эффективно управл ть процессами первичной и вторичной кристаллизации стали за счет протекани  процессов нитридо- и карбонит- ридообразовани . Эти элементы также способствуют измельчению литой структуры.

Ванадий уменьшает ликвацию марганца , увеличивает прокаливаемость, устран ет хрупкость. Содержание ванади  менее 0,03% не оказывает существенного вли ни  на свойства стали. При содержании ванади  более 0,1% он может служить концентратором напр жений и обуславливать возникновение усталостных трещин. Титан с азотом образует мелкие твердые и тугоплавкие включени  нитридов титана, которые способствуют измельчению образующихс  в процессе кристаллизации сульфидов и ок- 5 сидов и играют роль центров кристаллиза ции, способствующих измельчению структуры. При концентраци х титана мень- шеО,02 ибольшеО,18% неудаетс  получить стабильности требуемых свойств, т. к. впер- 10 вом случае весь титан расходуетс  на раскисление и не принимает участи  в модифицировании, а во втором происходит загр знение сплава крупными карбонитри- дами и сульфидами титана. При содержании 15 азота менее 0,01 % стабильности свойств не наблюдаетс , а при увеличении содержани  азота более 0,04 % металл охрупчиваетс  и веро тно по вление азотистой пористости . Кальций (0,006-0,05%)  вл етс  актив- 20 ным раскислителем, модификатором и глобул ризатором включений, очищает границы зерен, измельчает структуру, способствует сфероидизации графита, равномерному распределению карбидов и 25 измельчению их, снижает количество остроугольных сульфидов и оксидов и придает им округлую форму, что увеличивает трещино- устойчивость и износостойкость стали.

Содержание кальци  менее 0,006% ела- 30 бо вли ет на структуру стали, при концентрации более 0,05% образуютс  крупные оксиды и оксисульфиды, загр зн ющие сплав. Кроме этого, совместное применение кальци  и азота позвол ет повысить 35 эффективность действи  каждого элемента, способствует реализации двойного механизма измельчени  грубой литой структуры. ..Кальций,  вл  сь поверхностно-активным элементом, затрудн ет рост кристаллитов, а 40 азот, участву  в процессах нитридообразо- вани  титана, способствует образованию дополнительных центров кристаллизации. Такой двойной механизм модифицировани  не только измельчает зерно, но и другие 45 структурные составл ющие (карбиды, неметаллические включени ). Они выдел ютс  в более благопри тных форме и размерах и, как правило, расположены внутри зерна. Кроме этого, сплав не содержит алюмини . 50 Стали данного класса склонны к повышенному насыщению азотом в ходе выплавки. При вводе алюмини  как компонента сплава неизбежно образование его нитридов, которые выдел ютс  по границам зерен в 55

виде отдельных включений и плен, что ведет к охрупчиванию стали.

Предлагаема  сталь хорошо сопротивл етс  ударно-абразивному изнашиванию, т. к. в этой метастабильной аустенитной стали реализуетс  двойной механизм упрочнени  при деформации - образование мартенсита деформации плюс изменение CTDVKTVObi аустенита.

П р и м е р.В индукционной тигельной печи с основной футеровкой емкостью 60 кг выплавл ли опытные составы предлагаемой и известной сталей и по общеприн той тех- нологии Азот вводили в сталь в виде азотированного феррохрома совместно с ферротитаном ФТи-35 и феррованадием перед выпуском металла в ковш. Силикокаль- ций СК-45 вводили во врем  выпуска металла в ковш. Из опытных составов сталей заливали трефовидные пробы по ГОСТ 7769-82. Пробы подвергали термообработке по режиму: нормализаци  при 1050° С 5 ч, охлаждение на воздухе, Из проб вырезали образцы дл  определени  структуры и механических свойств.

В таблице приведены свойства предлагаемой износостойкой стали и известной стали. Износостойкость определ ли по ГОСТ 23.208-79. За эталон принималась ст. 45.

Структура представл ет собой метаста- бильный аустенит + сфероидизированные карбиды типа СгуСз, РезС. Карбиды располагаютс  равномерно по телу зерна аустенита , имеют небольшие размеры, скоплений не образуют. Как видно из таблицы , предлагаема  износостойка  сталь превосходит известную по износостойкости и твердости.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Сталь, содержаща  углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий/кальций, азот, железо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  износостойкости и твердости, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,82-1,1

Кремний0,2-0,5

Марганец6,5-10,0

Хром .2,0-4,5

Ванадий0.03-0,1

Титан0.02-0,18

Кальций0.006-0,05

Азот0,01-0,04

ЖелезоОстальное.

Claims (1)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

   Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, кальций, азот, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости и твердости, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас,%:

   Углерод 0,82-1,1

   Кремний 0,2-0,5

   Марганец 6,5-10,0

   Хром 2,0-4,5

   Ванадий 0,03-0,1

   Титан 0.02-0,18

   Кальций 0,006-0,05

   Азот 0,01-0,04

   Железо Остальное.

   Со- став Химический состав Свойства I С SI Мп Сг V TI Са N AI Твердость HRC Относите л ьная износостойкость Балл I зерна I Предлагаемый 1 0,82 0,5 6,5 2,0 0,1 0,02 0,006 0,01 51 2.3 5 2 0,92 0.28 8.9 3,1 0,06 0,11 0,027 0,03 - 55 2,5 6 3 1.1 0,20 10.0 4,5 0,03 0,18 0,05 0,04 - 57 2,7 6 4 0,79 0,10 6,0 1,56 0.01 0,012 0,003 0,009 - 35 1.6 3 5 1,3 0,63 11,2 5.0 0,17 0,24 0,07 0,06 - 58 2.0 4 Известный 6 1.0 0,5 10 2,0 0,05 0,10 0,010 0,02 0,05 39 1.4 2-3 7 0,95 0,38 7,3 1.9 0,047 0,14 0,016 0,015 0,039 42 1,5 2-3 I