Литая сталь

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к литейной износостойкой стали, предназначенной для изготовления деталей, работающих в условиях высоких удельных нагру,зок и ударноабразивно-коррозионного износа. Цель изобретения - повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостойкости стали. Сталь дополнительно содержит алюминий, ниобий , тантал при следующем соотношении компонентов, мае. %: углерод 0,90-1,50; марганец 10-15; кремний 0,3-1,0; медь 0,1-3,0; титан 0,005-0,15; церий 0,005-0,10; алюминий 0,005-0,03; ниобий 0,01-0,30, тантал 0,0001-0,01, железо остальное,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 С 38/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

4 (гд (Л

Ю

» (21) 4846577/02 (22) 02.07.90 (46) 23.05.92, Бюл. ¹ 19 (71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я,Чубаря (72) Л,Б,Черепинский, B,Ñ.Ñoëîäîâíèêîâ, В.М,Шамин, B,Н.Сажнев, В,И.Минакова, Н.С.Самарская, М.С.Шрамко, И,И.Азаров, Х.М.Мишхожев, Ю.В.Кононов и Н.Д.Першин (53) 669.14.018.256-194(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 416412, кл, С 22 С 38/16, 1974, Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству литейных сплавов, предназначенных для изготовления деталей, работающих в условиях высоких удельных нагрузок и ударно-абразивно-корроэионного износа, в частности для изготовления бил мельниц, молотков дробилок, зубьев ковшей экскаваторов, конусов и щек дробилок, футеровок и разгрузочных решеток мельниц шарового и бесшарового помола и других деталей горнодобывающего и перерабатывающего оборудования.

Известна сталь следующего химического состава, мас,%

Углерод 0,90-1,50

Марганец 11,50-15,00

Кремний 0,30-1,00

Хром Не более 1,0

Никель Не более 1,0

„„. Ы„„1735427 А1 (54) ЛИТАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к литейной износостойкой стали, предназначенной для изготовления деталей, работающих в условиях высоких удельных нагрузок и ударноабразивно-коррозионного износа. Цель изобретения — повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостой кости стал и, Сталь дополнительно содержит алюминий, ниобий, тантал при следующем соотношении компонентов, мас,%; углерод 0,90-1,50; марганец 10-15; кремний 0,3-1,0; медь 0,1-3,0; титан 0,005-0,15; церий 0,005-0,10; алюминий 0,005-0,03; ниобий 0,01-0,30, тантал

0,0001-0,01, железо остальное, Сера Не более 0,05

Фосфор Не более 0,12

Железо Остальное

Известная сталь используется для изготовления литых деталей горнодобывающего и перерабатывающего оборудования, эксплуатирующегося в сложных условиях высоких удельных нагрузок и ударно-абразивно-коррозионного износа. Уровень ее эксплуатационных характеристик (склонность к упрочнению и ударно-абразивнокоррозионная износостойкость) не удовлетворяет возросшим требованиям к надежности и долговечности отливок.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является литая износостойкая сталь, применяемая для работы в условиях ударноабразивно-коррозионного износа и содер1735427 жащая компоненты при следующем соотношении, мас, ;

Углерод 0,9-1,5

Марганец 10-15

Кремний 0,3-0,64 5

Медь 0,5-3,0

Титан 0,005-0,10

Церий 0,005-0,03

Железо Остальное

Недостатком известной стали является 10 невысокий уровень износостойкости в условиях ударно-абразивно-коррозионного износа и недостаточная склонность к упрочнению в условиях высоких удельных нагрузок. 15

Низкая ударно-абразивно-коррозионная износостойкость объясняется тем, что в известной стали недостаточное количество карбидо- и нитридообразующих элементов, определяющих уровень абразивной износо- 20 стойкости, Присутствующий в стали церий, обладая высоким сродством к кислороду, расходуется в основном на раскисление расплава, а не на модифицирование (изменение формы) неметаллических включений, 25 карбидов, нитридов и карбонитридов, образующихся в стали, Выделяющиеся в стали карбиды, нитриды и карбонитриды — крупные, остроугольной формы, являются концентраторами напряжений, что приводит к 30 охрупчиванию стали и сколам при ударно-абразивном изнашивании. Вокруг остроугольных включений высокие микронапряжения, приводящие в условиях коррозионной среды к растравливанию этих участков и интенсифи- 35 кации ударно-абразивно-коррозион ного износа, Кроме того, при воздействии статических и динамических нагрузок величина упрочнения известной стали недостаточна из-за недостаточного количества дисперсных 40 карбидных и нитридных включений, эффективно блокирующих плоскости скольжения и способствующих уп рочнению.

Целью изобретения является повышение склонности к упрочнению и ударно-аб- 45 разивно-коррозионной износостойкости стали, что позволит повысить надежность и долговечность литых деталей, работающих в условиях ударно-абразивно-коррозионного износа и высоких удельных нагрузок, 50

Поставленная цель достигается тем, что в сталь дополнительно введены алюминий, ниобий, тантал и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. :

Углерод 0,9-1,5 55

Марганец 10-15

Кремний 0,3-1.0

Медь 0,1-3,0

Титан 0,005-0,15

Церий 0,005-0,10

Алюминий 0,005-0,03

Ниобий 0,01-0,30

Тантал 0,0001-0,01

Железо Остальное

Положительное влияние ниобия и тантала на повышение склонности к упрочнению и ударно-абразивно-коррозионной износостойкости проявляется при их содержании 0,01-0,30 и 0,0001-0,01 мас. соответственно. При этом образуется значительное количество мелкодисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия и тантала, равномерно расположенных в матрице, блокирующих плоскости скольжения и увеличивающих склонность к упрочнению. Ниобий и тантал в указанных пределах, образуя мелкодисперсные карбиды, нитриды и карбонитриды, имеющие высокую прочность и твердость, выделяющиеся в начальные моменты кристаллизации и служащие ее центрами, измельчают металлическую матрицу и способствуют повышению ударно-абразивно-коррозионной износостойкости.

Тантал оказывает заметное влияние на повышение склонности к упрочнению предлагаемой стали при его содержании 0,00010,01 мас.7ь в результате эффективного торможения плоскостей скольжения более мелкодисперсными, чем у ниобия, "облачными" выделениями карбидов, нитридов и карбонитридов тантала. В указанных пределах тантал также способствует образованию вторичных мелкодисперсных карбидов, выделяющихся в плоскостях скольжения и тормозящих их, тем самым способствуя упрочнению, При содержании ниобия и тантала свыше 0,30-0,01 мас, соответственно происходит коагуляция карбидов и карбонитридов, крупноблочные их формирования выделяются по границам зерен и охрупчивают сталь при износе с высокими динамическими нагрузками. Абразивно-коррозионный износ этих участков также усиливается. Крупноблочные выделения карбонитридной фазы по границам зерен не являются эффективными барьерами торможения линий скольжения, в результате чего склонность к наклепу уменьшается.

При концентрации ниобия и тантала менее 0,01 и 0,0001 мас, соответственно их недостаточно для повышения эксплуатационных характеристик отливок из предлагаемой стали.

Положительное влияние алюминия на эксплуатационные свойства проявляется при его содержании 0,005-0,03 мас. . При содержании алюминия менее 0,005 мас. < сталь практически не раскислена и церий, 1735427 обладающий высоким сродством к кислороду, в основном расходуется на раскисление стали, а не на модифицирование карбидов, нитридов и карбонитридов ниобия и тантала и создание вокруг них пластичных оксисульфоцериевых оболочек. Очищения и утоньшения границ зерен также не происходит, В результате названных причин ударно-абразивно-коррозионная износостойкость снижается. При содержании алюминия более 0,03 мас, происходит повторное окисление стали при разливке, приводящее к загрязнению границ зерен оксидами и снижающее ударно-абразивнокоррозионную износостойкость.

Содержание кремния в предлагаемой стали целесообразно увеличить до 1,0 мас., при этом твердость металлической матрицы возрастает, что сказывается на сопротивлении абразивному изнашиванию, При содержании кремния выше 1,0 мас, / возрастают микронапряжения в металлической матрице, приводящие к ухудшению показателей пластичности и сколам при ударных нагрузках.

Положительное влияние меди на повышение склонности к наклепу и абразивно-коррозион н ый износостойкости проявляется при ее содержании 0,1-3,0 мас. / в результате стабилизации аустенитной матрицы (у-твердого раствора).

Оптимальное содержание титана в стали 0,005-0,15 мас. /. При содержании титанаа вы ше 0,15 мас. и роисходит загрязнение границ зерен избыточными нитридами, карбидами и карбонитридами титана, что способствует снижению абразивно-коррозион ной износостойкости стали, Снижение склонности к наклепу происходит из-за того, что мелкодисперсные включения титана, равномерно располагающиеся в матрице и тормозящие движение дислокаций, выделяясь по границам зерен, не являются эффективными барьерами для движения дислокаций, Таким образом, высокие склонность к наклепу и ударно-абразивно-коррозионная износостойкость отливок из предлагаемой стали обеспечиваются в результате дополнительного ввода алюминия, ниобия и тантала.в сочетании с углеродом, марганцем, кремнием, медью, церием, титаном и железом в указанных пределах.

Предлагаемую и известную стали выплавляли в 60 кг индукционной печи с основной футеровкой, Проведено пять плавок предлагаемой стали и одна плавка сталипрототипа, От каждой плавки отбирали литые образцы для испытаний на ударную вязкость, из которых изготавливали образцы для испытаний на определение склонности к наклепу и ударно-абразивно-коррозион5 ный износ размером 10х10х25 мм, Испытания на ударно-абразивно-коррозионный износ проводили в полупромышленной шаровой мельнице 680х700 мм при скорости вращения 34 об/мин с загрузкой в

10 качестве абразива 70 кг нефелиновой руды, 14 шаров 100 мм и водного раствора карбонатов натрия и калия с рН 12. Соотношение абразива и щелочного раствора 2;1, Длительность испытаний 100 ч, 15 Осадку образцов 10х10х25 мм проводили на прессе модели ДБ 2432 А с номинальным усилием 1,6 МН при постоянном усилии

0,6 МН, последовательно задавая степень деформации 10, 20, 30 и 40 на грани 10х25

20 мм, Микротвердость после каждой осадки определяли на приборе ПМТ-3. Исходную твердость измеряли на шлифах, наклепанный слой которых после механической шлифовки был убран электрополировкой.

25 В таблице приведен химический состав, результаты испытаний по наклепу и ударно абразивно-коррозионной износостойкости предлагаемого и известного сплавов.

Как видно из таблицы, уровень микро30 твердости после деформации и ударно-абразивно-коррозионная износостойкость предлагаемой стали выше, чем у известной.

При испытаниях предлагаемого сплава со значениями входящих в его состав ингре35 диентов ниже нижнего и выше верхнего указанных пределов ударно-абразивнокоррозионная износостойкость и твердость после деформации ниже, чем у известной стали, 40 Формула изобретения

Литая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, медь, титан, церий,железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения склонности к упрочнению и

45 ударно-абразивно-коррбзионной износостойкости, она дополнительно содержит алюминий, ниобий и тантал при следующем соотношении компонентов, мас, ;

Углерод 0,90-1,50

50 Марганец 10-15

Кремний 0,3-1,0

Медь 0,1-3,0

Титан 0,005-0,15

Церий 0,005-0,10

55 Алюминий 0,005-0,03

Ниобий 0,01-0,30

Тантал 0,0001-0,01

Железо Остальное

1735427

Химический состав, мас.Ф

Сталь

Al Nb Ta

Ti Ce си

Мп Si

9,0 0,20 0,05 0,001 l0 0 0,30 O,IO 0,005

12,5 0,65 1,55 0,0775

15,0 1,0 3,0 0,150

16,0 1,1 . 3,10 0,155

Остальное

ll

ll

l l

1,20 12,5 0,47 1,75 0,0525 0,0175

Относительникротвердость, Н > 0,5 при степени деформации

Сталь ная ударноабразивнокоррозионная износостойкость, 5 (|О

О 10 . 30 40

4500 0,95

4809 i 13

5075 1,31

4885 1,18

4602 0,97

1755 2400

1780 2565

1780 2600

1795 2590

1820 2470

1725 2525 3790 4232 4765 1 О

45

Составитель Л.Черепинский

Техред М,Моргентал Корректор О, .Кундрик

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 1796 Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по и о

Подписное по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

П роиэводственно-издательский комбинат "Патент", У т атент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Предлагаемая

2

4

Известная

Предлагаемая

2

4

Известная

0,8

0>9

1,2

1,5

1,6

3601 4165

3805 4399

3901 4485

3921 4296

3585 4185

0i003

0,005

0,052

0,10

0,12

0,003 0,005

0,005 0,01

0,016 0,16

0,030 0,30

0,032 0,32

0,00005

0,0001

0,0055

0,010

0,011