Литая аустенитная сталь

 

Литая аустенитная ааль содержит, мас.% углерод - 0,03 - 0.10; марганец - 15 - 30; азот - 0,05 - 0.40; хром - 5 - 15; ванадий - 0,1 - 1.5; церий - 0,005 - 0.05. кальций - 0.001 - 0.01; железо - остальное. Предложенная ааль обладает хорошей обрабатываемостью резаниеч жидкотекучестью и вязкостью при криогенных температурах. 1 табл.

(в) ÊRÖ (и) 2001155 1 (51) 5 C22C38 38

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ иааф„,е„„ l

К ПАТЕНТУ

" лт О ур (21) 5024444/02 (22) 29.01.92 (46) 15.10.93 Бюл. Nc 37-38 (71) Научно-производственное предприятие

"Салмэ" (72) Солнцев Ю.П; Колчин Г.Г, Горобченко СЛ.;

Кривцов Ю.С. (73) Нау «то-производственное предприятие

"С алма" (54) ЛИТАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ (57) Литая аустенитная сталь содержит, мас%: углерод — 0,03 — 0,10; марганец — 15 — 30; азот—

0,05 — 0.40; хром — 5 — 15; ванадий — 0,1 — 1.5; церий — 0005 — 0,05, кальций — 0.001 — 001; железо — остальное. Предложенная сталь обладает хорошей обрабатываемостью резанием, жидкотекучестью и вязкостью лри криогенных темлературак

l табл.

ЬЭ

CO

М

Ж

2001155

Изобретение относится к легированным сталям, а именно к литой аустенитной стали, применяемой для работы при криогенных температурах.

Известна сталь хромоникельмарганцевой системы легирования, предназначенная для работы при криогенных температурах. Эта сталь содержит до 4 мас. дефицитного никеля, обладает высоким, до 450 МПа, пределом текучести при комнатной температуре и пластичностью до

60, однако имеет низкую вязкость при температуре -196 С и обладает неудовлетворительнойй обрабатываемостью резанием.

Известна литая аустенитная силь, содержащая. мас.%: углерод — более 0,10; марганец 26 — 30; азот более 0,05; хром менее 1,0; ванадий 0.1; железо остальное, Высокое содержание марганца (26-30 мас, ) в этой стали является причиной очень плохой обрабатываемости ее резанием, что требует увеличения расхода режущего инструмента.

В основу изобретения положена задача создать такую литую аустенитную сталь. которая за счет введения в ее состав дополнительных элементов, позволяет улучшить обрабатываемость ее резанием.

Для это о литая аустенитная сталь, содержащая углерод, марганец, азот, хром, ванадий, железо, которая, согласно изобретению дополнительно содержит также церий и кальций при следующем соотношении указанных компонентов, мас. : углерод

0 03-0,10; марганец 15 — 30; азот 0,05-0,40; хром 5-15; ванадий 0,1-1,5; церий 0,0050,05: кальций 0.007-0,07; железо остальное.

Введение микродобавок церия и кальция в состав литой аустенитной стали озволяет улучшить обрабатываемость стали резанием, Таким образом увеличивая стойкость режущего инструмента примерно в 2,5 раза по сравнению с прототипом, Способ получения предлагаемой литой аустенитной стали осуществляется следующим образом.

Сталь. предложенного состава выплавляют в открытой индукционной печи известным способом.

Исследование стали проводят в литом состоянии после аустенитиэации от 1050 С, выдержки в течение 1 ч и охлаждения в воде.

Указанное содержание углерода (0,030,10 мас. ) обеспечивает высокие вязкие и пластические свойства стали. Количество углерода менее 0,03 мас, требует специаль5

50 ных методов выплавки стали, а также применения при ее производстве исходных шихтовых материалов высокой частоты, что значительно удорожает сталь, Содержание углерода более 0,1 мас.%, снижает ударную вязкость литой аустенитной стали, а также коррозионную стойкость, особенно сопротивление межкристаллитной коррозии.

Содержание марганца менее 15 мас,g приводит к появлению в структуре стали второй фазы — феррита, что резко снижает пластические и вязкие свойства, особенно при криогенных температурах. Легирование стали марганцем в количестве более 30 мас. неэкономично и, кроме того, сильно ухудшает обрабатываемость стали резанием и давлением.

Содержание хрома ниже 5 мас, $ заметно снижает сопротивляемость стали атмосферной коррозии, а выше 15 мас. (, приводит к появлению в структуре стали наряду с аустенитом феррита, что значительно снижает вязкость и пластичность литой аустенитной стали при криогенных температурах.

Ванадий является элементом, который вводят в сталь для измельчения микроструктуры. Содержание его в указанных количествах (0,1-1,5 мас.%) повышает и прочность, и пластичность стали. Легирование стали ванадием в меньших количествах неэффективно, а в больших неэкономично и, кроме того, оказывает охрупчивающее воздействие, Азот — элемент, способствующий снижению температуры ликвидуса и повышению жидкотекучести, Введение его менее

0,05 мас. неэффективно. Добавление азота более 0.4 мас, приводит к повышению пористости отливок, пленкообразованию и заметному снижению пластических и вязких свойств стали, Кроме того, такая сталь требует применения специальных способов выплавки под давлением, что значительно удорожает сталь.

При введении в сталь 0,005 — 0 05 мас. церия и 0,01-0,01 мас, кальция, улучшение обрабатываемости стали резанием происходит за счет активного участия в зоне резания образующихся сложных глобулярных неметаллических включений с кальцием, церием, марганцем.

Легирование стали церием и кальцием в количествах, меньших 0,005 и 0,001 мас. соответственно, неэффективно. Введение церия и кальция более 0,05 и 0,01 мас. соответственно снижает качество обрабатываемой поверхности детали из предлага2001155 емой стали и, кроме того, может привести к заметному охрупчиванию стали при криогенных температурах. б

Укаэанные неметаллические включения оказывают влияние на процессы деформации и разрушения металла, как инициаторы мозаичных (безнагрузочных) напряжений, то есть играют роль внутреннего надреза. В зонах расположения неметаллических включений возникают дефектные участки (сгустки вакансий, колонии дислокаций), взаимодействующие с потоком дислокаций, образующимся в процессе разрушения стали.

Неметаллические включения, окружен15 ные полем мозаичных напряжений и дефектных участков, являются как бы внутренними надрезами, вызывающими образование трещин и облегчающими про- 20 цесс резания.

Повышение стойкости режущего инструмента происходит также и эа счет защитно-смаэывающего эффекта. Сущность смазывающего действия неметаллических 25 включений с церием, кальцием и марганцем состоит в том, что под действием высоких температур, возникающих в зоне резания, укаэанные неметаллические включения разрушаются и переходят в плазменную среду, 30 состоящую из частиц атомов и радикалов, вступающих во взаимодействие с контактными участками резца, на которых образуется твердая смаэывающая пленка.

Этот процесс оказывает благоприятное 35 влияние на стойкость режущего инструмента, так как снижается коэффициент трения, а следовательно, и температура в зоне резания, что в итоге улучшает процесс резания.

Пример 1. В открытой индукционной печи емкостью 150 кг выплавляют аустенитную сталь следующего состава, мас. : С

0,03; Мп-15; Cr-5; V-0.1; N-0,05: Се-0,005;

Са - 0,001; Fe — остальное.

Из полученной стали изготавливают цилиндрические литые заготовки диаметром

100 мм и высотой 500 мм. Для контроля делают такие же заготовки из известной стали, 50

Заготовки из предлагаемой и известной стали испытывают на обрабатываемость реэанием на универсальном токарном станке при следующих режимах резания: скорость

80 мlмин, шаг резания 2 мм, шаг вращения

0,2 мм/об„частота вращения 400 мин .

В качестве режущего инструмента используют твердый сплав ВК8 по ГОСТ 3882I

74 при следующей геометрии режущих элементов: передний угол резца — 10 ; главный задний угол резца — 10; главный угол в плане — 45 ; радиус при вершине резца — 0,5 мм.

За критерий обрабатываемости принимают износ режущего инструмента на задней поверхности резца, характеризуемый . периодом стой кости (т, ми н).

Электроразрядным спектральным микроанализом исследуют состав поверхности резца после обработки им укаэанной стали.

Режущую поверхность резца обрабатывают плавиковой кислотой. Отбор проб для анализа проводят по поверхности режущей кромки резца, На спектрограмме. полученной при анализе поверхности резца были обнаружены аналитические линии церия и кальция. Это свидетельствует об изменении состава включений, а также защитного слоя на поверхности резца, что повышает стойкость режущего инструмента.

Результат испытаний представлен в таблице.

Пример ы 2-5. Сталь получают и испытывают аналогично примеру 1.

Содержание компонентов в стали и результаты испытаний представлены в таблице.

Результаты исследований показали, что стойкость резцов при обработке резанием сталей с добавками церия и кальция заметно выше, процесс резания при точении предлагаемой стали более устойчивый, стружкообраэование заметно лучше. Для всех сталей, за исключением стали по примеру 5, индекс шероховатости находится примерно на одном уровне и составляет 3,2 мкм. (56) Выложенная заявка Японии N. 60—

63317, кл. С 27 С 38/24, 1985.

2001155

0.03 - 0,10

Составитель Ю.Солнцев

Техред M. Моргентал Корректор А.Мотыль

Редактор А.Купрякова

Тираж Подписное

H0O " Поиск" Роспатента

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

Заказ 3114

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

AvITAR AYcTEHNTHAA cTAllb, содержащая углерод. марганец, азот. хром, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод

Марганец

Азот

Хром

Ванадий

Церий

Кальций

Железо

15- 30

0,05 - 0.40

5-15

0.1 - 1,5

0.005 - 0,05

0,001 - 0,01

Остальное