[go: up one dir, main page]

RU2009264C1 - Сталь - Google Patents

Сталь Download PDF

Info

Publication number
RU2009264C1
RU2009264C1 SU5044506A RU2009264C1 RU 2009264 C1 RU2009264 C1 RU 2009264C1 SU 5044506 A SU5044506 A SU 5044506A RU 2009264 C1 RU2009264 C1 RU 2009264C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
manganese
impact
carbon
content
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
М.А. Филиппов
Г.Н. Плотников
Е.С. Студенок
Н.Ш. Шадров
Н.И. Красильникова
В.И. Курганский
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения"
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 открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения" filed Critical Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority to SU5044506 priority Critical patent/RU2009264C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2009264C1 publication Critical patent/RU2009264C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности стали, для изготовления литых деталей, работающих в условиях тяжелого контактно-динамического нагружения и образивного изнашивания. Сталь содержит компоненты, мас. % : углерод 1,03 - 1,27; марганец 7,5 - 11,4; кремний 0,4 - 1,0; хром 0,2 - 2,2; медь 0,15 - 0,5; молибден 0,02 - 0,45; ванадий 0,03 - 0,25; кальций 0,001 - 0,008, никель 0,3 - 1,0; железо остальное, при выполнении соотношения (20·углерод-22)2+(марганец+хром-13,7)2≅ 16. За счет увеличения износостойкости отливок из новой стали на 30 - 40% соответственно увеличивается межремонтный срок службы отливок и уменьшается расход литого металла. 2 табл. , 1 ил.

Description

Изобретение относится к черной металлургии и машиностроению и может быть использовано при изготовлении износостойких литых деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания при контактно-динамических нагрузках, например траков гусеничных машин, зубьев ковшей экскаваторов, сменных деталей дробильно-размольного оборудования и т. д.
В настоящее время для деталей указанного типа широко применяется сталь 110Г13Л (ГОСТ 977-88). Недостатками известной стали являются неудовлетворяющая современным требованиям износостойкость, невысокая циклическая прочность, а также низкая работа развития трещины при динамическом воздействии, являющаяся следствием большого количества фосфора в этой стали. Как известно, основное количество фосфора вносится в сталь при выплавке вместе с ферромарганцем. Дефицит низкофосфористого ферромарганца позволяет решать проблему фосфора в стали путем снижения содержания в ней марганца, т. е. уменьшая количество ферромарганца при выплавке стали. В свою очередь, снижение марганца в стали позволяет использовать деформационную метастабильность для повышения износостойкости и циклической прочности.
Прототипом заявляемой стали по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь 12Г10ФЛ (ТУ 23.1.352-84), содержащая, мас. % : Углерод 1,0. . . 1,4 Марганец 9,0. . . 11,5 Кремний 0,02. . . 0,8 Ванадий 0,003. . . 0,008 Железо Остальное
В процессе производственных испытаний стали, химический состав которой находится в указанных пределах, в качестве материала для траков гусеничных машин выявился ряд недостатков, таких как невысокая абразивная стойкость и циклическая прочность при содержании марганца на верхнем пределе, а также низкая работа развития трещины при динамическом воздействии, приводящая к преждевременному выходу траков из строя в результате поломки.
Изобретение предлагает применять в промышленности экономнолегированную марганцем сталь с высокой циклической прочностью, стойкостью при ударно-абразивном изнашивании и повышенным уровнем работы развития трещины при динамическом воздействии.
Указанные свойства достигаются тем, что сталь, в состав которой входят углерод, марганец, кремний, ванадий и железо, дополнительно содержит хром, медь, молибден, никель и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. % : Углерод 1,03. . . 2,27 Марганец 7,5. . . 11,4 Кремний 0,4. . . 1,0 Хром 0,2. . . 2,2 Медь 0,15. . . 0,5 Молибден 0,02. . . 0,45 Ванадий 0,03. . . 0,25 Кальций 0,001. . . 0,008 Никель 0,3. . . 1,0 Железо Остальное, причем соотношение основных легирующих элементов должно удовлетворять формуле (1):
(20х% C - 22)2 + (% Mn + % Cr - 13,7)2 ≅16 - квадрат эффективного радиуса области составов.
Метод получения предлагаемой области составов следующий:
На основании проведенного исследования служебных свойств ряда сталей с содержанием углерода 0,7. . . 1,4% , марганца 6,0. . . 13,0% , хрома 0. . . 3,0% , легированных дополнительно медью 0,15. . . 0,5% , молибденом 0,02. . . 0,45% , ванадием 0,03. . . 0,25% , кальцием 0,001. . . 008% и никелем 0,3. . . 1,0% , были получены номограммы равных значений работы развития трещины при ударе КСр и ударно-абразивной стойкости ε, построенные в координатах (20х% С) - (% Mn), и данные о сопротивлении расклепываемости (ударно-циклической прочности). Поскольку условия эксплуатации деталей из предлагаемой стали таковы, что требуют уровня КСр не ниже 0,7 МДж/м2 при (-40оС) и ударно-абразивной стойкости по сравнению с базовой сталью не менее 1,3; в системе координат (20х% С) - (% Mn) были построены именно эти номограммы значений КСр-40о и ударно-абразивной стойкости. В результате построений выяснилось, что легирование Fe-Mn-C сталей хромом до 2,2% позволяет расширить область составов, удовлетворяющих требуемым свойствам, по углероду и марганцу. Это связано с повышением эффективной пластичности сталей, которая положительно сказывается на сопротивлении сталей развитию трещины при ударе и за счет повышения способности материала к многократному деформированию увеличивает его ударно-абразивную стойкость.
На чертеже показаны номограммы КСр-40о, равные 0,7 МДж/м2 для Fe-Mn-C сталей (1) и Fe-Mn-C сталей -(2), а также ε, равной 1,3 (11 и 21 для Fe-Mn-C и Fe-Mn-Cr-C сталей соответственно).
Областью предлагаемых составов с регламентируемыми эксплуатационными свойствами является область, в которой перекрываются составы, ограниченные этими номограммами, т. е. имеющие комплекс свойств КСр-40о больше или равную 0,7 МДж/м2 и больше или равную 1,3 по сравнению с базовой сталью. Приведены номограммы сталей только с крайними содержаниями хрома - 0,2% и 2,2% , так как номограммы сталей с промежуточными значениями содержания хрома соответственно находятся между ними. Предлагаемая область составов в системе координат (20х% С) - (% Mn) со стороны минимального и максимального содержания углерода и максимального содержания марганца может быть аппроксимирована прямыми 20х% С = 20,6 - const; 20x% C = 25% - const; % Mn = 11,4 - const. Со стороны минимального содержания марганца для сплавов с содержанием хрома 2,2% область составов может быть аппроксимирована окружностью с радиусом, равным 4, с центром координат в точке % Mn = 11,5% , 20x% C = 22, т. е. иметь вид (20х% С - 22)2 + (% Mn - 11,5)2 ≅ 16.
Для сталей с содержанием хрома 0,2% , окружностью с радиусом, равным 4, и с центром координат в точке % Mn = 13,5, 20х% С= = 22, т. е. иметь вид (20х% С - 22)2 + (% Mn - -13,5)2 ≅ 16. Можно видеть, что с изменением содержания хрома в стали центр аппроксимирующей окружности сдвигается вправо, причем пропорционально изменению содержания хрома. Таким образом, введя в эти формулы переменную - % Сr, их можно записать одним выражением (1)
(20х% С - 22)2 + (% Mn + % Cr - 13,7)2 ≅ 16 - квадрат эффективного радиуса области составов.
Таким образом, обусловленное формулой (1) соотношение основных легирующих элементов в сочетании с предлагаемыми пределами легирования по углероду и марганцу и является предметом данного изобретения, поскольку обеспечивает требуемый уровень определенных эксплуатационных свойств. Все составу, не удовлетворяющие этим требованиям, будут иметь либо недостаточную Ар-40о, либо ударно-абразивную стойкость, либо и то и другое вместе. Что касается сопротивления расклепу, то область исследованных составов, удовлетворяющих этому эксплуатационному свойству, достаточно широка и не является регламентирующей, она охватывает весь предлагаемый интервал легирования по углероду, марганцу и хрому.
Дополнительное введение в сталь хрома в количестве 0,2. . . 2,2% , как отмечалось ранее, повышая эффективную пластичность стали и смягчая кинетику γ ->> α превращения при охлаждении и деформации, способствует увеличению ударно-абразивной стойкости и работы развития трещины при ударе.
Дополнительное введение в сталь меди в количестве 0,15. . . 0,5% повышает ударно-абразивную стойкость стали за счет более сильной способности материала к упрочнению при деформации.
Легирование молибденом 0,02. . . 0,45% , препятствуя выделению карбидов по границам зерен при замедленном охлаждении с высоких температур, способствует повышению работы развития трещины при ударе и уменьшает степень легирующих элементов - углерода, марганца и хрома, что важно для повышения качества термообработки литых деталей.
Дополнительное введение в сталь никеля в количестве 0,3. . . 1,0% пластифицирует аустенитную матрицу, положительно сказываясь на ее хладостойкость и в частности на работе развития трещины при ударе.
Легирование стали кальцием в количестве 0,001. . . 0,008% при раскислении силикокальцием способствует глобуляризации сульфидных и оксидных включений с переводом их в недеформируемые мелкодисперстные оксисульфиды кальция и уменьшению их количества, модифицированию макро- и микроструктуры литого металла, а также очищению границ зерен от охрупчивающих пленочных гетерофазных выделений и увеличению сил связи матричного раствора в межзеренных границах на основе явлений межкристаллитной внутренней адсорбции. Все это приводит к увеличению работы разрушения стали, в основном за счет увеличения работы развития трещины, как при положительных, так и при отрицательных температурах испытания и понижает порог хладоломкости.
Графическое представление формулы (1) является очень простым и удобным и может быть использовано при корректировании состава стали по ходу плавки.
Технико-экономический эффект от использования заявляемой стали по сравнению с базовой (110Г13Л, ГОСТ 7370-86) достигается за счет увеличения износостойкости отливок из новой стали, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания (траки гусеничных машин, рабочие органы дробильно-размольного оборудования) на 30-40% , соответствующего увеличения межремонтного срока службы отливок, уменьшения расхода литого металла. Внедрение новой стали позволяет сократить объем выплавляемого металла на 25-30% .
Выбор соотношения компонентов был следующий.
Нижние и верхние пределы легирования по углероду (1,03 и 1,27% , соответственно) и марганцу (7,5 и 11,4% соответственно) обусловлены требуемыми эксплуатационными свойствами и определяются положением номограммы на чертеже.
Введение хрома увеличивает эффективную пластичность стали при контактном нагружении и повышает степень упрочнения стали при деформации, что способствует возрастанию как износостойкости, так и работы развития трещины при ударе. Содержание его в стали менее 0,2% неэффективно, более 2,2% - может привести к снижение Ар-40о в результате образования карбидов, не всегда растворимых при стандартной закалке от 1100оС в воду.
Легирование медью повышает абразивную стойкость стали. Содержание меди менее 0,15% неэффективно, более 0,5% - может привести к красноломкости вследствие скопления ее по границам зерен.
Введение молибдена способствует повышению Ар и технологичности стали (уменьшает склонность к транскристаллизации). Содержание молибдена менее 0,02% неэффективно, более 0,45% - экономически нецелесообразно, так как не приводит к улучшению свойств сталей данного типа.
Ванадий вводится в сталь для предотвращения роста зерна из-за высокой температуры нагрева стали под закалку. Содержание ванадия менее 0,03% неэффективно, более 0,25% - приводит к охрупчиванию стали вследствие появления большого количества мелкодисперсных карбидов по границам зерен.
Введение кальция при раскислении силикокальцием улучшает металлургическое качество отливок и способствует увеличению Ар. Содержание его в стали 0,001. . . 0,008% определяется условиями раскисления 3,0. . . 3,5 кг/т.
Легирование никелем способствует увеличению Ар-40оС. Содержание его менее 0,3% неэффективно, более 1,0% - отрицательно сказывается на ударно-абразивной износостойкости сталей этого типа.
П р и м е р. Плавки предлагаемой стали с содержанием основных легирующих элементов (С, Mn, Cr), вписывающимся в формулу (N 1) на нижнем (N 1), среднем (N 2,3) и верхнем пределе (14) (см. чертеж, табл. 1) и с содержанием элементов, выходящим за пределы составов (N 5, табл. 1), а также стали-прототипа (N 7) и базовой стали (N 8) были выплавлены в открытой индукционной 50 - килограммовой печи и разливались в слитки массой 10 кг. Из слитков вырезали заготовки образцов для испытаний на ударную вязкость (ГОСТ 9454-78), ударно-абразивное изнашивание (ГОСТ 23.212-82) и контактно-циклическую прочность. Относительная износостойкость оценивалась по потерям веса образцов за время испытаний по сравнению с базовой сталью. Ударные испытания проводились на ротационном копре при (-40)оС с записью диаграмм разрушения с целью расчета работы развития трещины при динамическом нагружении. Контактно-циклическую прочность оценивали по количеству циклов нагружения, приводящих к уменьшению высоты образца на 20% . Структура образцов всех сталей после закалки от 1100оС в воду была чисто аустенитной. Размер зерна аустенита сталей N 1-4, 6 был 2-3 балла, сталей 5, 7, 8 - 1 балла (ГОСТ 5639-65). Твердость всех сталей в закаленном состоянии 20-25 НРС.
Результаты испытаний на ударно-абразивную износостойкость и контактно-циклическую прочность, а также данные о работе развития трещины при динамическом нагружении для сталей 1-8 приведены в табл. 2.
Результаты испытаний (табл. 2) показывают, что предлагаемая сталь имеет значения ударно-абразивной износостойкости, контактно-циклической прочности и работы развития трещины при (-40)оС, превосходящие аналогичные характеристики для базовой стали и стали-прототипа в 1,3. . . 1,8 раза. Плавка 5 с содержанием легирующих элементов выше верхнего заявляемого предела имеет неудовлетворительную износостойкость и контактно-циклическую прочность (на уровне базовой стали). Сталь с содержанием легирующих элементов ниже нижнего предела имеет неудовлетворительную износостойкость и Ар-40оС (в 1,6 раза ниже требуемой). Следует также отметить более мелкозернистую структуру предлагаемых сталей по сравнению с базовой сталью и сталью-прототипом, т. е. качество отливок предлагаемой стали при сохранении стандартной технологии термообработки выше.
Таким образом, заявляемая сталь (N 1-4), являясь экономнолегированной марганцем, обладает высокими эксплуатационными свойствами. (56) ТУ 23.1.352-84. Сталь 120Г10ФЛ.

Claims (1)

  1. СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, медь, молибден, никель и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. % :
    Углерод 1,03 - 1,27
    Марганец 7,5 - 11,4
    Кремний 0,4 - 1,0
    Хром 0,2 - 2,2
    Медь 0,15 - 0,5
    Молибден 0,02 - 0,45
    Ванадий 0,03 - 0,25
    Кальций 0,001 - 0,008
    Никель 0,3 - 1,0
    Железо Остальное
    при выполнении соотношения
    (20 · углерод - 22)2 + (марганец + хром - 13,7)2 ≅ 16.
SU5044506 1992-05-28 1992-05-28 Сталь RU2009264C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5044506 RU2009264C1 (ru) 1992-05-28 1992-05-28 Сталь

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5044506 RU2009264C1 (ru) 1992-05-28 1992-05-28 Сталь

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2009264C1 true RU2009264C1 (ru) 1994-03-15

Family

ID=21605395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5044506 RU2009264C1 (ru) 1992-05-28 1992-05-28 Сталь

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2009264C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149213C1 (ru) * 1999-12-27 2000-05-20 Закрытое акционерное общество "Росредмет" Износостойкая сталь ист эл-200
RU2166558C2 (ru) * 1999-04-05 2001-05-10 Курганский государственный университет Сталь
RU2217521C2 (ru) * 2002-02-08 2003-11-27 Стадничук Александр Викторович Литая износостойкая сталь для деталей горно-обогатительного производства
CN116287988A (zh) * 2023-02-28 2023-06-23 徐州徐工基础工程机械有限公司 一种凿岩机中高碳中锰铸钢冲击壳体及其加工处理工艺

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2166558C2 (ru) * 1999-04-05 2001-05-10 Курганский государственный университет Сталь
RU2149213C1 (ru) * 1999-12-27 2000-05-20 Закрытое акционерное общество "Росредмет" Износостойкая сталь ист эл-200
RU2217521C2 (ru) * 2002-02-08 2003-11-27 Стадничук Александр Викторович Литая износостойкая сталь для деталей горно-обогатительного производства
CN116287988A (zh) * 2023-02-28 2023-06-23 徐州徐工基础工程机械有限公司 一种凿岩机中高碳中锰铸钢冲击壳体及其加工处理工艺
CN116287988B (zh) * 2023-02-28 2024-02-06 徐州徐工基础工程机械有限公司 一种凿岩机中高碳中锰铸钢冲击壳体及其加工处理工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2397270C2 (ru) Пружинная сталь, способ изготовления пружины из такой стали и пружина из этой стали
CN107904492B (zh) 一种低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法
US9797033B2 (en) High-strength, high-toughness, wear-resistant steel plate and manufacturing method thereof
EP1384794B1 (en) Spheroidal cast iron particulary for piston rings and method for its production
EP2881485B1 (en) Abrasion resistant steel plate with high strength and high toughness, and process for preparing same
CN111996441B (zh) 一种高韧性折弯性能良好的TiC增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法
CN103114252B (zh) 一种制备衬板用低合金耐磨钢的方法
US8333923B2 (en) High strength gray cast iron
CN108950432B (zh) 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法
JP2016509630A (ja) 高靱性の低合金耐摩耗鋼板およびその製造方法
JP2018525520A (ja) マイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼及びその製造方法
CN103131955A (zh) 一种中碳多元素低合金耐磨钢及其制备方法
WO2021036271A1 (zh) 耐高温400hb耐磨钢板及其生产方法
CN106591689A (zh) 一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板及其制备方法
JP3255296B2 (ja) 高強度ばね用鋼およびその製造方法
CN109161650A (zh) 一种低合金铸钢、制造方法及其应用
CN106893941B (zh) 一种低合金耐磨钢及其热处理方法
SU1749294A1 (ru) Высокопрочный чугун
RU2009264C1 (ru) Сталь
CN107675090A (zh) 一种布氏硬度650hbw级别高耐磨性钢板及其制备方法
CN110306113A (zh) 一种滑靴用铸钢材料及铸造方法
AU2022382748A1 (en) High-strength and high-hardness reinforced wear-resistant steel and manufacturing method therefor
CN107287498A (zh) 铁素体球磨铸铁及其重力铸造工艺
SU1585374A1 (ru) Высокопрочный чугун
RU2241061C2 (ru) Сталь для корпусов реакторов гидрокрекинга и другого нефтехимического оборудования