SU1108129A1 - Сталь - Google Patents

Abstract

СТАЛЬ, содержаща  углерод, марганец, кремний, азот, железо, отличающа с  тем, что, с целью повышени  износостойкости при трении и абразивном, изнашивании при температурах до , она дополнительно содержит хром, никель, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 1,40-1,65 17-20 Марганец 0,3 -1,0 Кремний 0,002-0,100 Азот 0,5 -1,5 Хром 0,1 -0,5 Никель 0,02-0,30 Вансщий i 0,01-0,15 Титан Железо Остальное (О

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности к износостойким стал м, и может быть исполь зовано в качестве материала дл  оправок трубных прошивных станов, бро нефутеровочных плит доменных скипов и агломерационных дробилок, колосни ков агломашин и других литых детале подвергающихс  износу трением и ударно-абразивному износу в услови х одновременного действи  высоких температур и истирающих давлений, В насто щее врем  в различных отрасл х промьшшенности дл  изготов лени  отливок, работающих в услови х ударно-абразивного износа, широко примен етс  аустенитова  высокомарганцева  сталь 110Г13Л. Если при комнатной и пониженных температурах высока  способность стали 110Г13Л к деформационному упрочнению обеспе чивает ей достаточную износостойкость при действии ударных и истира ющих нагрузок, то при повышенных температурах эксплуатации (400 1000°С ) происходит в течение первых часов работы распад аустенита с выделением карбидов и образованием феррито-карбидной смеси и, как след ствие, потер  износостойкости стали Наиболее близкой к предлагаемой стали по технической сущности и дос тигаемому эффекту  вл етс  сталь 2 содержаща , мас.% : 0,9-1,5 Углерод 17-23 Марганец 0,2-0,8 Кремний 0,01-0,2 Алюминий 0,002-0,05 0,04-0,4 Железо Остальное Данна  сталь обладает повышенной хладостойкостью в деформированном состо нии, однако в процессе эксплу атации в услови х высоких давлений, повышенных температур и наличии теп лосмен в качестве прошивных оправок трубных станов сталь имеет низкую износостойкость, склонность к схватыванию с материалом заготовки и образованию трещин уже после прошив ки одной заготовки, особенно при со держании углерода ближе к нижнему пределу (0,9-1,2%). Цель изобретени  - повышение износостойкости при трении и абразивном изнашивании при температурах до 600°С. Поставленна  цель достигаетс  тем, что сталь, содержаща  углерод, марганец, кремний, азот, железо, дополнительно содержит хром, никель ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%; Углерод 1,4-1,65 Марганец 17-20 Кремний 0,3-1,0 Хром0,5-1,5 Никель 0,1-0,5 Азот0,002-0,1 Ванадий 0,02-0,3 Титан0,01-0,15 Железо Остальное Повышение содержани  углерода в предлагаемой стали по сравнению с известной вызвано тем, что действие высоких истирающих нагрузок в сочетании с повышенными температурами обусловливает обезуглевоживание поверхностных слоев отливок, что может привести при недостаточном исходном содержании углерода к развитию у - превращени  в процессе выдержки при высоких температурах или последующего охлаждени  поверхностных слоев, обезуглероженных при отливке или термообработке. Нижний предел содержани  углерода (1,40%) обеспечивает .предотвращение образовани  мартенситной или трооститной фазы-в обезуглероженных поверхностных сло х отливок. Верхний предел содержани  углерода (1,65%) определ етс  макимально возможным содержанием его в твердом растворе (аустените) без образовани  значительного количества нерастворившейс  при нагреве под закалку карбидной фазы, наличие которой способствует образованию трещин в процессе эксплуатации. Сужение интервала со;цержани  марганца в предлагаемой стали вызвано необходимостью повышени  концентрации углерода в стали до 1,40-1,65% и св зано с трудностью растворени  карбидной фазы при нагреве под закалку . Наличие в предлагаемой стали марганца в количестве свыше 20% не позвол ет получить структуру аустенита без допустимого количества легированного цементита даже при повышении температуры закалки до 1150°С. Легирование предлагаемой стали хромом в количестве свыше 0,5%, уменьша  диффузионную подвижность атомов углерода и марганца и увеличива  энергию св зи в аустените, способствует увеличению термической и деформационной стабильности твердого раствора при нагреве до 1080°С поверхностных слоев отливок и резких теплосменах, уменьшает склонность аустенита к разупрочнению при высоких температурах, повышает окалиностойкость . Увеличение содержани  хрома свыше 1,5% нецелесообразно, так как вызывает образование труднорастворимых выделений легированного цементита. Введение никел  в количестве 0,050 ,5% стабилизирует аустенит предла- . гаемой стали по отношению к распаду при повышенных температурах. Никель, вход  в состав твердого раствора, снижает склонность к карбидообразованию и тепловому схрупчиванию. При содержании никел  в стали менее 0,1%

его вли ние на стабильность аустенита и тепловое охрупчивание становитс  несущественным. Повышение концентрации никел  свыше 0,5% в предлагаемой стали снижает способность марганцевого аустенита к деформационному упрочнению и, как следствие, износостойкости стали, а также нецелесообразно по экономическим соображени м .

Совместное легирование стали титаном с ванадием в количестве 0,010 ,15 и 0,02-0,30% соответственно уменьшает склонность .к росту зерна при нагреве под закалку и в процессе трени  при высоких температурах, а также приводит к измельчению первичной структуры литой стали.за счет выделени  карбидов (карбонитридов) титана и ванади  в процессе кристаллизации и нагрева под закалку, а . также рабочих нагревов поверхности отливок. Наличие дисперсных карбонитридов в предлагаемой стали повышает твердость и износостойкость отливок в процессе трени  и износа при повышенных температурах, затрудн ет протекание динамической рекристаллизации , .преп тству  разупрочнению аустенита.

Содержание титана и ванади  в предлагаемой стали ниже 0,01 и 0,02% соответственно не вызывает измельчени  зерна и повышени  износостойкости стали, а увеличение концентрации титана и ванади  свыше 0,15 и 0,3% приводит к снижению ударной в зкости и трещиностойкости стали при циклических теплосменах в присутствии истирающих нагрузок.

0

Таким образом, комплексное легирование никелем, хромом, титаном и ванадием обеспечивает высокую износостойкость предлагаемой стали при повышенных температурах в услови х резких теплосмен в сочетании с исти5 рающими нагрузками, а также малую склонность к схватыванию при высокотемпературном трении по сравнению с известной сталью.

0

Примеры. Предлагаема  и известна  стали выплавл лись в дуговой электропечи ДЧМ 1,5 и разливались в земл ные формы дл  оправок. В качестве шихтовых материалов использова5 лись ферросплавы технической чистоты .

Химический состав исследуемых сталей приведен в табл. 1.

Таблица 1

1,40 17,0 0,3 0,5 0,1 0,01 0,02 1,65 20,0 1,0 1,5 0,5 0,15 0,3 1,55 18,5 0,6 1,0 0,3 0,1 0,2 Термообработка литых оправок всех

сталей проводилась по режиму: выдержка в среде природного газа при температуре 1070°С 5 ч с последующим охлаждением в воде. Такой режим обеспечивал получение аустенитной структуры в центре отливок и аустенитной структуры с мелкими глобул рными карбидами по границам и телу зерна аустенита у поверхности отливок у всех сталей без признаков обезуглероживани  поверхностного сло .

Исследование износостойкости стали проводилось на литых оправках длиной 175 мм и диаметром 55 мм при прошивке заготовок из нержавеющей стали 12Х18Н1ОТ на промышленном прошивном стане. После прошивки одной заготовки оценивалс  линейный износ оправки уменьшение длины по отношению к исходной и склонность к схватыванию при трении по величине сло  налилани  металла заготовки. Наличие и . глубина трещин изучалась на микрошлифах и макротемплетах, вырезанных вблизи рабочей поверхности. Способность к упрочнению аустеннта в.пррт ;цессе высокотемпературного трени ., оценивалась по приросту твердости рабочей поверхности оправок. Оценка износостойкости при ударно-абразивном изнашивании в услови х высоких.. температур проводилась на экспериментальной лабораторной дробилке с подогревом образцов с помощью ТВЧ до температуры . Измер лс  весовой износ образцов размером 15 мм, вырезанных из литых оправок, после размола 10 кг гранитного щебн  фракции 4-5 мм. 0,002 Остальное 0,1 ,05 -В табл. 2 приведены данные по износо тойкости и упрочнению исследуемых стаТаблица

лей при прошивке заготовок из стали 12Х18К10Т и ударно-абразивном износе.

Таблица

Claims (1)

1. М 916579, кл. С 22 С 38/16, 1981.

   (54)(57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, азот, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения износостойкости при трении и абразивном, изнашивании при температурах до 600°С, она до- полнительно содержит хром, никель, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 1 ,40-1 ,65 Марганец 17-20 Кремний 0,3 -1,0 Азот 0,002-0,100 Хром 0,5 -1,5 Никель 0,1 -0,5 Ванадий 0,02-0,30 Титан Железо 0,01-0,15 ° Остальное Л 1 V/ с н* и*