Патент на изобретение №2167215

(54) СТАЛЬ ПОДШИПНИКОВАЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников, работающих при воздействии умеренно агрессивных коррозийно-активных сред. Предложенная подшипниковая коррозийно-стойкая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,85-1,05, хром 17,0-19,0, кремний 0,1-1,0, марганец 0,1-1,0, церий 0,005-0,1, кальций 0,005-0,1, иттрий 0,005-0,1, железо – остальное. Техническим результатом изобретения является значительное повышение поперечной пластичности при сохранении на высоком уровне прочностных свойств. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников, работающих при воздействии умеренно агрессивных коррозийно-активных сред.

Предлагаемая в соответствии с данным изобретением высокопрочная сталь относится к классу коррозийно-стойких ледебуритных сталей. Стали данного класса характеризуются наличием большого количества избыточных карбидов, которые располагаются в структуре в виде отдельных полос, образуя так называемую карбидную неоднородность.

Известна коррозийно-стойкая подшипниковая сталь, обладающая высокими прочностными характеристиками (Структура и свойства подшипниковых сталей, А. Г. Спектор, Б.М. Зельбет, С.А Киселева. М.: Металлургия, 1980, стр. 14-15). Однако вследствие высокого содержания углерода данная сталь обладает весьма низкими пластическими свойствами. Известна также коррозийно-стойкая подшипниковая сталь, которая обладает удовлетворительными прочностными свойствами, принятая за прототип (Справочник-каталог “Подшипники качения”, под ред. Л. В. Черневского, М. : Машиностроение, 1977, стр. 48). Однако вследствие большого количества хрома и углерода данная сталь также имеет высокий уровень карбидной неоднородности. Это приводит к тому, что возникают значительные технологические трудности при изготовлении деталей подшипников. Это обусловлено тем, что вследствие высокой карбидной неоднородности такая сталь обладает весьма низкой пластичностью в поперечном волокну направлении. Так, например, относительное удлинение в поперечном направлении этой стали составляет 30%, а поперечное удлинение – только 10% от величин, зарегистрированных в продольном направлении. Такие свойства известной стали создают весьма большие трудности при изготовлении тел качения подшипников. В процессе штамповки металл течет в направлении поперек исходного волокна металла. В результате на наружной поверхности заготовок шариков появляется интенсивное трещинообразование. В связи с этим после операции “штамповка” отбраковка полученных заготовок по наличию трещин достигает 40%. Это характеризует известную сталь как материал, обладающий низкой пластичностью в поперечном волокну направлении.

В табл. 1 представлен состав известной коррозийно-стойкой подшипниковой стали (пример 1), принятой за прототип. Улучшить характеристики прочностной пластичности в известном составе стали не представляется возможным.

Поставлена задача разработать состав высокопрочной коррозийно-стойкой подшипниковой стали, которая бы обладала, наряду с другими свойствами подшипниковых сталей, удовлетворительной технологической пластичностью в поперечном направлении.

Эта задача решается тем, что в состав стали, содержащей углерод, хром, кремний, марганец, железо, дополнительно введены церий, кальций и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,85-1,05, хром 17,0-19,0, кремний 0,1-1,0, марганец 0,1-1,0, церий 0,005-0,1, кальций 0,005-0,1, иттрий 0,005-0,1, железо – остальное.

Примеры составов предлагаемой стали приведены в табл. 1.

Техническим результатом предлагаемого состава стали является значительное повышение поперечной пластичности за счет введения дополнительных ингредиентов – церия, кальция и иттрия. При этом прочностные свойства предлагаемой стали сохраняются на высоком уровне, присущем прототипу.

Образцы стали выплавлялись в вакуумных печах в виде слитков диаметром 100 мм. Выплавка производилась с применением рафинирующего электрошлакового переплава. Далее слитки деформировались ковкой с получением прутков диаметром 20-30 мм. Прутки стали подвергались отжигу и затем из них изготовлялись образцы. Кроме того, изготавливались цилиндрические образцы диаметром 20-30 мм для определения технологической пластичности (_пр).
Прочностные свойства предлагаемой стали определялись на образцах, упрочненных термической обработкой, по следующему режиму: закалка от 1080^oC, обработка холодом при – 70^oC и отпуск при 160^oC.

Пластические свойства (, ) и технологическая пластичность (_кр) определялись на образцах, полученных из прутков в состоянии поставки, то есть после отжига. Величину _кр получали в результате холодной деформации осадкой цилиндрических образцов диаметром 20-30 мм. Образцы осаживались до возникновения трещин на наружной поверхности. При этом фиксировалась степень деформации _кр, величина которой являлась предельной для данного сорта сталей. Полученные результаты испытаний приведены в табл. 1.

Предлагаемая сталь в пределах заявляемого в заявке на изобретение содержания элементов обладает высоким комплексом механических и технологических свойств. При этом изменение химического состава стали как в сторону понижения, так и в сторону повышения содержания легирующих элементов приводит к снижению прочностных свойств предлагаемой стали.

Полученные результаты испытаний заявляемой стали приведены в табл. 2.

Эта сталь в пределах заявляемого содержания компонентов обладает широким комплексом механических и технологических свойств. При этом изменение химического состава стали в сторону как понижения, так и повышения содержания легирующих элементов приводит к снижению прочностных свойств стали.

Определение механических свойств образцов показало, что предел прочности при растяжении _в, относительное удлинение , поперечное сечение , твердость HRC предлагаемой стали в пределах насыщения ее заявляемыми легирующими элементами значительно превышает прототип в основном по характеристикам пластичности.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новизной по сравнению с прототипом, имеет изобретательский уровень по сравнению с известным уровнем техники и является промышленно осуществимым, то есть отвечает признакам патентоспособности изобретения.

Формула изобретения

Сталь подшипниковая коррозийностойкая, содержащая углерод, хром, кремний, марганец, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий, кальций и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод – 0,85 – 1,05
Хром – 17,0 – 19,0
Кремний – 0,1 – 1,0
Марганец – 0,1 – 1,0
Церий – 0,005 – 0,1
Кальций – 0,005 – 0,1
Иттрий – 0,005 – 0,1
Железо – Остальное

РИСУНКИ