Патент на изобретение №2184792
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СТАЛЬ
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии, в частности к составу литейной теплоустойчивой стали, используемой, например, для изготовления роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Предложенная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,15-0,35; кремний 0,17-0,40; марганец 0,25-0,60; хром 1,20-2,00; молибден 0,25-0,45; ванадий 0,90-1,40; титан 0,09-0,18; бор 0,002-0,008; кальций 0,006-0,012; азот 0,01-0,04; железо – остальное. При этом должны соблюдаться следующие соотношения: (%V+%Ti)/%C=4,5-6,6; (%V+%Ti)/%N=39,5-99,0; (%V+%Ti)/(%C+%N)=4,05-6,2. Техническим результатом изобретения является получение стали, обладающей одновременно теплостойкостью и износостойкостью, что позволяет использовать ее для изготовления роликов МНЛЗ. 2 табл. Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным теплоустойчивым сталям, используемым для изготовления отливок, работающих в условиях высоких температур и абразивного изнашивания, например для получения роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Известна сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, алюминий, титан, бор, кальций, РЗМ и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод – 0,26-0,34 Кремний – 0,15-0,35 Марганец – 0,30-0,60 Хром – 2,00-2,50 Никель – 1,20-1,50 Молибден – 0,40-0,60 Ванадий – 0,25-0,40 Алюминий – 0,01-0,05 Титан – 0,01-0,10 Бор – 0,0001-0,002 Кальций – 0,005-0,050 РЗМ – 0,005-0,080 Железо – Остальное (См. авт. св. СССР 821527, С 22 С 38/51). Недостатком известной стали является низкая теплостойкость и износостойкость из-за присутствия алюминия и редкоземельных металлов. Редкоземельные металлы загрязняют сталь неметаллическими включениями с высокой плотностью, которые почти не удаляются из расплава и снижают указанные свойства стали. Кроме того, сталь содержит дорогой и дефицитный металл никель и дорогостоящие лигатуры с редкоземельными металлами. Известна также сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель, титан, медь, алюминий, кальций, бор, РЗМ и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод – 0,35-0,45 Кремний – 0,30-0,40 Марганец – 0,40-0,70 Хром – 1,00-1,80 Ванадий – 0,50-1,20 Молибден – 1,25-1,50 Никель – 0,50-1,00 Титан – 0,05-0,15 Медь – 0,50-0,90 Алюминий – 0,50-0,90 Кальций – 0,01-0,12 Бор – 0,003-0,005 РЗМ – 0,05-0,10 Железо – Остальное. Кроме того, должны соблюдаться следующие соотношения: ![]() 2) разница вышеуказанных сумм=15-32; ![]() Углерод – 0,20-0,30 Кремний – 0,17-0,37 Марганец – 0,25-0,60 Хром – 1,40-1,80 Молибден – 0,25-0,40 Ванадий – 0,40-1,10 Титан – 0,06-0,12 Бор – 0,003-0,005 Кальций – 0,005-0,01 Железо – Остальное, при этом должно соблюдаться соотношение ![]() Углерод – 0,15-0,35 Кремний – 0,17-0,40 Марганец – 0,25-0,60 Хром – 1,20-2,00 Молибден – 0,25-0,45 Ванадий – 0,90-1,40 Титан – 0,09-0,18 Бор – 0,002-0,008 Кальций – 0,006-0,012 Азот – 0,01-0,04 Железо – Остальное, при этом должны соблюдаться следующие соотношения: ![]() ![]() ![]() Известно применение азота в сталях в качестве микролегирующего элемента для улучшения их свойств (см. Азот в металлах/В.В. Аверин, А.В. Ревякин, В. И. Федорченко и др. – М. : Металлургия, 1976. – 224 с.; Бабаскин Ю.З. Структура и свойства литой стали. – Киев: Наукова думка, 1980. – 240 с.; Научные и технологические основы микролегирования стали /В.Л. Пилюшенко, В.А. Вихлевщук, М.А. Поживанов и др. – М.: Металлургия, 1994. – 384 с.). В заявляемой стали азот также предназначен для микролегирования ее. Однако наравне с этим азот при совместном взаимодействии с ванадием и титаном в заявляемой стали проявляет новое техническое свойство, заключающееся в создании эффекта модифицирования стали при одновременном усилении эффекта микролегирования. Это происходит следующим образом. Микролегирование и модифицирование стали азотом совместно с ванадием и титаном, при соблюдении заявляемых соотношений и условий, обеспечивает достижение исключительной мелкодисперсности первичной литой структуры путем создания дисперсности и равномерности выделения упрочняющих фаз и повышения их стойкости к коагуляции. Такая мелкозернистость сохраняется и при последующих нагревах стали в рабочих условиях за счет обеспечения торможения роста зерна дисперсными частицами образованных нитридных и карбонитридных фаз. Таким образом, достигаемое при микролегировании и модифицировании азотом, титаном и ванадием диспергирование структуры перлитной стали, непосредственное упрочнение ее нитридной и карбонитридной фазами приводит к повышению износостойкости и теплостойкости стали при высоких температурах, что позволяет использовать ее для изготовления роликов МНЛЗ, работающих в условиях высоких температур и абразивного изнашивания. При этом достигается сочетание повышения прочности с повышением устойчивости упрочняющих фаз к коагуляции. В основе этого явления лежит снижение диффузионной подвижности углерода вследствие присутствия в растворе ванадия и титана, уменьшения равновесной растворимости углерода и повышения азотом энергии активации коагуляции карбидной фазы. Помимо заявляемых соотношений компонентов, указанные в формуле изобретения соотношения суммы концентраций ванадия и титана к концентрациям углерода и азота (условие 1 и 2), а также к сумме концентраций углерода и азота (условие 3) способствуют активизации протекания выше описанных процессов. При этом весь молибден сохраняется в твердом растворе без участия в процессах карбидообразования, способствуя тем самым значительному повышению теплостойкости стали. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что состав заявляемой стали не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности “Изобретательский уровень”. Углерод (С), взятый в заявляемом количестве, является одним из главных упрочнителей стали, резко повышающим твердость и износостойкость стали за счет образования карбидов, нитридов и карбонитридов легирующих элементов и легирования твердого раствора. При содержании углерода менее 0,15 мас.% уменьшается износостойкость стали из-за снижения в ней упрочняющей фазы. При содержании углерода более 0,35 мас. %, происходит охрупчивание структуры – снижается пластичность, падает сопротивление износу. Кремний (Si) – является технологической добавкой обеспечивающей при выплавке стали необходимые пластические свойства металла. Кремний является раскислителем, и взятый в заявляемом количестве, способствует более полному усвоению хрома, ванадия и титана, увеличивает прокаливаемостъ и способствует смягчению матрицы. Содержание кремния более 0,40 мас.% нецелесообразно, так как это приводит к снижению прокаливаемости и износостойкости, вследствие специфического воздействия кремния на другие компоненты стали. Содержание кремния в стали меньше 0,17 мас.% не обеспечит предварительное раскисление стали. Марганец (Мn) также является технологической добавкой, позволяющей получить структуру необходимой стабильности, раскисляет сталь. Для заявляемой стали, содержание хрома (Сr) находится в пределах 1,2-2,0 мас. %. Это обеспечивает получение необходимой теплостойкости, образование в стали карбидов дополнительно увеличивает износостойкость и твердость. В присутствии молибдена (Мо) в заявляемом количестве (0,25-0,45%) улучшается протекание процессов нитридообразования при фазовой перекристаллизации стали, происходит более равномерное распределение нитридных, карбидных и карбонитридных частиц по объему литой стали, устраняются их скопления. Молибден, гомогенизируя структуру стали, способствует при изготовлении роликов МНЛЗ достижению большей однородности свойств по сечению отливки при высоких температурах, когда в отливке возможно образование горячих трещин. Это улучшает теплостойкость, износостойкость и трещиноустойчивость стали. При содержании молибдена менее 0,25 мас.% и более 0,45 мас.% положительное влияние его на свойства стали значительно снижается. Совместное присутствие титана (Ti), бора (В) и кальция (Са) позволяет в процессе отливки роликов из заявляемой стали эффективно управлять процессами первичной и вторичной кристаллизации. Титан, взятый в заявляемом количестве, микролегирует и модифицирует сталь. Нитриды титана, образующиеся в жидкой стали, являются дополнительными центрами кристаллизации. Совместное присутствие титана и бора ведет к равномерному распределению карбидов. Кроме того, титан является рафинизатором стали, очищая расплав от неметаллических включений. Бор (В) – сильный карбюризатор и модификатор, способствует измельчению структуры. Присутствие бора в количестве (0,002-0,008 мас.%) устраняет появление карбидной сетки по границам зерен, что улучшает теплостойкие и износостойкие свойства стали. Кальций (Са) (0,006-0,012 мас.%), является активным раскислителем, модификатором и глобуляризатором включений и способствует равномерному их распределению по объему отливок и получению однородной структуры. При введении в состав стали кальция в количестве менее 0,006 мас.% его положительное влияние на структуру стали незначительно, а содержание кальция более 0,012 мас.% приводит к вторичному окислению и загрязнению расплава неметаллическими включениями, что снижает свойства стали. Азот (N), введенный в сталь в заявляемом количестве (0,01-0,04 мас.%), взаимодействуя с легирующими элементами, титаном и ванадием, образует нитриды и карбонитриды, которые, являясь упрочняющей фазой, значительно усиливают свойства стали, такие как твердость, теплостойкость и износостойкость. Это происходит за счет того, что указанные частицы являются фазовыми составляющими стали, взаимодействующими с твердым раствором ( ![]() ![]() Формула изобретения
Углерод – 0,15-0,35 Кремний – 0,17-0,40 Марганец – 0,25-0,60 Хром – 1,20-2,00 Молибден – 0,25-0,45 Ванадий – 0,90-1,40 Титан – 0,09-0,18 Бор – 0,002-0,008 Кальций – 0,006-0,012 Азот – 0,01-0,04 Железо – Остальное при этом должны соблюдаться следующие соотношения: ![]() ![]() ![]() РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||