Патент на изобретение №2149213
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ИЗНОСОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ИСТ ЭЛ-200
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии, в частности к высокомарганцовистым литейным сталям, используемым для изготовления конструкций горнодобывающей техники, работающей в условиях Крайнего Севера при воздействии сильных ударно-абразивных нагрузок. Предложенная износостойкая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,95 – 1,10; кремний 0,10 – 0,49; марганец 13,0 – 14,5; хром 0,30 – 0,80; никель 0,20 – 0,50; титан 0,01 -0,05; алюминий 0,020 – 0,050; кальций 0,005 – 0,040; церий 0,010 – 0,040; фосфор 0,01 – 0,06; железо остальное. Техническим результатом изобретения является получение стали, обладающей большой наклепываемостью без образования трещин и высокой циклической стойкостью при сильном ударно-абразивном нагружении. 1 табл. Изобретение относится к металлургии сталей, а именно к высокомарганцовистым литейным сталям, применяемым для изготовления конструкций горнодобывающей техники, работающей в условиях Крайнего Севера при воздействии сильных ударно-абразивных нагрузок. Известна износостойкая стали марки 110Г13Л (ГОСТ 2176), содержащая следующие компоненты, мас.%: углерод – 0,9 – 1,40 кремний – 0,80 – 1,00 марганец – 11,50 – 15,0 хрома – не более 1,00 никель – не более 1,70 медь – не более 0,30 сера – не более 0,05 фосфор – не более 0,12 железо – остальное Недостатком этой стали является то, что данная сталь обладает недостаточно высоким уровнем эксплуатационных свойств в условиях сильных ударно-абразивных нагрузок. Широко известна применяемая в экскаваторостроении сталь (SU N 1659519 A1), содержащая следующие компоненты, мас.%: углерод – 0,90 – 1,4 кремний – 0,50 – 1,0 марганец – 11,5 – 14,0 никель – 0,10 – 2,00 медь – 0,70 – 2,0 кальций – 0,05 – 1,0 вольфрам – 0,4 – 0,8 титан – 0,03 – 0,04 железо – остальное Данная сталь в сечении до 250 мм обладает неоднозначной наклепываемостью при сильных ударно-абразивных нагрузках и как следствие этого недостаточной износостойкостью, а наличие в стали высокого содержания кальция делает ее нетехнологичной при заливке форм из-за затягивания стаканчика при разливке. Прототипом является сталь (SU 1317033 A1), содержащая следующие компоненты, мас.%: углерод – 1,0 – 1,4 кремний – 0,50 – 1,0 марганец – 11,0 – 14,0 титан – 0,2 – 0,8 цирконий – 0,1 – 0,4 азот – 0,1 -0,4 редкоземельные металлы – 0,05 – 0,20 кальций – 0,08 – 0,35 железо – остальное Данная сталь обладает повышенными механическими свойствами при постоянных по величине нагрузках и повышенной трещиностойкостью при литье. Однако при сильном ударно-абразивном нагружении она имеет пониженную наклепываемость без образования трещин и пониженную циклическую стойкость, что является следствием излишнего легирования редкоземельными металлами, а также высоким содержанием карбонитридов титана, обладающих высоким коэффициентом концентрации напряжений вокруг них. В основу настоящего изобретения была положена задача разработать состав износостойкой стали с большой наклепываемостью без образования трещин и высокой циклической стойкостью при сильном ударно-абразивном нагружении. Поставленная задача решается тем, что в износостойкой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, титан, кальций и редкоземельные металлы, новым является то, что в качестве редкоземельного металла она содержит церий, а также дополнительно содержит никель, хром, алюминий и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод – 0,95 – 1,10 кремний – 0,10 – 0,49 марганец – 13,0 – 14,5 хром – 0,30 – 0,80 никель – 0,20 – 0,50 титан – 0,01 – 0,05 алюминий – 0,020 – 0,050 кальций – 0,005 – 0,040 церий – 0,010 – 0,040 фосфор – 0,01 – 0,06 железо – остальное Введение углерода в количестве 0,95% выбрано из необходимости обеспечения аустенитности стали. Верхний предел углерода 1,10% принят для обеспечения отсутствия выделения карбидов по границам аустенитного зерна. Нижний предел содержания кремния 0,10% принят для обеспечения раскисленности. Увеличение содержания кремния до 0,49% обеспечивает довольно высокий уровень прочностных свойств, способствует смягчению зональной и зерноограниченной сегрегации (в том числе углерода), вследствие чего повышается устойчивость аустенита. Марганец в количествен 13,0% выбран из необходимости обеспечения требуемой аустенитности стали и получения необходимого уровня наклепываемости. Максимальное содержание марганца 14,5% выбрано из экологических условий. Хром в сочетании с марганцем увеличивает стабильность аустенита, этим ограничено максимальное его содержание в стали 0,80%. Минимальное содержание хрома 0,30% выбрано для обеспечения необходимых структурных составляющих, обеспечивающих высокий уровень наклепываемости стали. Никель как легирующий элемент повышает сопротивление хрупкому разрушению, повышает пластичность и вязкость, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости, а также повышает устойчивость аустенита, которая усиливается в присутствии хрома. Минимальное количество никеля 0,20% обеспечивает стали снижение порога хладноломкости, а максимальное количество 0,50% – повышает предел выносливости. Введение алюминия в количестве 0,020% улучшает раскисленность стали. Содержание в стали алюминия в количестве 0,050% обеспечивает достаточную стойкость стали против роста аустенитного зерна. Церий в сочетании с кальцием обеспечивает образование в стали глобулярных неметаллических включений, поэтому их содержание ограничено пределами 0,01 – 0,04% и 0,005 – 0,040% соответственно. Такое содержание церия и кальция не делают сталь нетехнологичной при разливке и увеличивают жидкотекучесть стали. Максимальное содержание фосфора 0,06% выбрано из условия повышения жидкотекучести стали и отсутствия образования карбо-фосфидной эвтектики, уменьшающей трещиностойкость стали. Титан в количестве 0,01 – 0,05% введен в сталь как модификатор с целью получения мелкозернистой структуры. Для получения стали предлагаемого состава были проведены опытные плавки по шести указанным в таблице химическим составам, включая сталь – прототип. Сталь выплавлялась в индукционной электропечи. При выплавке применялись ферросплавы следующих марок: ферросилиций марки ФС-45, марганец металлический, феррохром марким ФХ050А, никель, ферротитан марки ФТ и 40А, кальций, алюминий и церий. Ферросплавы кремния, марганца применялись в дробленом виде с фракцией 5-50 мм. Сталь разливалась в песчаные формы по 50 кг. Способность стали к деформационному упрочнению (наклепываемости) определялась на специальных образцах, прошедших термическую обработку – аустенитизацию при 1050oC с охлаждением в воде путем многократного вдавливания твердосплавного шарика до появления первой трещины. Химический состав и свойства предлагаемой и известной сталей приведены в таблице. Как следует из таблицы, предлагаемая сталь превосходит известную по наклепываемости при интенсивном ударном нагружении. Плавка, содержащая легирующие элементы ниже нижнего предела легирования, имеет достаточно высокую наклепываемость из-за недораскисленности и низкой стабильности аустенита. Плавка, выплавленная по химическому составу с превышением верхнего предела легирования, обладает идентичной наклепываемостью, как и известная, вследствие выделения карбо-фосфидов по границам зерен. Технико-экономический эффект от использования заявляемой стали выражается в повышении долговечности оборудования, работающего в условиях интенсивного ударно-абразивного износа. Формула изобретения
Углерод – 0,95 – 1,10 Кремний – 0,10 – 0,49 Марганец – 13,0 – 14,5 Хром – 0,30 – 0,80 Никель – 0,20 – 0,50 Титан – 0,01 – 0,05 Алюминий – 0,020 – 0,050 Кальций – 0,005 – 0,040 Церий – 0,010 – 0,040 Фосфор – 0,01 – 0,06 Железо – Остальное РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 28.12.2004
Извещение опубликовано: 10.12.2005 БИ: 34/2005
|
||||||||||||||||||||||||||
