СТАЛЬ Российский патент 2011 года по МПК C22C38/38 C22C38/34 C22C38/32 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали повышенной прокаливаемости, используемой для производства мелющих шаров особо высокой твердости диаметром от 80 до 100 мм.

Известна сталь [1], используемая для изготовления мелющих шаров, содержащая (в мас.%):

углерод 0,45-0,65 марганец 0,60-1,00 кремний 0,60-1,20 алюминий 0,01-0,06 бор 0,0025-0,0040 медь 0,06-0,36 титан 0,02-0,06 железо остальное

Существенным недостатком данной стали является недостаточно высокая износостойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из данной стали, из-за низкой твердости на поверхности и по сечению.

Известна также сталь [2], выбранная в качестве прототипа, содержащая (в мас.%):

углерод 0,50-0,85 марганец 0,70-1,50 кремний 0,80-1,50 алюминий 0,002-0,06 один из элементов   группы, содержащей   ниобий и церий 0,0002-0,05 железо остальное

Недостатками этой стали являются повышенная раскалываемость при закалке в воде, а также недостаточно высокая эксплуатационная стойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из этой стали.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение раскалываемости при закалке в воде, а также повышение эксплуатационной стойкости мелющих шаров диаметром от 80 до 100 мм за счет увеличения прокаливаемости и повышения твердости на поверхности и по сечению.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий и железо, дополнительно содержит хром и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

углерод 0,36-0,44 марганец 1,10-1,60 кремний 0,90-1,50 алюминий 0,005-0,025 ниобий 0,010-0,030 хром 0,80-1,20 азот 0,008-0,020 железо остальное

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,40%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.

Содержание углерода 0,36-0,44% выбрано исходя из того, что при данной концентрации углерода образуется реечный мартенсит, который менее хрупок, чем хрупкопластинчатый мартенсит, образующийся при концентрации углерода свыше 0,44%.

Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 1,60% обеспечивается повышение твердости, прокаливаемости и сопротивляемости к трещинообразованию. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 1,10% не оказывает требуемого влияния на твердость и прокаливаемость.

Кремний до 1,5% увеличивает прокаливаемость и повышает износостойкость шаров. При снижении концентрации кремния менее 0,90% значительно уменьшаются данные характеристики.

При увеличении содержания хрома до 1,20% повышается твердость, прокаливаемость стали и обеспечивается получение мелкодисперсной структуры, что в свою очередь приводит к увеличению износостойкости мелющих шаров. При содержании хрома менее 0,80% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали и, следовательно, износостойкости шаров.

Содержание алюминия (0,005-0,025%) выбрано исходя из, с одной стороны, получения мелкого действительного зерна, с другой - исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений, увеличивающих склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках.

Азот способствует образованию нитридов алюминия в стали. Концентрация азота менее 0,008% не приводит к образованию нитридов, обеспечивающих измельчение действительного зерна и, как следствие, снижение склонности шаров к раскалыванию при ударных нагрузках. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».

При содержании ниобия в количестве 0,010% образуются сложнолегированные карбиды, воздействующие положительно на измельчение аустенитного зерна и очищающие их границы от вредных примесей, а также увеличивающие ударную прочность и прокаливаемость. Увеличение содержания ниобия свыше 0,030% экономически невыгодно и нецелесообразно из-за его отрицательного влияния на жидкотекучесть стали и на качество поверхности шаров, а также их раскалываемость.

Ограничение содержания серы, фосфора и меди выбрано исходя из качества поверхности готовых мелющих шаров.

Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-1 00Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку и термообработку шаров с прокатного нагрева по технологии двухстадийного охлаждения с самоотпуском. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение твердости и эксплуатационной стойкости шаров.

Источники информации

1. А.с. СССР № 1446189, C22C 38/16.

2. А.с. СССР № 1733495, C22C 38/12.

Таблица 1 Химический состав стали Состав C Mn Si Al Nb Cr N P S Fe 1 0,35 1,46 1,29 0,014 0,012 0,88 0,013 0,021 0,014 ост. 2 0,40 1,60 1,30 0,011 0,01 1,20 0,014 0,016 0,012 ост. 3 0,43 1,48 1,42 0,016 0,02 1,11 0,012 0,023 0,016 ост. 4 0,44 1,58 1,24 0,012 0,015 1,15 0,011 0,015 0,013 ост. 5 0,42 1,25 1,36 0,013 0,017 1,14 0,015 0,024 0,018 ост. 6 0,48 1,52 1,48 0,014 0,022 1,10 0,013 0,021 0,023 ост. прототип 0,50-0,85 0,70-1,50 0,80-1,50 0,002-0,06 0,0002-0,05 - - 0,022-0,032 0,018-0,024 остальное

Таблица 2 Механические свойства стали Состав Твердость, МПа Износ, г Раскалываемость шаров, % Величина мартенситной и полумартенситной зоны, мм на поверхности на глубине 1/2 R (25 мм) 1 495 415 0,31 0 38 2 514 477 0,23 0,5 50 3 555 514 0,20 2,5 50 4 534 495 0,22 2,1 50 5 555 495 0,23 2,7 50 6 578 534 0,18 3,0 50 прототип 496-524 - 0,19-0,41 2,2-3,7 19-28

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению стали, используемой для производства мелющих шаров особо высокой твердости диаметром от 80 до 100 мм. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий, хром, азот, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, в мас.%: углерод 0,36-0,44, марганец 1,10-1,60, кремний 0,90-1,50, алюминий 0,005-0,025, ниобий 0,010-0,030, хром 0,80-1,20, азот 0,008-0,020, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит серу - не более 0,030, фосфор - не более 0,030 и медь - не более 0,40. Снижается раскалываемость шаров при закалке в воде, а также повышается эксплуатационная стойкость за счет увеличения прокаливаемости и повышения твердости на поверхности и по сечению. 2 табл.

Сталь для производства мелющих шаров диаметром от 80 до 100 мм, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,36-0,44 марганец 1,10-1,60 кремний 0,90-1,50 алюминий 0,005-0,025 ниобий 0,010-0,030 хром 0,80-1,20 азот 0,008-0,020 железо и примеси остальное,