СТАЛЬ ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ Российский патент 2011 года по МПК C22C38/46 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности, для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Известна сталь [1] для изготовления деталей машин, оборудования, работающих в условиях трения скольжения, содержащая, мас.%:

Углерод 0,8-1,2 Кремний 0,3-0,8 Марганец 0,3-0,8 Хром 14,0-16,0 Молибден 2,0-3,0 Вольфрам 0,8-1,2 РЗМ 0,1-0,2 Магний 0,01-0,02 Теллур 0,001-0,002 Бор 0,1-0,2 Цирконий 0,1-0,2 Железо Остальное

Известная сталь имеет повышенную износостойкость (износ в относительных единицах 70,9, при условиях сухого трения, при удельном давлении до 100 кгс/см², скорости скольжения до 5,7 м/с, контртело - чугун серый модифицированный МСЧ 28-48).

Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (14,0-16,0), молибдена (2,0-3,0), вольфрама (0,8-1,2) при значительном содержании углерода (0,8-1,2). Данное сочетание элементов приводит к формированию крупных конгломератов карбидной фазы смешанного состава (Сr, Мо, W)₇С₃ и (Cr, Mo, W)₂₃C₆, имеющих неблагоприятную форму и располагающихся по границам зерен. Являясь концентраторами напряжений в локальных объемах межзеренного пространства, карбидные включения снижают физико-химические и эксплуатационные свойства материала.

Значительное содержание в составе известной стали компонентов, имеющих высокое химическое сродство к вредным (сера, кислород) элементам (РЗМ+Mg+В+Zr≥0,31 мас. %) приводит к конкуренции элементов и их неоправданному расходу. Кроме того, высокое их содержание в известной стали приводит к загрязнению границ кристаллов продуктами их взаимодействия с вредными элементами, что снижает свойства материала.

Теллур и его летучие соединения токсичны. Поэтому использование его в качестве компонента сплава ведет к ухудшению экологической обстановки при производстве стали.

В качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь марки Х12МФ [2], содержащая элементы при следующем соотношении (% мас.):

Углерод 1,45-1,65 Кремний 0,10-0,40 Марганец 0,15-0,45 Хром 11,0-12,5 Ванадий 0,15-0,30 Молибден 0,40-0,60 Сера Не более 0,03 Фосфор Не более 0,03 Железо Остальное

Известную сталь рекомендуется использовать для холодных штампов высокой устойчивости против истирания, в частности для прокатных валков и роликов.

Недостатком указанной марки стали являются невысокие эксплуатационные свойства, в частности износостойкость, а также твердость при изготовлении из нее валков трубоэлектросварочных станов. Это приводит к ускоренному износу рабочего профиля валка и снижению качества выпускаемой продукции (труб).

Задачей настоящего изобретения является разработка состава стали для прокатных валков.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик:

износостойкости и твердости прокатных валков из стали.

Этот технический результат достигается тем, что в сталь для прокатных валков, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор, железо, дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Углерод 1,45-1,65 Кремний 0,10-0,40 Марганец 0,15-0,45 Хром 11,0-12,5 Ванадий 0,15-0,30 Молибден 0,40-0,60 Никель 0,20-0,40 РЗМ 0,01-0,03 Сера Не более 0,03 Фосфор Не более 0,03 Железо Остальное

Повышение твердости и износостойкости достигается за счет введения в состав стали никеля и РЗМ.

Никель стабилизирует перлитную составляющую в структуре стали, увеличивает дисперсность карбидов, тем самым повышая показатели твердости и износостойкости материала. При содержании в стали никеля менее 0,2 мас.% он не оказывает значительного влияния на стабилизацию перлита и измельчение карбидной фазы. При содержании более 0,4 мас.% дальнейшего увеличения содержания перлита в структуре стали не происходит, размеры карбидов не уменьшаются.

РЗМ обладают высоким химическим сродством к вредным примесям (азоту, водороду, цветным металлам и фосфору) и переводят их из активных в пассивные формы, тем самым очищая границы зерен и повышая комплекс свойств материала, в частности твердость и износостойкость. При содержании в стали РЗМ менее 0,01 мас.% не происходит дезактивации вредных примесей. При содержании более 0,03 мас.% происходит укрупнение соединений РЗМ с вредными примесями, их морфология меняется, они приобретают остроугольную форму и отрицательно влияют на свойства материала, в частности твердость и износостойкость.

Количество углерода, кремния, марганца, хрома, ванадия и молибдена не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений и, в частности, от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение твердости и износостойкости стали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.

Пример.

Выплавку заявляемой стали производили в электродуговой печи ДСП-3М с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Никель вводили в шихту, лигатура РЗМ вводилась в ковш на струю металла после выпуска 1/4 части металла. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой.

Заливка заготовки осуществлялась в кокиль при Т 1350-1370°С. Полученная заготовка подвергалась ковке. Ковку производили с использованием паровоздушного молота арочного типа М-3150 и ковочного напольного рельсового манипулятора МК-1.25. Ковку заготовок вели на плоских бойках с прибыльной частью методом протяжки.

После ковки заготовка переносились в печь, разогретую до температуры 720-740°С, и выдерживалась 4 часа. Затем производилось охлаждение вместе с печью. Заготовку из известной стали подвергали аналогичной обработке.

Из полученных таким образом заготовок путем механической обработки изготавливались валки для трубоэлектросварочного стана. Полученные валки успешно прошли эксплуатационные испытания в производственных условиях при прокатке труб. Результаты испытаний приведены в таблице (при средних значениях состава стали). Износостойкость оценивалась по общей длине произведенных труб одним валком до критического износа рабочей поверхности валка и вывода его из эксплуатации. Величина износа рабочей поверхности валков замерялась калиброванным шаблоном и щупом.

Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов, по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить твердость в 1,12-1,20 раза, износостойкость в 1,15-1,18 раза.

Источники информации

1. Сталь. Патент РФ. №2318073, кл. С22С 38/60. Опубликовано 27.02.2008.

2. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. ГОСТ 5950-2000. Издательство стандартов, Москва, 2000 г.

Химический состав и свойства стали для прокатных валков   № Химический состав, мас.% Твердость, НВ Износостойкость(длина произведенных труб), тыс. м   С Si Mn Сr V Мо Ni РЗМ S Р Fe       Известная сталь - по прототипу     1 1.45 0,1 0,15 11,0 0,15 0,4 - - 0,028 0,025 ост. 198 650 2 1,65 0,4 0,45 12,5 0,3 0,6 - - 0,029 0.027 ост. 225 720   Предлагаемая сталь     3 1,45 0,1 0,15 11,0 0,15 0,4 0,2 0,01 0,021 0,023 ост. 238 770 4 1,65 0,4 0,45 12,5 0,3 0,6 0,4 0,03 0,018 0,021 ост. 252 830

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, никель, РЗМ, серу, фосфор и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 1,45-1,65, кремний 0,10-0,40, марганец 0,15-0,45, хром 11,0-12,5, ванадий 0,15-0,30, молибден 0,40-0,60, никель 0,20-0,40, РЗМ 0,01-0,03, сера не более 0,03, фосфор не более 0,03, железо остальное. Повышаются твердость и износостойкость прокатных валков. 1 табл.

Сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и РЗМ при следующем содержании компонентов, мас.%:
углерод 1,45-1,65 кремний 0,10-0,40 марганец 0,15-0,45 хром 11,0-12,5 ванадий 0,15-0,30 молибден 0,40-0,60 никель 0,20-0,40 РЗМ 0,01-0,03 сера не более 0,03 фосфор не более 0,03 железо остальное