Сталь для изложниц Российский патент 2023 года по МПК C22C38/46 C22C38/44 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей оборудования и изделий, работающих в тяжелых условиях и знакопеременных нагрузках, в частности для изложниц.

Известна сталь [1] для изготовления изделий, работающих в условиях знакопеременных и теплосмен, 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

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 штампов, валков, кокилей, и, в частности для изложниц.

Недостатком указанной марки стали являются невысокие эксплуатационные свойства, в частности износостойкость (количество наливов) и твердость. Это приводит к ускоренному износу рабочей поверхности изложницы и соответственно к снижению качества (слитков) выпускаемой продукции.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава стали для изложниц для разливки сталей.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик за счет повышения и выравнивания значения твердости и улучшения износостойкости при нагрузках тепловых и механических для изложниц.

Этот технических результат достигается тем, что сталь содержащая углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор, молибден, никель, ванадий и железо содержит дополнительно барий и стронций при следующем соотношении компонентов, масс %:

Углерод 1,40 – 1,60 Кремний 0,20 – 0,40 Марганец 0,50 – 0,70 Хром 1,80 – 2,20 Никель 0,30 – 0,40 Молибден 0,30 – 0,50 Ванадий 0,10 – 0,20 Сера до 0,01 Фосфор до 0,025 Барий 0,03 – 0,05 Стронций 0,01 – 0,03 Железо остальное.

Выравнивание и стабилизация твердости и повышения износостойкости достигается за счет введения в состав стали бария и стронция. Барий и стронций вводимые в расплав в виде карбонатов проходят диссоциацию с выделением газов CO₂ и СО, которые, пробулькивая через расплав, захватывают с собой неметаллические включения и газы металла. Рафинирование расплава ведет к измельчению структурных составляющих. Кроме того, высвободившиеся барий и стронций являются активными модификаторами первого и второго рода, которые переводят вредные примеси в удаляемое состояние, тем самым очищая границы и само зерно и соответственно повышая комплекс свойств материала.

При содержании бария и стронция менее 0,03 и 0,01 не оказывают значительного влияния на изменение структурных составляющих, и в таком количестве они не вступят во взаимодействие с вредными примесями в полном объеме.

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

Пример

Выплавку заявляемой стали производили в электродуговой печи с основной футеровкой. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой. Барий и стронций вводили: в печь в виде лигатуры Lcast – 5, в ковш в виде лигатуры БАРС. Заливка заготовки осуществлялась в разовую ХТС форму. Полученная заготовка проходила механическую обработку и термическую обработку.

Изложницы поступили в эксплуатацию на сталеразливочный участок. Изложницы прошли успешно производственные испытания при разливке высоколегированных и специальных сталей. Результаты испытаний приведены в таблице. Эксплуатационная стойкость изложниц оценивалась по количеству наливов до критического износа рабочей внутренней поверхности и вывода её из эксплуатации. Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для изготовления изложниц работающих в тяжелых условиях, по сравнению с известной по прототипу позволило достичь следующего технического результата: повысить износостойкость в 1,5 – 1,7 раза.

Источники информации

1. Сталь, Патент РФ № 2318073, класс С22С38/60 опубликовано 27.02.2008.

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

Химический состав и свойства стали для изложниц № Химический состав, мас.% Твердость, НВ Износостойкость изложниц,
кол-во наливов C Si Mn Cr V Mo Ni Ba Sr S P Fe Известная сталь - по прототипу 1 1,45 0,1 0,15 11,0 0,15 0,4 - - - 0,028 0,025 ост. 245 20 2 1,65 0,4 0,45 12,5 0,3 0,6 - - - 0,029 0,027 ост. 265 22 Предлагаемая сталь 3 1,40 0,20 0,50 1,80 0,10 0,3 0,3 0,03 0,01 0,01 0,025 ост. 265 34 4 1,60 0,40 0,70 2,20 0,20 0,5 0,4 0,05 0,03 0,01 0,025 ост. 280 37

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей оборудования и изделий, работающих в тяжелых условиях и знакопеременных нагрузках, в частности для изложниц. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1,40-1,60, кремний 0,20-0,40, марганец 0,50-0,70, хром 1,80-2,20, никель 0,30-0,40, молибден 0,30-0,50, ванадий 0,10-0,20, сера до 0,01, фосфор до 0,025, барий 0,03-0,05, стронций 0,01-0,03, железо – остальное. Обеспечивается повышение эксплуатационных характеристик изложниц за счет повышения и выравнивания значения твердости и улучшения износостойкости при тепловых и механических нагрузках. 1 табл., 1 пр.

Сталь для изложниц, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, серу, фосфор, молибден, никель, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 1,40 – 1,60 Кремний 0,20 – 0,40 Марганец 0,50 – 0,70 Хром 1,80 – 2,20 Никель 0,30 – 0,40 Молибден 0,30 – 0,50 Ванадий 0,10 – 0,20 Сера до 0,01 Фосфор до 0,025 Барий 0,03 – 0,05 Стронций 0,01 – 0,03 Железо остальное