Литая износостойкая сталь Советский патент 1993 года по МПК C22C38/46 

Изобретение относится к производству литейных сплавов, предназначенных для изготовления деталей, работающих в сложных условиях абразивно-коррозионного износа при температурах до 700°С, в частности, для звеньев, скребков, волокуш и др, элементов тяговых цепей печей производства окатышей и спекания глинозема.

Целью изобретения является повышение абразивно-коррозионной износостойкости при температурах эксплуатации до 700°С, что значительно повышает надежность и долговечность литых деталей, работающих в сложных условиях абразивно- коррозионного износа при повышенных температурах.

Для достижения указанной цели в известную сталь дополнительно введены алюминий, барий, ванадий, вольфрам, РЗМ и ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Никель

Молибден

Ванадий

Вольфрам

Алюминий

Барий

РЗМ

Железо

0,22-0,50

0,40-0,90

0,20-0,70

0,70-2,00

0,50-2,00

0,10-1,00

0,05-0,50

0,001-0,10

0,02-0,07

0,005-0,05

0,005-0,05

Остальное

(Л

С

По сравнению со сталью, выбранной в качестве прототипа, предложенное техническое решение имеет следующие отличительные признаки: дополнительно введены алюминий 0,02-0,07%, барий 0,005-0,05%, ванадий 0,05-0.50%, вольфрам 0,001-0,10% и РЗМ 0.005-0,05%; изменены верхний предел содержания углерода, концентрации марганца, кремния, хрома, никеля и молиб00

о

со

о

00

дена. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию углерода, хрома, никеля и молибдена увеличено с целью повышения уровня абразивно-коррозионной износостойкости при повышенных температурах. Концентрация марганца и кремния понижена с целью снижения микронапряжений, возникающих в металлической матрице.

Высокие значения абразивно-коррозионной стойкости при повышенных температурах достигаются при содержании углерода 0,22-0,50%, марганца 0,40-0,20%, кремния 0,20-0,70%, хрома 0,70-2,0%, никеля 0,50-2,0%, молибдена 0,10-1,0%, При со- держаниях углерода, марганца, кремния, никеля и молибдена выше указанных возрастают микронапряжения в металлической матрице, что приводит к интенсификации абразивно-коррозионного износа. При концентрациях вышеназванных элементов ниже указанных пределов происходит резкое снижение твердости, прочности и, как следствие, износостойкости и уменьшение общего ресурса работы деталей.

Дополнительное легирование стали ванадием в количестве 0,05-0,50% способствует увеличению абразивной износостойкости при повышенных температурах, вследствие образования карбидов и карбо- нитридов ванадия, обладающих высокой твердостью и нерастворимых при длительной эксплуатации при температурах до 700°С. При содержании ванадия менее 0,05% его благоприятное влияние не сказывается, т.к. карбиды и карбонитриды ванадия образуются в недостаточном количестве для заметного повышения эксплуатационных свойств. При концентрации ванадия более 0,5% образуются избыточные карбиды и карбонитриды ванадия, которые, выделяясь по границам зерен и загрязняя их, способствуют понижению абразивно-коррозионной износостойкости.

Присадка вольфрама 0,Ю01-0,10% очень благоприятна для повышения абразивно-коррозионной износостойкости при повышенных темгТературах. Образующиеся карбиды вольфрама чрезвычайно мелкодисперсны, имеют высокую твердость и не теряют своих свойств при повышенных температурах. Кроме того, равномерно располагаясь в металлической матрице они измельчают ее и способствуют повышению отпускоустойчивости и увеличению абразивно-коррозионной износостойкости при температурах эксплуатации до 700°С.

Содержание вольфрама менее 0,001% недостаточно для заметного влияния на абразивно-коррозионную износостойкость

при повышенных температурах. При концентрации вольфрама более 0,1 % абразивно-коррозионная износостойкость снижается из-за загрязнения границ зерен

избыточными выделениями карбидов вольфрама.

Совместная присадка алюминия, бария и РЗМ существенно изменяет природу карбидных и карбонитридных выделений - взамен угловатых выделений образуются округлые, в которых остроугольные карбиды и карбидонитриды ванадия, вольфрама и хрома заключены в округлые оксисульфид- ные оболочки. Это приводит к значительному снижению локальных микронапряжений вокруг карбонитридных выделений, это особенно важно для отливок эксплуатирующихся в условиях абразивно-коррозионного износа при повышенных температурах.

Положительное влияние бария и РЗМ на эксплуатационные характеристики предлагаемой стали проявляется в.пределах 0,005-0,05% каждого. Содержания бария и ниже 0,005% каждого недостаточно

для создания вокруг остроугольных нитрид- ных и карбидных образований округлых пластичных оболочек. Поэтому локальные микронапряжения вокруг них весьма высокие, что приводит к существенному развитию процессов абразивно-коррозионного разрушения. При содержании бария и РЗМ выше 0,05% каждого усиливается процесс повторного окисления стали при разливке, вызывающий загрязнение металла оксидными включениями, что приводит к снижению показателей абразивно-коррозионной износостойкости, как при обычных, так и повышенных температурах.

Благоприятное воздействие алюминия

в интервале концентраций 0,02-0,07% при наличии бария и РЗМ на эксплуатационные свойства объясняется образованием округлых пластичных оксисульфитных оболочек вокруг остроугольных карбидных и нитридных образований, Локальные микронапряжения вокруг таких образований низкие, поэтому процессы абразивно-коррозионного разрушения при повышенных температурах не получают развития. Содержание

алюминия более 0,07% не оказывает положительного влияния на уровень абразивно- коррозионной износостойкости, вследствие развития процесса повторного окисления при разливке и загрязнении границ

зерен оксидными включениями. При содержании алюминия менее 0,02% округлые оболочки вокруг карбидных и нитридных выделений не образуются, т.к металл рас- кислен не достаточно и барий расходуется на раскисление. Кроме того, при концентрации алюминия ниже 0,02% образуются эвтектические сульфиды П типа располагающиеся по границам зерен. В результате вышеизложенного, абразивно-коррозионная износостойкость при повышенных тем- пературах низкая.

Таким образом, высокая абразивно- коррозионная износостойкость при повышенных температурах (до 700°С) достигается в результате легирования ванадием, вольфрамом и модифицированием алюминием совместно с барием РЗМ в сочетании с углеродом, марганцем, кремнием, хромом, никелем и молибденом, железом в указанных пределах.

Предлагаемую сталь выплавляли в 60 кг индукционной печи с основной футеровкой. Проведено 5 плавок предлагаемой стали и 1 плавка стали, выбранной нами за прототип. От каждой плавки отбирали литые об- разцы на химический анализ и испытания на абразивно-коррозионный износ при температурах 100, 300,500 и 700°С. Испытания проводили на установке ускоренных ис- пытаний, разработанной в Запорожском машиностроительном институте им. В,Я.Чу- баря. Параллельно испытывали предлагав- мую и выбранную в качестве прототипа стали. Испытания проводили в среде спека глиноземного производства. Длительность испытания 6 часов.

В таблице приведен химический состав, результаты испытаний на абра.зивно-корро- зионный износ при 100, 300, 500 и 700°С известной и предлагаемой стали,

Как видно из данных таблицы, уровень абразивно-коррозионной износостойкости при температурах испытания 100, 300, 500 и 700°С предлагаемой стали был выше, чем у известной (плавки 2, 3, 4). При испытании предлагаемого сплава со значениями входящих в его состав ингредиентов ниже нижнего (плавка 1) и выше верхнего (плавка 5) заявляемых пределов абразивно-коррозионная износостойкость была ниже, чем у прототипа (плавка 6).

Углерод Марганец Кремний Хром . Никель Молибден Ванадий Вольфрам

Алюминий Барий .РЗМ Железо

Формула изобретения Литая износостойкая сталь, содержащая железо, углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, отличающая- с я тем, что, с целью повышения абразивно- коррозионной износостойкости при температурах до 700°С, она дополнительно содержит ванадий, вольфрам, алюминий, барий и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

0,22-0,50 0,4-0,9 0,2-0,7 0,7-2,0 0,5-2 0,1-1 0,05-0,50 0,001-0,10 0,02-0,07 0,005-0,05 0,005-0,05 - Остальное

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству литейной стали, предназначенной для изготовления деталей, работающих сложных условиях абразивно-коррозионного износа при температуре испытания до 700°С. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,22-0,50; марганец 0,40-0,90; кремний 0,20-0,70; хром 0,70- 2,00; никель 0,50-2,00; молибден 0,10-1,00; ванадий 0,05-0,50; вольфрам 0,001-0,10; алюминий 0,02-0,07; барий 0,005-0,05; РЗМ 0,005-0,05 и железо - остальное. Сталь обладает повышенной износостойкостью при температуре до 700°С. 1 табл.