Сталь

 

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, алюминий, кальцнй, бор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочн)сти и термостойкости , она дополнительно содержит никель и магний при следующем соотношении компонентов. Мае. %: 1,0-2,0 Углерод 1,0-2,5 Кремний 0,3-0,8 Марганец 0,1-1,0 Хром 0,1-0,3 Молибден 0,02-0,2 Алюминий 0,01-0,2 Кальций i 0,005-0,01 Бор (Л 0,1-1,0 Никель 0,01-0,1 Магний Железо Остальное

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g g С 22 С 38/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3607382/22-02 (22) 17.06.83 (46) 23.08.84.,Бюл. W - 31 (72) Н.М. Воронцов, Т. С.Скобло, ".М.Темников, Л.А.Малашенко, В.И.Караваева, Л.П.Косик, Г.В.Щербединский, П.Л.Грузин, Н.М.Александрова, А.А.Васильев, Л.К.Лещинский, А.Г,Григорьянц, А.Н.Сафонов, П.Е.Осипенко, А.Ф.Шулежко, Ю.В.Якубович и Л.А.ТимЬшенко (71) Украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов и Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (53) 669.14.018.255-194(088.8) (56) 1 ° ГОСТ 3541-57 °

2. Патент Японии Р 53-46774, кл . 10 J 172, 1978.

„„SU„„1109465 (54) (57) СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, алюминий, кальций, бор и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочнрсти и термостойкости, она дополнительно содержит никель и магний при следующем соотношении компонентов, мас. Е:

Углерод 1,0-2,0

Кремний 1,0-2,5

Марганец 0,3-0,8

Хром О, 1-1,0

Молибден 0,1-0,3

Алюминий 0,02-0,2

Кальций 0,01-0,2

Бор 0,005-0,01

Никель 0,1-1,0

Магний 0,01-0,1

Железо Остальное

Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям, применяемым для изготовления литых прокатных валков.

Известны стали для валков 9ХМФ и 9Х2МФ 1 g.

Однако эти стали обладают относительно невысокими свойствами в литом состоянии.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является сталь (23 сас-тава, мас. 7.:

Углерод 0 45-0,95

Кремний 0,5-4

Марганец 0, 1-2

Сера 0 001-О,015

Молибден и/или

О, 1-1,5

0,.0005-0,006 20

Выбор граничных параметров элементов в указанных пределах объясняется следующим.

При содержании углерода и кремния менее 1 мас. % не обеспечивается кристаллизация графита из расплава, формируемая структура имеет недостаточные твердость и термическую выносливость. При содержании углерода 55 более 2,0 мас. 7. наряду с графитом по границам зерен образуется грубая цементитная сетка. Такая структура хром

Бор

Алюминий и/или титан 0,01-0,5

Кальций 0,0005-0,03

Железо

1 Остальное

Недостатками известной стали явЛяются относительно низкие прочностные свойства и термостойкость.

Цель изобретения — повьппение прочности и термостойкости стали.

Для достижения указанной цели 30 сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, алюминий, кальций, бор и железо, дополнительно содержит никель и магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 1„0-2 0

Кремний 1, 0-2,5

Марганец 0,3-0,8

Хром 0,1-1,0

Молибден О, 1-0,3

Алюминий 0,02-0,2

Бор 0,005-0 01

Кальций 0, 01-0,2

Никель О, 1-1,0

Магний 0,01-0, 1 45

Железо Остальное

65 2 снижает пластические характеристики и термостойкость. При содержании кремния свыше 2,5 мас. % несколько ухудшаются лрочностныс характеристики стали.

Действие никеля аналогично действию кремния. Введение никеля обеспечивает формирование стабильной перлитной структуры. Использование никеля в количестве менее 0,1 мас.% неэффективно. С увеличением содержания никеля более мас. % ухудшается форма графитных включений, они становятся более крупными и разветвлепнгпми, что ухудшает термическую стойкость стали.

Введение в сталь кальция и магния (0,01-0,2 мас. 7 каждого) обеспечивает получение шаровидного и компактного графита. Их совместное vpuменение является более эффективным.

Кальций предварительно связывает демодификаторы, облегчает магнию взаимодействие с углеродом и обеспечивает большую эффективность процесса модифицирования и сфероидизации.

Кроме того, уменьшается расход магния и снижается пироэффект. При использовании этих элементов в количествах менее 0,01 мас. % не проявляется модифицирующее влияние, а при более 0,2 мас. % увеличивается загрязненность неметаллическими включениями, а также возникает эффект цеглобуляризации.

Применение алюминия в количестве

0,02-0,2 мас, 7 и бора 0,0050,01 мас. % способствует измельче— нию зерна, увеличению диснерсной структуры, повьппению сопротивления износу.

Бор увеличивает прокаливаемость материала и способствует измельчению графитовых включений. Наиболее эффективно проявляется его влияние при одновременном раскислении металла алюминием, Введение алюминия, кроме того, повышает число центров графитизации.

Содержание бора до 0,005 мас. % практически не оказывает влияния на формирование избыточной карбидной фазы, а следовательно, не изменяет уровня тверцости. Содержание его более 0,01 мас. % приводит к появлению крупнь1х карбидных включений с ледебуритом, что ухудшает термическую выносливость материала.

3 11094

Применение алюминия в количестве менее 0,02 мас. 7. недостаточно для раскисления и увеличения центров кристаллизации, измельчения зерна в стали. Содержание алюминия свьппе

0,2 мас. 7 значительно увеличивает загрязненность неметаллическими включениями, ухудшает уровень прочности и пластичности и не изменяет число центров графитизации. 10

Для определения прочностных, пластических характеристик и термической выносливости предлагаемой стали выплавляют 5 составов: три из них соответствуют граничным и оптимальному значениям входящих в состав компонентов, два — вне предлагаемых пределов.

Для обеспечения сопоставительного анализа с известной сталью отливают также состав, соответствующий составу известной стали с оптимальным соотношением компонентов.

Выплавку производят в 200-килограммовой индукционной печи с кислой 25 футеровкой.

В табл. 1 приведен химический состав отлитых плавок; в табл . 2— уровень свойств.

Анализ свойств и структуры показал, что максимальный уровень свойств имеют отливки 2,3 и 4, состав которых соответствует составу предлагаемой стали. Сталь (отливка 1), в ко65 4 торой компоненты взяты в количестве ниже предлагаемьж пределов, не имеет в структуре включений графита, а уровень твердости (213НВ) недостаточен для надежной работы прокатных валков в условиях износа.

В отливке 5, химический состав которой превышает верхний предел со-. держания компонентов в предлагаемой стали, имеются графитные включения, отличающиеся большим разбросом размеров по сравнению с отливками 2,3 и 4 (20-60 и 10-30 мкм соответственно).

Кроме того, в структуре имеется карбидная фаза в виде грубой цементитной сетки по границе зерен, что уменьшает термическую стойкость материала (число циклов до разрушения не превышает 105).

Сталь {отливка 6), отлитая в соответствии с составом известной стали, имеет более низкие прочностные свой-. ства и термическую выносливость.

Повышение прочностных свойств и термостойкости уменьшает поломки валков на 25, сокращает простои станов и время на перевалки валков (на

125 ч), что облегчает труд обслуживающего персонала, увеличивает производительность станов на 0,757.

Предлагаемая сталь может использоваться в литом состоянии и после поверхностного упрочнения. с

5

E l

cd! 1

l! !!

l —— сс ) с )С) с,) ) о c o

o o o o

o o o o л о

C) Сс! о с)

I с ! СС) !

M) !

<Г) in С)О

Ю " г о л с P с ю o o o с

С)

» C)

О С 4 С 4 О

o o o o

o o

cd !

P о o o

CO о с с

o o

С 4

o o Сс ) о с С:) С) о л с) и

cd с))

) ))

so

C) с)

ccf

Сб

Е

))3

c(l !

» ())

t". o (ф с

В Ю а, л

СЧ

C) с с) сС) О о с

С:) ! !

t !!! !! l! ° 4

t!! — — !

)с ) О с

» с) Е

l с

Сц !. о !

»

Ж

))) ! э o

l У

С)) !

Q)

Х

Х ф

K ас ()) с4 l

Ц о r и

l !

С 4 Сс ) О с с с о с) о

Сс) .С) о о

С):)

СС) CO CO с с с о с) о

О с CO

С)) )С) CO с; с л

С4 С4

СО CO

-Ф о

<4 С"1

С4

Д

)» с

cd O !

»

С.)

О)

Д » о

<))

Сс)

С 4

С4 с

C)

С )

Ю

Сс )

CO

С,)