Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к аустенитной метастабильной стали. Сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, кальций, железо, дополнительно содержит хром, никель, титан и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,9 - 1,3; марганец 6,0 - 10,0; кремний 0,3 - 0,7; хром 1,0 - 1,8; никель 0,7 - 3,0; азот 0,06 - 0,12; ванадий 0,1 - 0,3; титан 0,08 - 0,15; алюминий 0,05 - 0,1; кальций 0,01 - 0,08; железо - остальное. Это позволяет повысить ударную вязкость при отрицательной температуре при сохранении повышенной износостойкости. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к аустенитным метастабильным сталям.

Известна сталь, содержащая, мас.%: Углерод 1,2-1,5 Марганец 3,0-5,0 Кремний 0,2-1,0 Ванадий 0,2-1,0 Титан 0,1-0,3 Азот 0,01-0,03 Кальций 0,01-0,06 Железо Остальное Недостатком известной стали является низкая ударная вязкость при температуре - 60^оС из-за низкой устойчивости аустенита по отношению к распаду с образованием ферритно-карбидной смеси. Повышенная ударная вязкость при пониженных температурах часто требуется для деталей, работающих при динамических нагрузках в условиях отрицательных температур, например зубьев ковшей экскаваторов.

По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкой к описываемой стали по изобретению является сталь, содержащая, мас.%: Углерод 0,7-0,15 Марганец 5,4-8,0 Кремний 0,2-2,0 Ванадий 0,5-3,5 Азот 0,01-0,06 Кальций 0,01-0,06 Железо Остальное Недостатки этой стали такие же, как и у предыдущей.

Изобретение направлено на повышение ударной вязкости при отрицательных температурах при сохранении повышенной износостойкости.

Для этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, кальций, железо, дополнительно содержит хром, никель, титан и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,9-1,3 Марганец 6,0-10,0 Кремний 0,3-0,7 Хром 1,0-1,8 Никель 0,7-3,0 Азот 0,06-0,12 Ванадий 0,1-0,3 Титан 0,08-0,15 Алюминий 0,05-0,1 Кальций 0,01-0,08 Железо Остальное Описываемая сталь после закалки с 1100^оС имеет аустенитную структуру. Хром в количестве 1,0-1,8 мас.% в сочетании с никелем 0,7-3,0 мас.% введены для стабилизации аустенита по отношению к распаду с образованием ферритно-карбидной смеси, чтобы получить в отливках сечением до 100-150 мм при закалке преимущественно аустенитную структуру и соответственно обеспечить повышенную ударную вязкость. При меньшем содержании данных элементов, чем нижний предел, указанная цель не достигается. При содержании хрома более 1,8 мас.% затруднено растворение карбидов в аустените, что снижает ударную вязкость.

Введение никеля более 3 мас.% чрезмерно стабилизирует аустенит и снижает износостойкость.

Титан и алюминий в сочетании с азотом и ванадием введены для получения карбонитридов V(C,N), Ti(C,N) и нитридов (AlN), что позволяет получить мелкозернистую структуру и повысить ударную вязкость и износостойкость. При отклонении от пределов, указанных в заявке, введение данных элементов либо не оказывает существенного влияния (ниже нижнего предела), либо снижает ударную вязкость из-за большого количества упрочняющей фазы и чрезмерной дестабилизации аустенита по отношению к распаду с образованием мартенсита деформации.

Для проведения исследований было выплавлено несколько составов опытных сталей, состав которых приведен в табл. 1.

Слитки выплавляли в индукционной печи с основной футеровкой, после чего из них изготавливались образцы для определения ударной вязкости и износостойкости. Температура аустенитизации образцов составляла 1100^оС, в качестве охлаждающей среды применялась вода.

Испытание ударной вязкости осуществлялось при температурах 20 и -60^оС по ГОСТ 9454-78.

Определение износостойкости проводилось при испытании на ударно-абразивный износ. Образец размером 10 х 10 х 25 мм фиксировался неподвижно, и на него под давлением сжатого воздуха подавалась стальная дробь. Параметры испытания составляли: давление сжатого воздуха 5 атм, угол атаки 45^о, масса дроби 25 кг. Относительная износостойкость предлагаемой стали по сравнению с эталоном (сталь 110Г13Л) оценивалась по формуле = , , где Р_эт/S_эт и Р_обр/S_обр - потери веса эталона и образца, приходящиеся на единицу контактируемой поверхности.

Ударная вязкость при температуре -60^оС и относительная износостойкость при ударно-абразивном изнашивании предлагаемой стали приведены в табл. 2.

Из приведенных данных следует, что предлагаемая сталь имеет более высокую ударную вязкость, а при температуре -60^оС и относительная износостойкость сохраняется на достаточно высоком уровне.

Это позволит применить предлагаемую сталь с пониженным содержанием марганца для деталей большого сечения (100-150 мм), для которых в настоящее время применяется сталь 110Г13Л. В результате улучшится экологическая обстановка при выплавке стали, повысится долговечность деталей, изготовленных из предлагаемой стали.

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, азот, кальций, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, никель, титан и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,9 - 1,3 Марганец 6,0 - 10,0 Кремний 0,3 - 0,7 Хром 1,0 - 1,8
Никель 0,7 - 3,0
Азот 0,06 - 0,12
Ванадий 0,1 - 0,3
Титан 0,08 - 0,15
Алюминий 0,05 - 0,1
Кальций 0,01 - 0,08
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1