СТАЛЬ
STEEL

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали повышенной прокаливаемости, используемой для производства мелющих шаров особо высокой твердости диаметром от 80 до 100 мм.
Известна сталь [1], используемая для изготовления мелющих шаров, содержащая (в мас.%):
углерод
0,45-0,65
марганец
0,60-1,00
кремний
0,60-1,20
алюминий
0,01-0,06
бор
0,0025-0,0040
медь
0,06-0,36
титан
0,02-0,06
железо
остальное
Существенным недостатком данной стали является недостаточно высокая износостойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из данной стали, из-за низкой твердости на поверхности и по сечению.
Известна также сталь [2], выбранная в качестве прототипа, содержащая (в мас.%):
углерод
0,50-0,85
марганец
0,70-1,50
кремний
0,80-1,50
алюминий
0,002-0,06
один из элементов
группы, содержащей
ниобий и церий
0,0002-0,05
железо
остальное
Недостатками этой стали являются повышенная раскалываемость при закалке в воде, а также недостаточно высокая эксплуатационная стойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из этой стали.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение раскалываемости при закалке в воде, а также повышение эксплуатационной стойкости мелющих шаров диаметром от 80 до 100 мм за счет увеличения прокаливаемости и повышения твердости на поверхности и по сечению.
Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий и железо, дополнительно содержит хром и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
углерод
0,36-0,44
марганец
1,10-1,60
кремний
0,90-1,50
алюминий
0,005-0,025
ниобий
0,010-0,030
хром
0,80-1,20
азот
0,008-0,020
железо
остальное
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,40%.
Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.
Содержание углерода 0,36-0,44% выбрано исходя из того, что при данной концентрации углерода образуется реечный мартенсит, который менее хрупок, чем хрупкопластинчатый мартенсит, образующийся при концентрации углерода свыше 0,44%.
Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 1,60% обеспечивается повышение твердости, прокаливаемости и сопротивляемости к трещинообразованию. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 1,10% не оказывает требуемого влияния на твердость и прокаливаемость.
Кремний до 1,5% увеличивает прокаливаемость и повышает износостойкость шаров. При снижении концентрации кремния менее 0,90% значительно уменьшаются данные характеристики.
При увеличении содержания хрома до 1,20% повышается твердость, прокаливаемость стали и обеспечивается получение мелкодисперсной структуры, что в свою очередь приводит к увеличению износостойкости мелющих шаров. При содержании хрома менее 0,80% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали и, следовательно, износостойкости шаров.
Содержание алюминия (0,005-0,025%) выбрано исходя из, с одной стороны, получения мелкого действительного зерна, с другой - исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений, увеличивающих склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках.
Азот способствует образованию нитридов алюминия в стали. Концентрация азота менее 0,008% не приводит к образованию нитридов, обеспечивающих измельчение действительного зерна и, как следствие, снижение склонности шаров к раскалыванию при ударных нагрузках. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».
При содержании ниобия в количестве 0,010% образуются сложнолегированные карбиды, воздействующие положительно на измельчение аустенитного зерна и очищающие их границы от вредных примесей, а также увеличивающие ударную прочность и прокаливаемость. Увеличение содержания ниобия свыше 0,030% экономически невыгодно и нецелесообразно из-за его отрицательного влияния на жидкотекучесть стали и на качество поверхности шаров, а также их раскалываемость.
Ограничение содержания серы, фосфора и меди выбрано исходя из качества поверхности готовых мелющих шаров.
Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-1 00Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку и термообработку шаров с прокатного нагрева по технологии двухстадийного охлаждения с самоотпуском. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение твердости и эксплуатационной стойкости шаров.
Источники информации
1. А.с. СССР № 1446189, C22C 38/16.
2. А.с. СССР № 1733495, C22C 38/12.
Таблица 1
Химический состав стали
Состав
C
Mn
Si
Al
Nb
Cr
N
P
S
Fe
1
0,35
1,46
1,29
0,014
0,012
0,88
0,013
0,021
0,014
ост.
2
0,40
1,60
1,30
0,011
0,01
1,20
0,014
0,016
0,012
ост.
3
0,43
1,48
1,42
0,016
0,02
1,11
0,012
0,023
0,016
ост.
4
0,44
1,58
1,24
0,012
0,015
1,15
0,011
0,015
0,013
ост.
5
0,42
1,25
1,36
0,013
0,017
1,14
0,015
0,024
0,018
ост.
6
0,48
1,52
1,48
0,014
0,022
1,10
0,013
0,021
0,023
ост.
прототип
0,50-0,85
0,70-1,50
0,80-1,50
0,002-0,06
0,0002-0,05
-
-
0,022-0,032
0,018-0,024
остальное
Таблица 2
Механические свойства стали
Состав
Твердость, МПа
Износ, г
Раскалываемость шаров, %
Величина мартенситной и полумартенситной зоны, мм
на поверхности
на глубине 1/2 R (25 мм)
1
495
415
0,31
0
38
2
514
477
0,23
0,5
50
3
555
514
0,20
2,5
50
4
534
495
0,22
2,1
50
5
555
495
0,23
2,7
50
6
578
534
0,18
3,0
50
прототип
496-524
-
0,19-0,41
2,2-3,7
19-28