CS255964B1 - Steel for castings with increased abrasion resistance and toughness - Google Patents

Abstract

Ocel je určena na výrobu strojních dílců, vystavených intenzivnímu provoznímu opotřebení při vyšší úrovni dynamického zatížení funkčního povrchu. Ocel obsahuje uhlík v množství od 0,25 do 0,4 % hmotnosti, křemík od 0,2 do 0,5 % hmotnosti, a chrom od 0,8 do 1,2 % hmotnosti. Dále obsahuje mangan v množství od 0,7 do 1,5 % hmotnosti, molybden od 0,2 do 0,8 % hmotnosti, nikl od 0,3 do 1,0 % hmotnosti. Dále obsahuje skupinu prvků titan, zirkónium a cér v součtovém obsahu nejvýše 0,2 i hmotnosti, a to bu3 jednotlivě, nebo v jejich vzájemné kombinaci. Ocel obsahuje též hliník rozpustný v kyselině, a to v množství od 0,02 do 0,06 % hmotnosti.The steel is intended for the production of machinery parts exposed to intense traffic wear at higher dynamic levels load on the functional surface. Steel it contains carbon in the amount of 0.25 to 0.4% by weight, silicon from 0.2 to 0.5% weight, and chromium from 0.8 to 1.2% by weight. It also contains manganese in the amount from 0.7 to 1.5% by weight, molybdenum from 0.2 to 0.8 wt.%, Nickel from 0.3 to 1.0% by weight. It also contains a group elements of titanium, zirconium and cerium in sum not more than 0.2% by weight, either individually or in combination with each other. The steel also contains aluminum soluble in acid, in an amount of from 0.02 to 0.06% by weight.

Description

Vynález se týká oceli na odlitky se zvýšenou otěruvzdorností a houževnatostí, určené na výrobu strojních dílců, vystavených v provozu intenzivnímu opotřebení při vyšší úrovni dynamického zatížení funkčního povrchu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to cast steel with increased wear resistance and toughness for the manufacture of machine parts subjected to intense wear in service at a higher level of dynamic load on a functional surface.

V současné době se do výroby zavedly oceli na odlitky o velké pevnosti, které se velmi dobře osvědčily na řadě strojních dílců, při nižší úrovni dynamického zatížení. Tyto oceli mají po zušlechtění pevnost v rozmezí 1 000 až 1 500 MPa, mez kluzu od 80 do 90 % meze pevnosti, a vrubovou houževnatost ód 20 do 25 J.cm . Chemické složení odlitků z těchto ocelí je obvykle v tomto rozmezí u nejdůležitějších prvků: uhlík 0,28 % hmotnosti, chrom 0,8 % hmotnosti, mangan 1,3 % hmotnosti, molybden 0,4 % hmotnosti, nikl 0,2 % hmotnosti, vanad 0,2 % hmotnosti, bor 0,007 % hmotnosti. Uvedené oceli mají poměrně silně vyjádřenou oblast popouštěcí křehkosti kolem 300 až 400 °C, což výrazně komplikuje jejich te elné zpracování, a znemožňuje zejména docílení vyšších hodnot vrubové houževnatosti pro náročnější aplikace.At present, high strength casting steels have been introduced into production, which have proven to work well on a number of machine components at a lower dynamic load level. These steels have, after treatment, a strength in the range of 1000 to 1500 MPa, a yield strength of 80 to 90% of the yield strength, and a notch toughness of 20 to 25 .mu.m. The chemical composition of these steel castings is usually within this range for the most important elements: carbon 0.28% by weight, chromium 0.8% by weight, manganese 1.3% by weight, molybdenum 0.4% by weight, nickel 0.2% by weight, vanadium 0.2% by weight, boron 0.007% by weight. Said steels have a relatively pronounced tempering brittleness region of about 300 to 400 ° C, which considerably complicates their heat treatment, making it impossible in particular to achieve higher notch toughness values for more demanding applications.

Z toho důvodu se u těchto ocelí nevyužívá obsah uhlíku nad 0,3 % hmotnosti, což nepříznivě ovlivňuje otěruvzdornost a tedy i životnost vyrobených strojních součástí.Therefore, these steels do not utilize a carbon content above 0.3% by weight, which adversely affects the abrasion resistance and hence the service life of the machine parts produced.

Uvedené nevýhody odstraňuje ocel na odlitky se zvýšenou otěruvzdorností, pevností a houževnatostí, která obsahuje základní prvky, a to uhlík v rozmezí od 0,25 do 0,4 % hmotnosti, křemík od 0,2 do 0,5 % hmotnosti a chrom od 0,8 do 1,2 % hmotnosti podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje v optimálním poměru mangan od 0,7 do 1,5 % hmotnosti, molybden od 0,2 do 0,8 % hmotnosti, nikl od 0,3 do 1,0 % hmotnosti dále skupinu prvků titan, zirkonium a cér jednotlivě nebo v jejich kombinaci o součtovém obsahu nejvýše 0,2 % hmotnosti, dále hliník rozpustný v kyselině v množství od 0,02 do 0,06 % hmotnosti. Ocel dále s výhodou obsahuje bór v rozmezí od 0,001 do 0,006 % hmotnosti, případně wolfram od 0,03 do 0,2 % hmotnosti a měč od 0,05 do 0,3 % hmotnosti. Nejvyšší obsah titanu použitého jednotlivě je do 0,1 % hmotnosti, zirkonia do 0,15 % hmotnosti a céru do 0,1 % hmotnosti.These drawbacks are eliminated by cast steel with increased wear resistance, strength and toughness, which contains the basic elements, namely carbon in the range from 0.25 to 0.4% by weight, silicon from 0.2 to 0.5% by weight and chromium from 0 8 to 1.2% by weight according to the invention, characterized in that it contains, in an optimum ratio, manganese from 0.7 to 1.5% by weight, molybdenum from 0.2 to 0.8% by weight, nickel from 0, 3 to 1.0% by weight, furthermore a group of elements titanium, zirconium and cerium individually or in combination thereof with a total content not exceeding 0.2% by weight, furthermore acid-soluble aluminum in an amount of 0.02 to 0.06% by weight. The steel further preferably contains boron in the range from 0.001 to 0.006% by weight, optionally tungsten from 0.03 to 0.2% by weight and a converter from 0.05 to 0.3% by weight. The highest titanium content used individually is up to 0.1% by weight, zirconium up to 0.15% by weight and cerium up to 0.1% by weight.

Ocel na odlitky podle vynálezu vykazuje vyšší houževnatost při velké pevnosti 1 300 až 1 800 MPa, vyšší odolnost při opotřebení a má značně potlačenou oblast popouštěcí křehkosti. Ocel má i vyšší houževnatost při nižších teplotách. Optimální chemické složení legujících prvků dovoluje využít i obsahu uhlíku do 0,4 %, při vyhovujících plastických vlastnostech, a výrazně zvýšené otěruvzdorností. Ocel má rovněž velmi dobrou prokalitelnost a tedy i pevnost ve velkém rozmezí tlouštěk stěn odlitků, a zvýšenou otěruvzdornost, což ovlivňuje především obsah manganu od 0,7 do 1,5 % hmotnosti a chrómu od 0,8 do 1,2 % hmotnosti. Ocel má dále velmi dobré plastické vlastnosti, ovlivněné legurou molybdenu od 0,2 do 0,8 % hmotnosti, niklu od 0,3 do 1,0 % hmotnosti i skupinu dalších prvků jako je titan, zirkonium a cér, použitých bud jednotlivě nebo v kombinaci při maximálním součtovém obsahu do 0,2 % hmotnosti. Vlastnosti oceli příznivě ovlivňuje i bór v množství od 0,001 do 0,006 % hmotnosti a při užití vratných surovin i obsah wolframu od 0,03 do 0,2 % hmotnosti a mědi od 0,05 do 0,3 % hmotnosti.The cast steel according to the invention exhibits higher toughness at a high strength of 1300 to 1800 MPa, higher wear resistance and has a considerably reduced tempering brittleness area. Steel also has higher toughness at lower temperatures. The optimum chemical composition of the alloying elements makes it possible to utilize a carbon content of up to 0.4%, with satisfactory plastic properties, and significantly increased abrasion resistance. The steel also has very good hardenability and hence strength over a wide range of casting wall thicknesses and increased abrasion resistance, which mainly affects the manganese content from 0.7 to 1.5% by weight and the chromium from 0.8 to 1.2% by weight. Furthermore, the steel has very good plastic properties, influenced by molybdenum alloy from 0.2 to 0.8% by weight, nickel from 0.3 to 1.0% by weight, and a group of other elements such as titanium, zirconium and cerium, used either individually or in combination with a maximum total content not exceeding 0,2% by weight. The properties of steel are also favorably influenced by boron in an amount of 0.001 to 0.006% by weight and, when using recycled materials, the tungsten content is from 0.03 to 0.2% by weight and the copper from 0.05 to 0.3% by weight.

Při tepelném zpracování sestávajícím z normalizace s následným kalením na vzduchu, do oleje ev. i do vody a nízkým popouštěním, lze docílit potřebné pevnosti od 1 300 do 1 800 MPa _ o a houževnatosti od 25 do 60 J.cm a s tím spojené vysoké otěruvzdorností oceli v podmínkách intenzivního opotřebení při silném dynamickém zatížení. Oblast použití oceli na odlitky dle vynálezu je vhodná do podmínek intenzivní abraze, eroze, a dále do podmínek kontaktního únavového opotřebení, zejména při vysokém dynamickém zatížení funkčních povrchů. Jde zejména o použití na řezných orgánech pro rypadla, velkorypadla, zemní a stavební stroje, na některé součásti zemědělských strojů, dále na součásti některých mlýnů a drtičů.In heat treatment consisting of normalization followed by quenching in air, to oil ev. Even in water and low tempering, the required strengths of 1,300 to 1,800 MPa · o and toughness of 25 to 60 µm can be achieved and the associated high wear resistance of the steel under intensive wear conditions under high dynamic loads. The field of application of the casting steel according to the invention is suitable for conditions of intensive abrasion, erosion and contact fatigue wear, in particular under high dynamic loads on functional surfaces. These are mainly used on cutting bodies for excavators, large excavators, earth moving and construction machines, on some parts of agricultural machines, and on parts of some mills and crushers.

Příklad 1Example 1

Ocel na odlitky dle vynálezu byla použita na výrobu zkušebních odlitků ve složení: uhlík 0,27 % hmotnosti, mangan 0,73 % hmotnosti, křemík 0,26 % hmotnosti, chrom 0,83 % hmotnosti, molybden 0,25 % hmotnosti, nikl 0,31 % hmotnosti, titan 0,06 % hmotnosti, zirkonium 0,14 % hmotnosti, hliník rozpustný v kyselině 0,03 % hmotnosti a bór 0,006 % hmotnosti.The casting steel according to the invention was used to produce test castings in the following composition: carbon 0.27% by weight, manganese 0.73% by weight, silicon 0.26% by weight, chromium 0.83% by weight, molybdenum 0.25% by weight, nickel 0.31% by weight, titanium 0.06% by weight, zirconium 0.14% by weight, acid soluble aluminum 0.03% by weight, and boron 0.006% by weight.

Po normalizaci a kalení z teplot od 890 do 920 °C do vody a po nízkém popuštění naAfter normalization and quenching from temperatures from 890 to 920 ° C to water and after low tempering to

200 °C, měla ocel pevnost od 1 480 do 1 550 MPa, houževnatost od 25 do 45 J.cm ² a odolnost proti abrazi na brusném plátně 1,37 až 1,45. Při kalení vzorků o stejném chemickém složení -2 na vzduchu dosáhla ocel hodnot vrubové houževnatosti od 45 do 55 J.cm pri pevnosti od 1 300 do 1 350 MPa, což umožnilo použití této oceli do velmi těžkých pracovních podmínek.200 ° C, the steel had a strength of 1480 to 1550 MPa, a toughness of 25 to 45 J.cm ² and an abrasion resistance on the abrasive cloth of 1.37 to 1.45. When quenching samples of the same chemical composition -2 in air, the steel had notched toughness values of 45-55 µm at a strength of 1,300 to 1,350 MPa, which allowed the steel to be used in very difficult working conditions.

Příklad 2Example 2

Vzorky z oceli dle vynálezu byly odlity ve složení: uhlík 0,37 % hmotnosti, mangan 1,46 % hmotnosti, křemík 0,47 % hmotnosti, chrom 1,18 % hmotnosti, molybden 0,76 % hmotnosti, nikl 0,72 % hmotností, wolfram 0,18 % hmotnosti, titan 0,02 % hmotnosti, zirkonium 0,06 % hmotnosti, cér 0,09 % hmotnosti, měcl 0,28 % hmotnosti a hliník rozpustný v kyselině 0,06 % hmotnosti a bór 0,002 % hmotnosti.The steel samples according to the invention were cast in the following composition: carbon 0.37% by weight, manganese 1.46% by weight, silicon 0.47% by weight, chromium 1.18% by weight, molybdenum 0.76% by weight, nickel 0.72% by weight by weight, tungsten 0.18% by weight, titanium 0.02% by weight, zirconium 0.06% by weight, cerium 0.09% by weight, had 0.28% by weight and acid soluble aluminum 0.06% by weight and boron 0.002% weight.

Ocel měla po normalizaci a zakalení z teplot od 870 do 930 °C do oleje a nízkém popuštění 200 °C pevnost od 1 630 do 1 780 MPa, houževnatost od 25 do 35 J.cm ², a vysokou odolnost proti abrazi 1,55 až 1,75. V tomto stavu je velmi vhodná na zuby rypadel do podmínek velmi intenzivní abraze, dále na strojní součásti pracující při intenzivní erozi částicemi, ev. na součásti silně dynamicky zatěžované při kontaktním adhezivním opotřebení.The steel had after normalization and turbidity from temperatures from 870 to 930 ° C to oil and a low tempering of 200 ° C, a strength of 1630 to 1780 MPa, a toughness of 25 to 35 J.cm ² , and a high abrasion resistance of 1.55 to 1.75. In this state it is very suitable for excavator teeth under conditions of very intensive abrasion, further on machine parts working during intensive particle erosion, ev. on components subjected to high dynamic loads due to contact adhesive wear.

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Ocel na odlitky se zvýšenou otěruvzdornosti a houževnatostí pevnosti 1 300 až 1 800 MPa obsahující uhlík v množství od 0,25 do 0,4 % hmotnosti, křemík od 0,2 do 0,5 % hmotnosti a chrom od 0,8 do 1,2 % hmotnosti, vyznačená tím, že obsahuje mangan v množství od 0,7 do 1,5 % hmotnosti, molybden od 0,2 do 0,8 % hmotnosti, nikl od 0,3 do 1,0 % hmotnosti a dále prvky titan, zirkonium a cér jednotlivě nebo v jejich kombinaci o součtovém obsahu nejvýše do 0,2 % hmotnosti a hliník rozpustný v kyselině v množství od 0,02 do 0,06 % hmotnosti.1. Cast steel with increased abrasion resistance and toughness of 1,300 to 1,800 MPa containing carbon in an amount from 0.25 to 0.4% by weight, silicon from 0.2 to 0.5% by weight and chromium from 0.8 to 0.5% by weight 1.2% by weight, characterized in that it contains manganese in an amount of 0.7 to 1.5% by weight, molybdenum from 0.2 to 0.8% by weight, nickel from 0.3 to 1.0% by weight, and further elements of titanium, zirconium and cerium, individually or in combination thereof, with a total content not exceeding 0,2% by weight and acid soluble aluminum in an amount of 0,02 to 0,06% by weight. 2. Ocel podle bodu 1 hmotnosti.2. Steel according to item 1 by weight. vyznačená tím, že obsahuje titan v množství nejvýše do 0,1 %characterized in that it contains titanium in an amount not exceeding 0.1% 3. 3. Ocel podle Steel according to bodu 1 1 , vyznačená tím, marked by 4. 4. Ocel podle Steel according to bodu 1 1 , vyznačená tím, marked by 5. 0,006 % 5. 0.006% Ocel podle hmotnosti. Steel according to weight. bodu 1 1 až 4, vyznačená to 4, indicated 6. 6. Ocel podle Steel according to bodu 1 1 až 5, vyznačená to 5, indicated 0,2 % hmotnostních 0.2% by weight a měd ¹ and Copper ¹ od 0,05 do 0,3 % from 0.05 to 0.3% že obsahuje zirkonium v množství do 0,15 % hmotnosti.The composition of claim 1, wherein said zirconium is present in an amount of up to 0.15% by weight. že obsahuje cér v množství do 0,1 % hmotnosti.The composition of claim 1 wherein said cerium is present in an amount of up to 0.1% by weight. tím, že obsahuje bór v množství od 0,001 do tím, že obsahuje wolfram v množství od 0,03 do hmotnosti.by containing boron in an amount of from 0.001 to about tungsten in an amount of from 0.03 to weight.