PL225743B1 - High-manganese cast steel resistant to abrasion - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest staliwo wysokomanganowe odporne na ścieranie, które może być stosowane do wytwarzania elementów i części maszyn pracujących w warunkach obciążeń dyn amicznych w połączeniu ze zużyciem ściernym.The subject of the invention is high-manganese abrasion-resistant cast steel, which can be used for the production of elements and parts of machines operating under dynamic loads in combination with abrasive wear.

Dotychczas, jako materiału do otrzymywania elementów i części maszyn pracujących w warunkach obciążeń dynamicznych, które stosowane są w przemyśle energetycznym i przeróbki materiałów jako elementy kruszarek, młynów czy maszyn budowlanych, takie jak płyty wykładzinowe, młotki, szczęki, stożki i inne, powszechnie stosuje się wysokomanganowe staliwo Hadfielda gatunku L120G13 wg normy PN 88/H-83160 i jego modyfikacje, zawierające dodatki pierwiastków węglikotwórczych, którego przykładowe składy chemiczne podano w tabeli 1.Until now, as a material for the production of elements and parts of machines operating under dynamic loads, which are used in the energy industry and material processing as elements of crushers, mills or construction machines, such as lining plates, hammers, jaws, cones and others, Hadfield high-manganese cast steel, grade L120G13 according to PN 88 / H-83160 standard and its modifications, containing additives of carbide-forming elements, examples of chemical compositions of which are given in Table 1.

T a b e l a 1T a b e l a 1

Oznaczenie Mark Skład chemiczny w % wagowych Chemical composition in% by weight C C. Mn Me Si Si P P. S S. Cr Cr Ni Ni Mo Mo Ti Ti L120G13 L120G13 0,9-1,05 0.9-1.05 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 - - - - - - 1,12-1,28 1.12-1.28 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 - - - - - - - - 1,0-1,4 1.0-1.4 12-14 12-14 0,3-1,0 0.3-1.0 <0,10 <0.10 <0,03 <0.03 <1,0 <1.0 <1,0 <1.0 - - - - L120G13H L120G13H 1,0-1,4 1.0-1.4 12-14 12-14 0,3-1,0 0.3-1.0 <0,10 <0.10 <0,03 <0.03 0,6-1,3 0.6-1.3 - - - - - - 1,05-1,35 1.05-1.35 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 1,5-2,5 1.5-2.5 - - - - - - 0,7-1,3 0.7-1.3 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 - - 3-4 3-4 - - - - L120G13M L120G13M 1,0-1,4 1.0-1.4 12-14 12-14 0,3-1,0 0.3-1.0 <0,10 <0.10 <0,03 <0.03 <1,0 <1.0 <1,0 <1.0 0,1-0,2 0.1-0.2 - - 0,7-1,3 0.7-1.3 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 - - - - 0,9-2,1 0.9-2.1 - - 1,05-1,45 1.05-1.45 11,5-14,0 11.5-14.0 <1,0 <1.0 <0,07 <0.07 <0,03 <0.03 - - - - 1,8-2,1 1.8-2.1 - - L120G17H L120G17H 1,3-1,5 1.3-1.5 16,5-19,0 16.5-19.0 0,4-0,8 0.4-0.8 <0,08 <0.08 <0,04 <0.04 2-3 2-3 <0,60 <0.60 <0,50 <0.50 - - L120G13T L120G13T 1,0-1,4 1.0-1.4 12-14 12-14 0,3-1,0 0.3-1.0 <0,10 <0.10 <0,03 <0.03 <1 <1 <1 <1 - - 0,1-0,2 0.1-0.2

Staliwo Hadfielda L120G13 w stanie lanym posiada strukturę austenityczną z wydzieleniami cementytu stopowego i potrójnej eutektyki fosforowo-węglikowej Fe-(Fe,Mn)₃C-(Fe,Mn)₃P, która pojawia się po przekroczeniu zawartości fosforu powyżej 0,04% wagowych. W strukturze występują ró wnież wtrącenia niemetaliczne w postaci tlenków, siarczków i azotków. Taka mikrostruktura jest niekorzystna ze względu na iglaste węgliki żelaza i manganu rozłożone na granicach ziaren. Efekt segregacji pierwiastków i wydzielanie się węglików w postaci iglastej jest jeszcze bardziej widoczny w stopach, do których, w celu poprawy odporności na ścieranie, wprowadza się pierwiastki silnie węglikotwórcze takie jak chrom czy molibden, gdyż prowadzi do tego, że w odlewach, głównie na granicach ziaren, wydzielają się zwiększone ilości złożonych węglików. Z wyżej wymienionych powodów zachodzi konieczność poddania wytworzonych odlewów obróbce cieplnej, polegającej na przesycaniu ze studzeniem w wodzie, która ma na celu uzyskanie struktury czysto austenitycznej bez wydzieleń węglików. Staliwo L120G13 nie jest odporne na zużycie w warunkach niskich obciążeń np. ścieranie piaskiem.Hadfield cast steel L120G13 as cast has an austenitic structure with precipitates of alloy cementite and triple phosphor-carbide eutectic Fe- (Fe, Mn) ₃ C- (Fe, Mn) ₃ P, which appears after exceeding the phosphorus content above 0.04% by weight . The structure also includes non-metallic inclusions in the form of oxides, sulfides and nitrides. Such a microstructure is disadvantageous due to the needle-like iron and manganese carbides distributed at the grain boundaries. The effect of element segregation and the precipitation of coniferous carbides is even more visible in alloys to which, in order to improve abrasion resistance, strong carbide-forming elements such as chromium or molybdenum are introduced, as it leads to the fact that in castings, mainly at the boundaries of the grains, increased amounts of complex carbides are released. For the above-mentioned reasons, it is necessary to subject the produced castings to heat treatment, consisting in supersaturation with cooling in water, in order to obtain a purely austenitic structure without carbide precipitation. Cast steel L120G13 is not resistant to wear under low load conditions, e.g. sand abrasion.

Znane jest z opisu patentowego nr PL130722 staliwo stopowe odporne na zużycie udarowościerne, które zawiera w procentach wagowych: 0,7-1,5% C, 0,1-1,2% Si, 1,5-8,0% Cr, do 2% Cu, 1,5-5,0% Mn, 0,01-0,30% Ni, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia.It is known from the patent description No. PL130722 cast alloy steel resistant to impact wear, which contains, in percent by weight: 0.7-1.5% C, 0.1-1.2% Si, 1.5-8.0% Cr, up to 2% Cu, 1.5-5.0% Mn, 0.01-0.30% Ni, the rest Fe and inevitable impurities.

Celem wynalazku jest uzyskanie staliwa wysokomanganowego odpornego na ścieranie, z którego wykonane odlewy mogłyby pracować w warunkach obciążeń dynamicznych w połączeniu ze zużyciem ściernym.The aim of the invention is to obtain high-manganese cast steel resistant to abrasion, from which the castings made could work under dynamic loads combined with abrasive wear.

Staliwo wysokomanganowe odporne na ścieranie według wynalazku, zawierające wagowo: 0,7-2,0% C, 11,0-19,0% Mn, maks. 2,5% Si, maks. 1,5% Cr, maks. 1,0% Ni, maks. 0,10% P, maks.High-manganese abrasion-resistant cast steel according to the invention, containing by weight: 0.7-2.0% C, 11.0-19.0% Mn, max. 2.5% Si, max. 1.5% Cr, max. 1 , 0% Ni, max 0.10% P, max.

PL 225 743 B1PL 225 743 B1

0,04% S, tytan, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, charakteryzuje się tym, że zawartość tytanu wynosi 0,5-5,0%.0.04% S, titanium, the rest of Fe and the inevitable impurities, characterized by the content of titanium being 0.5-5.0%.

Wprowadzenie w procesie metalurgicznym do ciekłego staliwa odpowiedniej ilości tytanu powoduje wytworzenie pierwotnych węglików tytanu, co sprawia, że staliwo w stanie po odlaniu ma strukt urę kompozytu, przy czym osnowę stanowi wysokomanganowy austenit, w którym równomiernie rozmieszczone są pierwotne węgliki tytanu. Możliwa niewielka ilości cementytu stopowego, wydzielona wzdłuż granic ziaren, rozpuszcza się po zabiegu przesycania, tak że po obróbce cieplnej jego mikrostruktura składa się z osnowy austenitycznej i pierwotnych węglików tytanu równomiernie w niej ro zmieszczonych. Mikrotwardość osnowy w stanie lanym wynosi 400-420 mHV, a po zabiegu przesycania rośnie do 450-580 mHV i jest wyższa w porównaniu z gatunkiem L120G13 wg normy PN 88//H-83160, dla którego wynosi: w stanie lanym - 370 mHV, a po zabiegu przesycania 340-370 mHV.Introducing an appropriate amount of titanium into the liquid cast steel in the metallurgical process results in the production of primary titanium carbides, which means that the cast steel, after casting, has a composite structure, with the matrix being high-manganese austenite, in which the primary titanium carbides are evenly distributed. The possible small amount of alloy cementite deposited along the grain boundaries dissolves after the supersaturation treatment, so that after heat treatment its microstructure consists of an austenitic matrix and primary titanium carbides evenly contained therein. The asphalt microhardness of the matrix is 400-420 mHV, and after the supersaturation treatment it increases to 450-580 mHV and is higher compared to the L120G13 grade according to PN 88 // H-83160, for which it is: as cast - 370 mHV, and 340-370 mHV after supersaturation.

Przykładowe składy chemiczne staliwa wysokomanganowego według wynalazku podano w tabeli 2.Exemplary chemical compositions of high-manganese cast steel according to the invention are given in Table 2.

T a b e l a 2T a b e l a 2

Oznaczenie staliwa Mark cast steel Skład chemiczny [% wagowe] Chemical composition [% by weight] C C. Mn Me Si Si P P. S S. Cr Cr Ni Ni Ti Ti T1 T1 1,2 1.2 15 15 1,5 1.5 0,04 0.04 0,02 0.02 1,4 1.4 0,15 0.15 2,5 2.5 T2 T2 0,8 0.8 16 16 2,3 2.3 0,04 0.04 0,03 0.03 1,4 1.4 0,2 0.2 2,0 2.0 T3 T3 1,2 1.2 13 13 2,4 2.4 0,03 0.03 0,02 0.02 0,2 0.2 0,1 0.1 1,5 1.5

Odporność na zużycie w warunkach ścierania staliwa według wynalazku w stanie lanym rośnie dwukrotnie, a zabieg przesycania nie wpływa istotnie na wielkość zużycia.The wear resistance under the abrasion conditions of the cast steel according to the invention in the as-poured state increases twice, and the treatment of supersaturation does not significantly affect the amount of wear.

Na rysunku przedstawiono zależności ubytku masy próbek od czasu ich ścierania w maszynie Millera, przy czym fig. 1 przedstawia przebieg zmian dla próbek w stanie po odlaniu ze staliwa o składach przedstawionych w tabeli 2, i dla porównania dla próbki wykonanej ze staliwa oznaczonego L120G13 wg normy PN 88/H-83160 poddanej zabiegowi przesycania, a fig. 2 - przebieg tych zmian dla próbek oznaczonych T1, T2 i T3 w stanie po odlaniu, a także dla porównania poddanych zabiegowi przesycania. W celu zbadania odporności na zużycie próbki umieszczono w uchwytach urządzenia i poddano obciążeniu stałą siłą ze ścieraniem w mieszaninie wody i węglika krzemu w proporcji 1:1. Wykonano szesnastogodzinne próby ścierania w 4 cyklach, przy czym co cztery godziny próbki ważono, a na podstawie otrzymanych wyników ubytku masy sporządzono wykresy zużycia badanych próbek (fig. 1 i fig. 2).The figure shows the dependence of the weight loss of the samples on the time of their abrasion in the Miller machine, while Fig. 1 shows the course of changes for the samples in the cast steel condition with the compositions shown in Table 2, and for comparison for the sample made of cast steel marked L120G13 according to the standard PN 88 / H-83160 subjected to the supersaturation treatment, and Fig. 2 - the course of these changes for the samples marked T1, T2 and T3 in the as cast condition, and also for comparison of those subjected to the supersaturation treatment. In order to test the wear resistance, the samples were placed in the holders of the device and subjected to a constant force with abrasion in a mixture of water and silicon carbide in the proportion of 1: 1. Sixteen-hour abrasion tests were carried out in 4 cycles, with the samples being weighed every four hours, and on the basis of the obtained results of weight loss, the wear charts of the tested samples were prepared (Fig. 1 and Fig. 2).

Claims (2)

Zastrzeżenie patentowePatent claim Staliwo wysokomanganowe odporne na ścieranie, zawierające wagowo: 0,7-2,0% C, 11,019,0% Mn, maks.High-manganese cast steel resistant to abrasion, containing by weight: 0.7-2.0% C, 11.019.0% Mn, max. 2,5% Si, maks. 1,5% Cr, maks. 1,0% Ni, maks. 0,10% P, maks. 0,04% S, tytan, reszta Fe i nieuniknione zanieczyszczenia, znamienne tym, że zawartość tytanu wynosi 0,5-5,0%.2.5% Si, max 1.5% Cr, max 1.0% Ni, max 0.10% P, max 0.04% S, titanium, the remainder of Fe and unavoidable impurities, characterized by titanium content is 0.5-5.0%.