RU2105821C1 - Method for production of ingots from wear-resistant steel - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method consists in the following: steel is melted and ingots are produced which are subjected to heat treatment by double normalization. It consists in that ingots initially are heated to temperature of 920-930 C and held at this temperature for 3-3.5 h with subsequent cooling in the air down to 200 C, and then repeatedly heated up to 870-880 C and held at this temperature for 2.5-3 h with subsequent cooling in the air down to 20 C. In this case, use is made of steel which contains ingredients in the following ratio, wt.-%: carbon, 0.20-0.40; manganese, 0.90-1.50; silicon, 0.17-0.40; chromium, 1.20-1.80; nickel, 0.30-0.60; copper, 0.20-0.40; vanadium, 0.15-0.30; boron, 0.001-0.01; aluminum, 0.02-0.06; iron, the balance. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения отливок из износостойкой стали с высокими механическими свойствами, которые могут использоваться в качестве деталей горно-обогатительного и землеройного оборудования, работающих при повышенных ударных нагрузках и подвергающихся ударно-абразивному износу, например, зубья и стенки ковшей экскаваторов, брони шаровых мельниц и дробилок, ножи бульдозера. The invention relates to metallurgy, in particular to a method for producing castings of wear-resistant steel with high mechanical properties that can be used as parts of mining and digging and earthmoving equipment operating under high shock loads and subjected to impact-abrasive wear, for example, teeth and walls of ladles excavators, armor of ball mills and crushers, bulldozer knives.

Известен способ получения отливок из высокомарганцевой износостойкой стали марки 110Г133Л [1] включающий выплавку ее в дуговых электропечах, получение из нее отливок в песчаных формах, их закалку в воде с температуры нагрева 1100-1150^oC и общим временем нагрева до 22 ч. при следующем соотношении в ней компонентов, мас.A known method of producing castings of high manganese wear-resistant steel grade 110G133L [1] comprising smelting it in electric arc furnaces, obtaining castings from it in sand forms, their quenching in water from a heating temperature of 1100-1150 ^o C and a total heating time of up to 22 hours the next the ratio of components in it, wt.

Углерод 0,8 1,5
Кремний 0,5 1,0
Марганец 11 15
Фосфор Менее 0,08
Сера Менее 0,05
Железо Остальное
Недостатками способа являются: низкая технологичность стали, затрудняющая получение из нее качественных отливок, что связано с низкой ее теплопроводностью и высокой усадкой, способствующих образованию трещин при литье и термообработке и усадочных раковин и рыхлот в массивных частях отливок; плохая обрабатываемость резанием из-за высокой склонности к наклепу, поэтому из нее получают не обрабатываемые отливки, что сильно сужает область их применения; отсутствие магнитных свойств стали, что сильно затрудняет извлечение изготовленных из нее деталей из горных пород при их поломке и являются причиной поломки горно-обогатительного оборудования при их попадании в него; высокая склонность к трещинообразованию отливок при повышенном содержании в них фосфора, что требует применения очень чистых по фосфору ферросплавов и шихтовых материалов для выплавки стали, являющихся дефицитными и дорогими; необходимость применения длительного цикла термообработки отливок с очень высокой температурой нагрева, что наряду с высоким содержанием в них марганца в стали повышает их стоимость.Carbon 0.8 1.5
Silicon 0.5 1.0
Manganese 11 15
Phosphorus Less than 0.08
Sulfur Less than 0.05
Iron Else
The disadvantages of the method are: low processability of steel, which makes it difficult to obtain high-quality castings from it, which is associated with its low heat conductivity and high shrinkage, which contribute to the formation of cracks during casting and heat treatment and shrinkage shells and loosening in massive parts of castings; poor machinability due to the high tendency to hardening, therefore, non-machined castings are obtained from it, which greatly narrows the scope of their application; the lack of magnetic properties of steel, which greatly complicates the extraction of parts made from it from rocks when they break and are the cause of the breakdown of mining and processing equipment when they fall into it; a high tendency to crack formation of castings with a high phosphorus content in them, which requires the use of very pure phosphorus ferroalloys and charge materials for steel smelting, which are scarce and expensive; the need to use a long heat treatment cycle of castings with a very high heating temperature, which, along with the high content of manganese in them in steel, increases their cost.

Известен способ получения отливок из стали 35ГЛ [2] включающий выплавку стали, получение отливки, очистку, обработку и термическую обработку, нормализацию и отпуск, заключающуюся в нагреве отливок до 900-920^oC и выдержке при ней 2 ч с последующем охлаждением на воздухе, а затем в повторном нагреве до 600-650^oC и выдержке при ней 2 ч с последующем охлаждением на воздухе.A known method of producing castings of steel 35GL [2] including steel smelting, casting, cleaning, processing and heat treatment, normalization and tempering, which consists in heating the castings to 900-920 ^o C and holding it for 2 hours, followed by cooling in air, and then reheated to 600-650 ^o C and holding it for 2 hours, followed by cooling in air.

Недостатками известного способа являются низкая прочность и твердость стали из-за отсутствия легирующих элементов и пониженного содержания в ней марганца (Рывкин Ю.Н. Коротков М.А. Чернобыльский В.Н. Металлы и их заменители. -М. Металлургия, 1973, с.124, 128), т.к. при ее составе и вида термообработки в микроструктуре содержится повышенное количество феррита, что исключает использование ее для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа при высоких ударных нагрузках (шаровые мельницы, дробилки, экскаваторы и т.п.). The disadvantages of this method are the low strength and hardness of steel due to the absence of alloying elements and a low content of manganese in it (Ryvkin Yu.N. Korotkov M.A. Chernobylsky V.N. Metals and their substitutes. -M. Metallurgy, 1973, p. .124, 128), because with its composition and type of heat treatment, the microstructure contains an increased amount of ferrite, which excludes its use for parts working under conditions of impact-abrasive wear at high impact loads (ball mills, crushers, excavators, etc.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения отливок из литой износостойкой стали [3] заключающийся в ее выплавке в индукционной электропечи с основной футеровкой и получением из нее отливок, подвергающихся нормализации до 880^oC, при следующем соотношении в ней компонентов, мас.The closest in technical essence and the achieved effect is a method for producing castings from cast wear-resistant steel [3] consisting in its smelting in an induction electric furnace with a main lining and obtaining from it castings that undergo normalization to 880 ^o C, with the following ratio of components, wt .

Углерод 0,40 0,50
Марганец 0,20 0,70
Кремний 0,60 1,00
Хром 1,50 2,00
Никель 0,10 0,50
Ванадий 0,02 0,25
Медь 0,10 0,30
Алюминий 0,01 0,05
Кальций 0,005 0,05
Редкоземельные металлы 0,005 0,008
Барий 0,001 0,050
Железо Остальное
Недостатками известного способа являются: низкая ударная вязкость и пониженная прочность и пластичность стали, т.к. при ее составе в микроструктуре образуется карбиды ванадия и хрома и повышенное количество оксисульфидных неметаллических включений бария, редкоземельных металлов и алюминия, что снижает вязкость, пластичность и прочность стали; применение редкоземельных металлов при выплавке стали приводит к образованию пироэффекта и большого дымовыделения, содержащего вредные вещества, что ухудшает санитарно-гигиенические и экологические условия; применение очень дорогих элементов бария, редкоземельных металлов и кальция, что увеличивает стоимость отливок.Carbon 0.40 0.50
Manganese 0.20 0.70
Silicon 0.60 1.00
Chrome 1.50 2.00
Nickel 0.10 0.50
Vanadium 0.02 0.25
Copper 0.10 0.30
Aluminum 0.01 0.05
Calcium 0.005 0.05
Rare earth metals 0.005 0.008
Barium 0.001 0.050
Iron Else
The disadvantages of this method are: low impact strength and reduced strength and ductility of steel, because when it is composed, vanadium and chromium carbides and an increased amount of oxysulfide nonmetallic inclusions of barium, rare earth metals and aluminum are formed in the microstructure, which reduces the viscosity, ductility and strength of steel; the use of rare-earth metals in steelmaking leads to the formation of a pyroeffect and large smoke emission containing harmful substances, which worsens sanitary and hygienic and environmental conditions; the use of very expensive elements of barium, rare earth metals and calcium, which increases the cost of castings.

Задачей изобретения является получение отливок из износостойкой стали с высокой ударной вязкостью, прочностью, твердостью и износостойкостью и низкой стоимостью. The objective of the invention is to obtain castings of wear-resistant steel with high impact strength, strength, hardness and wear resistance and low cost.

Для решения указанной задачи сталь выплавляют в электропечи, получают из нее отливки, подвергают их обрубке и очистке, а затем подвергают термообработке двойной нормализации, заключающейся в первоначальном их нагреве до 920-930^oC и выдержке при ней 3-3,5 ч с последующим охлаждением на воздухе до 200^oC, а затем в поворотном нагреве до (870-880^oC и выдержке при ней 2,5-3,0 ч с последующим охлаждением на воздухе до 20^oC, при этом используют сталь следующего химического состава, мас.To solve this problem, steel is smelted in an electric furnace, castings are obtained from it, they are chipped and cleaned, and then subjected to double normalization heat treatment, which consists in their initial heating to 920-930 ^o C and holding for 3-3.5 hours, followed by cooling in air to 200 ^o C, and then in rotary heating to (870-880 ^o C and holding it for 2.5-3.0 hours, followed by cooling in air to 20 ^o C, using steel of the following chemical composition, wt.

Углерод 0,20 0,40
Марганец 0,90 1,50
Кремний 0,17 0,40
Хром 1,20 1,80
Никель 0,30 0,60
Медь 0,20 0,40
Ванадий 0,15 0,30
Бор 0,001 0,01
Алюминий 0,02 0,06
Железо Остальное
В результате получают отливки из износостойкой стали с мелкозернистой микроструктурой, состоящей из смеси сорбитообразного перлита, сорбита, троостита и бейнита и мелкодисперсной корбонитридной фазы бора, что обеспечивает их высокую удорную вязкость, прочность, твердость и износостокость при пониженной стоимости.Carbon 0.20 0.40
Manganese 0.90 1.50
Silicon 0.17 0.40
Chrome 1.20 1.80
Nickel 0.30 0.60
Copper 0.20 0.40
Vanadium 0.15 0.30
Boron 0.001 0.01
Aluminum 0.02 0.06
Iron Else
The result is castings made of wear-resistant steel with a fine-grained microstructure, consisting of a mixture of sorbitol-like perlite, sorbitol, troostite and bainite and finely dispersed corbonitride phase of boron, which ensures their high impact strength, strength, hardness and wear resistance at a reduced cost.

Такой способ получения отливок из износостойкой стали выбран на основе проведенных исследований влияния различного химического состава и различных способов термообработки на их микроструктуру и свойства с целью выбора оптимальных из значений. This method of producing castings from wear-resistant steel was selected on the basis of studies of the influence of various chemical compositions and various heat treatment methods on their microstructure and properties in order to select the optimal values.

Содержание в заявленной стали 0,20-0,40% углерода способствует получению высокой ее ударной вязкости, твердости, прочности и износостойкости. Снижение содержания углерода ниже нижнего указанного предела приводит к резкому снижению ее твердости и износостойкости, а повышение его содержания сверх верхнего указанного предела приводит к резкому снижению ее ударной вязкости. Состав легирующих элементов в заявленной стали принят такой, чтобы они усиливали положительное влияние друг друга на ее свойства. The content in the inventive steel 0.20-0.40% carbon contributes to its high impact strength, hardness, strength and wear resistance. A decrease in carbon content below the lower specified limit leads to a sharp decrease in its hardness and wear resistance, and an increase in its content in excess of the upper specified limit leads to a sharp decrease in its impact strength. The composition of the alloying elements in the claimed steel is adopted such that they enhance the positive influence of each other on its properties.

Совместное содержание в заявленной стали легирующих элементов марганца, хрома, никеля, ванадия и меди в заявленных пределах повышает ее ударную вязкость, прочность, твердость и износостойкость вследствие упрочнения и измельчения ими микроструктуры. The joint content in the declared steel alloying elements of manganese, chromium, nickel, vanadium and copper within the stated limits increases its impact strength, strength, hardness and wear resistance due to hardening and grinding of their microstructure.

При снижении содержания в заявленной стали приведенных выше элементов ниже нижнего указанного их предела существенно снижается их положительное влияние на ее свойства, а при превышении их верхнего указанного предела они резко снижают ее ударную вязкость, т.к. способствуют образованию увеличивающих ее хрупкость карбидов и трооститно-бейнитно-мартенситной структуры. With a decrease in the content of the above elements in the declared steel below their lower specified limit, their positive effect on its properties is significantly reduced, and if their upper specified limit is exceeded, they sharply reduce its impact strength, since contribute to the formation of increasing its brittleness of carbides and troostite-bainitic-martensitic structure.

Содержание алюминия и кремния в заявленной стали принято на уровне постоянных примесей, количество которых обычно попадает в сталь при ее раскислении при выплавке. The content of aluminum and silicon in the declared steel is taken at the level of constant impurities, the amount of which usually gets into the steel during its deoxidation during smelting.

Бор образует с содержащимся в заявленной стали углеродом мелкодисперсную упрочняющую карбонитридную фазу, что повышает ее прочность, твердость и износостойкость. Boron forms a finely dispersed hardening carbonitride phase with the carbon contained in the declared steel, which increases its strength, hardness and wear resistance.

При снижении содержания бора в заявленной стали ниже нижнего указанного предела резко снижается его положительное влияние на ее свойства, а при превышении верхнего указанного предела он снижает ее ударную вязкость. When the boron content in the declared steel is lower than the lower specified limit, its positive effect on its properties sharply decreases, and when the upper specified limit is exceeded, it decreases its impact strength.

Применение двойной нормализации отливок из заявленной стали в наибольшей степени способствует повышению их вязкости, твердости, прочности и износостойкости вследствие образования в них равновесной мелкозернистой микроструктуры, состоящей из смеси сорбитообразного перлита, сорбита, троостита, бейнита и мелкодисперсной упрочняющей корбонитридной фазы бора, и исключению образования термических трещин, обычно сопутствующих закалке с отпуском. Наилучшие свойства при этом достигаются при нагреве отливок при первой нормализации до 920-930^oC и выдержке при ней 3-3,5 ч с последующим их охлаждением на воздухе до 200^oC, а при второй до 870-880^oC, выдержке при ней 2,5-3 ч и последующим их охлаждением на воздухе до 20^oC.The use of double normalization of castings of the declared steel to the greatest extent contributes to an increase in their viscosity, hardness, strength and wear resistance due to the formation of an equilibrium fine-grained microstructure in them, consisting of a mixture of sorbitol-like perlite, sorbitol, troostite, bainite and finely dispersed hardening boron corbonitride phase, and the elimination of the formation of thermal cracks usually accompanying tempering with tempering. The best properties are achieved by heating the castings during the first normalization to 920-930 ^o C and holding it for 3-3.5 hours, followed by cooling in air to 200 ^o C, and during the second to 870-880 ^o C, holding at her 2.5-3 hours and their subsequent cooling in air to 20 ^o C.

Снижение температуры нагрева и времени выдержки при нормализации отливок ниже нижних указанных процессов и получение указанной выше микроструктуры стали в них и поэтому не повышает их свойств, а превышение же их выше верхних указанных пределов приводит к росту зерна в их микроструктуре и короблению, что снижает их свойства. Lowering the heating temperature and holding time during normalization of castings below the lower indicated processes and obtaining the above microstructure of steel in them and therefore does not increase their properties, and exceeding them above the upper specified limits leads to grain growth in their microstructure and warpage, which reduces their properties .

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в достижении высокой ударной вязкости, прочности, твердости и износостойкости отливок, что повышает их эксплуатационную стойкость. The technical result obtained by carrying out the invention is to achieve high impact strength, strength, hardness and wear resistance of castings, which increases their operational resistance.

Это достигается получением в отливках мелкозернистой равновесной микроструктуры, состоящей из смеси сорбитообразного перлита, сорбита, троостита и бейнита и мелкодисперсной упрочняющей корбонитридной фазы бора, и исключением образования термических трещин в них. Такие отливки могут использоваться в качестве сменных быстроизнашивающихся деталей, например, зубьев ковшей экскаваторов, фетуровок и других деталей шаровых мельниц и дробилок, мелющих шаров и других деталей в горнорудной промышленности, где одновременно требуется высокая абразивно-ударная износостойкость и ударопрочность. This is achieved by obtaining a fine-grained equilibrium microstructure in the castings, consisting of a mixture of sorbitol-like perlite, sorbitol, troostite and bainite, and finely dispersed hardening corbonitride phase of boron, and the formation of thermal cracks in them. Such castings can be used as replaceable wearing parts, for example, teeth of excavator buckets, faturises and other parts of ball mills and crushers, grinding balls and other parts in the mining industry, which simultaneously require high abrasion and impact resistance and impact resistance.

Способ может быть осуществлен с использованием следующих технических приемов и средств. The method can be implemented using the following techniques and tools.

Плавку стали осуществляют в плавильных электродуговых или индукционных электропечах. Отливки получают путем заливки жидкой стали в литейные формы. После извлечения из форм отливки подвергают очистке и обрубке обычно применяемыми для этого способами. Очищенные и обрубленные отливки подвергают термической обработке двойной нормализации в обычно применяемых для этих целей термических печах. Химический состав, механические свойства и микроструктуру отливок проверяют стандартными методами. Steel smelting is carried out in melting electric arc or induction electric furnaces. Castings are obtained by pouring liquid steel into casting molds. After being removed from the molds, the castings are cleaned and chipped by methods commonly used for this. The cleaned and chopped off castings are subjected to double normalization heat treatment in thermal furnaces commonly used for this purpose. The chemical composition, mechanical properties and microstructure of the castings are checked by standard methods.

Указанные технические средства и технологические приемы обеспечивает получение качественных отливок с заявленными свойствами. The specified technical means and technological methods provides high-quality castings with the declared properties.

Пример: В индукционной плавильной электропечи распыляли шихтовые материалы и получали жидкую сталь известного состава /3/. Таким же способом получали сталь заявленного состава с содержанием компонентов, мас. Example: In an induction melting electric furnace, charge materials were sprayed and liquid steel of known composition / 3 / was obtained. In the same way received steel of the claimed composition with the content of components, wt.

Углерод 0,31
Марганец 1,34
Кремний 0,32
Хром 1,43
Никель 0,44
Медь 0,27
Ванадий 0,24
Бор 0,006
Алюминий 0,05
Железо Остальное
Из жидкой стали получали отливки стандартных проб, обычно используемых для определения химического состава, механических свойств и микроструктуры стали. Полученные отливки проб подвергали обрубке и очистке, после чего их подвергали термической обработке. Отливки из заявленной стали подвергали двойной нормализации, при этом первую нормализацию их осуществляли путем нагрева до 925^oC и выдерживали при ней 3 ч и 15 мин с последующим охлаждением на воздухе до 200^oC, после чего производили вторую нормализацию путем нагрева до 875^oC и выдерживали при ней 3 ч с последующим охлаждением на воздухе до 20^oC.Carbon 0.31
Manganese 1.34
Silicon 0.32
Chrome 1.43
Nickel 0.44
Copper 0.27
Vanadium 0.24
Boron 0.006
0.05 aluminum
Iron Else
Castings of standard samples, usually used to determine the chemical composition, mechanical properties, and microstructure of steel, were obtained from liquid steel. The obtained castings of the samples were subjected to chopping and cleaning, after which they were subjected to heat treatment. Castings of the declared steel were subjected to double normalization, while the first normalization was carried out by heating to 925 ^° C and held there for 3 hours and 15 minutes, followed by cooling in air to 200 ^° C, after which a second normalization was carried out by heating to 875 ^° C and kept with it for 3 hours, followed by cooling in air to 20 ^o C.

Отливки из известной стали подвергали нормализации до 880^oC /3/. Химический состав, механические свойства и микроструктуру стали определяли стандартными методами. Износостойкость отливок определяли путем изнашивания изготовленных из них образцов по закрепленному абразиву на машине трения Х4Б. Сравнительные свойства отливок, полученных известным и заявленным способами, приведены в таблице. Из таблицы видно, что свойства отливок, полученных заявленным способом, выше аналогичных свойств отливок, полученных известным способом, а именно ударная вязкость в 2,2 раза, прочность и твердость в 1,1 раза, пластичность в 3 и 4 раза, относительная абразивная износостойкость 1,23 раза. Стоимость отливок, полученных заявленным способом, на 7% ниже стоимости отливок, полученных известным способом. Заявленным способом получены отливки зуба ковша восьмикубового карьерного экскаватора и деталей шаровых мельниц, перерабатывающих железную руду. Эксплуатационная стойкость этих отливок высокая.Castings of known steel were subjected to normalization to 880 ^o C / 3 /. The chemical composition, mechanical properties, and microstructure of the steel were determined by standard methods. The wear resistance of castings was determined by wear of the samples made from them according to the fixed abrasive on the X4B friction machine. Comparative properties of castings obtained by known and claimed methods are shown in the table. The table shows that the properties of castings obtained by the claimed method are higher than similar properties of castings obtained by a known method, namely, impact strength of 2.2 times, strength and hardness of 1.1 times, ductility of 3 and 4 times, relative abrasion resistance 1.23 times. The cost of castings obtained by the claimed method is 7% lower than the cost of castings obtained in a known manner. The claimed method obtained castings of the tooth of the bucket of an eight-cube mining excavator and parts of ball mills that process iron ore. The service life of these castings is high.

Источники информации. Sources of information.

1. Свойства стали Г13Л и современная технология ее выплавки в электропечах. /Сборники статей под.ред. А.Соколова. М. ВПТИст-ройдормаш. 1958, 105с. 1. Properties of G13L steel and modern technology for its smelting in electric furnaces. / Collections of articles, ed. A. Sokolova. M. VPTist-roydormash. 1958, 105 p.

2. Шиколаев В.П. Новая технология термической обработки отливок из стали 35ГЛ. Металловедение и термическая обработка металлов, 1966, N 7, с.72. 2. Shikolaev V.P. New technology for heat treatment of castings from steel 35GL. Metallurgy and heat treatment of metals, 1966, N 7, p. 72.

3. Авторское свидетельство СССР N 1654369, кл. C 22 C 38/46, 1991. 3. Copyright certificate of the USSR N 1654369, cl. C 22 C 38/46, 1991.

Claims (1)

Способ получения отливок из износостойкой стали, включающий выплавку стали, получение отливки, очистку, обрубку и двойную нормализацию, отличающийся тем, что выплавку стали производят из стали при следующем соотношении компонентов, мас. A method of producing castings from wear-resistant steel, including steel smelting, casting, cleaning, chipping and double normalization, characterized in that the steel is smelted from steel in the following ratio of components, wt. Углерод 0,20 0,40
Марганец 0,90 1,50
Кремний 0,17 0,40
Хром 1,20 1,80
Никель 0,30 0,60
Медь 0,20 0,40
Ванадий 0,15 0,30
Бор 0,001 0,01
Алюминий 0,02 0,06
Железо Остальное
нагрев под первую нормализацию ведут до 920 930^oС, выдерживают 3 - 3,5 ч, охлаждают на воздухе до 200^oС, а нагрев под повторную нормализацию проводят до 870 880^oС, выдерживают 2,5 3 ч и охлаждают на воздухе.Carbon 0.20 0.40
Manganese 0.90 1.50
Silicon 0.17 0.40
Chrome 1.20 1.80
Nickel 0.30 0.60
Copper 0.20 0.40
Vanadium 0.15 0.30
Boron 0.001 0.01
Aluminum 0.02 0.06
Iron Else
heating under the first normalization is carried out up to 920 930 ^o C, incubated for 3 - 3.5 hours, cooled in air to 200 ^o C, and heating under repeated normalization is carried out to 870 880 ^o C, incubated 2.5 3 hours and cooled in air.

Images