Сталь

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении мелющих шаров и стержней для помольных мельниц. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является инструментальная сталь [1] следующего химического состава, мас.%: Углерод 0,77 - 0,80 Марганец 0,20 - 0,25 Кремний 0,19 - 0,24 Хром 0,020 - 0,030 Молибден 0,28 - 0,31 Ванадий 0,10 - 0,13 Бор 0,0025 - 0,0031 Кальций 0,04 - 0,07 Алюминий 0,04 - 0,06 Железо Остальное Известная сталь характеризуется повышенной склонностью к трещинообразованию при закалке из-за высокого содержания углерода кальция и алюминия, а также не обеспечивает требуемой прокаливаемости для прокатных изделий (стержней или шаров) диаметром 80мм и более, что в конечном итоге приводит к снижению их эксплуатационной стойкости. Задачей настоящего изобретения является разработка стали, обеспечивающей повышение эксплуатационной износостойкости и трещиностойкости при закалке мелющих шаров и стержней диаметром 80мм и выше. Технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, бор, кальций и железо, согласно изобретению, дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,65 - 0,75 Кремний 0,15 - 0,40 Марганец 0,40 - 0,70 Хром 0,30 - 0,60 Молибден 0,25 - 0,35 Бор 0,001 - 0,006 Барий 0,0002 – 0,001 Кальций 0,0005 - 0,02 Железо Остальное Сущность заявляемого технического решения заключается в корректировке основных химических ингредиентов известной стали: в сторону уменьшения - по углероду и кальцию; в сторону увеличения - по марганцу и хрому; расширения диапазона содержания (в основном для улучшения технологичности при выплавке стали) - по кремнию, молибдену и бору, а также в дополнительном введении оптимального количества эффективного модификатора бария и исключения из состава ванадия и алюминия. Снижение содержания количества углерода в заявляемой стали до 0,65 - 0,75% позволяет при обеспечении требуемой твердости закаленных изделий значительно снизить вероятность образования закалочных трещин. При содержании в стали менее 0,65% углерода не обеспечивается требуемая твердость, что приводит к снижению износостойкости изделий, а при содержании углерода более 0,75% увеличивается склонность стали к образованию закалочных трещин. Повышение содержания в стали марганца до 0,40 - 0,70% и хрома до 0,30 - 0,60% обеспечивает требуемую прокаливаемость прокатных изделий диаметром до 120мм и, кроме того, увеличивает износостойкость изделий из-за образования в процессе термообработки легированного хромом цементита. При снижении содержания марганца менее 0,40% и хрома менее 0,30% не обеспечивается требуемая прокаливаемость изделий и уменьшается их износостойкость. При увеличении содержания марганца боле 0,70% и хрома более 0,60% снижается трещиностойкость изделий при закалке. При содержании в заявляемой стали кремния 0,15 - 0,40% обеспечивается требуемое твердорастворное упрочнение матрицы, повышающее износостойкость изделий. При содержании в стали кремния менее 0,15% снижается износостойкость, а при содержании более 0,40% ухудшается трещиностойкость. Легирование стали молибденом в количестве 0,25 - 0,35%, улучшая технологичность его введения при выплавке (по сравнению с известным техническим решением), обеспечивает требуемую прокаливаемость и вязкость стали. При содержании в стали менее 0,25% молибдена ухудшается ее прокаливаемость, а введение в сталь более 0,35% не приводит к дополнительному улучшению ее качества, повышая при этом ее стоимость. Увеличение пределов содержания в стали бора до 0,001 - 0,006% значительно улучшает технологичность выплавки стали, сохраняя его положительное влияние на снижение ликвации углерода и легирующи х элементов, измельчение зерна и повышения вязкости стали, увеличение трещиностойкости. При введении в сталь менее 0,001% бора снижается его положительное модифицирующее влияние на свойства стали, а легирование более 0,006% приводит к красноломкости стали. Легирование известной стали (Авт. св. №1421798) 0,04 - 0,07% кальция и 0,04 - 0,06% алюминия вызывает снижение плотности стали и ее трещиностойкости в связи с образованием крупных алюминатов кальция. Снижение содержания в заявляемой стали кальция до 0,0005 - 0,02% при одновременном дополнительном введении 0,0002 - 0,001% бария обеспечивает при сохранении высокой трещиностойкости требуемое модифицирование неметаллических включений и снижение уровня термических напряжений при закалке. При введении в сталь менее 0,0005% кальция и 0,0002% бария снижается их модифицирующее влияние, снижается трещиностойкостьстали, а при введении более 0,02% кальция и 0,001% бария уменьшается плотность стали. Кроме указанных выше существенных отличительных признаков заявляемого технического решения, приводящих к положительному результату, снижается стоимость предлагаемой стали по сравнению с известной, за счет исключения из ее состава дорогостоящих легирующи х элементов ванадия и алюминия, стоимость которых превышает стоимость дополнительно вводимого бария и более высокого содержания марганца и хрома. Таким образом, совокупность указанных отличительных признаков позволяет увеличить эксплуатационную износостойкость и трещиностойкость термоупрочненных мелющих шаров и стержней диаметром 80мм и выше. Пример. В условиях УкрНИИМета провели выплавку нескольких плавок стали, химический состав которых соответствовал известному (Авт. св. №1421798) и различным вариантам заявляемого технического решения. Химический состав опытных плавок приведен в табл.1. Из металла опытных плавок методом горячей деформации изготовили стержни диаметром 80мм, которые затем подвергли термоупрочнению на заданную твердость. Из термообработанных стержней изготовили образцы для испытаний на растяжение, динамический изгиб и износ. Полученные результаты механических испытаний приведены в табл.2. Анализ приведенных в табл.1 и 2 данных свидетельствует о том, что предлагаемая сталь по сравнению с известной обеспечивает повышение эксплуатационной износостойкости и трещиностойкости после закалки мелющих шаров и стержней большого диаметра. Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР №1421798, кл. C22C38/32, 1988.