Сталь

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки складу легованих сталей з високими зносостійкістю, пластичністю та міцністю. Заявлена сталь містить, мас. %: вуглець 0,1-0,8, кремній - 0,4-0,8, марганець - 1,0-2,0, хром - 17,0-21, алюміній - 0,15-0,30, рідкісноземельні метали - 0,08-0,15, нікель - 8,0-11,0, кальцій - 0,02-0,06, барій - 0,001-0,05 та залізо - решта. Технічний результат: одержання сталі з підвищеними характеристиками зносостійкості та пластичності при високому рівні міцності. UA 97884 C2 (12) UA 97884 C2 UA 97884 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки складу легованих сталей з високими зносостійкістю, пластичністю та міцністю. Відомі високолеговані марки сталей аустенітного класу Х18Н10ТЛ, 12X18Н9ТЛ, 12X12Н12НЗГЛ [Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. - М: Металлургия, 1967. - 798 с.]. Ці сталі характеризуються підвищеним вмістом хрому та нікелю, що забезпечує високий рівень корозійної стійкості та механічних властивостей. Вказані сталі застосовуються для виробництва виливків відповідального призначення. Недоліком їх є відносно низький рівень зносостійкості. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого складу є сталь, що взята як найближчий аналог (Ас. № 918329 СРСР, МПК С22С 38/24, опубл. 1982 p.), яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, вольфрам, алюміній, церій, ітрій, залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 1,15-1,6 кремній 1,3-2,2. марганець до 0,8 хром 14,0-16,0 вольфрам 2,5-4,0 алюміній 0,1-0,2 церій 0,08-0,15 ітрій 0,06-0,1 залізо решта. Недоліком наведеної сталі є також недостатньо високий рівень зносостійкості. В основу винаходу поставлена задача одержання сталі з підвищеними характеристиками зносостійкості та міцності при високому рівні пластичності, які потребує сучасне виробництво. Зазначена задача вирішується тим, що у сталі, яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, алюміній, рідкісноземельні метали та залізо, додатково містяться нікель, кальцій та барій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,1-0,8 кремній 0,4-0,8 марганець 1,0-2,0 хром 17,0-21,0 алюміній 0,15-0,30 рідкісноземельні метали 0,08-0,15 нікель 8,0-11,0 кальцій 0,02-0,06 барій 001-0,05 залізо решта. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують сутність сталі, є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає критерію "новизна". Вміст хімічних елементів у сталі обґрунтовується наступним: Вуглець. Вміст вуглецю в сталі менше за 0,1 мас. % призводить до утворення в литій структурі фериту, що викликає зменшення зносостійкості, збільшення ж вмісту вуглецю понад 0,8 мас. % утруднює оброблюваність сталі, зменшує пластичні властивості. Кремній. Вміст кремнію менше 0,4 мас. % не забезпечує задовільного розкислення сталі, наслідком чого виливок може бути уражений газовими раковинами. Підвищення концентрацій кремнію понад 0,8 мас. % викликає появу в структурі фериту, що призводить до зменшення зносостійкості та міцності. Марганець. Вміст у сталі марганцю менше за 1,0 мас. % не забезпечує необхідного рівня зносостійкості, а при підвищенні понад 2,0 мас. % укрупнюються зерна, що викликає зменшення показників механічних властивостей та збільшується схильність до утворення холодних тріщин. Хром. Концентрації хрому менше за 17 мас. % не забезпечують необхідної зносостійкості, збільшення його концентрацій понад 21 мас. % викликає зниження міцнісних та пластичних властивостей. Нікель. При концентраціях нікелю нижче за 8 % не здійснюється необхідне подрібнення структури та не компенсується карбідоутворююча дія хрому, що викликає зменшення міцнісних характеристик. Збільшення вмісту нікелю понад 11 мас. % не викликає значних структурних змін, тому таке збільшення економічно недоцільне. Алюміній, кальцій, рідкісноземельні метали та барій. Введення у склад сталі алюмінію, кальцію, рідкісноземельних металів та барію пов'язано з їх високою розкислюючою, рафінуючою і модифікуючою здатностями. Зменшення вмістів газів, сірки та подрібнення 1 UA 97884 C2 5 10 15 20 25 30 35 структури сталі забезпечує одночасне підвищення міцнісних та пластичних властивостей. За цього особливо важливим є зниження загального вмісту і сфероїдизації неметалевих включень, що супроводжується очищенням міжзеренних границь аустенітної структури, більш рівномірним розподіленням включень в металі, що поряд з легуванням нікелем призводить до значного збільшення зносостійкості. Крім того, через те, що рідкісноземельні та лужноземельні метали зменшують поверхневу енергію границь зерен та тим самим також сприяють досягненню мети. Експериментально доведено, що введення у склад сталі алюмінію, кальцію, рідкісноземельних металів і барію, що виконують відомі функції, призводить до посилення їх взаємного впливу, тобто дає синергічний ефект, що виявляється у підвищенні зносостійкості та міцності при високому рівні пластичності. При вмістах алюмінію, кальцію, рідкісноземельних металів та барію відповідно нижче 0,15; 0,02; 0,08; 0,001 мас. % підвищення зносостійкості, міцності та пластичності не досягається через недостатній їх вплив на кількість та форму неметалевих включень, чистоту границь зерен та їх подрібнення. При збільшенні їх концентрацій відповідно понад 0,3; 0,06; 0,15; 0,05 мас. % з'являються по границях зерен несхвально орієнтовані дисперсні неметалеві включення, що призводять до зниження комплексу властивостей, що розглядається. Суть винаходу, що заявляється, не визначена у явному вигляді з відомого авторам рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей, і тільки наявність перерахованих відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Таким чином, винахід, що заявляється відповідає критерію "винахідницький рівень". Для оцінки властивостей запропонованої сталі та її структурного стану, у порівнянні із найближчим аналогом, отримали експериментальну та відому сталі в ідентичних умовах методом переплавлення в лабораторії кафедри ливарного виробництва НМетАУ у високотемпературній печі типу СВК 5163, а в промислових умовах в електродуговій печі з основною футерівкою. Дослідні склади сталей наведені у таблиці. Вивчення властивостей проводили на зразках, що вирізали з одержаних заготовок у литому стані. Зносостійкість визначали на машині СМЦ-2, мірою її було зменшення маси зразка після випробовування. Механічні властивості випробовували за стандартними методиками. Аналіз результатів випробувань зразків показав, що у порівнянні з найближчим аналогом зносостійкість та міцність сталі збільшилися на 12…32 % та 12…23 % відповідно. За цього відносне подовження сталі також було більшим за найближчий аналог в середньому на 50 %. Використання сталі, що пропонується, дозволить підвищити експлуатаційну стійкість деталей пульпопроводів. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними, та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію "промислова застосовність". 40 Таблиця Хімічний склад і властивості сталі, що заявляється, та найближчого аналога Сплав № вар. С Вміст хімічних елементів, мас. % Si Mn Cr 0,4 0,8 0,6 0,2 1,0 1,0 2,0 1,5 0,8 2,2 17,0 21,0 19,0 15,0 23,0 Властивості Зносо , Аl PЗM Ni W Ca Ba Fe , % В стійкість, г МПа 0,15 0,08 8,0 - 0,02 0,001 решта 0,022 19,0 815 0,30 0,15 11,0 - 0,06 0,05 « 0,017 15,4 895 0,22 0,12 9,5 - 0,04 0,025 « 0,020 16,5 880 0,1 0,04 6,0 - 0,01 0,0005 « 0,023 14,6 790 0,35 0,20 13,0 - 0,07 0,06 « 0,021 14,0 800 Сталь, що заявляється 1 2 3 4 5 0,1 0,8 0,45 0,05 0,9 Сталь за найближчим аналогом 6 1,35 1,75 0,8 15,0 0,15 0,2 2 3,25 « 0,025 11,3 730 UA 97884 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Сталь, яка містить вуглець, кремній, марганець, хром, алюміній, рідкісноземельні метали та залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково містить нікель, кальцій та барій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,1-0,8 кремній 0,4-0,8 марганець 1,0-2,0 хром 17,0-21,0 алюміній 0,15-0,30 рідкісноземельні метали 0,08-0,15 нікель 8,0-11,0 кальцій 0,02-0,06 барій 0,001-0,05 залізо решта. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3