Сталь для валків, переважно крупносортних прокатних станів

Реферат: Сталь для валків, переважно крупносортних прокатних станів, містить залізо, вуглець, марганець, кремній, хром, нікель, молібден, а також неминучі технологічні домішки. Вона додатково містить ванадій. UA 121513 U (12) UA 121513 U UA 121513 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до металургії і машинобудування, зокрема до виробництва сталі, та може бути використана при виробництві крупносортних валків гарячої прокатки з глибокими калібрами, що експлуатуються при температурі 1200-1300 °C в умовах високих механічних навантажень. Відома легована сталь для виготовлення робочих валків листових і сортових станів гарячої прокатки, яка складається з таких компонентів, мас. %: вуглець 0,65-0,75 марганець 0,90-1,30 кремній 0,40-0,60 хром 2,50-3,0 нікель 0,30-0,50 молібден 0,60-0,80 ванадій 0,10-0,30 не більше сірка 0,025 не більше фосфор 0,025 залізо решта. [UA №18493, С22С 38/46, Бюл. № 6, 25.12.1997].; Валки з цієї сталі мають підвищену прогартовуваність і твердість, яка після спреєрного гарту та відпускання при 580-600 °C становить 330-380 НВ. Недоліком цієї сталі є велика структура карбідів і пов'язаний з цим нерівномірний знос, а також чутливість до різких змін температури і схильність до розпалу. Відома також сталь 45ХНМ для виготовлення робочих валків гарячої прокатки, яка складається з наступних компонентів, мас. %: вуглець 0,40-0,50 марганець 0,50-0,80 кремній 0,17-0,37 хром 1,30-1,70 нікель 1,20-1,60 молібден 0,10-0,30 не більше сірка 0,040 не більше фосфор 0,040 залізо та неминучі решта. технологічні домішки [Отраслевой стандарт "Валки стальные кованые для холодной прокатки металлов. Технические условия", ОСТ24.013.20-90, 1990, C.7]. Дана сталь може використовуватись при ; виготовленні робочих валків крупносортних станів гарячої прокатки. За сукупністю суттєвих ознак описана сталь є найбільш близьким аналогом (прототипом). При використанні валків із цієї сталі, що мають досить високу міцність (не нижче 1000 МПа) і зносостійкість, при виникненні критичних навантажень в умовах перших клітей станів, що прокочують широкосмугові двотаврові балки, шпунтові палі або спеціальні рейки, валки часто виходять з ладу внаслідок відколів калібрів. Також спостерігається підвищений знос на бічних стінках калібрів із високою редукцією металу при прокатці. В основу корисної моделі поставлено задачу - створити сталь для валків, переважно крупносортних прокатних станів, що забезпечує мінімальний знос і експлуатаційну стійкість великих профілів при граничних навантаженнях. Ця задача вирішується за рахунок технічного результату, що полягає в підвищенні міцності та в'язкості сталі. Для забезпечення зазначеного технічного результату сталь для валків, переважно крупносортних прокатних станів, містить такі елементи, мас. %: вуглець 0,53-0,58 марганець 0,65-0,95 кремній 0,10-0,40 хром 1,0-1,20 нікель 1,60-1,80 молібден 0,45-0,55 ванадій 0,07-0,12 залізо та неминучі решта. 1 UA 121513 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 технологічні домішки(зокрема, сірка - не більше 0,015, фосфор - не більше 0,020) Відома і заявлена сталь мають наступні подібні ознаки: сталь для валків, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, нікель молібден, неминучі технологічні домішки та залізо. Заявлена сталь має такі відмітні ознаки: сталь додатково містить ванадій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,53-0,58 марганець 0,65-0,95 кремній 0,10-0,40 хром 1,0-1,20 нікель 1,60-1,80 молібден 0,45-0,55 ванадій 0,07-0,12 залізо та неминучі решта. технологічні домішки Між відмітними ознаками корисної моделі та технічним результатом, що досягається, є причинно-наслідковий зв'язок.; Завдяки наявності в заявленій сталі ванадію в процесі кристалізації сталі утворюються тугоплавкі дрібнодисперсні з'єднання, які є центрами кристалізації та подрібнюють первинну структуру, підвищуючи міцність і пластичні властивості сталі. При вмісті в сталі ванадію менше 0,07 % модифікуючий ефект ванадію знижується. При вмісті ванадію більше 0,12 % модифікуючий ефект не зростає, а вплив на твердість комплексних хром-молібденових карбідів є несуттєвим. Вміст хрому в межах 1,0-1,20 % покращує прогартовуваність, підвищує міцність, пластичність і в'язкість сталі. Це дозволяє отримати необхідний загартований шар в основі профілю. Наявність молібдену і ванадію підвищує прогартовуваність сталі. Молібден у кількості 0,450,55 % сумісно з хромом у кількості 1,0-1,20 % утворюють складний карбід (MoFe)23С6, який, на відміну від простих карбідів хрому Сг7Сз із твердістю 1100-1200HV, має твердість 1400-2000HV, що забезпечує високу зносостійкість валків, а також підвищує межі міцності та текучості при збереженні пластичних властивостей. При зменшенні вмісту молібдену менше 0,45 % твердість складних карбідів і їх кількість зменшується, що веде до зниження пластичних властивостей сталі. Вміст вуглецю в межах 0,53-0,58 % в сукупності з легуючими елементами після гарту забезпечує підвищення міцності, утворені дрібнодисперсні карбіди типу МС, М2С, МЗС, М7С зміцнюють матрицю, забезпечуючи підвищення зносостійкості при пластичній деформації сталі в профілях валка. Наявність марганцю в межах 0,65-0,95 %, розчиненого в металевій матриці, підвищує прогартовуваність і твердість валків. При вмісті марганцю менше 0,65 % відбувається зниження зазначених властивостей. При вмісті марганцю понад 0,95 % подальшого підвищення властивостей не відбувається. Кремній в кількості 0,10-0,40 % забезпечує мінімальну активність кисню і, відповідно, мінімальний рівень оксидів, їх прийнятну глобулярну форму. При вмісті кремнію менше 0,10 % в металі різко зростає кількість оксидів, а вміст кремнію більше 0,40 % до суттєвого підвищення чистоти металу не призводить. Наявність кремнію в сталі сприяє обмеженню активності кисню і, відповідно, отриманню мінімального вмісту оксидів сприятливої морфології. При вмісті кремнію менше 0,10 % підвищується активність кисню, зростає кількість неметалічних включень у вигляді оксидів, форма їх стає більш гострокутною, що негативно впливає на всі механічні властивості. При вмісті кремнію більше 0,40 % подальшого впливу на активність кисню і на зазначені властивості не відбувається. Нікель сприяє підвищенню міцності та пластичності сталі, зменшує схильність до крихкого руйнування, що особливо важливо в умовах нагрівання і високих зсувних навантажень в основі профілю крупносортних валків. При вмісті нікелю менше 1,60 % міцність сталі знижується, що при критичних навантаженнях може привести до утворення тріщин і відколу профілю. При вмісті нікелю більше 1,80 % подальшого підвищення властивостей не відбувається, зростає витрата дорогого легуючого елемента та собівартість сталі. 2 UA 121513 U 5 10 15 20 Як результат, досягається збільшення запасу міцності при критичних навантаженнях за рахунок збільшення межі міцності й ударної в'язкості, а також підвищення розпалостійкості стінок калібрів, що забезпечує мінімальний знос і експлуатаційну стійкість крупних профілів при граничних навантаженнях. Корисна модель промислово застосовна - вона впроваджується на Новокраматорському машинобудівному заводі (NKMZ) при виготовленні крупносортних валків для станів гарячої прокатки широкої балки, портового шпунта, спеціальних рейок. У виробничих умовах NKMZ були проведені дослідження твердості та механічних властивостей заявленої сталі, а також відомої сталі, прийнятої як прототип (сталі-прототипу). Вихідні дані: технологічні операції - виплавка і обробка сталі; виливання злитків; кування заготовок валків; остаточна термообробка (режим загартування і відпускання); промислове обладнання для виплавки сталі - дугова електросталеплавильна піч; установка ківш-піч для позапічної обробки сталі; вакуумна камера для розливання сталі; промислове обладнання для остаточної термообробки - термічні печі для об'ємного нагрівання валків; водоповітряний спреєр для диференційованого охолодження валків; термічні печі для виконання відпускання; хімічний склад сталі - див. таблицю 1 (плавки № 1-3 - заявлена сталь, плавка № 4 - стальпрототип). Метал для досліджень твердості та механічних властивостей сталі відбирався з припусків (Ø01100, L820) на зовнішній бічній частині бочки валків, виготовлених із заявленої сталі та зі сталі-прототипу. Таблиця 1 Хімічний склад сталі № плавки 1 2 3 4 С 0,56 0,55 0,57 0,46 Мn 0,78 0,79 0,84 0,59 Вміст елементів. мас. %* Si Сr Ni 0,24 1,12 1,64 0,27 1,12 1,68 0,29 1,18 1,64 0,25 1,48 1,28 Mo 0,47 0,46 0,51 0,14 V 0,10 0,11 0,08 * решта - Fe, неминучі технологічні домішки 25 30 Як міра твердості сталі використана твердість, визначена методом Брінелля; як міра міцності сталі - межа міцності при розтягуванні (тимчасовий опір розриву) σв і межа текучості умовна σ0,2; якості міри в'язкості - ударна в'язкість KCV, визначена на ударному зразку концентратором виду V. Результати визначення твердості, тимчасового опору розриву, межі текучості умовної й ударної в'язкості заявленої сталі та сталі-прототипу (плавка № 4) наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Результати визначення механічних властивостей сталі № плавки 1 2 3 4 35 Твердість, НВ 361 358 366 345 σв, МПа 1080 1100 1090 1035 Механічні властивості 2 σ0,2, МПа KCV, Дж/см 875 46 890 44 880 45 840 32 Як випливає з таблиці 2, заявлена сталь у порівнянні зі сталлю-прототипом має більш високий комплекс твердості та механічних властивостей, що найбільш виражено в показниках ударної в'язкості, збільшених на 7-11 %. Таким чином, за рахунок легування сплаву в оптимальних співвідношеннях компонентів збільшуються твердість, міцність і в'язкість сталі, що дозволяє мінімізувати знос і збільшити експлуатаційну стійкість прокатних валків в умовах критичних навантажень. 3 UA 121513 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Сталь для валків, переважно крупносортних прокатних станів, що містить залізо, вуглець, марганець, кремній, хром, нікель, молібден, а також неминучі технологічні домішки, яка відрізняється тим, що вона додатково містить ванадій, при наступному співвідношенні елементів, мас. %: вуглець 0,53-0,58 марганець 0,65-0,95 кремній 0,10-0,40 хром 1,0-1,20 нікель 1,60-1,80 молібден 0,45-0,55 ванадій 0,07-0,12 залізо та неминучі технологічні решта. домішки Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4