сталь

Формула изобретения

Сталь для производства мелющих шаров диаметром от 80 до 100 мм, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,36-0,44
марганец	1,10-1,60
кремний	0,90-1,50
алюминий	0,005-0,025
ниобий	0,010-0,030
хром	0,80-1,20
азот	0,008-0,020
железо и примеси	остальное,

при этом в качестве примесей содержатся сера - не более 0,030, фосфор - не более 0,030 и медь - не более 0,40.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали повышенной прокаливаемости, используемой для производства мелющих шаров особо высокой твердости диаметром от 80 до 100 мм.

Известна сталь [1], используемая для изготовления мелющих шаров, содержащая (в мас.%):

углерод	0,45-0,65
марганец	0,60-1,00
кремний	0,60-1,20
алюминий	0,01-0,06
бор	0,0025-0,0040
медь	0,06-0,36
титан	0,02-0,06
железо	остальное

Существенным недостатком данной стали является недостаточно высокая износостойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из данной стали, из-за низкой твердости на поверхности и по сечению.

Известна также сталь [2], выбранная в качестве прототипа, содержащая (в мас.%):

углерод	0,50-0,85
марганец	0,70-1,50
кремний	0,80-1,50
алюминий	0,002-0,06
один из элементов
группы, содержащей
ниобий и церий	0,0002-0,05
железо	остальное

Недостатками этой стали являются повышенная раскалываемость при закалке в воде, а также недостаточно высокая эксплуатационная стойкость шаров диаметром от 80 до 100 мм, изготовленных из этой стали.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: снижение раскалываемости при закалке в воде, а также повышение эксплуатационной стойкости мелющих шаров диаметром от 80 до 100 мм за счет увеличения прокаливаемости и повышения твердости на поверхности и по сечению.

Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, ниобий и железо, дополнительно содержит хром и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):

углерод	0,36-0,44
марганец	1,10-1,60
кремний	0,90-1,50
алюминий	0,005-0,025
ниобий	0,010-0,030
хром	0,80-1,20
азот	0,008-0,020
железо	остальное

при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,40%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок.

Содержание углерода 0,36-0,44% выбрано исходя из того, что при данной концентрации углерода образуется реечный мартенсит, который менее хрупок, чем хрупкопластинчатый мартенсит, образующийся при концентрации углерода свыше 0,44%.

Соотношение марганца выбрано исходя из того, что при содержании марганца до 1,60% обеспечивается повышение твердости, прокаливаемости и сопротивляемости к трещинообразованию. Нижний предел выбран исходя из того, что марганец при содержании менее 1,10% не оказывает требуемого влияния на твердость и прокаливаемость.

Кремний до 1,5% увеличивает прокаливаемость и повышает износостойкость шаров. При снижении концентрации кремния менее 0,90% значительно уменьшаются данные характеристики.

При увеличении содержания хрома до 1,20% повышается твердость, прокаливаемость стали и обеспечивается получение мелкодисперсной структуры, что в свою очередь приводит к увеличению износостойкости мелющих шаров. При содержании хрома менее 0,80% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали и, следовательно, износостойкости шаров.

Содержание алюминия (0,005-0,025%) выбрано исходя из, с одной стороны, получения мелкого действительного зерна, с другой - исключения получения недопустимых глиноземистых неметаллических включений, увеличивающих склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках.

Азот способствует образованию нитридов алюминия в стали. Концентрация азота менее 0,008% не приводит к образованию нитридов, обеспечивающих измельчение действительного зерна и, как следствие, снижение склонности шаров к раскалыванию при ударных нагрузках. При повышении азота более 0,020% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».

При содержании ниобия в количестве 0,010% образуются сложнолегированные карбиды, воздействующие положительно на измельчение аустенитного зерна и очищающие их границы от вредных примесей, а также увеличивающие ударную прочность и прокаливаемость. Увеличение содержания ниобия свыше 0,030% экономически невыгодно и нецелесообразно из-за его отрицательного влияния на жидкотекучесть стали и на качество поверхности шаров, а также их раскалываемость.

Ограничение содержания серы, фосфора и меди выбрано исходя из качества поверхности готовых мелющих шаров.

Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-1 00Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку и термообработку шаров с прокатного нагрева по технологии двухстадийного охлаждения с самоотпуском. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение твердости и эксплуатационной стойкости шаров.

Источники информации

1. А.с. СССР № 1446189, C22C 38/16.

2. А.с. СССР № 1733495, C22C 38/12.

Таблица 1
Химический состав стали
Состав	C	Mn	Si	Al	Nb	Cr	N	P	S	Fe
1	0,35	1,46	1,29	0,014	0,012	0,88	0,013	0,021	0,014	ост.
2	0,40	1,60	1,30	0,011	0,01	1,20	0,014	0,016	0,012	ост.
3	0,43	1,48	1,42	0,016	0,02	1,11	0,012	0,023	0,016	ост.
4	0,44	1,58	1,24	0,012	0,015	1,15	0,011	0,015	0,013	ост.
5	0,42	1,25	1,36	0,013	0,017	1,14	0,015	0,024	0,018	ост.
6	0,48	1,52	1,48	0,014	0,022	1,10	0,013	0,021	0,023	ост.
прототип	0,50-0,85	0,70-1,50	0,80-1,50	0,002-0,06	0,0002-0,05	-	-	0,022-0,032	0,018-0,024	остальное

Таблица 2
Механические свойства стали
Состав	Твердость, МПа	Износ, г	Раскалываемость шаров, %	Величина мартенситной и полумартенситной зоны, мм
на поверхности	на глубине 1/2 R (25 мм)
1	495	415	0,31	0	38
2	514	477	0,23	0,5	50
3	555	514	0,20	2,5	50
4	534	495	0,22	2,1	50
5	555	495	0,23	2,7	50
6	578	534	0,18	3,0	50
прототип	496-524	-	0,19-0,41	2,2-3,7	19-28