Результат интеллектуальной деятельности: ИЗНОСОСТОЙКАЯ МЕТАСТАБИЛЬНАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным метастабильным сталям, и может найти применение для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного воздействия или подвергаемых значительным ударным нагрузкам, в том числе для изготовления горнодобывающего и дробильного оборудования, ковшей экскаваторов, траков гусеничных машин, шнеков, бил молотковых дробилок, деталей землеройных и почвообрабатывающих машин.

Известна аустенитная метастабильная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, ванадий, титан, алюминий, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,9-1,3; марганец 6,0-10,0; кремний 0,3-0,7; хром 1,0-1,8; никель 0,7-3,0; азот 0,06-0,12; ванадий 0,1-0,3; титан 0,08-0,15; алюминий 0,05-0,1; кальций 0,01-0,08; железо - остальное. Известная сталь в отливках после закалки имеет аустенитную структуру и обладает высокой износостойкостью при ударном воздействии и удовлетворительной ударной вязкостью при пониженной температуре. (RU 2017859, С22С 38/58, опубликовано 15.08.1994)

Недостатком этой стали является недостаточно высокие механические характеристики при легировании на нижнем уровне, а также повышенная стабильность аустенита при комнатной температуре при легировании на верхнем уровне, в результате чего мартенситное превращение, обеспечивающее высокую износостойкость, при абразивном воздействии не происходит. Мартенситное превращение в этой стали при легировании на верхнем уровне возможно только лишь при низкотемпературной деформации.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является метастабильная аустенитная сталь для высоконагруженных деталей, содержащая углерод, марганец, хром, никель, азот, ванадий, титан, церий, кальций, барий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод ≤0,06; марганец 7,50-8,50; хром 14,00-16,00; никель 8,50-9,50; азот 0,20-0,40; ванадий 0,90-1,50; титан 0,01-0,20; церий 0,015-0.02; кальций 0,001-0,02; барий 0,001-0,01; железо - остальное. При этом отношение содержания ванадия и титана к азоту и углероду составляет 3,1-3,3. Известная сталь после ковки, закалки и старения обладает повышенными значениями пластичности и вязкости при криогенных температурах. (RU 2173351, С22С 38/58, опубликовано 10.09.2001).

Недостатками этой стали являются недостаточные механические характеристики при высоком уровне легирования марганцем, хромом, никелем и ванадием, а также повышенная стабильность аустенита при комнатной температуре, в результате чего мартенситное превращение, обеспечивающее высокую износостойкость, при абразивном воздействии не происходит. Мартенситное превращение в этой стали возможно только лишь при низкотемпературной деформации.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик и износостойкости стали в условиях интенсивного абразивного воздействия или воздействия значительных ударных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что износостойкая аустенитная метастабильная сталь содержит углерод, марганец, хром, никель, азот, ванадий, титан, церий, кальций, кремний, железо и естественные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предлагаемые диапазоны концентраций компонентов являются оптимальными с точки зрения достижения технического результата.

Углерод в концентрации 0,10-0,30 мас.% обеспечивает высокую технологичность в процессе выплавки стали, высокую прочность и износостойкость стали. При более низком содержания углерода снижаются механические свойства и износостойкость стали за счет уменьшения содержания углерода в твердом растворе, а при более высоком содержании углерода ускоряется коалесценция карбидов и карбонитридов, что повышает прочностные характеристики, но снижает ударную вязкость. Кроме того, увеличивается стабильность аустенита, что снижает износостойкость стали при интенсивном абразивном воздействии.

Оптимальное сочетание содержания хрома, марганца, никеля, ванадия, углерода и азота обеспечивает высокую износостойкость стали за счет формирования структуры метастабильного аустенита, способного при интенсивном абразивном воздействии превращаться в мартенсит. Более низкое содержание хрома уменьшает упрочнение твердого раствора, а более высокое содержание чем 12,50 мас.%, нецелесообразно, так как требуемый уровень свойств уже обеспечен.

Оптимальное содержание ванадия в сочетании с титаном и церием обеспечивает вывод азота из твердого раствора, что делает сталь метастабильной и обеспечивает превращение аустенита в мартенсит при абразивном или ударном воздействии.

Дополнительное введение в сталь кремния в количестве 0,10-0,50 мас.% повышает прочностные характеристики стали и уменьшает стабильность аустенита.

Изобретение можно проиллюстрировать результатами сравнительных испытаний стали по изобретению и стали - ближайшего аналога (таблица).

Выплавку сталей проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые заготовки. Полученные отливки подвергали нагреву в интервале температур 1050-1070°С с последующей закалкой в воду и дробеструйной обработке для упрочнения поверхностного слоя стали. Известную сталь закаливали в воду с температуры 1150°С и отпускали при 650°С в течение 10 ч.

Механические свойства сталей оценивали по стандартной методике при комнатной температуре, а износостойкость определяли по результатам абразивной пескоструйной обработки с углом атаки 80 градусов.

Из представленных данных следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение прочностных характеристик, а также износостойкости стали в условиях интенсивного абразивного воздействия