сталь

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, кальций, молибден, титан, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит редкоземельные металлы и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,15 - 0,5

Кремний - 0,15 - 0,4

Марганец - 0,5 - 1,0

Хром - 2,5 - 4,5

Ванадий - 0,2 - 0,4

Алюминий - 0,15 - 0,3

Кальций - 0,002 - 0,02

Молибден - 0,3 - 0,5

Титан - 0,05 - 0,08

Редкоземельные металлы - 0,08 - 0,15

Ниобий - 0,2 - 0,4

Железо - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии стали и литейному производству, в частности к изысканию легированных сталей преимущественно для инструмента горячего деформирования. Известна штамповая сталь, содержащая, мас.

Углерод 0,05-0,17

Кремний 0,6-1,5

Марганец 0,3-0,5

Хром 2,0-6,0

Ванадий 0,2-0,4

Редкоземельные металлы 0,01-0,15

Кальций 0,01-0,03

Алюминий 0,08-0,12

Бор 0,001-0,005

Азот 0,005-0,025

Титан 0,01-0,20

Железо Остальное [1]

Эта сталь применяется для производства штампов.

Однако она имеется недостаточно высокий уровень термостойкости.

Наиболее близкой к изобретению является сталь, содержащая, мас.

Углерод 0,15-0,45

Кремний 0,17-0,37

Марганец 0,40-0,80

Хром 3,0-4,45

Ванадий 0,15-0,25

Бор 0,003-0,006

Алюминий 0,02-0,05

Кальций 0,001-0,01

Молибден 0,3-0,6

Титан 0,03-0,05

Железо Остальное [2]

Однако указанная сталь также имеет недостаточный уровень термостойкости.

Целью изобретения является повышение термостойкости при высоком уровне износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известной предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, кальций, молибден, титан и железо, дополнительно содержит редкоземельные металлы и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,15-0,5

Кремний 0,15-0,4

Марганец 0,5-1,0

Хром 2,5-4,5

Ванадий 0,2-0,4

Алюминий 0,15-0,3

Кальций 0,002-0,02

Молибден 0,3-0,5

Титан 0,05-0,08

Редкоземельные металлы 0,08-0,05

Ниобий 0,2-0,4

Железо Остальное.

Наличие вышеуказанных отличительных от прототипа признаков свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна". Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достигнуть поставленной цели, обусловленной отличительными признаками объекта, изобретение соответствует требованию "положительный эффект".

При установлении необходимых соотношений компонентов исходили из следующих предпосылок.

Углерод. Содержание углерода в стали менее 0,15% приводит к образованию в литой структуре феррита, что вызывает снижение износостойкости, увеличение же содержания углерода свыше 0,5% затрудняет обрабатываемость стали, снижает термостойкость.

Кремний. Содержание кремния менее 0,15% не обеспечивает удовлетворительного раскисления стали, вследствие чего отливка может быть поражена газовыми раковинами. Повышение концентраций кремния выше 0,4% вызывает появление в структуре феррита, что приводит к снижению износостойкости.

Марганец. Содержание марганца менее 0,5% не обеспечивает нужного уровня износостойкости, а при повышении свыше 1,0% увеличивает склонность к образованию холодных трещин.

Хром. При концентрации хрома ниже 2,5% не обеспечивается необходимый уровень износостойкости, увеличение же свыше 4,5% вызывает снижение уровня термостойкости.

Алюминий, кальций, РЗМ. Введение в состав стали алюминия, кальция и РЗМ связано с их высокой раскислительной, рафинирующей и модифицирующей способностями. Снижение содержания газов, серы и измельчение структуры стали обеспечивает высокий уровень термоизносостойкости. При этом особенно важным является снижение общего содержания и сфероидизации неметаллических включений, что сопровождается очищением межзеренных границ, равномерным распределением включений в металле, что наряду с легированием молибденом, титаном и ниобием также вызывает значительное повышение термоизносостойкости. Экспериментально доказано, что введение в состав стали алюминия, кальция и РЗМ, выполняющих известные функции, приводит к усилению их взаимного влияния.

При содержании алюминия, кальция и РЗМ соответственно ниже 0,15; 0,002; 0,08% не достигается необходимый уровень термоизносостойкости из-за недостаточного их влияния на форму неметаллических включений, чистоту границ зерен и их измельчение. При увеличении же их концентраций соответственно свыше 0,3; 0,02; 0,15% появляются неблагоприятно ориентированные неметаллические включения, приводящие к снижению рассматриваемого комплекса свойств.

Молибден, титан, ниобий. Выбранный легирующий комплекс наряду с модифицирующими и рафинирующими присадками обеспечивает достижение поставленной цели повышение термостойкости при высоком уровне износостойкости. При концентрациях молибдена, титана и ниобия соответственно ниже 0,3; 0,05; 0,2% необходимый уровень свойств не достигается, а увеличение их концентраций свыше 0,5; 0,08; 0,4% приводит к удорожанию стали без значительного роста уровня свойств.

Предлагаемую и известные стали выплавляли в идентичных условиях методом переплава в лаборатории кафедры литейного производства в высокотемпературной печи типа СВК 5163. Изучение свойств проводили на образцах, вырезанных из получаемых заготовок в литом состоянии. Износостойкость определяли на машине СМЦ-2, мерой ее была потеря массы образца после испытания. Мерой термостойкости являлась протяженность трещин на площади шлифа после 100 термоциклов.

Анализ результатов испытаний образцов (см. таблицу) показал, что в сравнении с прототипом термостойкость возросла на 36, а износостойкость на 18%