сталь для прокатных валков

Формула изобретения

Сталь для прокатных валков, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель и РЗМ при следующем содержании компонентов, мас.%:

углерод	1,45-1,65
кремний	0,10-0,40
марганец	0,15-0,45
хром	11,0-12,5
ванадий	0,15-0,30
молибден	0,40-0,60
никель	0,20-0,40
РЗМ	0,01-0,03
сера	не более 0,03
фосфор	не более 0,03
железо	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности, для прокатных валков трубоэлектросварочных станов.

Известна сталь [1] для изготовления деталей машин, оборудования, работающих в условиях трения скольжения, содержащая, мас.%:

Углерод	0,8-1,2
Кремний	0,3-0,8
Марганец	0,3-0,8
Хром	14,0-16,0
Молибден	2,0-3,0
Вольфрам	0,8-1,2
РЗМ	0,1-0,2
Магний	0,01-0,02
Теллур	0,001-0,002
Бор	0,1-0,2
Цирконий	0,1-0,2
Железо	Остальное

Известная сталь имеет повышенную износостойкость (износ в относительных единицах 70,9, при условиях сухого трения, при удельном давлении до 100 кгс/см² , скорости скольжения до 5,7 м/с, контртело - чугун серый модифицированный МСЧ 28-48).

Недостатком известной стали является высокое содержание хрома (14,0-16,0), молибдена (2,0-3,0), вольфрама (0,8-1,2) при значительном содержании углерода (0,8-1,2). Данное сочетание элементов приводит к формированию крупных конгломератов карбидной фазы смешанного состава (Сr, Мо, W)₇С ₃ и (Cr, Mo, W)₂₃C₆, имеющих неблагоприятную форму и располагающихся по границам зерен. Являясь концентраторами напряжений в локальных объемах межзеренного пространства, карбидные включения снижают физико-химические и эксплуатационные свойства материала.

Значительное содержание в составе известной стали компонентов, имеющих высокое химическое сродство к вредным (сера, кислород) элементам (РЗМ+Mg+В+Zr 0,31 мас. %) приводит к конкуренции элементов и их неоправданному расходу. Кроме того, высокое их содержание в известной стали приводит к загрязнению границ кристаллов продуктами их взаимодействия с вредными элементами, что снижает свойства материала.

Теллур и его летучие соединения токсичны. Поэтому использование его в качестве компонента сплава ведет к ухудшению экологической обстановки при производстве стали.

В качестве прототипа принята более близкая по назначению, технической сущности и достигаемому результату сталь марки Х12МФ [2], содержащая элементы при следующем соотношении (% мас.):

Углерод	1,45-1,65
Кремний	0,10-0,40
Марганец	0,15-0,45
Хром	11,0-12,5
Ванадий	0,15-0,30
Молибден	0,40-0,60
Сера	Не более 0,03
Фосфор	Не более 0,03
Железо	Остальное

Известную сталь рекомендуется использовать для холодных штампов высокой устойчивости против истирания, в частности для прокатных валков и роликов.

Недостатком указанной марки стали являются невысокие эксплуатационные свойства, в частности износостойкость, а также твердость при изготовлении из нее валков трубоэлектросварочных станов. Это приводит к ускоренному износу рабочего профиля валка и снижению качества выпускаемой продукции (труб).

Задачей настоящего изобретения является разработка состава стали для прокатных валков.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик:

износостойкости и твердости прокатных валков из стали.

Этот технический результат достигается тем, что в сталь для прокатных валков, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, серу, фосфор, железо, дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Углерод	1,45-1,65
Кремний	0,10-0,40
Марганец	0,15-0,45
Хром	11,0-12,5
Ванадий	0,15-0,30
Молибден	0,40-0,60
Никель	0,20-0,40
РЗМ	0,01-0,03
Сера	Не более 0,03
Фосфор	Не более 0,03
Железо	Остальное

Повышение твердости и износостойкости достигается за счет введения в состав стали никеля и РЗМ.

Никель стабилизирует перлитную составляющую в структуре стали, увеличивает дисперсность карбидов, тем самым повышая показатели твердости и износостойкости материала. При содержании в стали никеля менее 0,2 мас.% он не оказывает значительного влияния на стабилизацию перлита и измельчение карбидной фазы. При содержании более 0,4 мас.% дальнейшего увеличения содержания перлита в структуре стали не происходит, размеры карбидов не уменьшаются.

РЗМ обладают высоким химическим сродством к вредным примесям (азоту, водороду, цветным металлам и фосфору) и переводят их из активных в пассивные формы, тем самым очищая границы зерен и повышая комплекс свойств материала, в частности твердость и износостойкость. При содержании в стали РЗМ менее 0,01 мас.% не происходит дезактивации вредных примесей. При содержании более 0,03 мас.% происходит укрупнение соединений РЗМ с вредными примесями, их морфология меняется, они приобретают остроугольную форму и отрицательно влияют на свойства материала, в частности твердость и износостойкость.

Количество углерода, кремния, марганца, хрома, ванадия и молибдена не изменено по сравнению с прототипом, сера и фосфор присутствуют как примеси.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений и, в частности, от прототипа, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение твердости и износостойкости стали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеизложенного технического результата, приведены в примере.

Пример.

Выплавку заявляемой стали производили в электродуговой печи ДСП-3М с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовались передельные чугуны, стальные отходы, ферросплавы. Никель вводили в шихту, лигатура РЗМ вводилась в ковш на струю металла после выпуска 1/4 части металла. Для сравнительных испытаний известная сталь выплавлялась из тех же шихтовых материалов и при одинаковых условиях с заявляемой.

Заливка заготовки осуществлялась в кокиль при Т 1350-1370°С. Полученная заготовка подвергалась ковке. Ковку производили с использованием паровоздушного молота арочного типа М-3150 и ковочного напольного рельсового манипулятора МК-1.25. Ковку заготовок вели на плоских бойках с прибыльной частью методом протяжки.

После ковки заготовка переносились в печь, разогретую до температуры 720-740°С, и выдерживалась 4 часа. Затем производилось охлаждение вместе с печью. Заготовку из известной стали подвергали аналогичной обработке.

Из полученных таким образом заготовок путем механической обработки изготавливались валки для трубоэлектросварочного стана. Полученные валки успешно прошли эксплуатационные испытания в производственных условиях при прокатке труб. Результаты испытаний приведены в таблице (при средних значениях состава стали). Износостойкость оценивалась по общей длине произведенных труб одним валком до критического износа рабочей поверхности валка и вывода его из эксплуатации. Величина износа рабочей поверхности валков замерялась калиброванным шаблоном и щупом.

Как следует из результатов испытаний, заявляемая сталь для изготовления деталей машин и оборудования, работающих в тяжелых условиях, в частности для прокатных валков трубоэлектросварочных станов, по сравнению с известной по прототипу, позволила достичь следующего технического результата: повысить твердость в 1,12-1,20 раза, износостойкость в 1,15-1,18 раза.

Источники информации

1. Сталь. Патент РФ. № 2318073, кл. С22С 38/60. Опубликовано 27.02.2008.

2. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. ГОСТ 5950-2000. Издательство стандартов, Москва, 2000 г.

Химический состав и свойства стали для прокатных валков
№	Химический состав, мас.%	Твердость, НВ	Износостойкость(длина произведенных труб), тыс. м
	С	Si	Mn	Сr	V	Мо	Ni	РЗМ	S	Р	Fe
	Известная сталь - по прототипу
1	1.45	0,1	0,15	11,0	0,15	0,4	-	-	0,028	0,025	ост.	198	650
2	1,65	0,4	0,45	12,5	0,3	0,6	-	-	0,029	0.027	ост.	225	720
	Предлагаемая сталь
3	1,45	0,1	0,15	11,0	0,15	0,4	0,2	0,01	0,021	0,023	ост.	238	770
4	1,65	0,4	0,45	12,5	0,3	0,6	0,4	0,03	0,018	0,021	ост.	252	830