Сталь

 

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, алх миний, кремний и ..желе- , зо, отличающаяся тем,что с целью повышения механических свойств после длительной выдержки при температуре до 6 О , она содержит коотоненты при следукадем соотношении , мае.%: 0,3-0,5 Углерод 25 -27 Марганец 4,0-4,5 Алюминий 2,0-2,5 Кремний Остёшьное Железо

COOS СОВЕТСКИХ

ХЮ№№№№ИШ

РЕСПУБЛИК

Зщ) С 22 С 38/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „„. к №вто№сн№м сеиагипь№тви

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИИ (21) 3545524/22-02 (22) 28.01.83 (46) 15.03.84. Бюл. 9 10 (72) Г.П.Горецкий, T.A.×éëåê„

В.Ф.Лисицын и В.И.Гуринович (71) Физико-Tехиический институт

AH Белорусской ССР (53) 669.14 ° 018.52 ° 85-194 (088.8} .(56) 1.Сталь Х18Н10Т. ГОСТ 5632-61.

2.Патент ChlA 9 3024103, кл.75-124, опублик. 1962.,SU> A (54) (57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, алюминий, кремний и .железо, отличающаяся тем,что, с целью повышения механических . свойств после длительной выдержки при температуре до 600 С, она содержит компоненты при следующем соотно,шении, мас.В

Углерод 0,3-0 5

Марганец 25 -27

Алюминий 4,0-4,5

КремниЯ 2,0-2,5

Железо Ост аль ное

1079689

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к беэникелевым сталям аустенитного класса теплоустойчивых до температур 600 С.

Сталь может быть использована в качестве материала для изготовления деталей термического оборудования, работающих под значительными нагрузками при повышенных температурах..Такими деталями являются ,,кронштейны, поддоны термических печей, решетки и др. В настоящее время основным материалом для их изготовления является хромоникелевая аустенитная сталь марки

Х18Н10Т (1)

Эта сталь имеет удовлетворительные механические свойства при повышенных температурах и высокую стойкость против коррозии в окислительных средах при повышенных температурах.

Недостаток этой стали — высокая себестоимость, определяется химсос=авом хромоникелевых сталей, для обеспечения которого требуются дорогостоящие шихтовые материала, в частности остродефицитный никель.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является сталь f2/ содержащая, вес.,:

Алюминий 8,0-10i0

Марганец 20-35

Углерод 0,75-1,10

Кремний 1-2

Железо Остальное

Данная сталь обладает высокими значениями жаростойкости, а также прочностных и пластических характеристик при комнатной и повышенных до 815 С температурах. B состоянии

О после закалки она имеет следующие механические свойства:

Предел прочности на растяжение,кг/мм

2 84

Предел текучести, кг/мм 57, 6

Относительное удлинение, Ъ 72

Относительное сужение, Ъ 70

Недостатком данной стали является резкое снижение механических свойств после длительной выдержки при повышенных температурах.

Выдержка стали в течение 200 ч при бОООС приводит почти к полной потере пластических свойств и резкому снижению прочностных. Это относится к испытаниям как при комнат ной, так и при повышенных температурах.

Цель изобретения — повышение ме1 ханических свойств стали после дли" тельной выдержки при температуре до 600 С.

Поставленная цель достигается тем, что.сталь, содержащая углерод марганец, алюминий, кремний и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.Ъ:

Углерод О, 3-0,5

Марганец 25-27

Алюминий 4,0-4,5

Кремний 2,0-2,5

Желез о Остальное

Снижение количества алюминия и углерода по сравнению с известной

10 сталью обусловлено необходимостью предотвращения возникновения карбидов типа Fgq AР С1 при повышенных температурах, а марганца — выделение фазы p — МИ. Указанные содержания j5 алюминия и кремния являются доста-. точными для обеспечения необходимого уровня жаростойкости.

Для обоснования пределов содержания компонентов проводят серию плавок предлагаемой стали (плавки

1-12),.определяют их механические свойства, выявляют влияние химсостава и термообработки на стабильность аустенитной структуры определяют жаростойкость при 600 С в воздушной среде. Для сравнения выплавляют известную сталь (плавка 13).

Плавки проводят в основной индукционной печи по общепринятой техно30

Химический состав плавок приведен в табл. 1.

В качестве шихтовых материалов могут применяться обычные промышленные сплавы (ферромарганец, ферросилиций, вторичный алюминий и т.д.) в соотношениях, обеспечивающих необходимый химсостав. Отливки,. полученные путем заливки в металлическую форму, проковываются в пру40 ток диаметром 16 мм при 1050-1100 С.

Для определения влияния длитель- ной выдержки при повышенных температурах на структуру и свойства сталей проводят соответствующую термо45 обработку, которая состоит из,предварительной закалки с 1100 С в воду и выдержки заготовок при 600 С в течение 200 ч.Испытания жаростойкости в воздушной среде при 600 С и механи -ческие испытания при комнатной и повышенной температурах проводят по стандартным методикам., Результаты испытаний при комнатной температуре представлены в табл.2, при 600 С вЂ” в табл.3; при этом при0 няты следующие обозначения:

dg — предел прочности на растяжение, МПа;

6т — предел текучести, МПа;

S — относительное удлинение,Ъ;

60 4 — относительное сужение,%;

4к - ударная вязкость,КДж/м

k — жаростойкость при 500 С, г/и ч.

Как видно иэ данных табл. 2, опти65 мальным комплексом механических

1079689

Таблиц а 1

Содержание элементов, мас.В

АЕ

Плавка

28,1

4,64

2,32

0,34

0,32

24,1

4,48

2,46

27,0

4,47

2,03

25,0

0,48

4,00

2,50

0,41

26,1

4,28

2,21

2,42

0,50

26,9

4,50

4,10

0,30

25,3 2,00

0,23

24,2

4,52

2,40

0,59

27,1

4,46

2,22.1,86

0,44

26,8

3,90

0,39

0,32

26,8

25,3

4,03

1,90

4,56

2,62

1,04

1,24

8.16

29,9 свойств и стойкости против окисления при 600 С обладают образцы плавок

3-7 Увеличение количества марганца а выше 27 мас.В (плавка 1) при заданных соотношениях остальных элементов приводит к выделению Р -марганца после длительной выдержки при 600 С, что отрицательно сказывается на механических свойствах, особенно яа пластических характеристиках. Резко снижается ударная вязкость. Неблагоприятным оказывается и уменьшение количества марганца ниже 25 мас.% (плавка 2) . В структуре стали при этом образуется значительное количество феррита, а относительное уд- 35 линение и сужение снижается в 2-3 раза. Аналогичным образом влияет и уменьшение количества углерода ниже 0,3 мас.% (плавка 8) . Увеличение содержания углерода сверх 20

0,5 мас.В (плавка 9) приводит к выделению карбидов во время длительной.выдержки при повышенных температурах, а это, в свою очередь, .отрицательно влияет на пластические ! свойства стали и ударную вязкость °

Нежелательным является снижение в стали содержания алюминия менее

4,0 мас.Ъ и кремния менее 2,0 мас.%.

В этом случае наблюдается существенное снижение жаростойкости (в 2-3 раза), хотя прочностные свойства остаются высокими (плавки 10 и 11) .

Увеличение алюминия сверх 4,5 мас.Ъ (плавка 8) и кремния сверх 2,5 мас.В (плавка 12)повь>шает жаростойкость, однако в структуре стали наряду с аустенитом появляется феррит, и механические свойства стали значителъно снижаются.

Результаты испытаний известной стали свидетельствуют, что s состоянии после закалки известная сталь имеет высокие механические свойства как при комнатной температуре, так и при 600 С (табл. 2 и 3). Однако выдержка ее в течение 200 ч при

600 С приводит к такому существенному снижению механических свойств, что практическое использование этой стали в качестве деталей печной арматуры становится невозможным.

Жароетойкость опытных сталей незначительно уступает жаростойкости известной стали, несмотря на двухкратное снижение содержания алюминия. Это объясняется тем, что пониженное содержание углерода в стали по сравнению с известной оказывает положительное влияние на сопротивление к окислению.

Учитывая потребность в такого рода материалах производственного объединения МТЗ, определенную ориентировочно в количестве 80-100 т, экономическая эффективность от внедрения изобретения составляет

30000 руб.

1079689

Т а б л и ц а 2!

Плавка

770

415

26

3360

750

400

2420

690

370

70

2860

760

395

3130.

370

740

3040

400

745

3410

69

715

345

2900

730

33

2830

415

780

380

765

3130

360

740

3200

715

405

2220

30

В65

69. 66

600

288"

Продолжение табл. 2

Жаростойкость нри

600 С

Плавка (н

360

470

625

1800

24

755

440

3020

380

690

3030

380

745

2940

390

750

3170

410

755

3080 бб

340

725

1370

25

3В5

725

0,0540

380

490

840

3230

0,0992

0,0986

0,0283

0,0266

380

760

3140

68

370

745

1690

440

24

705

0,8

190

1,5

210

215

Механические свойства после закалки (ь, (в

Механические свойства после выдержки при 600 С в течение 200 ч

0,0460

0,0312

0,0320

0,0399

0,0338

0,0320

0,0389

0,0331

1029689

Т а б л и ц а 3 бй бт 8

22

460

290

20

310

34

505

24

39

505

300

490

280

295

120.13

32

130

1,9

1,0

Составитель Л.Суязова

Редактор Т.Веселова Техред С,Легеза

КорректорЛ.Пилипенко

Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 1262/26

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Механические свойства после закалки

445 285

435 300

500 310

485 285

485 310

590 420

Механические свойства после выдержки при 600 С в течение

200 ч