Сплав на основе железа

 

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий углерод, кремний, никель и хром, отличающийся тем, что, с целью повьшения трещиноустойчивости и коррозионной стойкости , он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов , мас.%: 0,6-1,2 Углерод 9,0-11,0 Кремний 0,6-1,0 Никель ,5 Хром 0,3-0,5 Титан Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з,,5И С 22 С 38/50

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPN

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/gal jgij (21) 3576248/22-02 (22) 07.04.83 (46) 07.08.84. Бюл. М- 29 (72) Б.A. Кириевский, Н.И. Кацарава, Н.И. Назаренко и Б.И. Мрочковский (71) Институт проблем литья АН Украинской ССР (53) 669. 15-018.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 668971, кл. С 22 С 38/42, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 692893, кл. С 22 С 38/40, 1977,,SU „„1 1 06847 А (54) (57) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий углерод, кремний, никель и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения трещнноустойчивости и коррозионной стойкости, он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Углерод О, 6-1,2

Кремний 9,0-1 1,0

Никель О, 6-1,0

Хром 0,1-0,5

Титан 0,3-0,5

Железо Остальное

1 110684

Изобретение относится к металлур-. гии и литейному производству и может быть использовано для агрегатов и узлов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, например серной кислоты.

В условиях действия серной кислоты достаточно высокой ст йкостью обладают сплавы с высоким одержанием кремния — свыше 157.

f0

Известен сплав следующего химического состава, мас. 7:

Углерод 0,9-1,0

Кремний 12-13

Никел ь 0,9-1,0

Медь 1,4-1 „5

Хром 0,9-1,0

РЗМ О, 1-0, 15

Железо Остал ьно е

Данный сплав имеет повышенные проч-, ностные характеристики. Так, 30 кг/мм (при изгибе), 12-14 кг/мм (при растяжении), а„= 0,4-0,8 кгм/см и коррозионная

2 стойкость в 407.-ном растворе Н БОд при 60 С составляет 0,03400,0710 мм/год 1 3.

Недостатком данного сплава является его низкая технологичность и, в первую очередь, повышенная склонность к трещинообразованию, что обусловливается повышенным содержанием кремния и образованием, вследствие этого, легированного кремнием феррита и силицидов типа Fe5S . Особенно это проявляется прй лйтье тонкостенных отливок, в покрытиях, наносимых методом намораживания.

Наиболее близким .по достигаемому результату к предлагаемому являет40 ся сплав на основе железа следующего химического состава, мас. :

Углерод 0,9-1,0

Кремний 12,0-13,0

Никел ь 1,9-2, О

Хром О, 9-1,0

Марганец 0,5-0,6

Резкоземельные

Углерод 0,6- t, 2

Кремний 9,0-11,0

Никель 0,6-1, О

Хром О, 1-0,5

25 титан 0,3-0 5

Железо Остальное

При снижении количества углерода относительно рекомендуемых пределов снижается жидкотекучесть сплава, а увеличение содержания углерода более 1 27 вызывает выпадение избыточного феррита в виде крупных включений или спели, вследствие чего в отливках увеличивается пористость и ухудшается коррозионная стойкость

35 сплава

Низкое содержание кремния по срав,нению с известным сплавом обусловлено его влиянием на трещиноустойчивость. Уменьшение прсцентного содержания кремния ниже 11Х приводит к уменьшению трещин и это проявляется тем сильнее, чем ниже содержание кремния, однако при этом резко уменьшается коррозионная стойкость сплава. По данным исследований титан обеспечивает повышение коррозионной стойкости при содержании крем-. ния свыше 97., что объясняется его влиянием .на эффективное содержание кремния. Уменьшение количества вводимого кремния приводит к снижению коррозионной стойкости сплава. Увеличение содержания кремния в сплаве выше указанного предела приводит к образованию хрупких составляющих силицидов железа {Fe>Si, FeSi), т.е. к образованию трещин.

0,1-0,15

Остальное металлы

Желе зо

55

Данный сплав имеет повышенные прочностные характеристики. Так, 5„ р= 30-32 кг/мм (при изгибе), 6> = 14-16 кг/мм2 (при растяжении), а = 0,5-0,8 кгм/см и коррозионная

2 стойкость в серной кислоте при

60"С в течение 400 ч — 0,0380,086 мм/год (2 j.

7 1

Недостатком известного сплава является его низкая трещиноустойчивость и коррозионная стойкость, что обусловлено повышенным содержанием кремния и образованием, вследствие этого, лигированного кремнием феррита и силицидов типа Fe Si .

Особенно это проявляется при литье тонкостенных отливок в покрытиях, наносимых методом намораживания.

Целью изобретения является повышение трещиноустойчивости и коррозионной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что сплав на основе железа, содержащий углерод, кремний, никель и хром, дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас. .:

»0684 4 (3-5) и сплавы с составами, выходящими из заявляеми пределов (2, 6 и 7). Заливались образцы на трещиноустойчивость в виде незамкнутого параллелепипеда, намороженного на стальную трубку, а также образцы беэ надреза на ударную вязкость и образцы на весовую (общую) коррозию. Температура заливки 1280-1300 С. Испыта10 ния на коррозионную стойкость проводились в среде 94,57-ной кипящей серной кислоты на установке, основными элементами которой являются реактор для испытания образцов и обратный холодильник. Нагрев образцов осуществляли в печи, температуру в которой регулируют с помощью КСПЗ-ПИ (точность +2с). Регистрация температуры производилась термопарами ТХА гд в комплексе с потенциометром Ш4500.

Достигаемый уровень свойств предлагаемого сплава позволяет испольТ а б л и ц а 1

Химический состав, мас. 7

С Si Na Mn Cr Ti P3M Fe

Сплав

Известный

0,10 Остальное

1,0 12,3 1,9 0,5 0,92

Предлагаемый

0,6 9,0 0,6

0,1

0,2

1,2 10,5 1,0

0,8 11,0 0,6

0,3

0,1

0,4

0,3

0,6 9,0 0,7

0,4 7,4 1 5

1,0 11,5 0,6

0,5

0,5

0,8

0,8

0,5

0,6

Количество вводимого никеля и хрома определено с учетом его влияния на коррозионную стойкость. Снижение количества вводимого никеля с 0,67. не оказывает значительного влияния на коррозионную стойкость сплава. Увеличивать содержание никеля в сплаве более 17 нецелесообразно, так как заметно увеличивается стоимость сплава без резкого увеличения его коррозионной стойкости.

При увеличении содержания хрома более 0,57. заметно увеличивается хрупкость сплава за счет выделения самостоятельных фаз. Содержание хрома менее 0,17 не оказывает существенного влияния на коррозионную стойкость сплава.

По данным исследований количество вводимого титана определено с учетом повышения коррозионной стойкости сплава при содержании кремния свыше 97., что объясняется его влиянием на эффективное содержание кремния . При увеличении содержания титана свыше 0,57 за счет образования самостоятельных титансодержащих включений (например, карбида титана) коррозионная стойкость сплава уменьшается. При содержании титана менее

0,37. из-за недостаточно высокого эффективного содержания кремния (ввод титана способствует увеличению этого содержания) коррозионная стойкость резко падает.

Были выплавлены: известный сплав, сплавы по предлагаемому составу зовать его взамен высококремнистых сплавов, содержащих свыше t27. Si u дополнительно легированных различными элементами, например молибденом.

Внедрение предлагаемого сплава позволит обеспечить получение новых конструкций теплообменных биметаллических труб, обеспечивающих реализацию конденсаторного принципа получения серной кислоты.

В табл. 1 приведен химический состав сплавов, в табл. 2 — свойства сплавов.! 106847

Таблица 2

Пределы прочности, кг/мм

Ударная вязкость, ан 2 кгм/см

Коррозионная стойкость, мм/год

Трещиноустойчивость, длина трещин, Ю, мм.1

Сплав

6 изг g

Известный

0 8

13

0,013

187

Пр едлагаемый

28 14,5

34 16

0,9

141

1,05

34,5 17,5

1,4

3315 16

1,2

14

34

0 5

Составитель Г. Дудик

Редактор Г. Волкова Техред Ж. Кастелевич Корректор Д. Мельниченко

Подписное

Заказ 5726/20 Тираж 603

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4. Достигаемый уровень свойств предлагаемого сплава позволяет использовать его взамен известного высококремнистого сплава, содержащего свыше 12X Si, вследствие чего известный сплав обладает низкой трещиноустойчивостью. Получение теплооб" менных труб с использованием извесь"

0,025

0,0034

0,0098

0,0044

0,037

0,019 ного сплава невозможно, а также

30 невозможна и реализация конденсаторного принципа получения серной кислоты.

Ожидаемый экономический эффект составит 1000 руб. на каждом теплообменнике, применяемом в условиях

Ново"Полоцкого завода.