Жаростойкая сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сбставу жаростойкой стали для энергетического и химического машиностроения. Цель - повышение жаростойкости в коррозионно-асрессивных средах при температуре 900 С при сохранении технологи- . чности стали. Сталь дополнительно содержит титан, магний и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,10; хром 5,0- 6,5; алкминий 1,8-2,3; кремний 1,0- 1,5; марганец 0,1-0,5; ниобий 0,05- 0,50; титан 0,05-0,25; магний 0,001- 0,050; церий 0,001-0,100; железо остальное, при условий, что сумма алюминия и кремния 3,3-3,8 мас.%, а сумма титана и ниобия 0,1 0,6 мас.%. 6 табл. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ":ЯЩ ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4183227/23-02 (22) 16. 01. 87 (46) 23. 08. 88. Бюл. Р 31 (7i) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

"ЦНИИТМАШ" и Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) А.В.Рябченков, В.А.Таржуманова, К.Я.Федоткин, В.И.Кружков, В.С.Рымкевич, Е.В.Кузнецов, В.П.Харин, Л.Н.Гапоненко, В.Б.Киреев, Н.Н.Козлова, Е.В.Доронина, Г.В.Мухопад, Н.И.Егоров, . В.П.Каминский.и А.В,Шатунова (53) 669.14.018.85/194(088.8) (56) Сталь 15X6CIO. ГОСТ 5632-72.

Авторское свидетельство СССР

9 990862, кл. С 22 С 38/28, 1983. (54) ЖАРОСТОЙКАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сдставу жаростойкой стали для энергетического и химического машиностроения. Цель— повышение жаростойкости в коррозионно-azpeccHamrx средах при температуd ре 900 С при сохранении технологи,чности стали. Сталь дополнительно содержит титан, магний и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%; углерод 0,02-0, 10, хром 5,06,5; алюминий I,8-2,3; кремний 1,01,5; марганец 0,1-0,5; ниобий 0,050,50; титан 0,05-0,25; магний 0,0010,050; церий 0,001-0,100; железо остальное, при условии, что сумма алюминия и кремния 3,3-3,8 мас.Х, а сумма титана и ниобий 0 1

0,6 мас.X. 6 табл.

1 1418346 2

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу жаростойкой стали для энергетического и химического машиностроения, рао ботающего при 900 С в условиях воздействия коррозионно-агрессивных сред.

Цель изобретения — повышение жаростойкости в корроэионно-агрессивных средах при 900 С при сохранении тех- 1р нологичности.

Испытания на жаростойкость проводили в соответствии с ГОСТом. Методы определения жаростойкости на цилиндрических образцах размерами ф 10 х 15 х 15 мм,. вырезанных из кованых заготовок ф13 мм. Температура испытаний о составляла 900 С, продолжительность

500, 1000 и 2000 ч. Испытания проводили в корроэионно-агрессивной угле- 20 родсодержащей среде в контакте с карбидкремниевой массой„ широко исполь- . зуемой для футеровки поверхностей нагрева паровых котлов, а также для сравнения в атмосфере спокойного воз- 25 дух а, Перед испытаниями образцы проходили следующую подготовку: определение площади поверхности, обезжиривание этиловым спиртом, взвешивание на 3р аналитических весах с точностью

ЙО, 1 мг. На одну точку брали по три параллельных образца. За критерий жаростойкости принята убыль массы образца, отнесенная к единице площади его поверхности (мг/см ) . При этом определяли толщину слоя металла, подвергшегося коррозии в процессе испытания, по разности массы образца до и после испытания и удаления с его 0 поверхности продуктов коррозии. Снятие. продуктов коррозии с образцов осуществляли электрохимическим методом в расплаве: 40X NaOH + 60K Na CO> о при температуре 450 С и плотности 45 катодного тока 30 А/дм .

Испытания на жаростойкость проводили в электропечи типа СНОЛ. Подготовленные к испытанию образцы помещали в алундовые тигли, которые устанавливали в реакционную зону испытательной печи, после чего печь включали на нагрев. Отсчет времени испытания образцов вели с момента достижения заданной температуры.

Испытания на жаростойкость в карбидкремнисвои массе проводили по специально разработанной методике, поэволякип< и испытывать образцы при высокой температуре и непосредственном контакте с набивной массой.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных сталей, где плавки 1-4 соответствуют предлагаемой стали, а плавка 5 — известной стали, В табл. 2 представлены результаты испытаний на жаростойкость при 900 С.

Состав карбидкремниевой массы приведен в табл. 3. Для получения набивной массы карбидкремниевый порошок двух фракций смешивали в соотношении, укаэанном в табл. 3. Затем для повышения пластичности массы добавляли каолин и связующее вещество — триполифосфат натрия. Приготовленную массу тщательно перемешивали и укладывали в алундовые тигли, в каждый из которых помещали по три параллельных образца. При этом вся поверхность образцов находилась в непосредственном контакте с набивной массой. Далее массу с образцами просушивали в о сушильном шкафу, при 90 С в течение

24 ч, после чего тигли помещали в испытательную печь, которую включали на нагрев до заданной температуры испытаний. После прохождения определенной .временной базы (500, 1000 и

2000 ч) печь выключали. Выгрузку об- разцов производили из холодной печи.

Методикой испытаний предусмотрено раздельное испытание образцов с обмазкой и без нее; т.е. испытания только на воздухе и при одновременном воздействии воздушной среды и карбидкремниевой массы проводили в разных печах.

Механические свойства сталей onо ределяли при температуре 20 С на машине ИМ-4Р в соответствии с ГОСТом.

В табл. 4 приведено содержание примесей в карбиде кремния.

В табл. 5 представлены результаты химического анализа предлагаемой и известной сталей после испытания в контакте с карбидкремниевой массой при 900 С.

Фазовый состав окисных пленок,образующихся на исследованных сталях, определяли методом рентгеноструктурного анализа,— съемки со шлифов под разными углами в хромовом К -излучении, Химическим анализом сталей после испытания в контакте с карбидкремниевой массой установлено, что содержа1418346

Таблица

Химический состав исследованных сталей

Содержание элементов, мас.X

Si Al+Si Мп Nb Ti Zr Ti Nb

Се М8 Y Pe

01 65 23 10 33 05 03 025 — 055 01

0,5 - Остальное

0,01 - To же

2 .0,087 5,9 2,0 1,4 3,4 0,3 0,5 О, 10 - О, 60 0,05

3 002 50 23

1,5 3,8 0,1 0,05 0,05 — 0,1 0,001

0,001 — . -"4 0,06 5 1 1 8 1 5 3 3 0 25 0,28 0 1 " 0,38 0,01

0,025 005 62 07 1,1 -18 04 0 05

0,05 -"ние углерода в известной стали возрастает по мере увеличения продолжительности испытания и после .2000 ч составило 0,12%, что в 2,4 раза больше по сравнению с исходньпч. В равных условиях испытания предлагаемая сталь подверглась незначительному науглероживанию: содержанию углерода в ней за 2000 ч непрерывного нагрева при

900 С увеличилось всего на 0,01% (табл. 5). В табл. 5 не приведены данные по плавкам 1, 3 и 4, так как в них содержание углерода после испытания по сравнению с исходным так же как и для плавки 2 увеличилось на

0,01%.

Проведенный рентгеноструктурный анализ показал, что на предлагаемой стали образуется окисная пленка, состоящая преимущественно иэ окислов алюминия — А1 Оэ .

Наличие высокозащитной пленки на металле обеспечивает высокую жаро- 26 стойкость предлагаемой стали в условиях воздействия коррозионно-агрессивных сред, в том числе углеродсодержащих, например карбидкремниевой массы. 30

В табл. 6 приведены данные испыо таний образцов на растяжение при 20 С.

Предлагаемая сталь при сохранении технологичности обладает более высокой жаростойкостью при 900 С на воздухе и в коррозионно-агрессивной углеродсодержащей среде по сравнению с известной сталью.

Предлагаемая сталь имеет удовлетворительньп уровень пластических свойств (эначения относительного удлинения и относительного сужения не менее 25 и 64% соответственно, табл.6),, что обеспечивает ей удовлетворительную технологичность при механообработке и различных операциях холодной обработки давлением. Она технологична на всех стадиях передела при изготовлении калиброванного бунта повышенного класса точности и чистоты поверхности, а также при сварке.

Формула изобретения

Жаростойкая сталь, содержащая углерод, хром, алюминий; кремний, марганец, ниобий, железо, о т л ич ающая ся тем, что, с целью повышения жаростойкости в коррозионно-агрессивных средах при 900 С при сохранении технологичности, она дополнительно содержит. титан, церий и магний при следующем соотношении,мас.й:

Углерод 0,02-0,1

Хром 5,0-6,5

Алюминий 1,8-2,3

Кремний 1, 0-1,5

Марганец О, 1-0,5

Ниобий 0 05-0 5

Титан 0,05-0,25

Магнии 0,001-0,05

Церий 0,001-0,1

Железо Остальное при этом сумма алюминия и кремния

3,3-3,8 мас.%, а сумма титана и ниобия 0,1-0,6 мас.%;

1418346

Таблица 2 отери массы образцов, мг/см, за время испытаний

500 ч 2000 ч

Плавка

1000ч

2 56

17,4

1 80

10,22

О 98

5,0

1 15 л.

9,90

0 21

3,71

2 О

17, 43

О 62 а=

7,50

О 19

2, 3,26

1 15

«Л.

14,72

2 14 з.

16,15

1 20

8,92

О 63

Л.

4,50

7 98

17, 50

4 82

7,56

9 95

2.—

49,90

П р и м е ч а н и е. В числителе — данные испытаний на воздухе, в знаменателе — в контакте с карбидкремниевой массой.

Таблица 3

Связующее

Добавки

Наполнитель Карбид кремния У 4 Триполифосфат Каолин, X Вода, Х

Ж натрия, 7.

Карбид кремния

Р 12-63, Х

Таблица 4

1,0

Си

0,5-1, О

О, 1-0,3

Примесь

S i0

Fe 0>

СаО

0,5-2,0

О, 5-2, О

О, 2-0, 6

1-418346

Таблица5

Плавка

Содержание углерода в стали, 7, .после испытания в течение

500 ч !000 ч 2000 ч

0,064 0,07

0,06

0,05

0,07

0,12

П р и м е ч а н и е. Указанное количество углерода в стали является средней величиной содержания по всему объему

t образца размерами 10 х х 15 мм.

Таблица 6

Плавка Предел Предел Относительное Относительное прочности, текучести, удлинение, 7 сужение, X

Krc/MM кгc/MM

66,0

28,8

45,8

58,0

65,2

27,5

48,3

60,0

64,5

25,6

48,0

62,5

46,5

65,6

28,0

58,2

48,5

Составитель В.Брострем

Техред Л.Олийнык

Редактор А.Мотыль

Корректор М.Пожо

Заказ 4129/28 Тираж 595

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4