Литая жаростойкая сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии , в частности к жаростойкой литой стали, которая может быть использована для работы при высоких температурах (до 1100°С), а также в условиях резких теплосмен и углеродосодержащих атмосферах. Цель изобретения - повышение жаростойкости , термостойкости и стойкости к науглероживанию . Сталь дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,15-0,40; марганец 1, кремний 2,0- 8,0; хром 10,0-20,0; никель 6,0-30,0; ниобий 0,1-0,9; азот 0,05-0,45; медь 0,05-0,3; алюминий 0,1-2,0; бор 0,001-0,01; железо - остальное . 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик (я)5 С 22 С 38/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

До 0,07

До 2

1 — 5

17 — 26

8-11

0.15 — 0,30

У.глерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Азот

1 (21) 4838854/02 (22) 12.06,90 (46) 30,03.92. Бюл. ¹ 12 (71) Белорусский технологический институт им. С.M. Кирова (72) Н.А. Русак, Н.А. Свидунович, А.Н. Вербицкий, В.А. Тихонов и Л.К. Свирко (53) 669.14,018.6-194(088.8) (56) Патент ФРГ N- 1558656, кл. С 22 С 38/58, 1968. (54) ЛИТАЯ ЖАРОСТОЙКАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к жаростойкой литой

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству. вчастности к изысканию сталей, используемых при высоких (до 1100 С) температурах, а также работающих в условиях теплосмен в.углеродсодержащих атмосферах, В настоящее время известно много составов жаростойких сталей. Одна из таких сталей содержит, мас.%: Углерод 0,2-0,5

Марганец 0,1-1,0

Кремний 0,5-3,0

Хром 28 — 35

Никель 10-20

Азот 0,05 — 0,30

Железо Остальное

В стали данного состава из-за высокого верхнего предела содержания углерода (до

0,5 ) и отсутствия сильных карбида- и нитридообразующих элементов п роисходит интенсивное образование карбидов хрома, которые выпадают из твердого раствора и располагаются по границам зерен аустени„„5U „„172319OА1 стали, которая может быть использована для работы при высоких температурах (до

1100 С), а также в условиях резких теплосмен и углеродосодержащих атмосферах.

Цель изобретения — повышение жаростойкости, термостойкости и стойкости к науглероживанию. Сталь дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод

0,15 — 0,40; марганец 1,5 — 15,0; кремний 2,08,0; хром 10,0 — 20,0; никель 6,0-30,0; ниобий

0,1-0,9; азот 0,05 — 0,45; медь 0,05 — 0,3; алюминий 0,1-2,0; бор 0,001 — 0,01; железо — остальное. 2 табл. та. Выпадение из твердого раствора и последующая коагуляция карбидов хрома значительно обедняют хромом металлическую матрицу и тем самым снижают защитное действие хрома в окислительных атмосферах. Циклическое изменение температуры д приводит к возрастанию скорости окисления стали данного состава, Так, образующаяся окисная пленка, состоящая в основном из окислов СВОЗ, обладает низкими прочностью и плотностью, подвержена образоваaak нию трещин и имеет плохое сцепление с основой.

Известен состав устойчивой к коррозии и образованию окалины стали, содержащей, мас.%:

1723190 обеспечивает высокой жаростойкости и тер- 25 мостойкости. Образующаяся на поверхно30

40

50

Ниобий 0,06-0,25

Железо Остальное

Сталь данного состава из-за присутствия в ее структуре феррита (около 10 ) обладает низкой -термостойкостью. При работе в углеродсодержащих атмосферах сталь подвержена интенсивному науглероживанию. Науглероживанию приводит к рэстрескиванию, короблению и как следствие к выходу из строя.

Наиболее близкой к предлагаемой является сталь следующего состава, мас.%;

Углерод 0,01 — 0,4

Кремний 2,5 — 6,9

Марганец 0 — 2,0

Хром 15-22

Никель 12-25

Азот 0 — 0,3

Ниобий 0 — 3

Железо Остальное

B стали данного состава высокая концентрация кремния (2,5 — 6,0%) способствует повышению стойкости к науглероживанию в углеродосодержащих атмосферах, но не сти изделий окалина, состоящая в основном из окислов Сг20з и Si02, обладает невысокими плотностью и прочностью, а также имеет низкую адгезию к металлу, что отрицательно сказывается нэ жаростойкости и термостойкости, при этом жаростойкость в значительной степени.зависит от числа термических циклов, Кроме того, высокое содержание ферритобразующих (кремний 2,5-6%, хром 15—

22, ниобий 0,30%) и относительно невысокая концентрация аустенитобразующих элементов не позволяет получить чисо аустенитную структуру, что также отрицательно сказывается нэ термостойкости.

Цель изобретения — повышение жаростойкости при термоциклирования в окислительных атмосферах, термостойкости и стойкости к науглероживанию в углеродсодержащих атмосферах — достигается тем, что жаростойкая сталь, содержащая углерод,марганец, кремний, хром, никель, ниобий, азот и железо, дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 0,15 — 0,40

Марганец 1,5 — 15,0

Кремний 2,0 — 8,0

Хром 10,0 — 20,0

Никель 6,0 — 30,0

Ниобий . 0,1 — 0,9

Азот 0,05-0.45

Медь 0,05 — 0,3

Алюминий 0,1 — 2,0

Бор 0,001 — 0,01

Железо Остальное

Существенным отличием стали данного состава является дополнительное. введение меди, алюминия и бора при оптимально подобранных концентрациях кремния (2,0—

8,0%), марганца (1,5 — 15,0%) и азота (0,05 — 0,45%), которые существенно повышают жаростойкость в окислительных атмосферах, а также термостойкость и стойкость к науглероживанию, Дополнительное введение меди в предложенных концентрациях (0,05 — 0,3 ) обеспечивает высокую сопротивляемость стали данного состава термическим ударам.

Дополнительное введение алюминия при оптимально подобранных концентрациях кремния (2,0 — 8,0%) и марганца (1,5—

15,0 ) позволяет получить прочную и плотную окисную пленку с высокой адгеэией к металлу. Полученная окисная пленка, состоящая из окислов АЬОЗ и фазы шпинельного типа FBMACI204 с подслоем иэ окислов Crz+3SI02, обеспечивает высокую жаростойкость стали данного состава в окислительных атмосферах, Введение бора в предложенной концентрации в сталь даннрго, состава связано с

его свойствами повышать пластичность при высоких температурах, а также при повышенном содержании кремйия (2,0-8,0), Наличие азота и ниобия в. предложенных концентрациях также способствует повышению пластичности и прочности.

Ниобий, образуя с азотом мелкодисперсные нитриды, упрочняет металлическую матрицу. Полученная прочная и пластичная металлическая матрица обладает высокой термостойкостью при резких тепловых сменах.

Оптимально подобранные концентрации кремния (2,0 — 8,0%) и марганца (1,5—

15,0 ) значительно повышают стойкость к науглероживанию в углеродсодержащих атмосферах и упрочняют металлическую основу.

Кроме того, оптимально подобранные концентрации марганца, никеля, бора и азота обеспечивают получение чисто аустенитной структуры.

Способ получения и испытания предложенной стали приведены в примере. а

Пример . В 160-килограммовой плазменной-индукционной печи выплавляют исходный металл следующего состава, мас,%: углерод 0,40; марганец 1,5; кремний 8,0; хром 10.0; никель 30,0; ниобий 0,1; азот 0,45; медь 0,05; алюминий 2,0, бор 0,001; железо остальное.

1723190

Твблица 1

Для выплавки предложенной стали используют азот ГОСТ 9293 — 74, применяют обычные шихтовые и легирующие материалы, выпускаемые промышленностью в соответствии с действующими ГОСТами, Сталь составов 1 — 6 выплавляют аналогичным способом.

Разливку стали проводят при 1600—

1650 С в формы на кварцевой смеси.

Химический состав выплавленных композиций приведен в табл. 1.

Испытания образцов на жаростойкость проводили согласно ГОСТ 6120-71 весовым методом по увеличению массы образца.

Испытания проводили на образцах в литом состоянии в течение 100 ч при 1000 С, Получение и испытание на жаростойкость составов 1 — 6 проводили аналогичным способом.

Образцы в виде кубиков размером

20х20х20 предварительно высушивают при

110 С, затем загружают в предварительно разогретую до 1000 С печь и выдерживают при этой температуре 15 мин, После нагрева и выдержки в печи образцы вынимают из печи и опускают в воду.

Температура при этом составляла 20 — 25 С.

Образцы выдерживают в воде 5 мин, а затем столько же — на воздухе, после чего опять погружают в печь. Таким образом, цикличность продолжают до появления на образцах трещин;

Стойкость к науглероживанию определяли по глубине неуглероженного слоя и содержанию в нем углерода, Глубину науглероженного слоя и содержание в нем углерода определяли при . послойном химическом анализе стружки, снятой через

1 каждые 100 мкм с образцов после выдержки в течение 200 ч в науглероживающей атмосфере.

Результаты испытаний на жаростой5 кость, термостойкость и стойкость к науглероживанию приведены в табл. 2.

Таким образом, результаты испытаний показали, что жаростойкость предложенной стали в среднем на 22, термостойкость в

10 среднем на 31, стойкость к науглероживанию на 20% выше, чем известной.

Кроме того, испытания показали, что при увеличении содержания кремния выше

8,0 не происходит повышения жаростой15, кости и стойкости к науглероживанию. При увеличении содержания бора в стали данного состава выше 0,01 7 не происходит повышения термостойкости.

Формула изобретения

20 Литая жаростойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, ниобий, азот и железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения жаростойкости, термостойкости и стойкости к науглеро25 живанию, она дополнительно содержит медь, алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,15-0,40

Марагнец 1,5-15,0

30 Кремний 2,0 — 8,0

Хром 10,0-20,0

Никель 6,0-30,0

Ниобий 0,1 — 0,9

Азот 0,05 — 0,45

35 Медь 0,05 — 0,3

Алюминий 0,1-2,0

Бор 0,001 — 0,01

Железо Остальное.

1723190 .

Тэблица2

Составитель Н.Русак

Техред М.Моргентал

Редактор А.Маковская

Корректор С.Черни

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1046 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ho изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5