Жаропрочная сталь

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов жаропрочной стали. Предложена жаропрочная аустенитная сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,2 - 0,45, кремний - до 1,5, марганец 2 - 4, хром 23 - 26, никель 9 - 11, медь 0,7 - 1,0, ниобий 0,6 - 1,1, железо - остальное. Содержание в стали серы и фосфора не превышает 0,03 мас.% каждого. Техническим результатом изобретения является повышение прочности для работы при высоких температурах в условиях одновременного воздействия циклических теплосмен и значительных контактных нагрузок. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов жаропрочной стали.

Техническая задача изобретения - повышение прочностных свойств при высоких температурах.

Наиболее близким аналогом является нержавеющая жаропрочная аустенитная сталь, известная из патента Франции FR 2281994 AI от 12.03.76.

Известная сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод - 0,2 - 0,5 Кремний - до 2,0 Марганец - 0,01 - 3,0 Хром - 18 - 35, предпочтительно 23 - 26 Никель - 0,01 - 15, предпочтительно 2 - 10 Азот - 0.3 - 1,0 Ниобий или ванадий - до 2,0 Сера - до 0,4 Фосфор - до 0,1
Железо - остальное
Известную сталь используют, например для изготовления деталей клапанов дизельных и бензиновых двигателей, работающих при температурах до 870^oC, однако при нагреве до температур 900-1100^oC происходит значительное разупрочнение стали вследствие распада карбидов хрома, обладающих невысокой термической стойкостью. Следствием этого являются возникновение движения незакрепленных дислокаций, что вызывает рост скорости ползучести и суммарную деформацию, приводящую к разрушению материала. Кроме того, известная сталь не является структурно стабильной в процессе работы в условиях циклических теплосмен. При нагреве карбиды хрома растворяются в аустенитной матрице, а при охлаждении происходит их вторичное выделение. Этот процесс сопровождается появлением фазовых напряжений, ускоряющих разрушение материала.

Технической задачей изобретения является создание жаропрочной аустенитной стали повышенной прочности для работы при высоких температурах в условиях одновременного воздействия циклических теплосмен и значительных контактных нагрузок.

Эта цель достигается тем, что жаропрочная аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, маргенец, никель, хром, ниобий и железо содержит дополнительно медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,2 - 0,45
Кремний - до 1,5
Марганец - 2 - 4
Хром - 23 - 26
Никель - 9 - 11
Медь - 0,7 - 1,0
Ниобий - 0,6 - 1,1
при этом содержание в ней серы и фосфора не превышает 0,03 мас.% каждого.

Повышение прочностных свойств достигается за счет введения в состав стали меди и повышения содержания марганца. Введение меди и повышение содержания марганца до 2-4% позволяет стабилизировать и упрочнить аустенит, что повышает прочностные свойства стали как при низких, так и при высоких температурах.

Сравнительный анализ признаков, отличающих данное предложение от известных в данной области технических решений, показал, что в данном сочетании проявляется новое свойство - повышение прочностных свойств при высоких температурах.

Ниже приведен пример осуществления процесса получения жаропрочной стали.

Предложенную сталь выплавляли в индукционной тигельной печи емкостью 1 т с кислой футеровкой. В качестве шихтовых компонентов использовались гостированные ферросплавы, материалы. В печь загружали стальной лом, феррохром и никель. После расплавления и снятия шлака в расплав присаживались феррониобий и медь. Перед выпуском металла в печь вводился ферромарганец. Температура выдачи металла из печи 1540 - 1560^oC. Образцы для механических испытаний заливались в песчано-глинистые формы при температуре 1430 - 1470^oC.

Химический состав предложенной и известной стали и их механических свойств приведены в таблицах 1 и 2 соответственно. По данным таблицы 2 следует, что сталь предложенного состава благодаря дополнительному вводу меди и повышению содержания Mn обеспечивает повышение прочностных свойств при высоких температурах.

Литература
ГОСТ 977-88. Отливки стальные.

Формула изобретения

1. Жаропрочная аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, ниобий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,2 - 0,45
Кремний - До 1,5
Марганец - 2 - 4
Хром - 23 - 26
Никель - 9 - 11
Медь - 0,7 - 1,0
Ниобий - 0,6 - 1,1
Железо - Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что содержание в ней серы и фосфора не превышает 0,03 мас.% каждого.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2