Сталь

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

831 854

Ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 20,09.79 (21) 2821790/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

С 22 С 38/50

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2 305.81.Бюллетень ¹ 19 (53) УДК 669.14..018,4-194 (088.8) Дата опубликования описания 23. 05. 81

В. Г. Горенко, И. Г. Раздобарин, С. Н. При

А. В. Клибус, A. А. Шейко, Б. Г. Зеленый, В. Н. Бондаревский и В. П. Латенко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт проблем литья АН Украинской CCP (54 ) СТАЛЬ

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве отливок из модифицированной хромоникелевой стали с высокими физико-механическими свойствами.

Многие детали современных машин и оборудования, работающих при высоких температурах и различных напряжениях, изготавливают из высоколегированных сталей, к которым помимо высоких механических свойств предъявляются определенные требования по жаростойкости и термостойкости.

Известна сталь (1), содержащая вес.Ъ:

Углерод 0,3

Хром 18-25

Никель 8-18

Кремний 1, 3-3

Марганец 6-8

Азот 0,2

Сера 0,025

Фосфор 0,035

Железо Остальное

Однако известная сталь, имеющая повышенную стойкость к науглероживанию, обладает ограниченным применением при изготовлении деталей машин и механизмов, работающих в ус ловиях термоциклических нагрузок, из-за пониженной термостойкости.

Склонность известной стали к растрескиванию объясняется тем, что образующиеся сульфиды располагаются по границам аустенитного зерна, значительно ослабляют межзеренную связь и в результате быстрого нагрева и охлажения приводят к появлению трещин по границам зерен.

Цель изобретения — повышение термостойкости стали.

Для достижения указанной цели предлагаемая сталь, содержащая углерод, хром, никель, кремний, марганец и железо, дополнительно содержит цирконий, гафний, церий, магний и кальций при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Углерод 0,16-0,30

Хром 17,8-28,1

Никель 17,24-22,14

Марганец 2, 52-5, 53

Кремний . 0,80-1,25

Гафний 0,10-0,15

Цирконий 0,08-0,20

Церий 0,01-0,08

Магний 0,001-0,01

Кальций 0,003-0,015

30 железо

Остальное

831884 бО

Сталь может содержать примеси, вес.Ъ:

Сера До О, 025

Фосфор До О, 035

Повышение содержания углерода в стали выше верхнего предела приводит к повышению высокотемпературной коррозии и эрозии по границам зерен, способствующих образованию трещин.

Нижнее содержание углерода опре10 деляется тем обстоятельством, что при более низком его содержании не наблюдается значительного повышения термостойкости стали. Помимо этого для выплавки стали требуется чистая шихта, что в производственных условиях трудно достижимо.

Хром является легирующим элементом, стабилизирующим аустентную металлическую основу стали.

Никель — одним из основных леги- gQ рующих элементов, способствующих аустенизации металлической основы стали, повышающих физико-механические, эксплуатационные свойства стали, особенно жаростойкость и термостойкость.

Марганец является сильнейшим стабилизатором аустентной металлической основы, превосходящей действие никеля почти в два раза. Помимо частичной замены никеля, как легирующего элемента, марганец способствует повышению термостойкости и жаростойкости стали, повышает сопротивляемость стали к науглероживанию при эксплуатации литых деталей в в среде печей газовой цементации.

Однако при содержании марганца, превышающем верхний предел, он способствует образованию сложных карбидных включений по границам зерен. Нижнее 40 содержание марганца в стали определяется тем обстоятельством, что его дальнейшее понижение в составе стали не оказывает положительного влияния на ее термостойкость и жаро- 45 стойкость.

Кремний повышает сопротивляемость стали к науглероживанию и ее термостойкость. При повышении содержания кремния выше верхнего предела кремний приводит к повышению ликвации по границам зерен, что приводит к охрупчиванию стали.

Гафний обладает высокой реакционной способностью к сере, кислороду, азоту. В модифицированной стали гафний связывает серу в соединение типа Hf< FeC S, обладающее повышенной дЕформируемостью. Сталь, содержащая гафний, обладает повышенной термостойкостью за счет снижения содержания в ней серы. Нижнее содержание гафния в стали определяется тем обстоятельством, что сталь должна содержать свыше 0,1Ъ этого элемента, так как при более низком его б5 содержании в стали не образугтся карбосульфиды гафния. Ограничение содержания гафния по верхнему пределу связано с тем, что с дальнейшим повышением содержания гафния в сульфидах и деформируемость значительно снижается.

Кальций является сильнейшим раскислителем стали. Он способствует глубокому обессериванию. Верхнее содержание кальция в стали определяется пределом ее растворимости в металгической матрице. Нижнее содержание кальция определяется тем обстоятельством, что при более низком содержании кальций не оказывает своего эффективного влияния на раскисление стали.

Церий в значительной степени нейтрализует вредное влияние на термостойкость таких элементов как свинец, висмут и т.д. Помимо этого церий является рафинирующим элементом.

его.äåñóëüôèðóþùàÿ способность в значительной степени зависит от времени выдержки жидкого металла перед разливкой. Верхний предел по содержанию церия в стали определяется пределом его растворимости в высоколегированной металлической основе.

При содержании церия ниже нижнего предела церий практически не оказывает влияния на термостойкость стали.

Цирконий в стали способствует измельчению сернистых включений,образованию стойких карбидов и нитридов, повышает прокаливаемость стали, а также улучшает ее жидкогекучесть.

Цирконий способствует более равномерному распределению сернистых включений по объему металла, распределению их в значительной степени внутри зерен, а не по границам зерен. Ограничение содержания циркония по нижнему црЪделу обусловлено пределом растворимости циркония в твердом растворе легированной стали.

При содержании циркония ниже нижнего предела он влияет в основном только на нрокаливаемость стали и не способствует измельчвнию сернистых включений. Ограничение содержания циркония по верхнему пределу обусловлено высокой Растворимостью в жидком металле образующихся при раскислении стали окислов циркония. При содержании циркония выше верхнего предела окислы циркония выпадают в значительном количестве по границам зерен при кристаллизации стали, снижая ее ударную вязкость.

Магний является интенсивным рафинирующим элементом, способствующим глубокой дегазации кристаллиза— ции стали со значительным переохлаждением, что положительно сказываетс.я .на ее механических и служебных свойствах. Верхнее содержание магния в стали определяется пределом его растворимости в металлической высоколегированной основе стали. Нижний предел содержания магния в стали определяется тем, что.при содержании магния ниже нижнего предела магний не оказывает своего положительного влияния на переохлаждение стали.

Химический состав стали четырех плавок приведен в табл. 1, механические свойства — в табл. 2.

831854

Г 1

Ю

«.4

ГЧ

Ю

«! ( г

С1

Г

СО

С1

Ю о

О1

< 4

Ю

С1

LA «« 1

Ю

LA

< 1

C) о

Ю

«

С>

С>

«О

Ю

Ю с

С1

Ю с

«-1

«-!

Ю

«-

Ю о

«! с

О!

Ю

M («!

С1

CO г«-1

Ю

LA

«Ф

Сс!

Ю

«!

«4 (3

Ю

<«1 -!

С1 м

Ю (с!

Сс!

I

1-« о (IJ

С:!

С«! <б х z

Ф

Ц C

Ц Е (IJ Э ае

Г: С«

« 1

-1 I

I «LI I

1 1с I о I о

I Х I

2 I g,О I

О 1.

I-«Х I

o z в! о

1 I а

I Щ

Е Е4 I

«Т «

1 I I

1 I

I I I

I и

1 I

I I

I I I

I I

С

1 I I

1 !

I I

1 I z: I

1 1 1

1 I I

1 1 —

1 !

I I

1 «С I

I и

1 I

1 1

1 I

I I I

1 1

cn I ,ю

1 — 1

Щ I

ttj I

1 P I «О I и о и

1 I

1 «g I - I и I N

I и

1 (II !

I 2 !

Х I uI !

1 Е I Х I

1 I

1 I P I

1 Е 1

1 I

1 — -1

1 I

I I I

I I z ! I I

1 I !

I !

I 1 I

I «-

I I o

1 ! Г !!

1 °вЂ”

I <л !

I Г 1 ! ! ! I o

1 I

«Л

1 . I

1 Д

1 Ц

I Ф

Н и

I 1 !

1 1

I (У !

Ю I

«-! I «! I

Ф I

1О I

Ю I

С 1

О« (I

«.С!

«-i Ю I

О1 «-4 !

<с! Г

Ю о о

Ю Ю !

I а О!

«1 М

o o I с с 1 о о

I I !

1

<"1 Л о

O C

1 о о

«« 1

Ю «4 I

O C !

o o!

«-4 СO !

C1 O с о о

l со О о л !

o o!

О О.!

1 ю о

С 4 «) !

LA LA с 1

Г4 О1 I!! с! и (Сс! «-! с с !

< ч

«! «с3 !

С1 С1

CO с !

1 СО

СЧ !

О О.!

СО C«I

I о

LO C«! с«! I

I с о

1

I (Ч < !

831854

Т а б л и ц а 2

Механические свойства ь оь кгс/мм . кгс/мм

С(k кгс/см

С,таль

67,1

31,5 40

31,3 40

31,7 40

18,1

Известная

68,3

17,9

68,0

18,4

21,2

69,7

33,4 45

32,9 45

Предлагаемая

69,4

21,5

21,7

33,4 45

70 0

61,0

30,0 45 55

29,.9 45 55

19,2

19,0

60,3

60,8

19,3

29,4 45 55

22,9

22,6

35,1 50 55

35.,0 50 55

35,0 50 55

70,3

69,8

69,5

23,1

Формула изобретения

Составитель Л. Суязова

Редактор И. Николайчук. ТехредЕ. ГаврилешкоКорректор C. щомак

Заказ 3945/80 Тираж 681 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Испытания на термостойкость проводятся на образцах 10х10 10 мм, вырезанных из нижней части трефовидной пробы. Количество кубиков составляет 3 шт. из каждой плавки.

Термостойкость стали определяют путем многократной заливки кубиков указанного размера. после нагрева их до 1200+10ОС в течение 5 мин и охлаждение в ноде. Термостойкость -образца выражается числом циклон переменных нагревов до появления первых трещин.

Из полученных результатов следует, что термостойкость предлагаемой стали в 1,29-1,31 раза выше термостойкости известной стали.

Сталь, содержащая углерод, хром, никель, кремний, марганец и желе-. зо, отличающаяся тем, что, с целью повышения термостойкости, она дополнительно содержит кальций, магний, гафний, цирконий, церий при следующем соотношении ком40 понентов, вес.%:

Углерод 0,16-0,30

Хром 17,80-28,10

Никель . 14,24-22,14

Марганец 2,52-5,53

0,80-1,25

Гафний О, 10-0, 15

Цирконий 0ó.08-О,20

Церий 0 01-0 08

Магний 0,001-0,01

Кальций 0,003-0,015

Железо Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР

55 Р 177080, кл. С 22 С 38/58, 1966 °