Жаростойкая сталь

 

О П И С А Н И Е (97)9()9

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. синд-ву (22) Заявлено 01.04.81 (21) 3267510/22 — 02 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет (5 l ) M. Кл.

С 22 С 38/54

Гееударстеенный комитет

СССР

lI0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07.11.82 (53) УДК 669,14. .018.52.822— — 194 (088.8) (72) Авторы изобретения

С.Н. Примеров, Ю. П. Алексеев, В. П. Гав

3. А. Салтыкова и В. Ф. Чигринов (7l ) Заявитель (54) .ЖАРОСТОЙКАЯ СТАЛЬ

00,01 — 0,08

0,005 — 0,01

Остальное металлы

Бор

Железо

Изобретение относится к металлургии стали и сплавов, в частности к изысканию жаростойкой стали, и может быть использовано при изготовлении литых деталей, подвергающихся воздействию высоких температур.

Известна литейная жаропрочная и жаростоикая хромоникелевая сталь 35Х18Н24С2Л, применяющаяся для изготовления отливок, работающих при температурах 900 — 950 С и 1000—

1200 (1}Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является жаростойкая сталь (2(, содержащая, вес.%:

Углерод До 0,4

Кремний 1,5 — 2

Марганец 1 — 2

Хром 16-20

Никель 9 — 11

Железо Остальное

Недостатками известной стали являются относительно низкие жаропрочность, окалиностойкость и комплекс литейных и механических свойств, что снижает качество и долговечность изготовленных из нее 01ливок.

Целью изобретения является говышение жаропрочности, окалиностойкости, литейных и механических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что жаростойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно содержит алюминий, титан, ванадий, ниобий, кальций, редкоземельные металлы и бор при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод 0,1 — 0,4

Кремний 1,5 — 2

Марганец 1 — 2

Хром 16 — 20

Никель 9 — 11

Алюминий 0,01 — 0,05

Титан 0,01 — О,1

Ванадий 0,05 — 0,15

Ниобий 0.05 — 0,25

Кальций 0.005 — 0,05

Редкоземельные

971909

Таблица 1

Содержание элементов, вес.% с (м А11 т ч иь } са 1 Рзм

Состав с (Б ) мп

"Известная сталь

17,2 9,8

0,2 1,6 1,3

Предлагаемая сталь

18 10 0,05 0,04 0,09 0 08 0,03

0,2 1,5

l,3

0,005

0,06

0,009

0,3 1,6 1

17 9 0,0 0,1 0,08 0,05 0,05 0,08

0,1 2 1,5

0,4 },7 2

20 10 0,02 0,01 0,15 0,16 0,005 0,04

17 l l 0,04 0 05 0,12 0,07 0,008 0.01

0,006

0,Î1

О,Z 1,5 1,6 6 9,5 0,03 0,06 0,05 0,25 0,02 0,06

0,007

Дополнительное введение в состав жаронрочной стали алюминия, титана и ванадия связано с их способностью взаимодействовать со свободным азотом и связывать его в нитриды и карбонитриды, которые являются регулятора- 5 ми аустенитного зерна. Ванадий и титан упрочняют сталь, титан, кроме того, связывает часть углерода в карбиды, а алюминий, взаимодействуя с кислородом, образует мелкодисперсные частицы глинозема, на котсрых осаждаются продукты взаимодействия кальция и редкоземельных металлов с вредными примесями, При. этом образуются более сложные и стойкие многофазные неметаллические включения, имеющие глобулярную форму и равномерно рас- 15 пределяющиеся в металле, что сопровождается очищением границ зерен от вредных примесей.

Эти факторы способствуют одновременному повышению жаропрочности, окалиностойкости, пластичности и ударной вязкости стали. Введе- з1} ние кальция и редкоземельных металлов также способствует повышению рассматриваемых свойств разрабатываемой стали за счет микролегирования зерен и снижения их поверхностной энергии и, кроме того, за счет модифици- ZS рования структуры стали, При этом снижение содержания включений, серы и фосфора., глубокое раскисление стали обеспечивают заметное повышение ее жидкотекучести.

Кроме того, введение в сталь кальция и редкоземельных металлов приводит к „нзмельчению нитридов и более равномерному их распределению в металле.

Дополнительное введение в состав стали ниобия связано с его способностью подобно

35 титану упрочнять сталь в результате дисперсионного твердения. Мелкие карбиды ниобия распределяются равномерно в стали. Ниобий измельчает аустенитное зерно на 1 — 2 балла и обеспечивает повышение длительной прочнос4Î ти стали и ее механических свойств.

Введение бора заметно измельчает литую структуру стали и увеличивает пластичность при повышенных температурах. Положительное влияние бора резко повышается при условии введения в сталь таких более сильных раскислителей, как ванадий, кальций и редкоземельные металлы.

Металл выплавляют в 500-килограммовых злектродуговых печах согласно действующей технологии, В процессе фракционной разливки расплав обрабатывают комплексными бескремнистыми лигатурами с алюминием, титаном, ванадием, кальцием, редкоземельными металлами, ниобием и бором.

Химические составы выплавленных сталей приведены в габл. 1.

Жидкотекучесть стали определяют с помощью спиральной пробы по длине заполнения канала жидким металлом. Опыты показывают, что предлагаемая сталь составов 2 — 6 обладает на

20 — 30% лучшей жидкотскучестью по сравнению с известной сталью. Одновременно с повышением жидкотекучести сталь отличается от известной более низкой линейной усадкой, которую исследуют по комплексной пробе Нехендзи — Купцова, Для исследования других свойств заливают расплавом всех составов опытные формы с заго. товками, изготовленными по выплавляемым моделям.

Результаты этих исследований опытных сталей совместно с механическими свойствами при обычной температуре приведены в табл. 2.

Результаты испытаний на жаропрбпгосгь и окалиностойкость опытных сталей представлены в табл. 3, Ожидаемый экономически эффект от внедрения предлагаемой жаросгойкой стали по предварительным расчетам составляет около

17,5 тыс. руб. в год за счет повышения жаропрочности на 25 — 30%, литейных свойств на

20 — 30% и механических свойств на 30 — 50%.

971909

Та бли ца 2

Жидкотекучесть, мм

Механические свойства

Состав

Известная сталь

545

35 22,7 41,6

2,64

10,7

Предлагаемая сталь

31,4

53,2

16,4

635

2,62

17,5

2,60

710

18,3

2,62

685

15,6

39 30,7 52 6

2,60

700

38 31,4 54,5

16,1

2,63

670

П р и м е ч а н и е: Термическая обработка опытных образцов состоит из нормализации при 1150 С с охлаждением на воздухе.

Таблица 3

Механические свойства

Привес эа

100 ч, г

Сталь

% т кгс/мм б кгс/мм

800 С 900 С 800 С 900 С 800 С 900 С 800 С 900 С

Известная 0,0065

19,4 11,6 12,3 8,4 29,3 30,2 53,2 59,8

24,3 15,2 16,6 10,6 37,2 40,3 64,7 69,2

23,6 15,0 14,9 10,3 35,8 43,6 65,4 70,3

Предлагае0,0061

22,8 14,7 15,2 11,5 34,5 41,5 62,8 68,3

25,7 16,4 18,7 12,8 38,9 44,5 67,5 71,9

25,1 15,8 17,3 12,2 38,3 43,8 66.3 70,8

Формула изобретения

Жаростойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром. никель и железо, о т л и0,0062

0,0063

0,0063

0,0062

Линейная свободная усадка, %

06, Оо 2. С1и кг/мм кг/мм %

1 г

% кгм/см г

37 32 8 54,1

36 33,5 55 8 ч а ю щ а я с я тем, что, с цепью повышения жаропрочности, окалиностойкости, литейных и механических свойств, она дополнительно содержит алюминий, титан, ванадий. ниобий, О 005 — 0,05

Кальций

Редкоземельные металлы

Бор

5 Железо

0,01 — 0,08

Π005 — Π01

Остальное

Составитель Л. Суязова

Техред А. Бабинец

Корректор М. Шароши

Редактор О. Персиянцева

Заказ 8493/11 Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

7 971909 кальций, редкоземельные металлы и бор при следующем соотношении компонентов, вес.%

Углерод 0,1-0,4

Кремний 1,5 — 2

Марганец 1 — 2

Хром 16-20

Никель 9 — 11

Алюминий 0,01 — 0,05

Титан 0,01 — 0,1

Ванадий 0,05 —.0,15,10 .Ниобий 0,О5-О,25

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник литейщиков, М., 1965, с. 44 — 47.

2. ТУ И5,4.34 — 73, сталь 4Х18Н1ОС2Л.