Жаростійка та жароміцна сталь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству тонко- и толстолистовой холоднокатаной и горячекатаной стали, предназначенной для изготовления деталей и газопроводных систем колпаковых и проходных термических печей, работающих в средах с высоким содержанием серы, а также деталей выхлопных систем. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является жаростойкая и жаропрочная сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, никель, кобальт, титан и железо [1]. Известная сталь содержит также молибден, медь, азот и бор. Указанные компоненты содержатся в стали при следующем их соотношении, мас.%: В известной стали образуется недостаточно упрочненная g1-фаза, что обусловлено составом образующихся в структуре стали интерметаллических соединений. Такая сталь имеет низкую жаростойкость не более 850°С. При этой температуре происходит интенсивное окалинообразование. Из-за низкой жаропрочности срок службы известной стали не превышает 1500 часов. Кроме того, неудовлетворительными являются такие показатели, как твердость, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и равномерное удлинение. Состав и соотношение компонентов, обусловливают получение структуры с недостаточно измельченным зерном, содержащей при введении углерода более 0,12 мас.% большое количество дислокаций, расположенных по межзеренным границам. Это является причиной критических напряжений при воздействии длительных температурно-силовых нагрузок и разрушения стали с образованием микропор и трещин по межзеренным границам. Крупнозернистая сталь с малоупрочненной g1-фазой имеет низкую твердость, а также низкие пределы ползучести и длительной прочности. При производстве тонко- и толстолистовой горячекатаной или холоднокатаной стали такого состава имеет место высокий процент брака. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать жаропрочную и жаростойкую сталь путем выбора нового соотношения вводимых в нее компонентов, что приведет к упрочнению g1-фазы в структуре стали за счет обогащения интерметаллических соединений, упрочняющих твердый раствор, и обеспечит повышение жаропрочности и жаростойкости стали, твердости, предела прочности, предела текучести, относительного удлинения и равномерного удлинения. Поставленная задача решается тем, что в жаропрочной и жаростойкой стали, включающей углерод, кремний, марганец, хром, никель, кобальт, титан и железо, согласно изобретению, новым является то, что она содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.%: Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом заключается в том, что введение в сталь компонентов в заявляемых пределах обеспечивает упрочнение g1-фазы в структуре стали за счет обогащения интерметаллических соединений, упрочняющих твердый раствор. При этом повышается жаропрочность и жаростойкость стали, а также улучшаются такие показатели, как твердость, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и равномерное удлинение. Экспериментально установлено, что при заявляемом составе и заявляемом соотношении компонентов сталь отличается самой высокой растворимостью легирующих элементов в твердом растворе, что обеспечивает образование интерметаллических соединений, в которых упрочняющие твердый раствор элементы содержатся в количестве, достаточном и необходимом для повышения жаростойкости и жаропрочности стали, а также для улучшения ее физико-механических показателей. Благодаря тому, что в составе стали сбалансировано содержание элементов, обладающих неограниченной растворимостью в железе, и элементов, упрочняющих твердый раствор, достигается эффект ее дисперсионного упрочнения иона имеет мелкозернистую структуру, состоящую, в основном, из g1-фазы. При этом образуется пересыщенный твердый раствор, упрочняющий g1-фазу, так как при данном соотношении компонентов обеспечивается оптимальная растворимость титана в кобальте и никеле. Преимущественно g1-фазы с пересыщенным твердым раствором, имеющей гранецентрированную кубическую решетку, является то, что пластичность ее значительно возрастает с повышением температуры, так как возрастают силы межатомной связи и замедляются процессы диффузии. Такая сталь имеет высокую жаростойкость и жаропрочность, высокий предел текучести и прочности, достаточное относительное и равномерное удлинение. Ограниченное количество дислокаций по межзеренным границам обусловливает высокую прочность стали при воздействии длительных температурносиловых нагрузок за счет отсутствия микропор и трещин по межзеренным границам. Такая сталь имеет более высокий предел ползучести, она более пластична, что обеспечивает высокое качество горячего и холодного проката при получении тонко- или толстолистовой стали. Изготовленные из предлагаемой стали детали и газопроводные системы кол паковых и проходных термических печей, работающих в средах с высоким содержанием серы, а также детали выхлопных систем могут быть использованы при температуре до 1000°С, так как интенсивное окалинообразование происходит при температуре не ниже 1050°С. Срок службы при этом составляет не менее 6000 часов. При нарушении заявляемого соотношения и введении в состав стали компонентов в количествах, отличающихся от заявляемых, ухудшаются ее свойства и физико-механические показатели. Изобретение осуществляется следующим образом. Сталь предлагаемого состава выплавляют по обычной технологии, после чего подвергают холодной или горячей прокатке при изготовлении тонко- или толстолистовой стали. Для проведения испытаний были проведены двенадцать плавок стали. Составы выплавляемых сталей приведены в табл.1. При проведении плавок № 1-8 компоненты были введены в заявляемых пределах. Сталь, полученная при проведении плавок Ns 9-12, содержала компоненты в количествах, отличающихся от заявляемых. Для проведения сравнительных испытаний была выплавлена также сталь, состав которой известен из прототипа. Результаты сравнительных испытаний приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что сталь, полученная при проведении плавок № 2, 3, 8 имеет самый высокий предел текучести и самые высокие показатели равномерного и относительного удлинения. Образцы, изготовленные из этих сталей, имеют высокий предел прочности, высокую твердость, и могут быть использованы при температуре 1000°С в течение длительного времени -8000 часов. Достаточно высокие все эти показатели имеет сталь, полученная при проведении плавок № 1, 4, 5, 6, 7, а также образцы изготовленные из нее. Все показатели ухудшаются у сталей, полученных при проведении плавок № 9-12, и у стали, состав которой известен из прототипа, а также у образцов, изготовленных из этих сталей.