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 газовых систем колпаковых и проходных термических печей, работающих в средах с высоким содержанием серы, а также к производству горячекатаной и холоднотянутой проволоки. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является жаростойкая и жаропрочная сталь, включающая углерод, кремний, марганец, никель, хром, кобальт, азот, бор, серу, фосфор и железо [1]. Известная сталь содержит также молибден, вольфрам, ниобий и медь. Указанные компоненты содержатся в стали при следующем их соотношении, мас.%: В известной стали образуется недостаточное количество g’-фазы, так как при таком составе в структуре стали содержится мало интерметаллических соединений. Такая сталь имеет низкую жаростойкость - не более 970°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. При производстве тонко- и толстолистовой горячекатаной или холоднокатаной стали такого состава, а также при получении из этой стали горячекатаной или холоднотянутой проволоки 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 увеличению количества g’-фазы в структуре стали за счет повышения содержания 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, азот, бор, серу, фосфор 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 увеличение количества g’-фазы в структуре стали за счет повышения содержания 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 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, она имеет мелкозернистую структуру g’ -фазы. Ограниченное количество дислокаций по межзеренным границам обуславливает высокую прочность стали при воздействии длительных температурно-силовых 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, а также высокое качество горячекатаной и холоднотянутой проволоки. Изготовленные из предлагаемой стали детали и газопроводные системы колпаковых и проходных термических печей, работающих в средах с высоким содержанием серы, могут быть использованы при температуре до 1050° С, так как интенсивное окалинообразование происходит при температуре не ниже 1100° С. Срок службы при этом составляет не менее 10000 часов. При 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, а также горячей или холодной протяжке при изготовлении проволоки. 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 №№ 9-412, 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, 4, 5, 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 1050°С в течение длительного времени -11000 часов. Достаточно высокие все эти показатели имеет также сталь, полученная при проведении плавок № 1, 3, 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. Таким образом, можно сделать вывод о том, что сталь предлагаемого состава, содержащая компоненты в заявляемых пределах, имеет более высокий предел текучести и более высокие показатели равномерного и относительного удлинения, чем известные стали. Эти показатели свидетельствуют о том, что предлагаемая сталь более пластична и имеет более высокий предел ползучести, благодаря чему значительно уменьшается процент брака при прокатке и протяжке стали.