Жаростійка сталь

Жаростійка сталь, яка містить залізо, вуглець, хром, кремній, алюміній, марганець, карбідоутворюючий компонент, що включає титан і цирконій, яка відрізняється тим, що карбідоутворюючий компонент складає 1,3-1,4 мас частин від вмісту вуглецю, може додатково містити ніобій, а також містити один елемент або будь-яку сукупність елементів з ряду титан, цирконій і ніобій, а вміст елементів сталі складає, мас % вуглець 0,25-0,54 хром 22,1-30,9 кремній 0,58-1,45 алюміній 1,26-3,15 марганець 0,35-0,96 титан 0,21-0,61 і/або цирконій 0,08-0,35 і/або ніобій 0,12-0,48 залізо решта Винахід належить до області металурги, зокрема до створення ливарної жаростійкої сталі феритного класу, яка працює в умовах впливу агресивних газових середовищ при високих температурах, що періодично змінюються, і може бути використана в металургійній та теплоенергетичній промисловості Відома жаростійка сталь (патент України №23183 опубл 15 09 2000р. бюл №4 ч І), що містить, мас % вуглецю - 0,3-1, хрому - 20-27, кремнію - 1-2, марганцю - 1,4-4, алюмінію - 0,050,1, титану - 0,05-0,1, ванадію - 0,05-0,1, кальцію 0,05-0,1, рідкоземельного металу - 0,05-0,1, залізо - решта Недоліками цієї сталі є недостатні окалиностійкість, МІЦНІСТЬ та термостійкість при високих температурах Найбільш близькою до запропонованої сталі є жаростійка сталь (патент України, №16542, опубл 29 08 97р , бюл №4) що містить, мас % вуглець 0,24-0,52 хром - 22,4-28,3, кремній - 0,76-1,37, марганець - 0,36-0,64, алюміній - 1,8-2,62, ітрій 0,16-0,48, барій - 0,05-0,12, карбідоутворюючі елементи титан - 0,14-0,45 та цирконій - 0,06-0,18, залізо - решта Недоліками цієї сталі є недостатні окалиностійкість, МІЦНІСТЬ та термостійкість при високих температурах Задача винаходу полягає в підвищенні окалиностійкості, МІЦНОСТІ та термостійкості сталі при високих температурах шляхом оптимізацм складу сталі Поставлена задача вирішується тим, що в жаростійкій сталі, яка містить залізо, вуглець, хром, кремній, алюміній, марганець, карбідоутворюючий компонент, що включає титан і цирконій, новим є те, що карбідоутворюючий компонент складає 1,3-1,4 мас частин від вмісту вуглецю, може додатково містити f побій, а також містити один елемент або будь-яку сукупність елементів з ряду титан, цирконій і ніобій, а вміст елементів сталі складає, мас % угледь - 0,250,54, хром - 22,1-30,9, кремній - 0,58-1,45, алюміній -1,26-3,15, марганець - 0,35-0,96, титан - 0,21-0,61, і/або цирконій - 0,08-0,35, і/або ніобій - 0,12-0,48, решта залізо В таблиці 1 наведені приклади конкретних ХІМІЧНИХ складів сталі, в таблиці 2 - залежність властивостей сталей від їх складу В жаростійких сталях утворення карбідів хрому є небажаним процесом, тому для уникнення цього вводять карбідоутворюючий компонент, який містить карбідоутворюючі елементи з більшою ніж у хрому ХІМІЧНОЮ спорідненістю до вуглецю Ці елементи виконують функцію зв'язування вуглецю Для запропонованого складу сталей до таких елементів насамперед можна віднести титан, ніобій та цирконій Крім карбідоутворення ці CO сч о Ю ю 55023 необхідних властивостей в зрівнянні з іншими можливими варіантами З наведених умов вибору оптимального складу сталі випливає, що треба враховувати не тільки межі, зазначені для кожного карбідоутворюючого елемента, а й їх співвідношення з вмістом вуглецю Так не можна вибрати сталь, в складі якої міститься або елементи при певних умовах можуть виконувати і деякі ІНШІ функції, наприклад, вони утворюють карбонітриди, нітриди тощо Це сприяє поліпшенню спеціальних властивостей сталі, які необхідні для певного виду виробів в залежності від умов їх експлуатації Тому ІНОДІ важливо включати у склад сталі не один, а два або три карбідоутворюючого елемента, хоча кожний з них може бути використаний і поодинці Межі, в яких знаходиться вміст кожного з карбідоутворюючих елементів, визначаються їх ХІМІЧНОЮ спорідненістю до вуглецю, а на їх кількісне вираження впливає атомна маса елементів Виявлено, що для запропонованого складу сталі і для таких карбідоутворюючих елементів, як титан, цирконій та ніобій, КІЛЬКІСТЬ карбідоутворюючого компоненту в інтервалі 1,31,4мас % від вмісту вуглецю дає найвищий ефект проявлення найкращої сукупності властивостей сталі Причому це стосується вибору в якості карбідоутворюючого компонента як кожного з цих елементів, так і будь-якої їх сукупності при умові використання їх в зазначених межах Використання цього критерію дозволило одержати більш гарантований вибір оптимального складу сталі, який задовольняє вимогам щодо необхідних параметрів, тобто підвищеним окалиностійкості, МІЦНОСТІ та термостійкості при високих температурах, а також більш точно визначити межі, в яких знаходиться інтервал значень вмісту всіх інших компонентів в зрівнянні з прототипом максимальна КІЛЬКІСТЬ ВСІХ елементів, або мінімальна Також не може в якості карбідоутворюючого компонента бути використано, наприклад, тільки цирконій, якщо КІЛЬКІСТЬ його менша ніж О.ЗЗмас % Сталь виплавляли методом сплавлення шихтових компонентів в індукційній електропечі з нагрівом до 1560-1580°С Визначення тимчасового опору на розрив, термостійкість, окалиностійкість проводилося на ВІДПОВІДНИХ ДО методики випробування зразках, що були виготовлені шляхом заливки в піщано-глинисті форми Тимчасовий опір розриву при температурах 1073К та 1273К визначали на розривній машині ГСМ-20, яка має спеціальну приставку, що дозволяє випробувати зразки при заданій температурі Термостійкість визначала шляхом однобічного навантаження в умовах теплозмін 573о1273К За критерій оцінки термостійкості сталей приймали число циклів (теплозмін) до руйнування зразка, по результатам 4-5 випробувань Окалиностійкість сталей оцінювати ваговим методом по зменшенню маси зразків після окислення в атмосфері повітря в умовах теплозмін, тобто в режимі зміни температур 1273К - 300К - 1273К, протягом 100 годин загального часу находження при температурі 1273К, а також протягом 100 годин в умовах безперервної витримки при 1273К Треба підкреслити, що межі зазначених компонентів у складі сталі, охоплюють інтервал значень, в яких сталь проявляє оптимальні властивості, і передбачають вибір багатьох конкретних складів, що можуть задовольняти тим чи іншим вимогам Цей вибір передусім стосується вибору вмісту вуглецю Так, наприклад, чим вища робоча температура виливків, тим менше потрібно вуглецю у складі сталі, але для виливків більш складних за формою вміст вуглецю треба підвищити Наступний крок стосується вибору КІЛЬКОСТІ карбідоутворюючого компонента, і цей вибір проводять ВІДПОВІДНО вмісту вуглецю вже обраного для конкретного випадку Це дозволяє більш досконало одержати результат підвищення Запропонована сталь може використовуватися для виливків наконечників газових сопел, насадків пальників та іншої жаростійкої арматури теплоенергетичного обладнання За рахунок підвищення роботоспроможності пальникових пристроїв котлоагрегатів теплоелектростанцій зменшуються простої теплоенергетичного обладнання, досягається значна економія палива, а також ви ґрат на проведення ремонтних робіт Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад сталей Елемен ти сталі С Сг Si АІ Мп Ті Zr Nb Fe І(Ті, Nb, Zr) I / %C №№ сталей Прото тип 0,28 23,4 0,79 1,85 Вміст елементів, 0,41 мас % 0,42 0,16 1 2 3 4 5 6 7 8 0,25 22,4 0,58 1,31 0,35 0,21 0,29 22,1 0,65 0,86 0,48 0,46 30,9 1,32 2,93 0,96 0,33 0,27 0,54 30,2 1,45 3,15 0,88 0,61 0,33 26,4 0,89 2,35 0,55 0,46 0,36 25,7 0,78 2,31 0,25 25,3 0,91 2,29 0,61 решта 0,12 решта 0,12 0,28 решта 0,39 25,2 1,06 2,17 0,63 0,3 0,08 0,15 решта 0,58 0,33 0,40 2,07 1,32 1,38 0,35 решта 0,14 решта решта 0,48 решта решта 0,53 0,60 0,75 0,46 0,48 0,35 1,36 1,30 1,39 1,39 1,33 1,40 55023 Таблиця 2 Залежність властивостей сталей від їх складу №№ сталей прототип 1 2 3 4 5 6 7 8 Тимчасовий опір розриванню при температурах, Мпа 1073К 1273К 118 145 167 192 184 153 171 179 164 26 39 48 64 52 41 60 58 51 Окалиностійкість (зменшення маси за ЮОгод в повітрі) теплозмін до руйнування г/м2 за год в режимах в режимі 573о1273К 1273К 300Ко1273К 47 0,31 0,69 64 0,25 0,56 61 0,26 0,59 76 0,2 0,5 69 0,14 0,41 58 0,16 0,44 72 0,22 0,49 70 0,21 0,52 66 0,22 0,47 Термостійкість (КІЛЬКІСТЬ Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24