Жаростійка сталь

Жаростійка сталь, що містить вуглець, хром, кремній, алюміній та залізо, яка відрізняється тим, що містить компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: вуглець 0,02-0,06 хром 2,0-4,0 кремній 1,0-1,5 алюміній 0,6-0,9 залізо решта. (19) (21) u201014374 (22) 01.12.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) НЕСТЕРОВ ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ, ГРЕШТА ВІКТОР ЛЕОНІДОВИЧ, КЛИМОВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, БЄЛІКОВ СЕРГІЙ БОРИСОВИЧ, ОЛЬШАНЕЦЬКИЙ ВАДИМ ЮХИМОВИЧ (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 випуску відпрацьованих газів автомобілів та тракторів, де температури експлуатації дорівнюють 200-400°С, значно перевищує термін експлуатації такої техніки в цілому, що є недоцільним. Також вона має високу вартість із-за досить коштовного елементу хрому (до 13%), що робить його використання в кількості понад 10-12% для сталей, з яких виробляють вироби системи випуску відпрацьованих газів автомобілів та тракторів, економічно недоцільним. В основу корисної моделі поставлено завдання розробки складу сталі з оптимальними експлуатаційними властивостями: достатнім рівнем жаростійкості в агресивних середовищах, незначну плівчастість, ферито-мартенситну структуру, які забезпечать можливість отримання виробів системи випуску відпрацьованих газів автомобілів та тракторів з прийнятним терміном експлуатації цих виробів при значно меншій вартості. Поставлене завдання досягається тим, що жаростійка сталь, яка заявляється, містить вуглець, хром, кремній, алюміній та залізо при такому співвідношенні компонентів, мас.%: вуглець 0,02-0,06 хром 2,0-4,0 кремній 1,0-1,5 алюміній 0,6-0,9 залізо решта. Помітний ефект утворення жаростійких плівок спостерігається при вмісті хрому, починаючи з 2%, кремнію - з 1,0%, алюмінію - з 0,6%. Під впливом підвищених температур та агресивного середовища на поверхні сталі утворюються тонкі щільні плівки, де вміст цих легувальних елементів значно перевищує їх вміст у складі сталі. Збільшення вмісту цих елементів призводить до підвищення рівня жаростійкості. Також при підвищенні вмісту хрому вище 4%, кремнію - 1,5%, алюмінію - 0,9% крихкість матеріалу збільшується. Саме сукупність цих легувальних елементів у зазначеній кількості, при зберіганні корисних властивостей аналогу та прототипу, забезпечить новий технічний результат. 60658 4 Штампованість та зварюваність запропонованого матеріалу не відрізняються від прототипу. Сучасне виробництво легованих сталей дозволяє при їх виправленні зменшити вміст вуглецю до 0,02-0,06% та виготовити листовий металопрокат із сталей, що мають різний тип структури. Такі технології дають можливість розробляти та отримувати матеріали, які найбільш ефективно відповідають умовам експлуатації конкретних виробів. В умовах експлуатації при температурах до 400°С вміст кремнію та алюмінію в зазначених межах дає можливість зменшити вміст хрому до 2,0-4,0% та не використовувати рідкоземельні метали (РЗМ). Таким чином, у технічному рішенні, що заявляється, нові технічні ознаки, при взаємодії з відомими, забезпечують створення економнолегованого матеріалу з достатнім рівнем жаростійкості до температури 400°С у агресивному середовищі, оптимальним сполученням експлуатаційних та технологічних властивостей (корозійна стійкість, жаростійкість, штампованість, зварюваність), що дозволяє використовувати нову сталь для виготовлення виробів системи випуску відпрацьованих газів автомобільної та тракторної техніки. Отже, у порівнянні з прототипом запропоноване технічне рішення містить вище вказані істотні відмінні ознаки, отже відповідає вимозі «Новизна». Для експериментальної перевірки властивостей матеріалу, склад якого заявляється, жаростійку сталь отримували шляхом стоплювання шихтових матеріалів у ливарній індукційній печі. Були виготовлені зразки з дослідницьких плавок. Зразки виготовляли у лабораторних умовах відповідно з існуючими стандартами. Дослідження структури виконували методом металографічного аналізу. Дослідження жаростійкості здійснювали у повітряному середовищі при температурі 400 °С та тривалості випробувань 200 годин. Плівчастість оцінювали візуально. Результати досліджень надано в таблиці. Таблиця Номер плавки 1 2 3 4 5 6 прототип С 0,07 0,06 0,04 0,02 0,01 0,03 Вміст легувальних елементів, % Сr Si Аl Са Се Fe 5,0 2,0 1,1 Решта 4,0 1,5 0,9 Решта 3,0 1,25 0,75 Решта 2,0 1,0 0,6 Решта 1,0 0,8 0,4 Решта 9,5 1,25 1,25 0,2 0,08 Решта Аналіз результатів порівняльних випробувань на жаростійкість, плівчастість показав, що сталь зі складом, що заявляється (№3), має феритомартенситну структуру, значення жаростійкості, що можуть бути порівняні зжаростійкістю прототипу, та незначну плівчастість. Сталь із вмістом усіх легувальних елементів, більшим ніж верхня концентраційна межа у складі, що пропонується, навіть при вмісті вуглецю, що перевищує запропонований (№1), має феритну Структура ферит ферито-мартенсит ферито-мартенсит ферито-мартенсит ферито-мартенсит ферит Жаро2 стійкість, г/см -4 2,0·10 -4 2,4·10 -4 2,8·10 -4 3,2·10 -4 6,7·10 -4 2,1·10 Плівчастість значна незначна незначна незначна незначна незначна структуру, жаростійкість на рівні прототипу, але плівчастість є значною. Сталі, де вміст легувальних елементів дорівнює верхній та нижній межам у запропонованому складі (№2 та №4), мають ферито-мартенситну структуру, значення жаростійкості, що несуттєво відрізняються від значень жаростійкості у складі сталі №3, а плівчастість є незначною. Сталь, де вміст легувальних елементів нижче за їх вміст у нижній межі запропонованого складу, має ферито-мартенситну структуру, не 5 60658 значну плівчастість, але значення жаростійкості різко знижуються. Таким чином, запропонована жаростійка сталь, що має ферито-мартенситну структуру та жаростійкість, яка задовольняє умовам експлуатації при 400°С, придатна до виготовлення виробів для системи випуску відпрацьованих газів автомо Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 білів та тракторів та має меншу вартість за рахунок використання хрому у меншій кількості, ніж у прототипі. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення може бути застосовано в техніці і відповідає критерію «промислова придатність». Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601