Жаростійка феритна сталь

Феритна жаростійка сталь, що містить вуглець, хром, кремній, алюміній, вольфрам, ванадій, 3 обладнання, зокрема камер згорання, газоходів, що експлуатуються у продуктах згорання твердих та рідких палив при температурах близько 800°С. Але під впливом статичних навантажень, у таких умовах, жароміцність виробів є недостатньою, що зменшує термін їх експлуатації. В основу корисної моделі поставлено завдання розробки складу сталі, який забезпечить феритну структуру, жаростійкість у агресивних середовищах при температурах до 800°С, а за рахунок додаткового легування вольфрамом, ванадієм, молібденом та ніобієм забезпечить певний рівень жаростійкості листового матеріалу. Поставлене завдання досягається тим, що феритна жаростійка сталь, яка заявляється, містить вуглець, хром, кремній, алюміній, вольфрам, ванадій, молібден, ніобій та залізо при такому співвідношенні компонентів, мас. %. вуглець 0,02-0,04 хром 8,0-13,0 кремній 1,0-1,5 алюміній 0,6-0,9 вольфрам 0,5-0,8 ванадій 0,6-0,9 молібден 1,0-1,5 ніобій 0,5-0,8 залізо решта. Більшість феритних сталей мають достатній рівень жаростійкості для виготовлення виробів, що працюють в умовах підвищених температур та агресивних середовищ, але відсутність легувальних елементів, що зміцнюють твердий розчин фериту не дає змоги використовувати матеріал для експлуатації в умовах підвищених температур, агресивних середовищ та статичних навантажень. Запропонована жаростійка феритна сталь, з огляду на вміст хрому, кремнію та алюмінію у зазначених межах повністю відповідає вимогам до жаростійкості, а наявність вольфраму, ванадію, молібдену та ніобію забезпечують жароміцні властивості матеріалу. При цьому вміст цих елементів нижче за нижню межу в запропонованому складі не призводить до суттєвих значень жароміцності, а вміст більший за верхню межу по елементам суттєво окрихчує матеріал. Для жароміцних сплавів на основі заліза зміцнення твердого розчину водночас з розвитком дисперсійного твердіння, найбільш ефективно забезпечується при легуванні ванадієм, молібденом, ніобієм, вольфрамом, тобто легувальними елементами, які мають високу міцність міжатомного зв'язку. Крім цього ці елементи є ефективними феритоутворювачами. Легування феритної жаростійкої сталі вольфрамом, при вмісті 0,5-0,5% та молібденом, при вмісті 1,0-1,5% забезпечує необхідний рівень твердорозчинного зміцнення за рахунок локального викривлення кристалічної ґратки та збільшення значень бар'єрів Haбаppo-Пайерлса, тобто підвищення внутрішнього тертя. Легування ванадієм, при вмісті 0,6-0,9% та ніобієм, при вмісті 0,5-0,8% забезпечить дисперсійне зміцнення частками термостійких карбідних фаз, які стримають рух дислокацій та розвиток процесів. 61987 4 Таким чином, у технічному рішенні, що з'являється, нові технічні ознаки, при взаємодії з відомими, забезпечують створення листового матеріалу з достатнім рівнем жаростійкості до температури 800°С у агресивних середовищах, жароміцність при статичних навантаженнях, що дозволяє використовувати нову сталь для виготовлення виробів енергетичного обладнання. Для експериментальної перевірки властивостей матеріалу, склад якого заявляється, феритну жаростійку сталь отримували шляхом стоплювання шихтових матеріалів у ливарній індукційній печі. Були виготовлені зразки з дослідних плавок. Зразки виготовляли у лабораторних умовах відповідно до існуючих стандартів. Дослідження структури виконували методом металографічного аналізу. Дослідження жаростійкості здійснювали у повітряному середовищі при температурі 800°С та тривалості випробувань 200 годин. Випробування тривалої міцності та відносного видовження здійснювали на сервогідравлічній інсталяції «INSTRON» мод.8801. результати досліджень надано в таблиці №1. Аналіз результатів порівняльних випробувань на жаростійкість, визначення тривалої міцності, відносного видовження та структури показали, що сталь зі складом, що з'являється (№3), має феритну структуру, значення жаростійкості, що можуть бути порівняні з жаростійкістю прототипу, а трива600 ла міцність ( 100 )і відносне видовження задовольняють умовам експлуатації виробів енергостатичного обладнання, зокрема, камер згорання, газоходів, тощо. Сталь із вмістом усіх легувальних елементів, більше ніж верхня концентрація елементів, більше ніж верхня концентраційна межа у складі, що пропонується, навіть при вмісті вуглецю, що перевищує запропонований (№1), має феритну структуру, жаростійкість, що може бути порівняна з жаростійкістю найближчого аналога, але значення тривалої міцності та відносного видовження вказують на надлишкове зміцнення твердого розчину, що накладає обмеження на використання листового матеріалу. Сталь, де вміст легувальних елементів нижче за їх вміст у нижній межі запропонованого складу (№5), має ферито-мартенситну структуру, значно меншу жаростійкість, недостатні значення тривалої міцності. Сталь, де вміст легувальних елементів дорівнює верхній границі дорівнює верхній та нижній межах у запропонованому складі (№2 та №4) мають феритну структуру, значення жаростійкості, тривалої міцності та відносного видовження, що несуттєво відрізняються від цих параметрів у сталі складу №3. Таким чином, запропонована жаростійка сталь має структуру, жаростійкість, тривалу міцність, відносне видовження, що задовольняють умовам експлуатації виробів енергетичного обладнання. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновки, що запропоноване технічне рішення може бути застосовано в техніці. 5 61987 6 Таблиця 1 Результати досліджень Вміст легувальних елементів Номер плавки 1 2 3 4 5 6 Прототип С Сr Si Аl W V Mo Nb Са Се 0,08 14,0 1,8 1,1 1,0 1,0 1,7 1,0 0,06 13,0 1,5 0,9 0,8 0,9 1,5 0,8 0,04 10,5 1,25 0,75 0,65 0,75 1,25 0,65 0,02 8,0 1,0 0,6 0,5 0,6 1,0 0,5 0,01 7,0 0,8 0,5 0,35 0,5 0,8 0,4 0,03 10,5 1,25 0,75 Комп’ютерна верстка А. Рябко Тривала Відносне Жаростійкість, міцність, 2 600 , видовження, Структура г/см Fe 100 5, % МПа -4 решта 2,1·10 200 15 Ф -4 решта 2,5·10 190 13,5 Ф -4 решта 3,0·10 180 30 Ф -4 решта 3,8·10 170 32 Ф -4 решта 6,7·10 160 33 Ф-М 0,2 0,08 решта -4 3,8·10 Підписне 140 35 Тираж 23 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 Ф