Термостійка сталь

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії і може бути використаний для виготовлення термостійких деталей металургійного обладнання, таких як труби, штампи, оправки, пуансони. Термостійка сталь, що містить, мас. %: вуглець - 0,13-0,23, марганець - 0,45-0,65, кремній 0,17-0,37, хром - 0,50-1,10, титан - 0,005-0,03, ванадій - 0,04-0,09, алюміній - 0,01-0,05, мідь 0,05-0,25, нікель - 0,05-0,25, молібден - 0,01-0,30, бор - 0,0005-0,003, кальцій - 0,0005-0,003, азот - 0,005-0,015 та залізо - решта. Технічний результат: підвищення термостійкості. UA 108919 C2 (12) UA 108919 C2 UA 108919 C2 5 10 15 20 Винахід належить до галузі чорної металургії і може бути використаний для виготовлення термостійких деталей металургійного обладнання, таких як труби, штампи, оправки, пуансони та ін. Відома сталь [UA 97324 МПК С22С 38/32, 2012], що містить вуглець, марганець, кремній, алюміній, титан, хром, кальцій, бор, барій та залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,12-0,18 марганець 0,25-0,55 кремній 0,36-0,55 алюміній 0,01-0,05 титан 0,02-0,06 хром 0,40-0,90 кальцій 0,002-0,020 бор 0,0005-0,003 барій 0,0005-0,003 залізо решта. Недоліком цієї сталі є знижена термостійкість в умовах значного навантаження. Найбільш близькою з аналогів до запропонованої сталі є відома сталь [SU 1497266, МПК С22С 38/54,1989], що містить вуглець, марганець, кремній, хром, титан, ванадій, алюміній, мідь, нікель, бор, кальцій, азот та залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,1-0,3 марганець 0,3-1,6 кремній 0,3-1,0 хром 0,1-0,5 титан 0,005-0,030 ванадій 0,04-0,15 алюміній 0,03-0,09 мідь 0,05-0,5 нікель 0,05-0,5 бор 0,0005-0,003 кальцій 0,0005-0,060 азот 0,005-0,02 залізо решта. Недоліком цієї сталі є, насамперед, її знижена термостійкість, що не дозволяє застосовувати її у відповідальних деталях металургійного обладнання в умовах значного навантаження за високої робочої температури, таких як труби, штампи, оправки, пуансони та ін. Задачею винаходу є вдосконалення складу сталі шляхом зміни її складу, в результаті чого підвищується термостійкість сталі до значень, перевищуючих показники найближчого аналога, що дозволить застосовувати цю сталь для виготовлення відповідальних деталей металургійного обладнання, які працюють в умовах значного навантаження за високої робочої температури. Поставлена задача вирішується тим, що сталь, яка містить вуглець, марганець, кремній, хром, титан, ванадій, алюміній, мідь, нікель, бор, кальцій, азот та залізо, згідно з винаходом, додатково містить молібден, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,13-0,23 марганець 0,45-0,65 кремній 0,17-0,37 хром 0,50-1,10 титан 0,005-0,03 ванадій 0,04-0,09 алюміній 0,01-0,05 мідь 0,05-0,25 нікель 0,05-0,25 молібден 0,01-0,30 бор 0,0005-0,003 кальцій 0,0005-0,003 азот 0,005-0,015 залізо решта. Запропонований склад було отримано дослідним шляхом. 1 UA 108919 C2 5 10 15 20 25 Відмінністю запропонованої сталі від найбільш близького з аналогів є додаткове введення в її склад молібдену при зазначеному вмісті елементів. Технічний результат, який може бути одержано при використанні запропонованої сталі, полягає в підвищенні рівня її термостійкості, що дозволить застосовувати цю сталь для виготовлення відповідальних деталей металургійного обладнання в умовах значного навантаження за високої робочої температури. Це обумовлено тим, що введення до складу сталі молібдену при підвищеній кількості хрому та вказаному співвідношенні інших елементів дозволяє збільшити в'язкість сталі, та опір поверхні деталі хімічній ерозії за рахунок стійких оксидів цих елементів, підвищуючи рівень термостійкості при робочій температурі 400-500 °C та напрузі 6000-8000 МПа. При меншій, ніж визначено формулою, кількості молібдену та хрому позитивний вплив цих елементів не проявляється. При перевищенні кількості цих елементів в складі зростає твердість сталі, знижується опір термовтомній тріщині та наразі термостійкість деталей. Порівняння сталі з найближчим з аналогів показало, що вона відрізняється додаванням молібдену та іншим вмістом елементів складу, що відповідає критерію "новизна". Порівняння сталі з іншими технічними рішеннями в наявній галузі техніки не дозволило виявити наведений вміст елементів складу та їх використання для отримання необхідного технічного результату. Отже термостійка сталь, що заявляється, відповідає критерію "винахідницький рівень". Запропоновану сталь виплавляли в мартенівській печі та обробляли у ковші алюмінієм і необхідними феросплавами (ферохромом, феротитаном, феромолібденом та ферованадієм). Всього було відібрано 3 зразки сталі запропонованого хімічного складу та 2 зразки з вмістом компонентів, які виходять за межі запропонованого складу. Додатково була також виплавлена сталь [2], яку обробляли в ковші ферованадієм. Хімічний склад досліджених сталей наведений в таблиці. У складі сталей знаходились, як домішки, сірка та фосфор. Таблиця Вміст елементів, % мас. вуглець марганець кремній хром титан ванадій алюміній мідь нікель молібден бор кальцій азот залізо термостійкість, кількість циклів 30 35 40 1 найбл. аналог 0,12 1,2 0,63 0,18 0,006 0,08 0,04 0,07 0,11 0,001 0,0012 0,007 решта 564 Номер зразків 2 3 4 5 6 0,12 0,13 0,17 0,23 0,24 0,4 0,45 0,60 0,65 0,80 0,15 0,17 0,24 0,37 0,45 0,20 0,50 0,8 1,10 1,3 0,003 0,005 0,017 0,03 0,05 0,01 0,04 0,064 0,09 0,11 0,006 0,01 0,03 0,05 0,06 0,04 0,05 0,14 0,25 0,27 0,03 0,05 0,11 0,25 0,30 0,005 0,01 0,08 0,30 0,34 0,0004 0,0005 0,001 0,003 0,005 0,0003 0,0005 0,0012 0,003 0,0041 0,002 0,005 0,007 0,015 0,017 решта решта решта решта решта 450 815 926 740 525 З виплавлених сталей виготовляли штампи та випробовували в умовах високого навантаження (6000-8000 МПа) та робочої температури 400-500 °C на пресі 5000 тн. Рівень термостійкості сталі визначали за кількістю циклів нагрів-охолодження, з якою розмір дефектів поверхні штампа (сітки розпалу, термовтомних тріщин), чи зміна лінійних розмірів деталі у процесі плинності та термохімічної ерозії поверхні не перевищує допустимого значення 1 мм (таблиця). Як можна бачити з цих даних, зразки сталі № 3-5 мають на 31-64 % більшу термостійкість, ніж у відомої сталі - найближчого аналогу. Сталь № 2 має знижений рівень термостійкості внаслідок малої твердості, значної плинності та хімічної ерозії поверхні штампа при підвищених температурах. Сталь № 6 внаслідок підвищеної кількості вуглецю, марганцю, хрому та молібдену має високу твердість та знижену в'язкість, що призводить до швидкого зростання термовтомних тріщин на поверхні деталі до бракувального значення 1 мм, та зниження рівня термостійкості. 2 UA 108919 C2 5 10 Як можна бачити з вищенаведеного, у винаході вирішується поставлена задача та досягається необхідний технічний результат. Таким чином, використання запропонованої сталі, завдяки її високій термостійкості, дозволить виготовляти термостійкі деталі металургійного обладнання, такі як труби, штампи, оправки, пуансони та ін. Джерела інформації: 1. Сталь. Патент України № 97324 МПК С22С 38/32; Заявл. 17.12.2010; Опубл. 25.01.2012, Бюл. № 2. 4 2. Сталь. А.С. № 1497266 СРСР МКИ С22С 38/54; Заявл. 04.11.87; Опубл. 30.07.89, Бюл. № 28. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Термостійка сталь, що містить вуглець, марганець, кремній, хром, титан, ванадій, алюміній, мідь, нікель, бор, кальцій, азот та залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить молібден, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,13-0,23 марганець 0,45-0,65 кремній 0,17-0,37 хром 0,50-1,10 титан 0,005-0,03 ванадій 0,04-0,09 алюміній 0,01-0,05 мідь 0,05-0,25 нікель 0,05-0,25 молібден 0,01-0,30 бор 0,0005-0,003 кальцій 0,0005-0,003 азот 0,005-0,015 залізо решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3