Жаростійка сталь

Реферат: Жаростійка сталь містить вуглець, кремній, хром, марганець, алюміній, титан і залізо. Вміст марганцю обмежений, а отримання стабільної аустенітної структури досягається введенням в склад сталі замість нікелю та рідкоземельних металів азоту. UA 68548 U (12) UA 68548 U UA 68548 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема до складу жаростійкої сталі, яка використовується для виготовлення деталей, що працюють при температурах до 1150 °C в умовах термоциклічних навантажень і агресивних середовищ, наприклад, колосників конвеєрних машин підготовки залізорудної сировини. Нині для колосників конвеєрних машин підготовки залізорудної сировини використовується сталь 40×24Н12СЛ аустеніто-феритного класу (ГОСТ 977-78), яка містить, %: вуглець до 0,4 хром 22-26 нікель 11-13 кремній 0,5-1,5 марганець 3-0,8. Працездатність колосників з цієї марки сталі складає 6-10 місяців, що є незадовільним показником. Згідно з діаграмою Шеффлера, в сталі цього складу можливе окрихчування при охолодженні до температур 500-900 °C. Як показали дослідження [1-3], при обпаленні залізорудної сировини в колосниках спостерігається виборче окислення хрому і вуглецю, що призводить до зміни хімічного складу металу в реакційних зонах та супроводжується зміною структурного стану металу. Високий для хромонікелевих сталей вміст вуглецю (0,40 % С) в умовах термоциклічної роботи конвеєрних машин при максимальній температурі до 1150 °C обумовлює наявність у складі колосників, що були в експлуатації, карбідної фази і дельтафериту (5), що призводить до утворення тріщин по карбідам та погіршує експлуатаційні характеристики виробів з цієї сталі. Тому сталь 40×24Н12СЛ не є ідеальним матеріалом для колосників конвеєрних машин підготовки залізорудної сировини. Колосники - це змінні деталі, тому їх експлуатаційна стійкість та вартість значно впливають на продуктивність обладнання та собівартість залізорудної сировини. Наявність в сталі 11-13 % нікелю здорожує сталь, що призводить до підвищення собівартості залізорудної сировини. Найбільш близькою до сталі, що заявляється, по своєму складу є жаростійка сталь з підвищеною стійкістю в умовах змінних температур від 20 до 900 °C [4], яка містить, %, мас: вуглець 0,1-0,65 кремній 0,4-2 хром 16-32 марганець 12,5-17,5 алюміній 0,4-2,0 титан 0,03-0,25 нікель 1,5-4 РЗМ 0,01-0,2. Недоліком цієї сталі є недостатньо висока жаростійкість, оскільки при вмісті карбідоутворюючого марганцю в межах 12,5-17 % можливе виділення складних карбідних включень по межах зерен. Наявність таких карбідів знижує не тільки жаростійкість, але і механічні властивості сталі. Сталь-найближчий аналог, що містить елементи на нижній межі, відноситься до сталі аустеніто-мартенсито-феритного класу. Згідно з діаграмою Шеффлера, в цій сталі можливе утворення мартенситних тріщин нижче 400 °C. При вмісті елементів в сталі на верхній межі, сталь належить до аустенітного класу, але знаходиться в області окрихчування після термообробки в інтервалі температур 500-900 °C, що відповідає температурам спікання і обпалення металургійної сировини. Сталь по найближчому аналогу містить дорогі нікель і рідкоземельні метали (РЗМ), що сприяє її суттєвому здорожчанню, а відповідно, збільшенню собівартості металургійної сировини. Оскільки стійкість сталі-найближчого аналога не задовольняє вимогам жаростійкості в агресивних середовищах і умовах термоциклічних навантажень, зменшується міжремонтний період устаткування, збільшуються його простої, пов'язані із заміною вузлів, що вийшли з ладу. Задачею технічного рішення є підвищення експлуатаційної стійкості деталей з жаростійкої сталі, що працюють в умовах термоциклічних навантажень, агресивних середовищ при температурах до 1150 °C та зменшення їх собівартості. Для підтвердження вищевикладеного, на кресленні показана Діаграма Шеффлера, на яку нанесені крапки, що відповідають структурним складовим в сталях 40×24H12СЛ (крапка 1), сталi-найближчого аналога з вмістом елементів на нижній межі (крапка 2а), сталі-найближчого аналога із вмістом елементів на верхній межі (крапка 2б). Поставлена задача вирішується за рахунок зниження вмісту марганцю до 6-8 % та заміни дорогих нікелю і РЗМ азотом, який вводиться в сталь у вигляді спеціальної азотовмісної лігатури. 1 UA 68548 U 5 10 Склад сталі, що заявляється, наступний, %, мас: вуглець 0,2-0,4 кремній 0,5-1,5 % хром 14-16 марганець 6-8 алюміній 1,5-2,5 титан 0,03-0,1 азот 0,15-0,2. Таке співвідношення компонентів у сталі, що заявляється, забезпечує стабільну аустенітну структуру (креслення, крапка 3). Можливість утворення гарячих тріщин виникає при температурі 1250 °C, що значно вище робочих температур колосників конвеєрних машин підготовки залізорудної сировини. Виплавка сталі проводилась в дугових електропечах з основною футерівкою. Легування азотовмісною лігатурою [5] проводилось в ковші при випуску сталі з плавильного агрегату. Експериментальні колосники отримували шляхом заливки рідкої сталі в спеціально підготовлені піщано-глинисті форми. Порівняльні дослідження колосників проводились на агломераційній машині. Колосники були змонтовані по продольній осі візка та експлуатувались у рівних умовах. Результати порівняльних випробувань експериментальних колосників приведені в табл. Таблиця № п/п 1 2 3 Найменування сталі 40×24Н12СЛ Сталь-найближчий аналог Сталь, що заявляється Кількість випробовуваних колосників 18 18 18 Втрата маси і колосників, % за 3 мiс. за 6 міс. Експлуатації Експлуатації 6,3 13,4 5,4 11,2 4,6 9,8. 15 20 25 30 35 Як видно з табл., використання складу сталі, що заявляється, забезпечує зниження зносу колосників в порівнянні з колосниками зі сталі 40×24Н12СЛ та сталлю-найближчим аналогом. До того ж, заміна нікелю азотом значно зменшує собівартість сталі. Це дозволяє скоротити міжремонтний період роботи конвеєрних машин підготовки залізорудної сировини, а, відповідно, підвищити продуктивність машин і зменшити собівартість залізорудної сировини. Бібліографічний список: 1. М.И.Гасик, А.Д.Учитель, А.Н.Панченко. Исследование химической эрозии колосников конвейерных машин при обжиге железорудных окатышей. Сообщение 1. Исследование литой структуры исходных колосников из стали 40 × 24Н12СЛ. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2008. - №1.- С.55-61. 2. М.И.Гасик, А.Д.Учитель, А.Н.Панченко. Исследование химической эрозии колосников конвейерных машин при обжиге железорудных окатышей. Сообщение 2. Исследование микроструктуры окалины и реакционной зоны колосника из стали 40×24Н12СЛ, изъятого из эксплуатации. МГП, 2008. - №2.- С.26-31. 3. М.И.Гасик (д.т.н.), А.Д.Учитель (д.т.н.), А.Н.Панченко. Исследование химической эрозии колосников конвейерных машин при обжиге железорудных окатышей. Сообщение 3. Высокотемпературная химическая эрозия колосников из стали 40×24Н12СЛ при взаимодействии окалины с карбонатом натрия. МГП, 2008. - №2.- С.31-35. 4. А.с. СССР №928835 "Жаростойкая сталь". Аленкевич А.В., Ващенко К.И., Ростовцев Л.И., Лютый В.А. Вьюн Н.М. 5. Патент u200903896 на корисну модель "Азотовмісна лігатура", 25.08.09, бюл. №16, 2009р. Автори: Панченко Г.М., Учитель О.Д., Гасик МЛ. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Жаростійка сталь, що містить вуглець, кремній, хром, марганець, алюміній, титан і залізо, яка відрізняється тим, що вміст марганцю обмежений, а отримання стабільної аустенітної структури досягається введенням в склад сталі замість нікелю та рідкоземельних металів азоту таким чином, що хімічний склад сталі включає, % мас.: 2 UA 68548 U вуглець кремній хром марганець алюміній титан азот 0,2-0,4 0,5-1,5 % 14-16 6-8 1,5-2,5 0,03-0,1 0,15-0,2. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3