Феритна жаростійка сталь

Реферат: Феритна жаростійка сталь, що містить вуглець, хром, кремній, алюміній, вольфрам, молібден та залізо, нікель 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 нікель 1,0-2,0 вольфрам 0,5-0,8 молібден 1,0-1,5 залізо решта. UA 94450 U (12) UA 94450 U UA 94450 U 5 10 15 20 25 Корисна модель належить до галузі металургії, а саме до жаростійких феритних сталей, що мають певний рівень жаростійкості і підвищені механічні властивості та можуть застосовуватись у загальному машинобудуванні для виготовлення виробів енергетичного обладнання, які працюють в агресивному середовищі при температурах до 700 °C. Відома феритна сталь [1], що містить, мас. %: вуглець 0,01-0,065 кремній 0,3-1,1 марганець 0,8-1,5 хром 17,0-21,0 ванадій 0,3-0,8 цирконій 0,15-0,35 алюміній 0,05-0,25 РЗМ 0,005-0,1 нікель 0,6-1,5 титан 0,05-0,25 кальцій 0,005-0,1 бор 0,003-0,05 молібден 1,0-2,5 ніобій 0,2-0,5 залізо решта. Недоліком відомої сталі є те, що наявність у хімічному складі сталі марганцю у зазначених границях (0,8-1,5 %) негативно впливає на утворення феритної структури, що потребує значного вмісту хрому та значної кількості інших феритоутворювальних елементів. Деякі елементи погіршують технологічні та експлуатаційні властивості сталі, зокрема ванадій знижує жаростійкість, бор негативно впливає на зварюваність, титан утворює важко розчинні карбіди, що погіршує стан поверхні листової сталі. Найбільш близькою за технічною суттю до рішення, що заявляється, є жаростійка феритна сталь [2], яка взята за прототип, що містить, 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. За структурою сталь є феритною, має достатній рівень жаростійкості при температурах 600800 °C та тривалу міцність при 600 °C не менше 100 МПа. Недоліком відомої сталі є те, що вміст у сталі значної кількості додаткових легувальних елементів (вольфраму, ванадію, молібдену, ніобію) у зазначених межах, не є оптимальним для досягнення достатньої пластичності при холодній прокатці гарячекатаних смуг. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки складу сталі, який забезпечить феритну структуру, жаростійкість та оптимальний рівень механічних властивостей (границі міцності, границі текучості, відносного видовження), необхідних для холодної прокатки гарячекатаних смуг та виготовлення методами формозмінювальних операцій виробів, які працюють в агресивному середовищі при температурах до 700 °C. Поставлена задача вирішується тим, що феритна жаростійка сталь, яка заявляється, містить вуглець, хром, кремній, алюміній, нікель, вольфрам, молібден 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 нікель 1,0-2,0 вольфрам 0,5-0,8 молібден 1,0-1,5 залізо решта. Виходячи з хімічного складу лабораторних плавок, отримана структура у всіх випадках є феритною. 1 UA 94450 U 5 10 15 20 25 30 Більшість феритних сталей мають рівень жаростійкості, що забезпечує достатній ресурс роботи виробів, які працюють в умовах підвищених температур та агресивних середовищ. Запропонована жаростійка феритна сталь, з огляду на вміст хрому, кремнію та алюмінію у зазначених межах, повністю відповідає цим вимогам при температурах до 700 °C. Для отримання рівня механічних властивостей (границі міцності, границі текучості, відносного видовження), необхідного для холодної прокатки гарячекатаних смуг, до складу сталі пропонується додатково ввести нікель у кількості 1,0-2,0 %. Нікель, вміст якого в сталі дорівнює 1,0-2,0 %, при наявності великої кількості феритоутворювальних елементів (хрому, алюмінію, кремнію, вольфраму, молібдену), не змінює структурного стану матеріалу. Разом з тим він підвищує в'язкість сталі, знижує її чутливість до концентраторів напружень, покращує стан границь зерен фериту, збільшуючи тим самим його пластичність. При вмісті нікелю в сталі менше 1,0 % він суттєво не впливає на стан границь зерен фериту. Вміст нікелю більше 2,0 % призведе до зміни структурного стану сталі. Наявність вольфраму при вмісті його 0,5-0,8 % та молібдену при вмісті 1,0-1,5 % підсилює міжатомні зв'язки у фериті, що збільшує пружний модуль зсуву (тобто опір ґратки просуванню будь-яких дислокацій), а також, завдяки локальному викривленню ґратки, гальмує рух означених лінійних дефектів за механізмом Орована, що забезпечить збереження форми виробів при їх експлуатації в умовах підвищених температур. Крім цього дані елементи є ефективними феритоутворювачами. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "Новизна" та приводить до нових технічних результатів. Для експериментальної перевірки властивостей сталі, склад якої заявляється, зливки отримували шляхом стоплювання шихтових матеріалів у ливарній індукційній печі. Були виготовлені зразки з дослідницьких плавок. Зразки виготовляли у лабораторних умовах відповідно до існуючих стандартів. Випробування границі міцності, границі текучості та відносного видовження здійснювали на сервогідравлічній мод. 8801 "INSTRON". Результати досліджень наведено в таблиці. Аналіз результатів випробувань границі міцності, границі текучості та відносного видовження показав, що сталь лабораторної плавки № 1, де вміст усіх легувальних елементів більше, ніж верхня концентраційна границя цих елементів у складі, який заявляється, має максимальні міцнісні показники, що буде ускладнювати прокатку гарячекатаних смуг на холоднокатані. Таблиця Результати досліджень Вміст легувальних елементів Номер плавки 40 45 Сr Si ΑΙ 1 2 3 4 5 Прототип 35 С 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,03 14,0 13,0 10,5 8,0 7,0 10,5 1,8 1,5 1,25 1,0 0,8 1,25 1,1 0,9 0,75 0,6 0,5 0,75 Ni W Mo 2,5 1,0 1,75 2,0 0,8 1,5 1,5 0,65 1,25 1,0 0,5 1,0 0,5 0,35 0,75 - 0,65 1,25 Границя Границя Відносне, міцності текучості, видовження V Nb Fe σB, МПа σT, МПа δ5, % - решта 559 363 20 - решта 542 316 23 - решта 445 237 36 - решта 507 299 30 - решта 525 282 25 0,75 0,65 решта 642 440 42 Сталь, де вміст легувальних елементів нижче за їх вміст у нижній границі запропонованого складу (плавка № 5), та плавки, в яких вміст нікелю, вольфраму та молібдену знаходиться на верхній і нижній границі запропонованого складу (плавки № 2, 4), має задовільні механічні властивості. Найбільш оптимальне співвідношення міцнісних та пластичних властивостей (στ/σ Β