Економнолегована феритна жаростійка сталь

Реферат: Економнолегована феритна жаростійка сталь містить вуглець, хром, кремній, алюміній, ванадій, ніобій та залізо, азот при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець хром кремній алюміній азот ванадій ніобій залізо 0,06-0,08 8,0-13,0 1,0-1,5 0,6-0,9 0,05-0,15 0,6-0,9 0,5-0,8 решта. UA 95019 U (12) UA 95019 U UA 95019 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі металургії, а саме до економнолегованих феритних сталей з певним рівнем жаростійкості, механічних властивостей як основного матеріалу, так і зварних з'єднань, що забезпечує виготовлення виробів енергетичного обладнання шляхом зварювання, які працюють в агресивних середовищах при температурах до 600 °C. Відома феритна сталь [1], що містить, мас. %: вуглець до 0,01 азот до 0,02 кремній 0,05-1,0 марганець 0,1-2,0 хром 10,0-30,0 молібден 0,1-1,0 мідь 1,0-2,0 ніобій 0,2-0,7 титан 0,01-0,3 бор 0,0002-0,005 залізо решта. Недоліком відомої сталі є те, що для отримання феритної структури в сталь вводиться значний вміст хрому (10,0-30,0 %), що обумовлено наявністю у складі сталі великої кількості аустенітоутворювальних елементів (марганцю, міді, титану, бору). Найбільш близькою за технічною сутністю 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. Недоліком відомої сталі є те, що легувальні елементи вольфрам, молібден, ванадій, ніобій у зазначених границях, які забезпечують її тривалу міцність, здатні утворювати у структурі сталі інтерметалідні вкраплення, що знижує пластичні характеристики зварного з'єднання. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки складу сталі, який забезпечить феритну структуру, жаростійкість в агресивних середовищах при температурах до 600 °C та оптимальний рівень механічних властивостей зварного з'єднання (границі міцності, границі текучості, відносного видовження), необхідних для виготовлення виробів методом зварювання та їх експлуатаційної надійності. Поставлена задача досягається тим, що економнолегована феритна жаростійка сталь, яка заявляється, містить вуглець, хром, кремній, алюміній, азот, ванадій, ніобій та залізо при такому співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,06-0,08 хром 8,0-13,0 кремній 1,0-1,5 алюміній 0,6-0,9 азот 0,05-0,15 ванадій 0,6-0,9 ніобій 0,5-0,8 залізо решта. Виходячи з хімічного складу лабораторних плавок, отримана структура у всіх випадках є феритною. Більшість феритних сталей мають рівень жаростійкості, що забезпечує достатній ресурс роботи виробів, які працюють в умовах підвищених температур та агресивних середовищ. Запропонована економнолегована феритна жаростійка сталь, з огляду на вміст хрому, кремнію, алюмінію та ніобію у зазначених межах, повністю відповідає цим вимогам при температурах до 600 °C. Для отримання рівня механічних властивостей якісного зварного з'єднання (границі міцності, границі текучості, відносного видовження), необхідного для виготовлення виробів методом 1 UA 95019 U 5 10 15 20 25 30 35 зварювання та їх експлуатаційної надійності, до складу сталі пропонується додатково ввести азот 0,05-0,15 %. При зварюванні феритних сталей особливу роль відіграє структура біля зони зварного шва, яка повинна мати дрібне зерно для усунення утворення скупчення дислокацій, а також суцільних сіткових виділень, які спроможні утворювати крихкі тріщини, що руйнують шовну зону. Азот (0,05-0,15 %) у сполученні з вуглецем (0,06-0,08 %) утворюють з легувальними елементами, які входять до складу сталі, (хромом, кремнієм, ванадієм та ніобієм) стійкі карбонітриди. При вмісті вуглецю та азоту у сталі нижче за їх вміст у нижній границі запропонованого складу, кількість утворюваної карбонітридної фази є недостатньою для подрібнення зерен матриці. При вмісті азоту та вуглецю більше, ніж верхня концентраційна границя, кількість карбонітридної фази є надлишковою, що суттєво зменшує пластичні характеристики сталі. Таким чином азот у сполученні з вуглецем гальмує ріст зерен, разом з тим ці елементи у зазначених межах (0,06-0,08 % С, 0,05-0,15 % N) ефективно взаємодіють з будь-якими за типом дислокаціями, і тим самим суттєво уповільнюють їх рух під впливом зовнішніх навантажень. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "Новизна" та приводить до нових технічних результатів. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок, що запропонований склад сталі задовольняє критерію "винахідницький рівень". Для експериментальної перевірки властивостей сталі, склад якої заявляється, зливки отримували шляхом стоплювання шихтових матеріалів у ливарній індукційній печі. Були виготовлені зварні зразки з дослідницьких плавок. Зразки виготовляли у лабораторних умовах відповідно до існуючих стандартів. Випробування границі міцності, границі текучості та відносного видовження на зварних зразках здійснювали на сервогідравлічній інсталяції "INSTRON" мод.8801. Результати досліджень наведено в таблиці № 1. Аналіз результатів випробувань границі міцності, границі текучості та відносного видовження на зварних зразках показав, що сталь лабораторної плавки № 1, де вміст азоту та вуглецю більше, ніж верхня концентраційна границя їх у складі, який заявляється, має максимальні міцності показники зварного з'єднання внаслідок надлишкового утворення карбонітридів у структурі сталі, що ускладнює процес виготовлення деталей та вузлів, зокрема, формозмінювання зварних труб. Сталь, де вміст азоту та вуглецю нижче за їх вміст у нижній границі запропонованого складу (№ 5), має максимальну пластичність зварного з'єднання, проте значення міцнісних властивостей не забезпечує збереження форми зварних виробів при динамічних навантаженнях. Достатньо задовільні механічні властивості зварного з'єднання мають плавки складу №№ 2, 4, де вміст азоту та вуглецю знаходяться на нижньому та верхньому рівні. Таблиця 1 Результати досліджень Вміст легувальних елементів Номер плавки Сr Si Аl N V 1 2 3 4 5 Прототип 40 С 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,03 14,0 13,0 10,5 8,0 7,0 10,5 1,7 1,5 1,25 1,0 0,8 1,25 1,1 0,9 0,75 0,6 0,5 0,75 0,20 0,15 0,10 0,05 0,02 1,1 0,9 0,75 0,6 0,4 0,75 Nb W Mo 1,00 0,8 0,65 0,5 0,3 0,65 0,65 1,25 Fe решта решта решта решта решта решта Границя міцності зварного з'єднання в, МПа 672 560 490 474 445 638 Границя теку- Відносне чості видозварвження ного зварного з'єд- з'єднання нання 5, % т, МПа 467 20 345 22 285 31,5 272 31 218 34,5 447 18 Найбільш оптимальні значення міцнісних та пластичних властивостей зварного з'єднання має сталь зі складом, який заявляється (№ 3), що задовольняє умовам зварювання усіма 2 UA 95019 U 5 10 15 видами зварювання та стабільності зварного з'єднання на протязі усього терміну експлуатації виробів. Таким чином, запропонована економнолегована феритна жаростійка сталь має достатній рівень жаростійкості, необхідні значення границі міцності, границі текучості, відносного видовження зварного з'єднання, що дозволяє застосовувати її для виготовлення шляхом зварювання виробів енергетичного обладнання та загального машинобудування, котрі працюють у агресивних середовищах при температурах до 600 °C, зокрема, вузлів системи випуску відпрацьованих газів. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "Промислова придатність". Джерела інформації: 1. Пат ЕР 2058413, МКВ С22С 38/00, С 22С 38/38. Ferritic stainless steel sheet having excellent heat resistance [ел. ресурс] /Hamada Junichi (JP), Fudanoki Fumio (JP); заявл. 09.11.2007; опубл. 13.05.2009. - Режим доступу: http://ep.espacenet.com/searchResults?DB=ep.espacenet.com& corapact=false&PN=EP2058413&locale=ru_RU 2. Пат. 61987, Україна, МПК С22С 38/18. Жаростійка феритна сталь [Текст] / В.Л Грешта, О.В. Нестеров, С.Б. Бєліков, В.Ю. Ольшанецький; заявл. 27.12.2010; опубл. 10.08.2011, Бюл. № 15. - 3 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Економнолегована феритна жаростійка сталь, що містить вуглець, хром, кремній, алюміній, ванадій, ніобій та залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить азот при такому співвідношенні компонентів, мас. %: 25 вуглець хром кремній алюміній азот ванадій ніобій залізо 0,06-0,08 8,0-13,0 1,0-1,5 0,6-0,9 0,05-0,15 0,6-0,9 0,5-0,8 решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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