Жаростойкая сталь Советский патент 1988 года по МПК C22C38/28 

эо

DQ 4: 0д

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составу жаростойкой стали для энергетического и химического машиностроения, ра- встающего при 900 С в условиях воздействия коррозионно-агрессивных сред

Цель изобретения - повьшение жаростойкости в коррозионно-агрессивных средах при 900°С при сохранении тех- Нелогичности.

Испытания на жаростойкость проводили в соответствии с ГОСТом. Методы определения жаростойкости- на цилиндрических образцах размерами 010 х к 15 мм,, вырезанных из кованых заготовок V 13 мм. Температура испытаний

О

составляла 900 С, продолжительность 500, 1000 и 2000 ч. Испытания проводили в коррозионно-агрессивной угле- родсодержащей среде в контакте с кар бидкремниевой массой, широко исполь- зуемой для футеровки поверхностей нагрева паровых котлов, а также для сравнения в атмосфере спокойного воз духа.

Перед испытаниями образцы проходили следующую подготовку: определение площади поверхности, обезжиривание этиловым спиртом, взвешивание на аналитических весах с точностью ±0,1 мг. На одну точку брали по три параллельных образца. За критерий жаростойкости принята убыль массы образца, отнесенная к единице площади его поверхности (мг/см). При этом определяли толщину слоя металла, подвергшегося коррозии в процессе испытания, по разности массы образца до и после испытания и удаления с его поверхности продуктов коррозии. Снятие, продуктов коррозии с образцов осуществляли электрохимическим методом в расплаве: 40% NaOH + 60% при температуре 450 С и плотности катодного тока 30 А/дм.

Испытания на жаростойкость проводили в электропечи типа СНОЛ. Подготовленные к испытанию образцы помещали в алувдовые тигли, которые ус- танавливали в реакционную зону испытательной печи, после чего печь включали на нагрев. Отсчет времени испытания образцов вели с момента достижения заданной температуры.

Испытания на жаростойкость в кар- бидкремниевой массе проводили по специально разработанной методике, позволяющея испытывать образцы при

О Q j

-

5

высокой температуре и непосредственном контакте с набивной массой.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных сталей, где плавки 1-4 соответствуют предлагаемой стали, а плавка 5 - известной стали.

В табл. 2 представлены результаты испытаний на жаростойкость при 900 с.

Состав карбидкремниевой массы приведен в табл. 3. Дпя получения набивной массы карбидкремниевый порошок двух фракций смешивали в соотношении, указанном в табл. 3. Затем для повышения пластичности массы добавляли каолин и связующее вещество - три- полифосфат натрия. Приготовленную ма.ссу тщательно перемешивали и укладывали в алундовые тигли, в каждьй из которых помещали по три параллельных образца. При этом вся поверхность образцов находилась в непосредственном контакте с набивной массой. Далее массу с образцами просушивали в сушильном шкафу при 90 С в течение 24 ч, после чего тигли помещали в испытательную печь, которую включали на нагрев до заданной температуры испытаний. После прохождения определенной временной базы (500, 1000 и 2000 ч) печь выключали. Выгрузку образцов производили из холодной печи. Методикой испытаний предусмотрено раздельное испытание образцов с обмазкой и без нее, т.е. испытания только на воздухе и при одновременном воздействии воздушной среды и карбид- кремниевой массы проводили в разных печах.

Механические свойства сталей определяли при температуре 20 С на машине PIM-4P в соответствии с ГОСТом.

В табл. 4 приведено содержание примесей в карбиде кремния.

В табл. 5 представлены результаты химического анализа предлагаемой и известной сталей после испытания в контакте с карбидкремниевой массой при 900°С.

Фазовый состав окисных пленок,образующихся на исследованных сталях, определяли методом рентгеноструктур- ного анализа г- съемки со шлифов под разньми углами в хромовом К,.-излуче- нии.

Химическим анализом сталей после испытания в контакте с карбидкремниевой массой установлено, что со держа314

ние углерода в известной стали возрастает по мере увеличения продолжительности испытания и после .2000 ч составило 0,12%, что в 2,4 раза больше по сравнению с исходным. В равных условиях испытания предлагаемая сталь подверглась незначительному науглероживанию: содержанию углерода в ней за 2000 ч непрерьшного нагрева при 900°С увеличилось всего на 0,01% (табл. 5). В табл. 5 не приведены данные по плавкам 1, 3 и 4, так как в них содержание углерода после испытания по сравнению с исходным так же как и для плавки 2 увеличилось на 0,01%.

Проведенньй рентгеноструктурный анализ показал, что на предлагаемой стали образуется окисная пленка, состоящая преимущественно из окислов алюминия - .

Наличие высокозащитной пленки на металле обеспечивает высокую жаростойкость предлагаемой стали в условиях воздействия коррозионно-агрес- сивных сред, в том числе углеродсо- держащих, например карбидкремниевой массы.

В табл. 6 приведены данные испытаний образцов на растяжение при 20 С.

Предлагаемая сталь при сохранении :технологичности обладает более высокой жаростойкостью при 900°С на воздухе и в коррозионно-агрессивной уг- леродсодержащей среде по сравнению с известной сталью.

6 .

Предлагаемая сталь имеет удовлет- ворнтельньт уровень пластических свойств (значения относительного удлинения и относительного сужения не . менее 25 и 64% соответственно,та бл.6) р, что обеспечивает ей удовлетворительную технологичность при механообработке и различных операциях хо- лодной обработки давлением. Она технологична на всех стадиях передела при изготовлении калиброванного бунта повышенного класса точности и чистоты поверхности, а также при сварке,

Формула изобретения

Жаростойкая сталь, содержащая углерод, хром, алюминий-, кремний,

марган ец, ниобий, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения жаростойкости в коррозион- но-агрессивных средах при ЭОО С при сохранении технологичности, она дополнительно содержит титан, церий и магний при следующем соотнощении.,мас.:

0

5

Углерод

Хром

Алюминий

Кремний

Марганец

Ниобий

Титан

Магний

Церий

Железо

0,02-0,1 5,0-6,5 1,8-2,3 1.0-1,5 0,1-0,5 0,05-0,5 0,05-0,25 0,001-0,05 0,001-OJ Остальное

при этом сумма алюминия и кремния 3,3-3,8 мас.%, а сумма титана и ниобия 0,j-0,6 мас.%.-.

Таблица t

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сбставу жаростойкой стали для энергетического и химического машиностроения. Цель - повышение жаростойкости в коррозион- но-асрессивных средах при температуре 900 С при сохранении технологи- . чности стали. Сталь дополнительно содержит титан, магний и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,10; хром 5,0- 6,5; алкминий 1,8-2,3; кремний 1,0- 1,5; марганец 0,1-0,5; ниобий 0,05- 0,50; титан 0,05-0,25; магний 0,001- 0,050; церий 0,001-0,100; железо остальное, при условий, что сумма алюминия и кремния 3,3-3,8 мас.%, а сумма титана и ниобия 0,1 0,6 мас.%. 6 табл. § (Л

Плавка

1 2 3 А 5

Химический состав исследованных сталей

Содержание злементов, мас.% С Гст TAI Tsi TAl+SifMn Tli rzTJTifNb Гсё

0,1 6,5 2,3 1,0 3,3 0,5 0,3 0,25 - 0,55 0,1 0,5 - Остальное.0,0875,9 2,0 1,4 3 0,3 0,5 0,10 - 0,60 0,05 0,0t - Тоже

0,02 5,0 2,3 1,5 3,8 0,1 0,05 0,05 - 0,1 0,001 0,001 0,06 5,1 1,8 1,5 3,3 0,25 0,28 0,1 - 0,38 0,01 0,02 - 0,05 6,2 0,7 1,1 -1,8 0,4 0,05 - 0,1 - - - 0,05- Шшвка

Потери массы образцов, мг/см, за время испытаний 500 ч1000чI2000 ч

5,Г

3,26

4,50

4,82 7,56

Примечание. В числителе - данные испытаний на воздухе,

в знаменателе - в контакте с карбидкремниевой массой.

ТаблицаЗ

I,.,,,

Наполнитель СвАзующее Добавки

Карбид кремния Карбид кремния № 4) Триполифосфат Каолин, % Вода, % № 12-63, %% натрия, %

1 а б л и ц а 4

Примесь 1 Содержание, %

SiO,0,5-2,0

,5-2,0

,2-0,6 Си1,0

Si0,5-1; О

С0,1-0,3

Таблица 2

Т774

17,43

1J5

14,72

2 16,15

9j,95 49790

Плавка

Содержание углерода в стали, %, -после испытания в течение

500 ч

2 0,06 5 0,05

римечание. Указанное количество углерода в стали является средней величиной содержания по . всему объему образца размерами 0 10 X X 15 мм.

Таблицаб

Плавка .Предел Предел . Относительное Относительное прочности, текучести, удлинение, % сужение, % кгс/мм кгс/мм

158,0.45,8 28,866,0

260,048,3 27,565,2

362,548,0- 25,664,5

458,246,5 28,065,6

548,5- 27

Составитель В.Брострем Редактор А.МотыльТехред Л.Олийнык Корректор М.Пожо

Заказ 4129/28Тираж 595Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

I 1000 ч Г

2000 ч

0,064 0,07 0,07 0,12