Котельная сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/26 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке котельной стали, предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокого давления) работающего в области температур до 500 С.

Известна котельная сталь, содержащая, мас.%: углерод 0,16-0,24; кремний 0,17- 0,30; марганец 0,35-0,65; никель до 0,25; хром до 0,25; медь до 0,25; железо остальное.

Недостатками данной стали являются низкие характеристики длительной прочности при температурах эксплуатации выше 400°С, низкая стабильность структуры при указанных температурах. Данная сталь применяется для изготовления элементов энергетического оборудования, работающего при температурах до 350- 400°С.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является сталь, содержащая, мас.%: углерод 0.18-0.21; марганец 0,55-0,58; хром 0,50-0,56; кремний 0.26-0,30; ниобий 0,05- 0,055; ванадий 0,09-0.10, железо остальное.

Недостатком известной стали является несбалансированность данной стали по углероду, ванадию, ниобию и хрому, что не позволяет получить оптимальные характеристики длительной прочности.

Целью изобретения является повышение характеристик пластичности при комнатной и повышенной температурах, ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении уровня длительной прочности.

Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержит углерод, кремний, мэргаXJ

О

со

XJ

о ю

нец. хром, ванадий, ниобий, железо в определенных соотношениях причем

- ( У2 16 А - 65 9 С Nb .

Содержание серы и фосфора не должно превышатьО.014 мас.% по каждому элементу, азот 0,01 мас.%. алюминий 0,01 мас.%.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволят получить в предлагаемой стали после термомеханической обработки - контролируемой прокатки (Тип 900-750°С) ферритоперлитную или ферри- топерлитобейнитную структуру с равномерным распределением мелкодисперсных карбонитридов ванадия и ниобия, обладающих повышенной термической стабильностью при температурах до 600°С. Данная структура обеспечивает благоприятное сочетание прочности и пластичности как при климатических, так и при повышенных температурах.

Углерод необходим для обеспечения требуемого уровня прочности стали, это обусловливает ограничение его содержания 0.17 мас.%. Превышение содержания углерода выше 0,20 мас.% нецелесообразно, так как при этом снижаются характеристики пластичности и ударной вязкости.

Ниобий в предлагаемой стали отвечает за формирование структуры в аустенитной области - влияет на формирование зерен- ной структуры, повышает температуру рекристаллизации стали и, что особенно важно в случае применения термомеханической обработки при производстве металло- продукции из данной стали, стабилизирует субзеренную структуру. Увеличение содержания ниобия более 0,04 мас.% нецелесообразно в связи с возможным измельчением аустенитного зерна, что может привести к снижению характеристик длительной прочности стали. Содержание ниобия менее 0,02 мас.% не обеспечивает требуемого уровня кратковременной и длительной прочности.

Ванадий определяет формирование свойств термически обработанной (нормализация + отпуск) стали, так как интервал наиболее интенсивного выделения карбонитридов ванадия лежит ниже точки AI. При этом необходимо учитывать, что превышение содержания ванадия более 0.08 мас.% снижает характеристики пластичности. Содержание ванадия менее 0.05 мас.% не обеспечивает достижения требуемого уров- ня длительной прочности.

0

5

0

0

5

0

5

J2 16,4-65,9 отСодержание хрома 0,55-0,70 мас.% и марганца 0,65-1,00 мас.% обусловлено необходимостью обеспечить определенный уровень длительной прочности за счет твер- дорастворного упрочнения и повышения стабильности при эксплуатационных температурах карбидов МзС.

Кремний относится к ферритообразую- щим элементам. Содержание кремния ниже 0 0,17 мае,% не обеспечивает жаростойкость стали при температурах эксплуатации. Содержание кремния выше0,37 мас.% неблагоприятно сказывается на характеристиках пластичности;

Соотношение -Ј (ттгражает необходимость сбалансировать состав стали таким образом, чтобы в пределах предлагаемого состава содежание хрома и ванадия держать на верхнем уровне, д углерода и ниобия - на нижнем. Это обеспечивает получение стабильной структуры и требуемого уровня кратковременной и длительной прочности, причем превышение значений соотношения более 65.9 не позволяет обеспечить необходимый уровень крат- ковременной прочности, снижение значений соотношения ниже 16,4 не обеспечивает требуемого уровня длительней прочности.

Известную и предлагаемую сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 60 кг. Плавки разливали на три слитка весом по 17 кг и далее ковали на 5 сутунку сечением 70x70 мм (температура нагрева слитка перед ковкой 1200°С). Сутунки катали по контролируемому режиму на лист толщиной 14 мм (температура нагрева металла перед прокаткой 1150°С. далее под- стуживание до 900°С с последующей прокаткой в 7 проходов на лист толщиной 14 мм, интервалы между проходами 10 с, Ткп 800°С).

Из листа изготавливали тангенциальные образцы для определения характеристик кратковременной и длительной прочности.

Механические свойства при растяжении определяли на образцах тип 1 по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре и по ГОСТ 9651-84 при повышенной температуре. Ударную вязкость при комнатной температуре определяли по ГОСТ 9454-78 на образцах тип 1, характеристики длительной прочности при 500°С{т 10000 ч) - на образцах тип ДП-5 по ГОСТ 10145-81.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных плавок, в табл. 2 механические свойства.

Как видно из полученных данных, предлагаемая сталь имеет более высокие по сравнению с известной характеристики пластичности ( д Ч при комнатной и повышенной (500°С) температурах, а также более высокие значения ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении

500

уровкя длительной прочности 5юооо .

Экономический эффект от внедрения данной стали может быть обусловлен снижением дефицитных легирующих элементов - ванадия в среднем на 0,035 мас.% и ниобия на 0,025%.

Формула изобретения Котельная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, ниобий

и железо, отличающаяся тем. что, с целью повышения характеристик пластичности при температурах 20. 500°С, ударной. вязкости при комнатной температуре при сохранении уровня длительной прочности, она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Углерод0,17-0,20

Кремний- 0,17-0.37

0 Марганец0.65-1.00

Хром0.55-0.70

Ванадий0,05-0.08

Ниобий0,02-0,04

ЖелезоОстальное

привыполнении соотношения

хром , ванадий углерод ниобий а го у

Таблица 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу котельной стали, предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокого давления), работающего в области температур до 500°С. Цель изобрете- ния - повышение характеристик пластичности при 20, 500°С, ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении уровня длительной прочности. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, ниобий, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,17-0.20; кремний 0,17-0.37; марганец 0,65-1,00; хром 0,55-0,70; ванадий 0,05-0,08; ниобий 0,02-0,04; железо остальное, при выполнении соотношения хром ( ванадий 16.4-65.9. Применение углеродv ниобий г м стали позволяет повысить качество метал- лопродукции, сэкономить дефицитные легирующие элементы. 2 табл. Ј