Жаростойкая сталь Советский патент 1982 года по МПК C22C38/54 

(54),ЖАГОСТОЙКАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии стали и сплавов, в частности к изысканию жаростойкой стали, и может быть использовано при изготовлении литых деталей, подвергающихся воздействию высоких температур. Известна литейная жаропрочная и жаростойкая хромоникелевая сталь 35Х18Н24С2Л, применяющаяся для изготовления отливок, работающих при температурах 900-950°С и 1000- 1200° 1. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является жаростойкая сталь 2, содержащая, вес УглеродДо 0,4 Кремний1,5-2 Марганец1-2 Хром16-20 Никель9-11 ЖелезоОстальное Недостатками известной стали являются относительно низкие жаропрочность,- окалиностойкость и комплекс литейных и механических свойств, что снижает качество и долговечность изготовленных из нее отливок. Целью изобретения является повыще1ше ропрочности, окалиностойкости, литейных и анических свойств. Поставленная цель достигается тем, что жатойкая сталь, содержащая углерод, кремний, ганец, хром, никель и железо, дополнительсодержит алюминий, титан, ванадий, ниобий, ьций, редкоземельные металлы и бор при дующем соотношении компонентов, вес.%: Углерод . 0,1-0,4 Кремний Марганец Алюминий 0,01-0,05 0,01-0,1 Ванадий 0,05-0,15 Ниобий 0,05-0,25 Кальций 0.005-0,05 Редкоземельные 00.01-0,08 металлы 0.005-0,01 Остальное 397 Дополнительное введение в состав жаропрочной стали алюминия, титана и ванадия свя зано с их способностью взаимодействовать со свободным азотом и связывать его в нитриды и карбонитриды, которые являются регулятора ми аустенитного зерна. Ванадий к титан упрочняют сталь, титан, кроме того, связывает часть углерода в карбиды, а алюминий, взаимодействуя с кислородом, образует мелкодисперсны частицы глинозема, на которых осаждаются продукты взаимодействия кальция и редкоземельных металлов с вредными п|1имесями. При этом образуются более сложные и стойкие многофазные неметаллические включения, имеющие глобулярную форму и равномерно распределяющиеся в металле, что сопровождается очищением границ зерен от вредных примесей. Эти факторы способствуют одновременному повыЩению жаропрочности, окалиностойкости, пластичности и ударной вязкости стали. Введение кальция и редкоземельных металлов также способствует повыщению рассматриваемых свойств разрабатываемой стали за счет микролегирования зерен и снижения их поверхностной энергии и, кроме того, за счет модифицирования структуры стали. При этом снижение содержания включений, серы и фосфора, глубо кое раскисление стали обеспечивают заметное повышение ее жидкотекучести. Кроме того, введение в сталь кальция и редкоземельных металлов приводит к измельчению нитридов и более равномерному их распределению в металле. Дополнительное введение в состав стали ниобия связано с его способностью подобно титану упрочнять сталь в результате дисперсионного твердения. Мелкие карбиды ниобия распределяются равномерно в стали. Ниобий измельчает аустенитное зерно на 1-2 балла и обеспечивает повышение длительной прочности стали и ее механических свойств. Состав С Г Si Т Мп

-Известная сталь 1,3 17,2 9,8 0,2 1,6 Предлагаемая сталь 0,2 1,51,3 18 10 0,05 0,04 0,09 0,08

17 9 0,01 0,1 0,08 0,05 0,05 0,08

1

0,3 1,6

2 1,7

0,1 0,4

1,5

0.2

0,009

0,006 0.01

0,007 Содержание злементов, вес.% j Or Т NiTAll Ti I v1 Nb Г Са 1 РЗМ Т В Введение бора заметно измельчает литую структуру стали и увеличивает пластичность при повышенных температурах. Положительное влияние бора резко повышается при условии введения в сталь таких более сильных раскислителей, как ванадий, кальций и редкоземельные металлы. Металл выплавляют в 500-килограммовых электродуговых печах согласно действующей технологии. В процессе фракционной разливки расплав обрабатывают комплексными бескремнистыми лигатурами с алюминием, титаном, ванадием, кальцием, редкоземельными металлами, ниобием и бором. Химические составы выплавленных сталей приведены в габл. 1. Жидкотекучесть бтали определяют с помощью спиральной пробы по длине заполнения канала жидким металлом. Опыты показывают, что предлагаемая сталь составов 2-6 обладает на 20-30% лучшей жидкотекуче,стью по сравнению с известной сталью. Одновременно с повышением жидкотекучести сталь отличается от известной более низкой линейной усадкой, которую исследуют по комплексной пробе Нехендзи-Купцова. Для исследования других свойств заливают расплавом всех составов опытные формы с заготовками, изготовленными по выплавляемым моделям. Результаты этих исследований опытных сталей совместно с механическими свойствами при обычной температуре приведены в табл. 2. Результаты испытаний на жаропрбчность и окалиностойкость опытных сталей представлены в табл. 3. Ожидаемый экономически зффект от внедрения предлагаемой жаростойкой стали по предварительным расчетам составляет около 17,5 тыс. руб. в год за счет повышения жаропрочности на 25-30%, литейных свойств на 20-30% и механических свойств на 30-50%. Таблица 1 0,03 0,060,005

545 2.6458 Примечани Известная 0,0065 19,4 11,6 12,3 Формула изобретения Жаростойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, о т л Н;

Известная сталь

22,741,6

10,7

35

Таблица 3 е: Термическая обработка опытных образцов состоит из нормализации при И 50° С с охлаждением на воздухе. 8,4 29,3 30,2 53,2 59,8 чающаяся тем, что, с целью повышения жаропрочности, окалиностойкости, литейных и механических свойств, она дополнительно содержит алюминий, титан, ван.адий, ниобий.

кальций, редкоземельные металлы и бор при оледующем соотношении компонентов, вес.% Углерод0,1-0,4

Кремний1,5-2

Марганец1-2

Хром16-20

1Ъ кель9-11

Алюминий0,01-0,05

Титан0,01-0,1

Ванадий0,05 гО, 15

Ниобий0,05-6,5

0,005-О.ОГ

0,01-0,08 0.005-0,01 Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.ТУ М5.4.34-73, сталь 4Х18Н10С2Л.