Жаропрочная сталь

Жаропрочная сталь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБлик (ФФ) (И) ГОСУДАРСТВЕНЮЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (ы)з С 22 С-3BI80

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1: (21) 4815909/02 (22) 16.04.90 (46) 15.02.92. Бюл. N" 6 (71) Белорусский политехнический институт

P2) Н.И. Бестужев, С.Н. Леках, В.М, Михайловский, В.А. Розум, А.M. Коденцов, IO.-А, Журавлев, 8.À. Гольдштейн, А.М. Лабэии, С.В. Жабин, В.Ф. Дурандин и H.È. Кочетков (53) 669.14.018.85-194 (088.8)

{56) Сталь 35Х18Н2462Л. ГОСТ 2176-77. (54) ЖАРОПРОЧНАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, i частности к составу аустенитной жаропрочной стали для изготовления литых иэдеИзобретение относится к металлург)еи, в частности к составам аустенитной. стали для изготовления отливок технологичй©кой оснастки — поддонов термических печей р(ь" ботающих в условиях термоциклических на-.: грузок.

Цель изобретения — блокировка. роста трешин е устье концентраторов напряФений литых изделий. эксплуатируемых при термоцикличесикх нагрузках.

Сравнительные испытания предлагвфмого сплава В литом состоянии проводиди при нижнем, среднем, верхнем, ниже нйжмего и выше верхнего пределах конценщф-., ции ингредиентов, известного —. Ифй среднем содержании. ингредиентов, 8 кача стве шихтовых материалов приЬеняяиеь| стальные пакеты, стальной лом, нИкаль, медь, силикомарганец, алюминий и ферросплавы соответствующих легирукицих эеeментов. Выплавку металла осуществлалй I) лий. Целью изобретения является блокиров«а роста трещин в устье концентратов напряжений литых изделий, эксплуатируемых при термоциклических нагрузках. Сталь до-. полнительно содержит ниобий и титан при следующем соотношении компонентов, мас,$: углерод 0,1-0,4; кремний 0,5-3,0; марганец 0,,3-1,5;, хром 20,0-30,0; никель

12,0-20,0; медь 0,1-0,5; ниобий 0,4-1.0: титан 0,05-0,3; железо остальное. Детали из предлагаемой стали обладают повышенной стойкостью против роста трещин в устье концентраторов напряжений при термоциклических нагрузках. 2 табл.

6-тонной дуговой электропечи с основной футеровкой, Для проведения сравнительных испытаний изготавливалась технологическая оснастка в виде поддонов, которая затем устанавливалась s проходные термические печи. Цикл испытаний: нагрев до 850-1050 С э в окислительной среде, выдержка 14 ч, охлаж- с дение до 600 С. Критерием оценки выхода из строя оснастки считалось появление трещин д и коробление поддонов.

Параллельно с поддонами заливались 0 образцы, из которых вырезались кольца для проведения испытаний на термоциклирование, Кольца имели размеры: внешний ф 25 мм, внутренний ф 15 мм, высота 5 мм. На

: внешней поверхности кольца делался Ч-образный надрез с углом раскрытия 30 и глубиной 3 мм, Режим циклирования: нагрев образцов до Т - 950 С, выдержка 3 мин и охлаждение в свинцовой ванне до 600 С.

Количество циклов термических нагрузок во всех испытаниях составляло 100. Критерием

1712456 оценки блокировки роста трещины в устье концентратора напряжения является скороcTb роста трещины, отнесенное к одному циклу (нкм/цикл}, Химические составы с алей приведены. в табл, 1. Результаты испытаний оснастки на термостойкость и термоциклические McAblтания образцов — в табл, 2.

Из приведенных результатов (табл, 2) видна корреляция между термостойкостью технологической оснастки и термоциклическими испытаниями, Поддоны из предлагаемой стали обладают в 2-3 раза большей стойкостью, скорость распространения трещины при этом снижается в 3,0-4,0 раза.

Из табл. 2 видно, что выбранное соотношение элементов в составе жаропрочной стали является оптимальным для достижения поставленной цели. Углерод в пределах

0,1-0,4%-способствует стабилизации аустенита и расширяет возможности твердого раствора с сохранением аустенитной структуры. Нижний предел углерода 0,1% установлен исходя из необходимости обеспечения требуемой жидкотекучести. . Увеличение концентрации углерода .выше

0,4 приводит к интенсивному росту размеров включений карбидной фазы, что ухудшает свойства отливок и охрупчивает сталь.

Кроме того, крупные включения карбидов выступают в качестве сильных концентраторов напряжений, что приводит к зарождению и росту трещин при термоциклических нагрузках.

Кремний в пределах 0,5-3,0% за счет образования плотной пленки окислов обеспечивает высокую жаростойкость. Нижний предел по кремнию 0,5 установлен из требований жидкотекучести стали. Верхний предел 3,0% установлен исходя из того, что кремний, сужая 1-область, способствует появлению двухфазной аустенитно-ферритной структуры.

Марганец, расширяя у-область, стабилизирует аустенит, частично увеличивает растворимость карбидов хрома в аустените, прй этом расширяются допустимые пределы содержания углерода в жаропрочной стали. Нижний предел по марганцу 03 обусловлен необходимостью достижения определенного эффекта от его ввода. Повышение марганца более 2.5 приводит к образованию феррита.

Для получения высокой жаростойкости и окалиностойкости аустенитной стали концентрация хрома устанавливается в пределах 20-30 $. Нижний и редел 20% установлен исходя из необходимости связывания углерода в карбиды (Сг, Fe) C, Верхний предел 30.0 (, обусловлен значительным укрупнением включений карбидной фазы в сплавах с содержанием хрома выше

30%, что благоприятно сказывается на ме5 ханических свойствах стали.

Выбор содержания никеля в пределах

12-20% обусловлен исходя из необходимости получения аустенитной структуры в литом состоянии в широком интервале

10 температур. Нижний предел содержания никеля 12% выбран исходя из этих условий.

С увеличением содержания никеля выше

20% положительный эффект присутствии никеля в сплаве практически не влияет на

15 структуру и механические свойства.

Медь в пределах 0,1-0,5% образует защитную пленку, усиливая при этом ее сцепление с металлом и существенно повышая жаростойкость отливок при термоцикличе20 ских нагрузках. Нижний предел 0,1 выбран исходя из необходимости получения ощутимого эффекта окалиностойкости, верхний предел ограничен возможностью образования хрупких эвтектик медистых фаз, 25 ухудшающих свойства отливок.

Наличие в атмосфере серы и кислорода приводит к образованию окалины на внешней поверхности литых деталей и внутреннему- окислению и сульфидизации в их

30 объеме. При температурах больше 800 С объемное проникновение серы и кислорода становится доминирующим процессом.

Развитие коррозии и трещин преимущественно идет вдоль границ зерен аустенита.

35 .Наличие в стали большого количества концентраторов напряжений, например неметаллических включений неблагоприятной формы, способствует процессу объемной диффузии серы и кислорода, что безуслов40 но снижает трещиностойкость литых деталей при термических нагрузках, Введение в состав стали ниобия и титана в количествах 0,4 — 1,0 и 0,05-0,3% соответственно позволяет реализовать эффект бло45 кировки роста трещин в устье концентраторов напряжений. Высокотемпературные карбиды и нитриды титана и ниобия играют роль инокуляторов, резко из. мельчая строение первичной структуры, 50 Вследствие их высокой температуры плавления они расположены в виде включений внутри зерна, а не выпадают по их границам, как это наблюдается с более низкотемпературными карбидами, Кроме того, 55 ниобий образует с железом интерметаллические фазы, выделяющиеся по границам зерен, при этом наблюдается повышение сопротивления "блокировка" роста трещины. Перечисленные факторы стабилизируют границы аустенитных зерен, предотвраща1712456

Ф

Содержание элементов, масА

Уровень содержания элементов

Состав стали !" I

18,5

По изобретению

0,5 0,3

1э5 1эо

3,0 -1,5 о.3 о,1

1 (известный) Средний

24- 0,15 . ост.

0,35

20,0 !2

25,6 16,5

3о,.р го

15,0 10,0

0,1

0,25 о,4

0,08

0,1

0,3

0,5

0,08

0,4 0,05

0,70 о, 15

1,О 0,3

0,2 0,01 ост.

Нижний

Средний

Верхний

Ниже. ниж" мего

Выше верхнего

3

5 ост. ост. ост.

0,5 3,5 2,0 35 0

22 1,0 1,5 0,5 ост.

Ю Ф

4Ь ) Та блица 2

Составитзаь В.Михайловский

Техред Ы;Моргентал Корректор М.Пожо

- Редактор М.Келемеш

Заказ 512 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рзушская наб., 4/5

Производственно-издательский.кембинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101! ют их обезуглероживание и окисление.

Этим объясняется механизм блокировки роста трещин за счет легирования стали ниобием и титаном.

Нижние пределы ниобия и титана 0,4 и

005$ соответственно выбраны исходя из необходимости достижения определенного эффекта и частичного связывания углерода в карбиды. . Превышение содержания ниобия свыше верхнего предела 1$ не дает существенного приращения служебных характеривтик и ухудшает зкономические показателииспользования ниобийсодержащих сталей, ухудшаются технологические свойства сплава.

Формула изобретения

Жаропрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, железо, отличающаяся тем, что. с

5 целью блокировки роста трещин в устье концентратора напряжений литых изделий, эксплуатируемых при термоциклических нагрузках, она дополнительно содержит ниобий и титан при следующем соотношении

10, компонентов, мас. :

Углерод 0,1-0,4

Кремний 0,5-3,0

Марганец 0,3-1,5

Хром 20,0-30,0

15 Никель 12,0-20,0

Медь 0,1-0,5

Ниобий 0,4-1,0

Титан 0,05-0,3

Железо Остальное

20 т, а б л и ц а. 1