Котельная сталь

(54) КОТЕЛ ЬН (57) Изобрете в частности к назначенной энергетическ АЯ СТАЛЬ ние относится к м оставу котельной с для изготовления го оборудования(к аллургиили, пред лементов лы, сосу гается тем, чт емний, марга ГОСУДЛРСТРГ Г Лй КО)1 ИТЕТПО ИЗПБРГТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Центральный научно-исследовский институт черной металлургии имБардина(56) Авторское свидетельство СССР)Ф 1420060, кл. С 22 С 38/26, 1988. 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, 6: 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,ды высокого давления), работающего в области температур до 500 С, Цель изобретения - 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.7 ь: 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 углерод ниобий( б й )ф 16.4 - 65,9. Применениестали позволяет повысить качество металлопродукции, сэкономить дефицитные легирующие элементы. 2 табл,Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является сталь, содержащая, мас.7 О: 4 утлерод 0,18-0,21; марганец 0,55-0,58; хром О 0,50-0,56; кремний 0,26-0,30; ниобий 0,05- (ф 3 0,055; ванадий 0,09-0,10, жслезо остальное,Недостатком известной стали является С 1 несбалансированность данной стали по уг- ,О лероду, ванадию, ниобию и хрому, что не позволяет получить оптимальные характеристики длительчой прочности.меевЦелью изобретения является повышение характеристик пластичности при комнатной и повышенной температурах, ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении уровня длительной прочности.Поставленная цель дости осталь, содержит углерод, крнец. хром, ванадий, ниобий, железо в определенных соотношенияхпричем- ( -- ) = 16,4 - 65,9, Сг Ч 2С МЬСодержание серы и фосфора не должно превышать 0.014 мас. по каждому элементу, азот 4 0,01 мас.ф,. алюминий0,01 мас, 6.Приведенные сочетания легирующих элементов позволят получить в предлагаемой стали после термомеханической обработки - контролируемой прокатки (Тп " =900-750 С) ферритоперлитную или ферритоперлитобейнитную 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,фф. Превышение содержания углерода выше 0,20 мас.ь 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 зеренной структуры, повышает температуру рекристаллизации стали и, что особенно важно в случае применения термомеханической обработки при производстве металлопродукции 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 А 1. При этом необходимо учитывать, что превышение содержания ванадия более 0,08 мас,ф снижает характеристики пластичности, Содержание ванадия менее 0,05 мас, не обеспечивает достижения требуемого уровня длительной прочности,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 551 Содержание хрома 0,55-0,70 мас,ф и марганца 0,65-1,00 мас, обусловлено необходимостью обеспечить определенный уровень длительной прочности за счет твердорастворного упрочнения и повышения стабильности при эксплуатационных температурах карбидов МЗС.Кремний относится к ферритообразующим элементам, Содержание кремния ниже 0,17 мас,6 не обеспечивает жаростойкость стали при температурах эксплуатации. Содержание кремния выше 0,37 мас.неблагоприятно сказывается на характеристиках пластичности;Соотношение - ( - )2 = 16,4-65,9 отСг ЧС МЬражает необходимость сбалансировать со- став стали таким образом, чтобы в пределах предлагаемого состава содежание хрома и ванадия держать на верхнем уровне, а 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 кратковременной прочности, снижениЕ значений соотношения ниже 16,4 не обеспечивает требуемого уровня длительнсй 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 сутунку сечением 70 х 70 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 подстуживание до 900 С с последующей прокаткой в 7 проходов на лист толщиной 14 мм, интервалы между проходами 10 с, Ткп" 8000 С)Иэ 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 5000 С (т" 10000 ч) - на образцах тип ДПпо ГОСТ 10145-81,В табл. 1 приведен химический состав исследованных плавок, в табл. 2 . механические свойства.1703709 Формула изобретения Котельная сталь, содержащая углерод,кремний, марганец, хром, ванадий, ниобий Табли ца 1 Содержание элементов мас. аС Ип Як Сг МЬ Ч Ре Сг Ч( -)э С ОЬ Сталь Плэв ка 0,70 0,02 0,08 0,69 0,04 0,08 0,70 0,03 0,07 0,55 0,02 005 0,75 0,05 0,09 0,45 0,01 0,04 0,74 0,02 0,08 054 005 009 65,9 16,4 19, 06 19,09 11,6 45;0 74,0 Ю Ос тальное1,00 0,30 0,65 017 0,82 0,24 0,88 0,37 1,10 0,31 0,55 0,38 1,00 0,15 0,56 029 О, 17 0,17 0,20 0,18 0,21 0,16 0,16 019 Г редла г аема я 1 2 3 5 6 7 8 За предлагаемыми пределами Иэвестная тэблмиаг тееература испытанв + 500 Се темперауса мстятанин +20 С Сталь Плавка Предел д,ъф те льной пткэи ности гс твОеЕта Т ОтюсмтельОт носи- тельное Ореье нное сопротиеле е 10НПа Предел текунестн ту10 а Относительное удлинение 6,От нос нтель ное суждение Пределтекучес.тм 1 у0 а Ударнаявяэкостько,1 Дм/н Оременное сопротивлениеоаНта с умение 1,2 295 1,1 ЗОО1,о г 9 о 1,0 295 о,7 зго 1,3 286 1,2 285 о,8 Зоо 260 63,026,0 62,527,0 63,026,о бг,520,0 56,028,0 65,025,0 62,02 а,о 58,0 а 9 о 500 а 85 а 90 510 070 аоо 5 оо 1 Предлагаемая 670 г 675 3 660 а 660 5 За предпагае- буо 6 мини предела 7 мм 660 8 Иэвестная 670 85,0 ОЗ,О Оа,о ОЗ,О 78,0 82,0 ОЗ,о 8 о,о 150 1 а 5 1 а 7 1 а 5 1 аб 136 1 азаб 28,5 25,5 26,0 26,5 21,5 26,0 25,5 23,5 15 а 135 1 ао 160 125 зо ао Составитель В,ХомяковРедактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 41 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж. Раушская наб 4/5 тПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101,Как видно из полученных данных, предлагаемая сталь имеет более высокие по сравнению с известной характеристики пластичности (д Чз при комнатной и повышенной (500 С) температурах, а также более высокие значения ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении500уров,я длительной прочности д 10000.Экономический эффект от внедрения данной стали может быть обусловлен снижением дефицитных легирующих элементов - ванадия в среднем на 0,035 мас.70 и ниобия на 0,025. и железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения характеристик пластичности при температурах 20, 500 С, ударной.вязкости при комнатной температуре при 5 сохранении уровня длительной прочности,она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. 7 ь:Углерод 0,17-0,20 Кремний 0,17-0,37 10 Марганец 0.65-1,00Хром 0,55-0,70 Ванадий 0,05-0,08 Ниобий 0,02-0,04 Железо Остальное 15 при выполнении соотношения2Мк ( - 0 - ) -1 б 4 - %9углерод ниоб ий