Котельная сталь

ИСАН ЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокого давления), работающего при температуре до 450 С, Цель изобретения - повышение характеристик кратковременной и длительной прочности. Сталь дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод 0,17 - 0,22; кремний 0,17 - 0,37; марганец 0,27 - 0,60; ванадий 0,05 - 0,08; ниобий 0,02 - 0,04; хром 0,30-0,50; железо - остальное, при выполнении соотношения И(С ИЬ) = 11,5 - 22,2. Изобретение позволяет повысить. качество металлопродукции, увеличить срок службы изделий, сэкономить дефицитные легирующие элементы, 2 табл,(21) 4832100/02(56) Авторское свидетельство СССРМ 316743, кл, С 22 С 38/12, 1972.(57) Изобретение относится к металлув частности, к составу котельной ательии им В.Б. КиО.В.Нотреня, жик гиии,тали,2,0; кремний 0,2 - 0,6; ни ниобий 0,03 - 0,1; алюминий 0,015 - 0,03; ванадий 0,03 остальное.Недостатками известнои ся широкие границы содерж никеля, ванадия, ниобия, чт получать стабильный урове сокое содержание азота и обеспечивает высоких хара тельной прочности.Целью изобретения явл ние характеристик кратковр тельной прочности котельноДля этого сталь, вкл род, кремний, марганец, бий, железо, дополнител хром при следующем соо понентов, мас,0/,: 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 450 С.Известна котельная сталь, содержащая, мас.06: углерод 0,14 - 0,20; кремний 0,17 - 0,37; марганец 0,60 - 1,00; никель до 0,25; хром до 0,25;медь до 0,25; ванадий 0,05 - 0,09 или ниобий 0,02 - 0,06; остальное - железо. Недостатком данной стали являются низкие характеристики длительной прочности при температуре эксплуатации 450 С.Наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая, мас.70: углерод 0,05 - 0,2; марганец 0,5 -ель 0,3 - 1,5;0,03 - 0,1; азот 0,1; железо -стали являютния марганца о не позволяет ь свойств; выалюминия не ктеристик дли 00( яется по емен ной й стали, ючающая ванадий ьно соде тношении ыше- дли- углениоржитком ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 1728303 А 1. Ниобий 0,02 - 0,04Железо Остальное при выполнении соотношения Н/(С МЬ) = 11,5 - 22,2,Примеси; сера до 0,014; фосфор до 0,014 5, азот до 0,016; алюминий до 0,01; никель до 0,25; медь до 0,256.Приведенные сочетания легирующих элементов позволяют получить в предлагаемой стали, прошедшей контролируемую прокатку Ткп=900-750 С, феррито-перлитную или феррито-перлито-бейнитную структуру с равномерным распределением мелкодисперсных карбонитридов ванадия и ниобия, обладающих повышенной стабильностью при температурах до 600 С. Данная структура обеспечивает благоприятное сочетание прочности и пластичности как при климатических, так и при повышенных температурах,Углерод и карбонитридообразующие элементы (ванадий и ниобий) вводятся в сталь для обеспечения требуемого уровня кратковременной и длительной прочности, причем ниобий управляет в основном процессами в аустенитной области (определяет склонность к росту зерна аустенита, стабилизирует субструктуру, образующуюся при термомеханической обработке, повышает температуру рекристаллизации стали и, как следствие, влияет на характер у =а-превращения, в то время как влияние ванадия проявляется при температурах ниже А 1, так как именно в этой области находится интервал наиболее интенсивного выделения карбонитрида ванадия. Верхняя граница содержания углерсда (0,22), ванадия (0,08) и ниобия (0,04 ф ) обусловлена необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали, нижняя (соответственно 0,17 ; 0.05; 0,02 ) - обеспечения требуемого уровня кратковременной и длительной прочности. Относительно низкое содержание в стали ниобия определяется принципом рационального микролегирования, так как максимальный темп прироста прочности в микролегированной стали достигается при увеличении содержания ниобия до 0,04, Анализ влияния ванадия и ниобия на характеристики прочности и пластичности стали показывает, что при совместном микролегировании стали ванадием и ниобием наблюдается неаддетивное увеличение прочности (так как происходит конкуренция ванадия и ниобия).5 10 50 ку катают по контролируемому режиму налист толщиной 14 мм (температура нагрева металла перед прокаткой 1150 С, далее подстуживание до 900 С с последующей прокаткой в 7 проходов на лист толщиной 55 14 мм, интервалы между проходами 10 с,Ткп =800 С)Из листа изготавливают тангенциальные образцы для определения характери 15 20 25 30 35 40 45 Таким образом, для получения максимального упрочнения и предотвращения возможного измельчения зерна ниобием (что неблагоприятно сказывается на характеристиках длительной прочности) необходимо сбалансировать микролегирование так, чтобы содержание ниобия было на нижнем уровне, в то время как содержание ванадия - на верхнем.Следовательно, необходимость вводить компоненты в следующем соотношении, мас.:Ч/ ( Сй Ь ) = 11,5 - 22,2,причем если указанное соотношение меньше 11,5, то не обеспечивается требуемый уровень длительной прочности, если больше 22,2, то не обеспечивается требуемый уровень кратковременной прочности.Хром используется как упрочнитель твердого раствора, способствующий повышению характеристик длительной прочности, причем легирование стали хромом усиливает эффект упрочнения, вносимый ниобием и ванадием, изменяет морфологию продуктов у -а -превращения, что дополнительно упрочняет сталь,При содержании хрома и марганца соответственно более 0,50 и 0,60 не обеспечивается необходимый уровень пластичности; при содержании хрома и марганца соответственно менее 0,30 ф и 0,27 не обеспечивается уровень длительной прочности и прокаливаемость стали,Кремний относится к ферритообразующим элементам, Содержание кремния ниже 0,17, не обеспечивает жаростойкость стали при температуре эксплуатации. Содержание кремния выше 0,37 неблагоприятно сказывается на характеристиках пластичности.П р и м е р. Известную и предлагаемую сталь выплавляют в открытой индукционной печи емкостью 60 кг. Плавки разливают на три слитка массой по 17 кг и далее куют на сутунку сечением 70 х 70 мм (температура нагрева слитков перед ковкой 1200 С). Сутун1728303 Таблица 1 Химический состав предлагаемой и известной стали Содерыание згенентоа, ас .8 а т 1)."Плавка Сталь гПУеЧС ВЬ) Ч Д 1 Ост . 14,7Ост. 11,8Ост. 22,2Ост. 11,5Ост. 17,6Ост. 0,05 0,08 0,30 0,02 0,50 0,04 0,46 0,020,44 0,03 0,48 0,020,05 0,25 О.ЗЭ 0,30 0,17 О,З 7 0,30 О 17 0270,22 0,600,18 0,50О,го 0,480,17 0,55020 090 Предлагаеная 0,08 0,07 0,06 0,06 О,ОЭ 0,02 о,зз Известная Таблица 2 Механические свойства предлагаемой и известной стали Тенпература испытания 20 С Тенпература испытания 450 еС Сталь Плавка Предел текучести 6 з КПа-ьзоз ооооМПа Относительное сукенне Относительноеудлинение,УдарнаявязкостьИС 11КДк/н Временноесопротивление баКПа осительное суяение Предел ,Относи"теку:ес- тельное1ти 6 , удлине"КПание Ок2 1 Предлагаеная 450 507 485 490 460 430 28,5 81 24,5 78 27,5 80 25,5 79 28,0 82 гб,5 ВЗ 172 163176 620 460 660 485 630 470 645 475 635470 600 4 сО 320 ЗВЗ 360 370 Э 25 285 65 1,53 63 1,19 64 1,36 64 125 65 1,Э 5 64 0,90 28,0 25,0 26,5 25,0 27,0 25,5 17" 165 142 56 Известная Составитель М.БобылевТехред М. Моргентал Корректор А.Осауленко Редактор Т, Бельская Заказ 1381 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 стик кратковременной и длительной прочности,Механические свойства при растяже-нии определяют на образцах тип 1 поГОСТ 1497-84 при комнатной температуре и 5по ГОСТ 9651-84 при повышенной температуре; ударная вязкость при комнатной температуре - по ГОСТ 9454-78 на образцах тип1; характеристики длительной прочностии ри 450 С ( т - 10000 ч) - на образцах тип 10ДПпо ГОСТ 10145-81.В табл,1 приведен химический состависследованных плавок, в табл,2 - данные омеханических свойствах.Как видно из табл.2, предлагаемая сталь 15по сравнению с известной имеет более высокие характеристики кратковременной идлительной прочности,формула изобренияКотельная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, ниобий, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения характеристик кратковременной и длительной прочности, она дополнительно содержит хром при следующем соотношении компонентов, мас. :Углерод 0,17 - 0,22 Кремний 0,17 - 0,37 Марганец 0,27 - 0,60 Ванадий 0,05 - 0,08 Ниобий 0,02 - 0,04 Хром 0,30 - 0,50 Железо Остальное при выполнении соотношения Ч/(С МЬ)" 11,5 - 22,2,