Сталь

( 9) 38/ Я)5 С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И.ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР БРЕТЕНИЯ Е ИЗО ПИСА ДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО 2 Изобретение относится к металлургии, Однако эта сталь не может использо- - ф . конкретнее к сплавам на железной основе. ваться для работы в течение длйтельногоИзвестнауглеродистая сталь, содержа- времени при высоких температурах вслед- (Л щая, мас.;6: С 0,16-0;24; 9 0,15 - 0,30; Мп . ствие того, что она недостаточно легирова- ф 0,35-0,65; 8 до 0,040, Р до 0,040. на, а следовательно, имеет низкий уровеньПосле принятой термической обработ- требуемых свойств. . ки, а именно нормализации с 920 - 950 ОС, Известна сталь, наиболее близкая поохлаждения на воздухе и отпуска, она рас- легированию к предлагаемой, взятая за просчитана на срок службы 100,000 ч при тем- тетин, включающая, мас.ов: С 0,28-0,б; б пературах: 0,4-1,0; Мп 0,1 - 1,5; Ч 0,01 - 0;1; ИЬ 0,01-0,1;450 ОС - 98 МПа б до 0,035 Р до 0,03 б а475 ОС МПа Однако в этой стали высоко содержание500 С - 49 МПа серы и фосфора, что приводит к преждевреНедостатком стали является то, что она менному разрушению. не может работать свыше 100,000 ч при за- Цель изобретения - повышение пладанныхтемпературах.стичности и срока службы изделий при раИзвестна сталь, содержащая, мас.: С бочих температурах 400-520 ОС, 0,02-0,25; Мп 0,2-0,4; Я до 0,03; 3 до 0,03; . Поставленная цель.достйгаетсятем,что Р до 0,03; А 0,1-0,019. сталь, содержащая углерод, кремний, мар 1(71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. Й.П, Бардина и Оскольский электрометаллурги-. ческий комбинат(56) Авторское свидетельство СССР М 331111, кл. С 22 С 38/12, 1972.(57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к стали, обладающей увеличенным сроком службы изделий из нее при рабочих температурах до 520 С. Сталь дополнительно содержит алюминий, азот, цинк, свинец, олово, висмут; сурьму приследующем соотношении компонентов, мас.ф: углерод 0,07-0,27; марганец 0,30-1,50; кремний 0,17-0,80; ванадий 0,002-0,10; алюминий 0,002-0,009; азот 0,002 - 0,012; сера 0.002-0,015; фосфор 0,005 - 0,015; цинк 0,0005-0,004; олово 0,0005 - 0,004; свинец 0,0003 - 0,004; висмут 0,0001-0;003; сурьма О;0005-0,003; железо остальное при выполнении следующих соотношений; сумма (фосфор+ цинк+ олово+ свинец+ висмут+ сурьма)0,027; соотношение ванадий/углерод = 0,007-1,5; соотношение алюминий/ азот = 0,2-4,5, 1 табл.10 15 20 35 40 45 50 ганец, ванадий;серу, фосфор, дополнительно содержит алюминий, азот, цинк, олово,свинец, висмут, сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.;ь:Углерод 0,07 - 0,27Марганец . 0,30 - 1,5Кремний 0,17-0,80Ванадий 0,002-0,10Алюминий 0,002 - 0,009Азот 0,002 - 0,012Сера 0,002 - 0,015Фосфор 0,005-0,015Цинк: 0,0005-0,004Олово 0,0005-0,004Свинец 0,0003-0,004Висмут 0,0001 - 0,003Сурьма 0,0005-0,003причем сумма элементов Р + Еп + Яп +РЬ + В + ЯЬ = 0,027, а Ч;С= 0,007-1,50 иАЩ=0,.". - 4,5,Сопоставительный анализ с прототипом позоет сделать выод, что заявляемая сталь отличается от известнойдапблнительным содержанием алюминия(0,0005 - 0,0 С 40), олова (0,0005-0,004 Я,свинца (0,0003-0,0046), висмута (0,00010,003 Оь), сурьмы (0,0005 - 0,003 оф), причемсумма элементов фосфора, цинка, свнца,олова, висмута, сурьмы не должна превышать 0,027;(, а отношение Ч:С=0,007-1,50 иАЩ=0,2 - 4,5.Сущность изобретения состоит в том,что сталь содержит алюминий в количестве0,002-0,009 6, азот 0,002-0,012;6, т.е. в техколичествах, при которых не образуетсянитридная фаза А й. Превышение содержания алюминия свыше 0,009% приводит кобразованию вторичных нитридов, наличиекоторых в стали снижает ее длительнуюпрочность. Уменьшение содержания алюминия менее 0,002 характеризует нераскисленность металла, а следовательно,егоплохое качество. Превышение верхнего содержания азота ведет к образованию карбонитридных фаз (или нитридных) вместокарбидных, получение азота ниже приведенного в промышленных условиях практически не достигается.Превышение содержания углеродасверх 0,27 оь приводит к образованию излишнего количества карбидньх фаз, а такжек их коагуляции, Уменьшение содержанияуглерода за указанные пределы не обеспе чивает получения достаточногоколичества 5упрочняющих фаз, а следовательно, требуемого уровня прочностных свойств,Введение марганца и кремния необходимо для раскисления стали. При"содержании марганца и кремния менее 0,30 и 0,17 соответственно сталь оказывается недостаточно раскисленной, при превышении содержания марганца выше 1,50 и кремния 0,80% резко повышается в стали содержание неметаллических включений - силикатов марганца.Введение ванадия в количестве 0,002- 0,10 ф 6 способствует образованию карбида ванадия ЧС, стабилизирующего свойства стали в течение длительного времени,Превышение содержания ванадия свыше 0,10 приводит к образованию избыточного количества карбида ванадия, а следовательно, к иному перераспределению углерода в фазах. Понижение ванадия ниже 0,002 О приводит практически к отсутствию карбида ванадия, что также нежелательно при получении требуемьх свойс,в,Сера и фосфор отрицательно влияют на свойства стали, особенно работающих длительное время в условиях высоких температур и напряжений, Эти элементы, обогащая приграничные объемы металла, приводят к ослаблению связей на границах зерен, 1 то асз,;е;но ва;ха уч"-; ывать для сталей даннога назначения,Нижний предел содержания серы и фосфсра установлен исходя из возможностей промьшленаго оборудования, так как получение значений серы и фосфора менее 0,002% (каждаго) возможно лишь при проведении специальных экспериментов, что значительна удорожает сталь,Увеличение содержания в стали серы и фосфора свыше 0,015% (каждого) нежелательно, так как это приводит к ухудшению свойств,Примеси цветных металлов - свинца, цинка, олова, висмута, сурьмы - оказывают отрицательное влияние на длительную прочность стали, выделяясь на границах зерен в виде легкоплавкой эвтектики.Получение каждого из этих элементов Еп ниже 0,0005, РЬ 0,0003, Зп 0,0005, В 0,0001, ЯЬ 0,0005) невозможно в промышленных условиях, Ограничение верхнего предела ( Еп 0,004, РЬ 0,004, Зп 0,004, В 0,003, ЯЬ 0,003) возможно только в случаях применения крайне трудной технологии для получения таких количеств - специальной и длительной обработки шахты, например, методом прямого восстановления железа или еще более сложные методы. В металле обычной выплавки содержание этих элементов находится на уровне сотых долей процента (каждого). Такое высокое содержание примесей цветных металлов отрицательно сказывается на пластических характеристиках стали,Ограничение содержания примесейцветных металлов фосфора, цинка, свинца,олова, сурьмы, висмута 0,027% связано счистотой границ зерен от эвтектических выделений, что способствует получению металла с высокими прочностью ипластичностью,При нарушении соотношенияЧ:С=0,007 - 1,50 изменяется структура стали:при соотношении менее 0,007 наблюдаются 10грубые, в основном пограничные, выделения карбидных фаз, в случае соотношенияболее 1,50 присутствуют скопления грубыхвыделений этих фаз. Такие нарушения как впервом, так и во втором случаях отрицательно сказываются на свойствах стали, в первую очередь длительных,При нарушении соотношения А 1:М менее 0,20 азот соединяется с ванадием, темсамым резко уменьшая количествоосновной упрочняющей фазы - карбида ванадия(ЧС); при содержании более 4,5 образуются скопления нитридов алюминия; наличие которых понижает как прочность, таки пластичность, 25Предлагаемое соотношение элементов в стали было найдено экспериментальным путем и является оптимальным,поскольку позволяет получить комплексный технический эффект, указанный в целевой части формулы изобретения, Принарушении соотношгэния элементов ухудшаются свойства, стали, наблюдается ихнестабильность и эффект не достигается.Ниже приведены варианты осуществления и использования изобретения, неисключающие другие варианты в объемеформулы изобретения (см. таблицу), гдезначения длительной прочности приведены в основном для средней рабочей температуры 450 и для 520 С,П р и м е р 1. Металл состава 1 (см.таблицу) получают следующим образом, Всталеплавильной печи выплавляют полупродукт из чистой по цветным примесям 45цинку, свинцу, олову, висмуту, сурьме) шихты, полученной специальными методами,например методом "прямого" восстановления железа, Содержание углерода в полупродукте 0,07 . В процессе выпуска 50проводят прямое легирование металла марганцем на 0,30% из оксидных материалов свосстановлением кремния ча 0,17 о . Этоспособствует получению гарантированнонизкого содержания фосфора и алюминия, 55, особенно при легировании марганцем в интервале 0,7-1,5. В отличие от ферромарганца оксидные марганецсодержаЩИематериалы имеют очень небольшое содержание фосфора. Затем металл выпускают вФормула изобретения Сталь, содержащая углерод, кремний. марганец, ванадий, серу. фосфор, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повйшения пластичности, срока службы изделий при рабочих температурах 400 -о520 С, она дополнительно содержит алюминий, азот, цинк, свинец, олово, висмут, сурьму при следующем соотношении компонентов, мас. :УглеродМарганецКремнийВанадийАлюминийАзотСераФосфорЦинкОловоСвинецВисмутСурьмаЖелезо 0,07 - ,0,27 0,30 - 1,50 0,17 - 0,80 0,002-0,10 0,002-0,009 0,002 - 0,012 0,002-0,015 0,005-0,015 0,0005-0,004 0,0005-0,004 0,0003-0,004 0,0001-0.003 0,0005-0,003 Остальное ковш, После выпуска замеряют темпеРатуру металла и вакуумируют его циркуляционным способом в течение 20 мин при остаточном давлении до 1 М бар. Десульфурацию стали проводят в процессе внепечной обработки известковыми шлаками на 0,002, В конце вакуумирования присаживают ванадий на 0,01. После вакуумирования металл разливают. В процессе выпуска и внепечной обработки при необходимости проводится корректировка состава путем ввода добавок требуемых элементов. При достижении заданного состава и соотношения Ч:С=0,007-1,50 и А 1:8=0,2 - 4;5, а также требуемой температуры ковш с металлом передают на разливку.П р и м е р 2, Металл состава 3 см. таблицу) выплавляют этим же способом, содержание углерода в полупродукте 0,27 о , В процессе выпуска проводят прямое легирование металла марганцем на 1,50 оиз оксидных материалов с восстановлениемкремйия йа 0;80%, После выпуска металла замеряют температуру; Затем металл вакуумируют В конце вакуумирования присакивают ванадий на 0,10%. После вакуумирования металл разливают. В процессе выпуска и внепечной обработки корректируют химический состав стали путем ввода добавок требуемых элементов. При достижении заданного состава и соблюдении соотношений, а также требуемой температуры ковш с металлом передают на разливку.0,30 0,90 1,50 0,60 0,70 1,50 0,80 0,08 0,001 0,95 0,20 0,20 0,15 0,10 0,20 0,28 0,10 0,10 0,22 8 0,28 9 0,35 1 О 0,29 11 0,1312 С)28 13 0,13 0,010 0,029 0015 О,035 0,006 0,035 о,аа 9 0,003 С, 020 0,005 0,030 0,005 О,72,0О,1 О0,809 Р 50,80 Прототип Я 0,0 0,08 0,10 о,ае 0,020 О,035 0,030 0,020 0,030 0,035 Содержание в стали,элементовас.Ф Плас"тичность,Темпертураиспытания, С Соотношени иС А 1/И Р+Еп+Вп+ РЬ+В 1+ЯЬ рушен с, ч,Поедлагае сталь 0,14 0,35 0,37 25,5 450 .25,8 450 23,4 450 26,1 450 25,0 450 26 0 520 0,00690,0180,0270,0270,02050,0240,022 0,0001 0,0010 0,003 0,002 0,002 0,001 0,002Вы 1 0,0003 2 0,0018 3 0,002 4 0,003 5 0,0046 0,002 70,003 0,00050,00120,0030,0020,00150,0020,002ходящая 0,0070,37о,г 5ые пр за заваля 12,1 450 11,6 450 13,0 450 12,2 450 1,О 450 12,5 520 0092 0,059 0,072 0,068 0,028 0,068 Протот 0,004 0,008 О,С 09 0,007 О, 006 0,007 8 0,022 9 0,0101 О 0,020 11 0,01512 О,СОЗ 13 0 015 0,005 0,007 0,006 0,008 0,005 о,аое о,1 с 6 Еа 1,33 705 0,14 бга 5,0 690,О 450 ,3 450 ,0 450 ,5 520 при выполнении следующих соотношений;сумма (фосфор + цинк + олово + свинец +висмут+ сурьма)0.027; 14 0,28 0,10 0,40 О, 01 15 о,4 о а,9 а о,70 о,об 1 б О 60 1 5 1 0 О 10 17 0,40 0,90 0,70 0,06 М отношение ванадий / углерод = 0,007-1,5;отношение алюминий / азот = 0,2 - 4,5. Предлагаемая сталь.0,002 0,005 0,0005 0,0005о,оо 8 о,о 10 о,ос 5 о,оог 50)015 0)05 0)002 0)0020,012 0,014 0,004 0,002О,оО 0,008 0,001 0,0040,015 0,015 0,002 О 0020,007 0,010 0,003 0,002Выходящая за заявляемыепределыО 025 О 023 О 020 О 0180,017 0,016 0,009 0,009о,аб о,с 17 а,а 1 о о,соО,0 19 0,021 , 0,008 0,0090)020 а)009 0002 с)0030,019 0,021 с)008 0,009 Продолжение таблицы 1,0 16500,66 18804,5 17200,20 17000,28 16904,5, 15000,41 1710еделы