Сталь

СОЮЗ СОВЕТСКИХОдддддидадкРЕСПУБЛИК МВР С 22 С 38/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк двтодсндм сеидгидддтви ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ(71) Физико-технический институтЛН Белорусской ССР(54 (57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, алюминий, кремний и,железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения механических .свойств после длительной выдержки при температуре до 600 С, она содержит компоненты при следующем соотно,шении, мас.ВгУглерод О, 3-0,5 Марганец 25 -27 Алюминий 4,0-4,5 КремниЯ 2,0-2,5 Железо Ост аль ноеИзобретение относится к черной металлургии, в частности к беэникелевым сталям аустенитного класса теплоустойчивых до температур 600 С.Сталь может быть использована в качестве материала для изготовления деталей термического оборудования, работающих под значительными нагрузками при повышенных температурахТакими деталями являются кронштейны, поддоны термических печей, решетки и др. В настоящее время основным материалом для их изготовления является хромоникелевая аустенитная сталь марки Х 18 Н 10 Т 1Эта сталь имеет удовлетворительные механические свойства при повышенных температурах и высокую стойкость против коррозии в окислительных средах при повышенных температурах.Недостаток этой стали - высокая себестоимость, определяется химсоставом хромоникелевых сталей, для обеспечения которого требуются дорогостоящие шихтовые материала, в частности остродефицитный никель.Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является сталь Я содержащая, вес.%:Алюминий 8,0-10,0Марганец 20-35Углерод 0,75-1,10Кремний 1-2Железо ОстальноеДанная сталь обладает высокими значениями жаростойкости, а также прочностных и пластических характеристик при комнатной и повышенных до 815 С температурах. В состоянииОпосле закалки она имеет следующие механические свойства:Предел прочности нарастяжение,кг/мм2 84Предел текучести,кг/мм 57,6Относительное удлинениеу Ъ 72Относительное сужение, Ъ 70Недостатком данной стали является резкое снижение механических свойств после длительной выдержки при повышенных температурах.Выдержка стали в течение 200 ч при 600 ОС приводит почти к полной потере пластических свойств и резкому снижению прочностных. Это относится к испытаниям как при комнат ной, так и при повышенных температурах.Цель изобретения - повышение ме 1ханических свойств стали после дли"тельной выдержки при температуредо 600 С.Поставленная цель достигаетсятем, что.сталь, содержащая углерод марганец, алюминий, кремний и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.Ъ;Углерод 0,3-0,5Марганец 25-27 5 Алюминий 4, 0-4,5Кремний 2,0-2,5Желез о ОстальноеСнижение количества алюминия иуглерода по сравнению с известной 10 сталью обусловлено необходимостьюпредотвращения возникновения карбидов типа гс ДР С при повышенныхтемпературах, а марганца - выделениефазы- МИ, Указанные содержания 15 алюминия и кремния являются достаточными для обеспечения необходимого уровня жаростойкости.Для обоснования пределов содержания компонентов проводят сериюплавок предлагаемой стали (плавки1-12),.определяют их механическиесвойства, выявляют влияние химсоставаи термообработки на стабильностьаустенитной структуры определяютжаростойкость при 600 цС в воздушнойсреде. Для сравнения выплавляют известную сталь (плавка 13).Плавки проводят в основной индукционной печи по общепринятой техноХимический состав плавок приведен в табл. 1.В качестве шихтовых материаловмогут применяться обычные промышленные сплавы (ферромарганец, ферросилиций, вторичный алюминий ит.д.) в соотношениях, обеспечивающих необходимый химсостав. Отливкиполученные путем заливки в металлическую Форму, проковываются в пру ток диаметром 16 мм при 1050-1100 С.Для определения влияния длитель-ной выдержки при повышенных температурах на структуру и свойства ста.лей проводят соответствующую термо обработку, которая состоит из,предварительной закалки с 1100 С в водуи выдержки заготовок при 600 С в течение 200 ч.Испытания жаростойкостив воздушной среде при 600 С и механические испытания при комнатной и повышенной температурах проводят постандартным методикам., Результаты испытаний при комнатной температуре представлены в табл.2,при 600 С - в табл.3; при этом приОняты следующие обозначения;б 1 - предел прочности на растяжение, МПа;бт - предел текучести, МПа;О - относительное удлинение,З;60 ч - относительное сужение,%;Ок - ударная вязкость,КДж/м;К - жарстойкость при 500 С,г/и ч.Как видно иэ данных табл. 2, опти мальным комплексом механических.1,86 10 0,44 26,8 3,90 0,390,32 26,8 25,3 4,03 1,90 4,56 2,62 1,04 1,24 8,16 29,9 свойств и стойкости против окисленияпри 600 С обладают образцы плавок3-7 Увеличение количества марганцаЪвыше 27 мас. плавка 1) при заданных соотношениях остальных элементовприводит к выделению Р -марганца после длительной выдержки при 600 фС,что отрицательно сказывается на механических свойствах, особенно яапластических характеристиках, Резкоснижается ударная вязкость. Неблагоприятным оказывается и уменьшениеколичества марганца ниже 25 мас.%(плавка 2) . В структуре стали приэтом образуется значительное количество феррита, а относительное удлинение и сужение снижается в 2-3раза, Аналогичным образом влияети уменьшение количества углероданиже 0,3 мас.% (плавка 8) . Увеличение содержания углерода сверх 200,5 мас. (плавка 9) приводит к выделению карбидов во время длительной.выдержки при повышенных температурах, а это, в свою очередь,.отрицательно влияет на пластическиесвойства стали и ударную вязкостьНежелательным является снижениев стали содержания алюминия менее4,0 мас.Ъ и кремния менее 2,0 мас.%.В этом случае наблюдается существенное снижение жаростойкости в 2-3раза), хотя прочностные свойстваостаются высокими (плавки 10 и 11) .Увеличение алюминия сверх 4,5 мас.% плавка 8 и кремния сверх 2,5 мас.В (плавка 12 повьшает жаростойкость, однако в структуре стали наряду с аустенитом появляется феррит, и механические свойства стали значителъно снижаются.Результаты испытаний известной стали свидетельствуют, что в состоянии после закалки известная сталь имеет высокие механические свойства как при комнатной температуре, так и при 600 фС табл. 2 и 3). Однако выдержка ее в течение 200 ч при 600 С приводит к такому существенному снижению механических свойств, что практическое использование этой стали в качестве деталей печной арматуры становится невозможным,Жароетойкость опытных сталей незначительно уступает жаростойкости известной стали, несмотря на двух- кратное снижение содержания алюминия. Это объясняется тем, что пониженное содержание углерода в стали по сравнению с известной оказывает положительное влияние на сопротивление к окислению.1 Учитывая потребность в такого рода материалах производственного объединения МТЗ, определенную ориен. тировочно в количестве 80-100 т, экономическая эффективность от внедрения изобретения составляет 30000 руб.13 Продолжение табл. 2 Жар ост ойкость нри600 С Плавка цн 360 470 625 1800 25 24 755 440 3020 70 380 66 690 3030 64 380 60 745 2940 65 390 750 3170 410 70 3080 бб 340 725 1370 30 25 385 725 0,0540 15 380 12 490 840 71 3230 69 380 760 10 3140 68 68 370 745 1690 26 705 0,8 190 1,5 210 215 13 Механические свойства после закалки 6,В Механические свойства после вьдержки при 600 С в течение 200 ч Ою 0460 Оф 0312 Оф 0320 0,0399 0,0338 0,0320 0,0389 0,0331 0,0992 0,0986 0,0283 0,02661079689 ТаблицаЗ бй бт 8 21 22 36 460 290 38 20 310 34 34 505 20 5 24 41 39 505 300 29 490 280 28 47032 295 22 120.13 32 130 1,9 1,0 Составитель Л.СуязоваРедактор Т.Веселова Техред С,Легеза КорректорЛ.Пилипенко Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Заказ 1262/26 филиал ППП фПатент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Механические свойства после закалки щ щ Ф ш ь Фщвшщ щещыщ щ щ щ щщ ш 445 285 435 300 500 310 485 285 485 310 590 420 Механические свойства послевыдержки при 600 С в течение200 ч