Котельная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к составу котельной стали, предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды 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.%: 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 хром ( ванадий 16.4-65.9. Применение углеродv ниобий г м стали позволяет повысить качество металлопродукции, сэкономить дефицитные легирующие элементы. 2 табл. Ј

СОн33 СОВЕТСКИХ

СОЦ1:",ЛЛИСТИЧГСК11Х

Р1 СПУГ,ЛИК

rsI>s С 22 С 38/26

ГОСУДЛРСТРГННЫй КОМИТЕТ

flO ИЗОГ>РГТРК НИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° Ф 4

О

С)

О (21) 4829720/02 (22) 29.05.90 (46) 07,01.92. Бюл. ¹ 1 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П, Бардина (72) M.Â. Бобылев, Б.Ю. Зеличенок, В.Б. Киреев, А.М. Корешкова, В.В, Лебедев, О,В.

Носоченко, С.И. Ривкин. Ю.К. Петреня, В.И, Столяров, В.М. Хомяков и А.А, Чижик (53) 669. 14.018.4-194(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1420060, кл. С 22 С 38/26, 1988. (54) КОТЕЛЬНАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к составу котельной стали, предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосу%

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 0,170,30; 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.

„„5U ÄÄ 1703709А1 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. $: 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 (й )=16.4-65,9. Применение стали позволяет повысить качество металлопродукции, сэкономить дефицитные легирующие элементы. 2 табл.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлaraeмой является сталь, содержащая, мас.g: углерод 0,18-0.21; марганец 0,55-0,58; хром

0,50 — 0,56; кремний 0,26-0,30; ниобий 0,050,055; ванадий 0,09-0,10, жслезо остальное, Недостатком известной стали является несбалансированность данной стали по углероду, ванадию, ниобию и хрому, что не позволяет получить оптимальные характеристики длительчой прочности.

Целью изобретения является повышение характеристик пластичности при комHRTHoLI и повышенной температурах, ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении уровня длительной прочности.

Поставленная цель достигается тем. что сталь, содержит углерод, кремний, марга1703709 нец. хром, ванадий, ниобий, железо в определенных соотношениях причем — (— — ) = 16,4 — 65,9, Cr V

С Nb

Содержание серы и фосфора не должно превышать 0.014 мас. по каждому элементу, азот < 0,01 мас.ф», алюминий < 0,01 мас,$.

Приведенные сочетания легирующих элементов позволят получить в предлагаемой стали после термомеханической обработки — контролируемой прокатки (Т п "

=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.ф,. Превышение содержания углерода выше 0,20 мас. (, 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.7ь 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>. При этом необходимо учитывать, что превышение содержания ванадия более 0,08 мас. снижает характеристики пластичности. Содержание ванадия менее 0,05 мас. не обеспечивает достижения требуемого уровня длительной прочности.

Содержание хрома 0,55-0,70 мас.(, 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,$ 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 V

С Nb ражает 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 70х70 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. Ткл=8QQ0Ц

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 500 С (т 10000 ч) — на образцах тип ДП-5 по 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

Таблица1

Содержание элементов, мас. 4

С Мп Si Сг Nb Ч Fe

Сг V

° (-)э с «b

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 0,05

0,75 0,05 0,09

0,45 0,01 0,04

0 74 0,02 0,08

0,54 0,05 0,09

65,9

l6,4

19, 06

19,09

I1,6

45,0

74,0

Ос тальное

II

II

II

ll

II

II

1,00 0,30

0,65 0,17

0,82 0,24

0,88 0,37

1,10 0,31

0,55 0,38

1,00 0,15

0,56 0,29

0,17

0,17

0,20

0,18

0,21

0,16

0,16

0,19

Предлагаемая

2

4

6

3а предлагаемыми пределами

Иэвестная тэблмка2 теэе ература мспмтаню + 500 С р температура мсеттанмй +20 С

Сталь Плавка

Предел д,ъе те льной AfAW= ности г ррр ьрьрр °

ala

ОтиосмтельОт носэгтельное орсье нное сопротивле""е е яг!а

Предел текуместн тура

НАа

ОтнОсительное удлннее6, 8

От нос нтель ное суме нне

Предел текучес 0 .

t0lII

Ударная вяэкость ко, мдм/нэ орененное сопротивление ор гь1а лемме 7 р

r. Уме ннь

1,2 295

1,1 300

1,о 290

1,0 295

0,7 320

1,3 280

1 2 285

0,8 300

26,0 63,0

26,0 62,5

27,0 63,0

26,0 62,5

20,0 56,0

28,0 65,0

25,0 62,0

24,0 58,0

48о

500

I Предлагаемая 670

2 675

3 660

4 660

5 За предпагве- буо

6 нмнм предела- 6SO мн 660

8 Иэвестнал 670

85,0

83,0

84,0

83,0

78,0

82,0

83,0

80.0

147

146

136 !

43 ! 46

28,5

25,5

26,0

26,5

21,5

26,0

25,5

23,5

151

13S

140

Составитель В.Хомяков

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Кор ре к тор Т. П an ий

Заказ 41 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб„4/5 т

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 .

Как видно из полученных данных, предлагаемая сталь имеет более высокие по сравнению с известной характеристики пластичности (ä × при комнатной и повышенной (500 С) температурах, а также более высокие значения ударной вязкости при комнатной температуре при сохранении

500 уров!,я длительной прочности д10000 .

Экономический эффект от внедрения данной стали может быть обусловлен снижением дефицитных легирующих элементов — ванадия в среднем на 0,035 мас.7, и ниобия на 0,025 . и железо, отличающаяся 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. 7ь:

Углерод 0,17-0,20

Кремний

Ъ 0,17-0,37

10 Марганец 0.65-1,00

Хром 0,55-0.70

Ванадий 0,05-0,08

Ниобий 0,02-0,04

Железо Остальное

15 при выполнении соотношения

2 (— 0 — ) -1р4 — %9 углерод ниоб ий