Котельная сталь

 

Изобретение относится к области металлургии , в частности к котельной стали, предназначенной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокою давления), работающих в области температур до 400°С. С целью повышения характеристик кратковременной и длительной прочности сталь дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас,%: углерод 0,18- 0,22; кремний 0,17-0,37; марганец 0,27-0,60; ванадии 0,05-0,10; ниобий 0,01-0,04, железо -остальное, при условии выполнения следующих соотношений: бхванадш ибхниобий 0,56; ЮООООхванадийхниобий2 8,0. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (sz)s С 22 С 38/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KGMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914655! 02 (22) 27.02,91 (46) 30,10.92,Бюл, N.ã 40 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.

И.П,Бэрди!-и (72) М.В.Бобьглев, Б.Ю.Зеличенок, В,Б.Киреев, А,М,VîðåLUêîíà, О.В,Носаченко, IO.Ê,ÏeòpåHë, B.N.ÑToëÿðîâ, А.А,Чижик и

В,О,Агальцовэ (56) Авторское c:,.детельства СССР

kb 692894, кл, С 22 С 38/46, 1979. (51) Кг)т=.Г.L.;Ûß СТАЛЬ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к котельной стали, Изобретение относится к области металлургии, в частности, к разработке котельной стали, предназначснной для изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокого давления), работающих в области температур да 400 С, Известна котельная сто 1b, содержащая, мас. %: углерод 0,14-0,20; кремний 0,17-0,37; марганец 0,60-1,00; один из элементов (ванадий 0,05-0,09 или ниобий 0,02-0,06) остальное железо. Недостатком данной стали являются низкие характеристики длительной прочности при температуре эксплуатации 400 С.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой стали является сталь, содержащая, мас,%: углерод 0,15-0,35; марганец 0,8-1,6; кремний 0,02-0,15; никель 0,02-0,20; медь

0,03-0,40, хром 0,03-0,40; азат 0,003-0,025, ванадий 0,02-0,15; железо — остальное. предназначенной r.ëÿ изготовления элементов энергетического оборудования (котлы, сосуды высокого давления), работающих в области температур до 400 С, С целью повышения характеристик кратковременной и длительной прочности сталь дополнительно содержит ниобий при следующем соотношеили компонентов, мас,%: углерод 0,18О!22; кремний 0,17-0,37; марганец 0,27-0,60; ванад и 0,05--0,10; ниобий 0,01-0,04; железа — остальное, при условии выполнения следующих соотношений: 6хванадий+8хниобий

Q,56; 100000хванадийхниобий «8,0.

2 табл.

Недостатками известной сталл являют- 2 ся широкие границы содержания марганца, никеля, ванадия. ниабия, что не позволяет получить стабильный уровень сва fcTB; высокое содержание азота и алюминия не позволяет получить высокие характеристики длительной прочности, ЬЗ

Целью изобретения является повышение характеристик кратковременной и длительной про <насти котельной стали.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, железо, до- .а полнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18-0,22 кремний 0,17-0,37 марганец 0,27-0,60 ванадий 0,05-0,10 ниобий 0,01-0,04 железа остальное

Причем 6хЧ+ОхИЬ 0,56

1772208

100000хЧх Nh < 0,0, Примеси, сера До 0,014%, фссф(эр до

0,014 /о, азот до 0,01%, алюминий да 0,01;/„ никель до 0,2%, медь до 0,20%, Приведенные сочетания /!ег!лру!О!Дл злементов позволя!От получить в предлагаемой стали, прошедшей контролируемую

flPoI(GTKÓ {Tyri=900"750ОС), феРРито-пеРлитную или феррито-перлито-бейнитну!о структуру с равномерным распределением мелкодисперсных каобонитридов ванадия ll нисбия типа (ЧуйЬ(1-у){СхК/1->c) ), Облада!Оших повышенной стабильностью при температурах до 600 С. Данная структура обеспечивает благоприятное сочетание проч!!(эсти и пластичности стали как при климати !ес(l4x, так и при павь!шенньfx темпердт/1эах, Углерод 11 карб!энит1э!.д!эо1эразу!с .цлс алема нты Бз!! дди 1 и <исб!1Й, Вводя l ся Б сталь для обеспе-!е! ИЯ Tpi.5vei-т!о урс. 1Я кратковременной и д/!итель!!ой пра снасти, приче л ниобий управляет, !3 основном, процессами в дусте!Ситной Об!/!асти (спредел,е! скл Он нОсть к расту зс (э на дусте н(1та, ст 1бэ!4 лизирует структуру, образу,сщуюся п ри термсме)(а н ическай аб1эаб(э !Ке, повышает температуру рекристаллизации стали "1, l-Я гра!!ица содержания углерода (0,22%), !i;..; ддия (Q,1 Q%) и ниса, Я (0,04 /о,! Оы/с/!Овленд нсаб"

ХОДИ МОСТЬ 0 ООЕСГ1ВЧИТЬ ГЭЕб y Ðl- ЫЙ !/!Э.-..!!OH ь пластичносги c:.Tçëi!, »I !;;: —;яя — (соа:.: i!: !венна 0,18%, 0,05%, 0,01%) — обеспе-!ениcrn требуемого уровня кратковременной дл 1 тельной про !На;.Ти. 0гнасигельно низксг ссде1эжание в с1дли ниасия а i;"эеделяе (с!! и рин ципом рационал ьног.! ми кролегиро Вдния, так как максимальнь1й темп f!pilp; ста и 1эсч насти В мик1эалеги 1эсван но :1 с г!ли достигается при увели-!:ении содержания ниобия до 0,04%. Дндлиз Вл lfll-!." я BBHàä!", и ниОбия HB хд,". а!<э;-.pwc 1 и!,,I Г! 1эс «1!Ости пластичности стали показывает, что при с эВМЕСТНОМ ViViKPO/Ier! IPOÂr!HÈÈ СтаЛИ Ванадием и ниабием ндб.: !О/:;дется неаде;:вд . Ое увеличение прочности (òT.ê. : "f. f, юдаетс": конкуренция ванадия и ниабия). аки!; Образом, для получения максимальнога уг!рочнения и предотвр щения Возможног.; измельчения з :pHO ниобием (что неалагоприятно скажется на характеристика;< длительной г1рачности) необходимо сбалансировать микр-элегирсвание таким образом, чтобы содер;,:ание Ванадия и нисбия Отвечало следующим соотношениям, мас. /,, 6ХЧ+8ХЙЬ 0,56 (1)

100000xVxNh :- 8,0 (2)

5 Если не выполняется соотношение(1),то сталь не обладает требуемым уровнем длительной прочности, если не выполняется соотношение (2) — не обеспечивается требуемый уровень пластичности.

10 Марганец используеiся как упрочнитель твердого раствора. способствующий повышению характеристик кратковременной прочности, изменяет морфологию продуктов 1 — а превращения, тем самым

15 внося дополнительное упрочнение, При содержании марганца более 0,60% не обеспечивается необходимый уровень г!ластичнасти; при ссдерх<ании марганца

l10Hr 0,27% не обеспечивается уровень

20 длигельнай прочности и прокаливаемость стал и.

Кра;1НЛЙ Огй!ОСИтСЯ К фвррИтаабраЗу!ащим зл(!ме!!там. Н!лж!!!1й предел пс крем!!1!о — 0,1!7%: со/эержа!!Ие кремния нижЕ

25 зтсгс г!редела не обсспечивает жаростойкость стали и ри температуре зксплуатации.

Содержание кремния выше 0,37/, неблагоприятно сKажется на характеристиках Iëàc! ичнаcòè.

3 Сог!(стдвительный анализ с прототипа.:! позволяет сделать вьи!Од, что заявляе:!1ый сос;ав отличается оТ извест.1oro г.ведением нового компонента, ниобия, а г !Кже соотношением: бх f- -8ХИЬ 0,56 QQQQQxVõг1Ь:- .>,О.

Таким образам, зая-ns .åиое техниче:!0 СКОЕ ра.10!!!ЛЕ СООТВЕтСтВувт КритвгЭИЯО "Нов!лз!-!а . йнализ пагентной vi !!аучно-техниче"ксй информации не выявлл решений, име-!

0(цих андлагMЧН /ю сОBОKуп ность признаков,:отарой бы достигался сходный аффект — повышен ие хара ктер исти к краткоВрс з. най и длительной прочности стали.

Следовательно, заявляемая совокуп,ость признаков соответствует критерию ущественные отличия".

1-1иже д, Hы примеры осуществления предлагаемсг0 изобретения, не исключаюВ|ие других В обьеме формулы изобретения.

1-1д эксперимен !альном заводе ЦНИИ5 - 1ЕРМЕТа в 60 кг открытой индукционной печи Выг!Лавлено 10 плавок опытных сталей, химический состав которых приведен в табл. 1. Сталь разливали на 3 слитка весом

;:с 17 кг, которые дд,ее кoaan!. 1-а сутунку

1772208

Е +НАМ1 КИ

Ен + НАМ2

НАМ=Е/(ЕH+1)XT -1, Таблица 1

Соде

Mn Si (0,27 0,25

0,60 0,33

0.50 0.30

0 48 0,17

0.55 0.37

0,60 0,31

0,58 0,38

0,65 0.16

0,22 0,30

0,90 0,15 сечением 70х70 мм (температура нагрева слитка перед ковкой 1200 С). Затем сутунки катали по контролируемому режиму на лист толщиной 14 мм (интервалы между проходами — 10 с, температура конца прокатки — 5

800 С).

Из листа изготавливали тангенциальные образцы для определения характеристик кратковременной и длительной прочности, 10

Механические свойства при растяжении определяли на образцах тип 1 по ГОСТ

1497-84, Ударную вязкость — на образцах тип 1 по ГОСТ 9454-78; характеристики длительной прочности при 400 С (т=10000 ч) — 15 на тангенциальных образцах по ГОСТ

10145-81, Механические свойства представлены в табл. 2.

Как видно из табл.2, предлагаемая сталь 20 по сравнению с известной имеет более высокие характеристики кратковременной и длительной прочности.

Экономический эффект от использования предложенной стали обугловлен, с од- 25 ной стороны, экономией дефицитных легирующих элементов — никеля и повышением металлургического качества металлопродукции, с другой стороны, повышением характеристик,. „,витальной прочности на 10- 30

15 / о приведет, как минимум, кдвухкратному увеличению срока службы изделий из новой стали.

Для вычисления ожидаемого экономичес:<ого эффекта от увеличения срока служ- 35 бы рассчитывали коэффициент изменения срока службы изделий по выражению: где Ев — нормативный коэффициент эффективности, Ем=0,15 ь;

НАМ1, НАМ2 — доля амортизационных отчислений на полное восстановление старой и новой продукции где Тс — срок службы металлопродукции.

Формула изобретения

Котельная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, ванадий, железо, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения характеристик кратковременной и длительной прочности, она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. 0 . углерод 0,18-0,22; кремний 0,17-0,37; марганец 0,27-0,60; ванадий 0,05-0,10; ниобий 0,01-0,04; железо остальное, при условии выполнения следующих соотношений .

6хванадий+8хниобий 0,56;

100000хванадийхниобий 5 8,0.

1772208

Таблица 2

Темпе ат а испытаний 400 С

Темпе а а испытаний 20 С

Плавка

Ударная вязкость, KCU, Предел текучести, oz . МПа

Предел текучести, oz, МПа

П е лагаемая сталь, 25,5

1,39

24,0

596

1,42

1,39

25,0

418

25,5

582

24,0

330

25,0

183

25,0 1,40

418

24,5

186 ляемого

За п е е лами заяв

305

413

1,38

468

25,5

574

177

25,5

21,7

602

1,12

370

4t9

22,7

185

567

1,36

25,4

173

1,08

420

20,6

590

350

22,5

186

Известная сталь

293 26,0 169

570 365 25,0 . 1,36 482

Составитель М, Бобылев

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор

Заказ 3817 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Временное сопротивление, оь, МПа

Относительное удлине" ние, 1%

Временное сопротивление, аЬ, МПа

Относительное удлинение, е %

Предел длительной прочности, г%ю, МПа