Феррито-мартенситная сталь

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к ферритомартенситной стали, предназначенной для применения в качестве жаростойкого и коррозионно-стойкого свариваемого материала предпочтительно для глушителей ДВС грузовых автомобилей, тракторов и стационарных энергетических установок, для кожухов печного оборудования, нефте- и газотрубопроводов, для сельскохозяйственной техники агропромышленного производства (орудия для обработки земли, зерносушила). Сталь технологична в металлургическом и машиностроительном производстве, в том числе сваривается всеми известными методами сварки, она технологична при штамповке. Ферритомартенситная сталь содержит компоненты, мас.%: углерод 0,02 - 0,065; кремний 0,1 - 1,1; марганец 0,8 - 1,5; хром 8,8 - 11,5; ванадий 0,15 - 0,35; алюминий 0,05 - 0,25; титан 0,05 - 0,25; кальций 0,005 - 0,1; редкоземельные металлы 0,005 - 0,1; бор 0,005 - 0,01; железо остальное. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии. Сталь предназначается для применения в качестве жаростойкого и коррозионно-стойкого свариваемого материала: для использования в системах выхлопных газов ДВС, автомобильных глушителей и др. (выпускных труб, нейтрализаторов и прочих узлов); для кожухов печного оборудования, нефте- и газотрубопроводов.

Известна отечественная хромистая мартенситоферритная сталь [1] следующего химического состава, мас. C 0,03-0,07 Cr 8,0-10,8 Si 0,3-0,8 Mn 0,3-0,8 Al 0,3-0,9 Zr или V 0,03-0,35 Железо Остальное Сталь [1] характеризуется следующим уровнем механических свойств в отожженном состоянии (в состоянии поставки): Предел прочности, кг/мм² 55,2 Относительное удлинение, 34,0 Твердость, НR 30Т 73 Данная сталь [1] принимается в качестве прототипа.

Недостатками прототипа [1] являются недостаточная пластичность стали и нестабильность механических свойств по длине раската полосы, а также пониженная технологичность стали в металлургическом производстве. При разливке металла это выражается в "затягивании" (закупорке) разливочного стакана и разъедании огнеупорной пробки стопорного устройства. Все это приводит к загрязнению стали неметаллическими включениями и окислами "вторичного окисления" и снижению пластич- ности.

Причиной указанных недостатков прототипа [1] является повышенное содержание алюминия (до 0,9%).

Цель изобретения устранение недостатков, присущих прототипу, повышение пластичности стали до уровня относительного удлинения > 40% и достижение структурной однородности и стабильности механических свойств.

Это достигается тем, что ферритомартенситная сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, железо, алюминий, никель, медь, фосфор, серу, азот, дополнительно содержит титан, кальций, редкоземельные металлы (РЗМ) (Се, Lа и др.), бор при следующих соотношениях ингредиентов, мас. Углерод 0,020-0,065 Кремний 0,10-1,10 Марганец 0,80-1,50 Хром 8,8-11,5 Ванадий 0,15-0,35 Алюминий 0,05-0,25 Титан 0,05-0,25 Кальций 0,005-0,10 РЗМ (Се, La и др.) 0,005-0,10 Бор 0,005-0,010 Никель Не более 0,6 Медь Не более 0,50 Фосфор Не более 0,08 Сера Не более 0,03 Азот Не более 0,03 Железо Остальное Хром в заданных пределах обеспечивает жаростойкость стали при высоких температурах и коррозионную стойкость в агрессивных средах, являясь основным легирующим элементом стали.

Кремний способствует повышению жаростойкости стали до 850^оС.

Марганец в заданных пределах устраняет структурные превращения в промежуточной области температур (500-750^оС) с образованием структур игольчатого δ-феррита, верхнего и нижнего игольчатого троостита (бейнита, zwischenstufe), приводящих к охрупчиванию, особенно при сварке, устраняя склонность стали к образованию трещин в зоне термичеcкого влияния сварного шва.

Алюминий, титан, кальций, бор и РЗМ в заданных пределах в момент кристаллизации стали образуют мелкодисперсные зародыши кристаллизации (нитриды, карбиды, оксиды и сульфиды), тем самым измельчают зерна кристаллизующейся двухфазной структуры из δ-феррита и аустенита, что повышает пластичность стали при деформации в горячем и холодном состоянии.

Ванадий в заданных пределах вступает в реакцию структурообразования при охлаждении с температуры 1100^оС и ниже, образуя устойчивые дисперсные карбиды и нитриды ванадия, выделяющиеся равномерно во всем объеме стали, предотвращая тем самым выделение карбидов и нитридов хрома по границам зерен феррита.

Общее количество присутствующих активных элементов в предлагаемой стали рассчитано таким образом, что практически все они связываются в устойчивые фазы c вредными примеcями (С, N, O, S). Так как эти фазы разнородны по своей природе (нерастворимые друг в друге соединения), то это приводит к дисперсности и более равномерному распределению их во всем объеме стали и устранению преимущественного выделения вредных примесей по границам зерен в виде хромистых соединений.

В результате всех реакций структурообразования остаточное содержание углерода и азота в твердом растворе предлагаемой стали не превышает 0,01-0,02% что практически соответствует пределу растворимости этих элементов в твердом растворе. Отсутствие избыточного содержания в жидком растворе таких активных элементов, как алюминий, титан, цирконий, существенно уменьшает возможность загрязнения неметаллическими включениями и окислами этих элементов "вторичного окисления" стали при разливке, а также возможность "затягивания" различного стакана, что считается аварийной ситуацией при разливке жидкого металла.

Допустимые примеси никеля (до 0,6%) и меди (до 0,5%) по существу не изменяют структурное состояние и механические свойства стали, но несколько улучшают состояние границ зерен феррита, повышая тем самым ее пластичность.

Указанное соотношение всех присутствующих ингредиентов в заявленной стали при дополнительном введении титана, кальция, РЗМ и бора и этому соответствующие свойства и структура стали свидетельствуют о том, что заявленная сталь имеет изобретательский уровень, поскольку является совокупностью известных и новых дополнительных признаков, приводящих к новым техническим свойствам.

Сталь может выплавляться в обычных электросталеплавильных печах с применением низкоуглеродистого феррохрома, в том числе методом переплава углеродистых и хромистых отходов, или с применением более современных и экономичных методов выплавки в конвертерах (методы АОД, ВОД, АКР и др.).

Сталь может разливаться без затруднений методом непрерывной разливки.

Сталь изготовляется методом горячей и холодной прокатки в виде листа рулонной стали и ленты и сваривается всеми известными методами сварки, в том числе в производстве сварных труб.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных хромистых сталей.

В табл. 2 представлены результаты механических испытаний исследованных хромистых сталей в отожженном состоянии толщиной 1,5 мм. Данные показывают преимущества предлагаемой стали по уровню пластичности (> 40%) и стабильности механических свойств на этом уровне пластичности, в то время как известная сталь [1] не достигает этого уровня (δ₅ 34,0 38,5).

Физические характеристики предлагаемой стали: Плотность, ρ˙ 10^-3, кг/м³ 7,75 Модуль упругости, Е, ГПа 223 Коэффициент линейного расширения, α˙ 10⁶ при 20 100^оС 11,0 при 20 500^оС 11,9 при 20 1000^оС 12,0 Коэффициент теплопроводности, λ Вт/мК Удельное электросопротивление, ρ˙ 10⁶, Ом ˙ м
Температура, Т, ^оС Т λ ρ 20 24,93 0,75 100 24,93 0,79 200 25,35 0,86 300 25,35 0,92 400 25,54 0,98 500 31,65 1,07 600 32,55 1,15 700 32,87 1,25 800 35,27 1,31 900 38,23 1,36
Таким образом, заявленная новая сталь обладает высоким техническим эффектом и изобретательским уровнем.

Формула изобретения

ФЕРРИТО-МАРТЕНСИТНАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, алюминий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан, кальций, редкоземельные металлы и бор при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,020 0,065
Кремний 0,10 1,10
Марганец 0,80 1,50
Хром 8,8 11,5
Ванадий 0,15 0,35
Алюминй 0,05 0,25
Титан 0,05 0,25
Кальций 0,005 0,10
Редкоземельные металлы 0,005 0,100
Бор 0,005 0,010
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1