Коррозионностойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали, и предназначено для использования в машиностроении и теплоэнергетике. С целью повышения жаростойкости до 900°С, сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас. углерод 0,02 0,06; кремний 1,6 1,9; марганец 1,0 2,0; хром 6,9 7,5; никель 11,5 12,5; алюминий 1,5 2,0; бор 0,0005 0,0010; железо остальное. 2 ил. 2 табл.

Изобретение относится к созданию жаростойких сплавов и предназначено для использования в машиностроении и теплоэнергетики.

Известны коррозионностойкие аустенитные стали типа Х18Н (9-13), ГОСТ 5632-72. Эти стали по химическому составу близки между собой, что можно видеть из таблицы 1.

В качестве прототипа выбраны сталь, содержащие элементы в следующем соотношении (мас. ) ГОСТ 5632-72: Углерод 0,12 Кремний 0,8 Марганец 1,0-2,0 Хром 17-19 Никель 11-13 Титан 5С-0,7 Железо Остальное Недостатком известных сталей является пониженная жаростойкость при 850-900^оС.

Целью изобретения является повышение жаростойкости до 900^оС.

Для достижения поставленной цели сталь, содержащая углерод, кремний, хром, никель, марганец, согласно предложению, дополнительно содержит алюминий и бор при следующем содержании компонентов, мас. Углерод 0,02-0,06 Кремний 1,6-1,9 Марганец 1,0-2,0 Хром 6,9-7,5 Никель 11,5-12,5 Алюминий 1,5-2,0 Бор 0,0005-0,0010 Железо Остальное Допускаются примеси: Сера ≅0,010 Фосфор ≅0,030 Заявителю неизвестны технические решения, содержащие заявляемую совокупность отличительных признаков, таким образом, предлагаемая сталь отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

Изменение состава стали за счет введения 1,5-2% алюминия и 0,0005-0,0010% бора, повышение содержания кремния от 0,8 до 1,6-1,9% позволило п и пониженном более чем в два раза содержания хрома, повысить жаростойкость до 900^оС.

При концентрации алюминия ниже 1,5% и кремния ниже 1,6% полной защиты от окисления стали типа Х7Н12 при 900^оС не достигается. При содержании этих выше 2 и 1,9% соответственно технологические свойства стали ухудшаются.

На фиг.1 изображен график влияния алюминия на жаростойкость стадии типа Х7Н12 при 800 и 900^оС.

1-3% Al, 800^oC, 2-4% Al, 800^oC, 3-5,2% Al, 800^oC, 4-6% Al, 800^oC, 5-3% Al, 900^oC, 4-4,5% Al, 900^oC, 7-6% Al, 900^oC.

На фиг. 2 влияние алюминия и кремния на жаростойкость стали типа Х7Н12 при 800 и 900^оС.

1-3% Al, 900^oC, 2-2% Si, 900^oC, 3-2,5% Al, +2; 5% Si, 900^oC, 4-(1;5-2,0% )Al + (1,6-1,9% )Si, 900^oC, 5-2,5% Al + 2,5%Si, 800^oC, 6-1,5% + 1,9%Si, 800^oC.

Из приведенных на фиг.1 кинетических кривых окисления можно видеть, что стали, содержащие алюминий в пределах 3-6% имеют при 800^оС высокую жаростойкость, тогда как при 900^оС все испытанные стали, независимо от концентрации алюминия, обладают пониженной стойкостью. Стали без алюминия и содержащие менее 3% алюминия при 900^оС окисляются с очень большой неконтролируемой скоростью, что не позволило получить для них количественной оценки жаростойкости.

В осадках, выделенных из стали, легированной 3% алюминия, обнаружено небольшое количество избыточной интерметаллидной фазы, интифицированного β-фазой (β-NiAl). С повышением содержания алюминия количество этой фазы возрастает.

Кинетические кривые окисления, представленные на фиг.2 свидетельствуют о более сильном, положительном влиянии кремния на жаростойкость в сравнении с алюминием.

Учитывая ограниченные возможности легирования стали алюминием из-за появления интерметаллида, ухудшающего технологическую пластичность, повышение жаростойкости стали достигнуто введением алюминия в меньших (допустимых пределах при одновременном повышении содержания кремния до 1,6-1,9% Значение алюминия в повышении окалиностойкости проявляется в изменении защитных свойств окислов других элементов, входящих в состав стадии. Замещена часть трехвалентных ионов железа или марганца в окисле типа шпинели, алюминий снижает его проницаемость. Наиболее эффективно влияние алюминия на снижение скорости высокотемпературного окисления, когда он образует собственный окисел Al₂O₃, обладающий высокими защитными свойствами.

Основная роль кремния в улучшении жаростойкости связана с формированием на границе металл окалина подслоя Fe₂SiO₄ или SiO₂. Последний термодинамически весьма стабилен и при его образовании снижается скорость контролируемой стадии окисления, какой является диффузия катионов металла через пленку окислов.

Предлагаемая сталь дополнительно содержит бор в количестве 0,0005-0,0010% Введение бора приводит к улучшению прокаливанию и снижению склонности к образованию трещин при сварке в случае наличия влаги в обмазке электродов. При этом благоприятное влияние бора на прокаливаемость возможно лишь в том случае, когда он находится в твердом растворе, поскольку излишка бора не только увеличивают прокаливаемость, но даже могут вызвать красноломкость.

Содержание бора ниже 0,0005% менее эффективно, тогда как, содержание этого элемента более 0,0010% увеличивает чувствительность стали к отпускаемой хрупкости.

Легирование стали хромом в количестве ниже 6,9% ухудшает ее жаростойкость, а выше 7,5% приводит к снижению технологических свойств стали с повышением содержания кремния (1,6-1,9%).

В табл.2 приведен химический состав сталей и результаты испытания их на жаростойкость.

Сталь выплавлялась открытым способом в индукционной электропечи с основным тиглем. Температура выпуска металла находилась в пределах 1630-1650^оС.

Жаростойкость определялась на цилиндрических образцах ⊘ 15х20 мм. Испытания проводились при 750, 800, 900^оС в атмосфере воздуха. Максимальная продолжительность испытания составляла 1000 часов.

Из данных табл.2 следует, что предлагаемая сталь при 800^оС имеет лучшую жаростойкость, чем сталь "прототип" и достаточно высокую при 900^оС (известная сталь при 900^оС не применяется из-за сильного окалинообразования).

Составы, содержащие легирующие элементы выше верхних и ниже нижних заявляемых пределов при 900^оС менее жаростойки, чем предлагаемая сталь.

Использование новой экономнолегированной стали взамен стали 12х18н12Т позволяет повысить рабочую температуру оборудования, для которого она будет применена.

Формула изобретения

КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, хром, никель, марганец, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,02 0,06 Кремний 1,6 1,9 Марганец 1 2 Хром 6,9 7,5 Никель 11,5 12,5
Алюминий 1,5 2,0
Бор 0,0005 0,001
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4