коррозионностойкая сталь

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

Описание изобретения к патенту

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 -фазой (-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.