сталь

Формула изобретения

1. Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,01 - 0,10

Кремний - 1,1 - 1,9

Марганец - 0,25 - 0,50

Хром - 5,5 - 7,0

Никель - 0,01 - 0,30

Алюминий - 0,70 - 1,10

Кальций - 0,0005 - 0,004

Железо - Остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в ее составе дополнительно ограничено количество примесей следующим соотношением, мас.%:

Сера - Не более 0,020

Фосфор - Не более 0,020

Азот - Не более 0,020к

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию жаростойких сталей, работающих при температуре до 700^oС.

Известно, что в качестве жаропрочных сталей используются в основном высоколегированные стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцовистой основе, дополнительно легированные другими элементами [1]. Однако введение в сталь никеля значительно удорожает стоимость стали, а в ряде случаев использования данной стали не эффективно в конструкциях, т.к. ресурс стали при работе в определенных условиях не полностью исчерпывается. (Так, например, при использовании стали Х18Н10Т в качестве скоб для подвески огнеупорных кирпичей свода мартеновской печи лимитируется стойкостью огнеупорных кирпичей, а не ресурсом стали. Повторное же использование скоб. изготовленных из дорогостоящей хромоникелевой стали Х18Н10Т, затруднено).

Известно, что сталь становится жаростойкой в том случае, если при нагреве до высоких температур на ее поверхности образуется плотная, прочная защитная пленка оксидов. Для получения такой пленки сталь легируется хромом, кремнием и алюминием.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь марки 15Х6СЮ [2], содержащая (мас. %): углерод не более 0,15, кремний 1,2-1,8; марганец не более 0,50; хром 5,5-7,0, алюминий 0,7-1,1, никель не более 0,30, сера не более 0,025, фосфор не более 0,030. Однако данная сталь отличается невысокими механическими свойствами [3] и имеет низкую технологическую пластичность при прокатке, что затрудняет ее использование и производство. Желаемым техническим результатом изобретения является повышение механических свойств стали и технологической пластичности при прокатке.

Для достижения этого

1. сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,01-0,10

Кремний - 1,10-1,90

Марганец - 0,25-0,50

Хром - 5,5-7,0

Никель - 0,01-0,30

Алюминий - 0,70-1,10

Кальций - 0,0005-0,004

Железо - Остальное

2. сталь по п.1, отличающаяся тем, что в ее составе дополнительно ограничено количество примесей следующим соотношением, мас.%:

Сера - Не более 0,020

Фосфор - Не более 0,020

Азот - Не более 0,020

Заявляемый состав стали выбран с учетом нижеизложенных предпосылок.

Выбранное содержание углерода позволяет повысить пластичность стали при прокатке. Производство стали 15Х6СЮ сопряжено с определенными проблемами, исходящими из природы этой стали. Наличие двух структурных составляющих: феррита и мартенсита, существенно снижает пластичные свойства при обработке давлением в горячем состоянии. При понижении содержания углерода до 0,10% возможно получение только ферритной составляющей и, как следствие, повышение пластичности стали.

При снижении содержания марганца менее 0,25% увеличивается количество сульфидов железа и снижается количество сульфидов марганца, в связи с чем увеличивается отбраковка заготовок по дефектам "деформационная рванина". При повышении содержания марганца выше 0,50% снижаются жаропрочные свойства стали.

Содержание кремния в стали выбрано исходя из того, что при концентрации кремния менее 1,10% невозможно обеспечение жаростойких свойств стали, а при увеличении кремния более 1,90% снижаются показатели относительного удлинения и сужения.

При выбранном содержании хрома (5,5-7,0%) достигается получение достаточно плотной пленки оксидов хрома, обеспечивающей надежную жаростойкость стали. При повышении концентрации хрома более 7,0% увеличивается стоимость стали без повышения жаростойких свойств стали, при снижении хрома менее 5,5% невозможно получение требуемых коррозионных свойств стали. Содержание никеля выбрано исходя из получения пластичных свойств стали, повышение никеля более 0,30% увеличивает стоимость стали.

Концентрация алюминия в пределах 0,70-1,10% обеспечивает наряду с высокой концентрацией кремния образование надежной поверхностной коррозионностойкой оксидной пленки, обеспечивающей требуемую жаростойкость стали. Снижение концентрации алюминия менее 0,70% не обеспечивает получение жаростойкой пленки, а превышение содержания алюминия более 1,10% увеличивает стоимость стали.

Известно [4] , что минимальное содержание кислорода наблюдается при содержании в стали 0,03% алюминия. Дальнейшее повышение концентрации алюминия в стали приводит не к снижению кислорода в стали, а к некоторому его повышению. Для обеспечения дополнительного раскисления стали (снижения содержания кислорода) в состав стали введен кальций. Содержание кальция подобрано эмпирическим путем. При введении кальция менее 0,0005% не обеспечиваются требуемые пластические и механические свойства стали. При введении кальция более 0,004% возможно образование неметаллических включений типа алюминатов кальция, располагающихся по границам зерен и являющихся центрами зарождения трещин при горячей прокатке.

Концентрация серы и азота ограничена исходя из обеспечения качества поверхности при прокатке и последующей обработки.

Для определения механических свойств заявленной стали была выплавлена серия опытных плавок в 40-тонных дуговых электросталеплавильных печах.

В печь присаживалось требуемое количество ферросилиция и феррохрома, в ковш вводили необходимое количество алюминия и силикокальция. Для гомогенизации после выпуска из печи проводили продувку стали в ковше через пористые донные фурмы, после достижения требуемой для разливки температуры сталь разливалась в изложницы на слитки массой 6,2 тонны. После нагрева слитков в нагревательных колодцах блюминга сталь прокатывалась на стане "1100" на заготовки сечением 295295 мм; далее на стане "750" на заготовки 120120 мм; и на стане "360" на круг диаметром 50 мм для колосников агломашин, а также на стане "280" на круг диаметром 16 мм для скоб подвески свода мартеновских печей. Определение механических свойств проводили в горячекатаном и отожженном состоянии. Тип неметаллических включений изучали на световом микроскопе "НЕОФОТ".

Химический состав полученной стали приведен в таблице 1. Механические свойства и отбраковка стали по поверхностным дефектам приведена в таблице 2.

Согласно полученным результатам заявляемая сталь в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: повышаются механические свойства стали и технологическая пластичность при прокатке.

Литература

1. Металловедение. /Самохоцкий А. И., Кунявский М.Н., Кунявская Т.М., Парфеновская Н.Г., Быстрова Н.А. - М.: Металлургия, 1990. - 416 с.

2. ГОСТ 5632-72 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки".

3. ГОСТ 5949-75 "Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия".

4. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали - М.: Металлургия, 1984. - 414 с.