Жаростойкая литейная сталь

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Лашкевич Олег Евгеньевич Горецкий Георгий Прокопьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Жаростойкая литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий, бор и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 0,15-0,25 кремний 0,8-1,2 марганец 0,3-0,5 хром 23,0-25,0 титан 0,1-0,3 ниобий 0,1-0,3 бор 0,005-0,030 РЗМ 0,2-0,3 железо остальное. Изобретение относится к металлургии, в частности к составу литейной жаростойкой стали, которая может быть использована для оснастки термических печей, претерпевающей ограниченное количество операций нагрев-охлаждение, например, шпалы, направляющие, конвейерные ролики и другие печные элементы. Известны дорогостоящие аустенитные хромоникелевые стали 35 Х 18 Н 24 С 2 Л и 35 Х 18 Н 11 СЛ, которые в большинстве случаев используются для изготовления оснастки термических печей 1 и 2. Недостатком данных сталей является их высокая стоимость, так как они содержат дефицитный и дорогостоящий никель. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сталь, по физико-механическим и технологическим свойствам в основном удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к сталям, работающим в условиях немногократного нагрева до 9501000 С и охлаждения на воздухе. Она содержит следующие компоненты, мас.3 12482 1 2009.10.30 углерод 0,8-1,2 кремний 0,8-1,2 марганец 0,5-1,0 хром 21,0-25,0 титан 0,1-0,2 железо остальное. Хромистые стали ферритного класса, в том числе данная, подвержены различным видам хрупкости. Основным недостатком ее является химический состав и, в частности, содержание углерода и хрома. При таком содержании углерода и хрома ( - 0,8-1,221-25 ) в сталях при нагревании до температур 800-1000 С и последующем охлаждении происходит фазовая перекристаллизация. В процессе фазовой перекристаллизации происходит растрескивание оснастки. Аустенит, образующийся при высоких температурах, при охлаждении превращается в мартенсит, вызывая растрескивание стали. Кремний и марганец также способствуют охрупчиванию стали, так как сдвигают область с выделением твердой и хрупкой -фазы к меньшему содержанию хрома. Их в прототипе достаточно много. Задачей данного изобретения является повышение устойчивости к растрескиванию и эксплуатационной стойкости жаростойкой стали. Поставленная задача достигается за счет того, что жаростойкая литейная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан и железо, дополнительно содержит ниобий, бор и редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов,мас.углерод 0,15-0,25 хром 23,0-25,0 кремний 0,8-1,2 марганец 0,3-0,5 титан 0,1-0,3 ниобий 0,1-0,3 бор 0,005-0,03 РЗМ 0,2-0,3 железо остальное. Для того чтобы исключить образование аустенита при высоких температурах, снижается концентрация углерода до 0,15-0,25 , а концентрация хрома принимается не менее 23 . При таком содержании углерода и хрома будет исключенопревращение 4,с. 262. До минимума сокращается содержание марганца, так как он является аустенитообразующим элементом. Использование кремния ограничивается содержанием 0,8-1,2 . Он необходим для повышения жидкотекучести, но отрицательно влияет на фазовый состав, так как сдвигает области с хрупкой -фазой к меньшему содержанию хрома. Ферритные стали, аналогичные предлагаемой, не имеющие фазовой перекристаллизации, при эксплуатации подвергаются росту зерна и потере эксплуатационных качеств. Для предотвращения этого явления в их состав вводим элементы, ограничивающие рост зерна. Это такие элементы, как , , В и т.д. Кроме того, такие стали подвергаются модифицированию редкоземельными элементами для очищения границ зерен и увеличения центров кристаллизации, приводящему к измельчению литой структуры. Такое соотношение ингредиентов позволяет во время эксплуатационного нагрева и охлаждения избежать фазовой перекристаллизации и, соответственно, охрупчивания стали, а также позволяет предотвратить рост зерна и сохранить высокие эксплуатационные свойства. В лаборатории физики металлов и металловедения Физико-технического института НАН Беларуси были проведены лабораторные плавки, а эксплуатационные испытания 12482 1 2009.10.30 свойств выплавленных сталей проводились при температуре 860 С на закалочноотпускном агрегате кузнечного цеха Минского тракторного завода. В качестве образцов для испытания термостойкости были использованы специально разработанные образцы-фрагменты. Они представляют из себя аналог поддона для термической обработки деталей в миниатюре с 12 бобышками, которые отрезаются через определенное время эксплуатации (30, 60, 90 суток и т.д.) для исследования микроструктуры. На образцах-фрагментах оценивалось образование трещин в углах образцов около бобышек. На шлифах, изготовленных из бобышек, определялась кинетика структурных превращений. Образцы-фрагменты отливались в сухие стержневые формы. Вес образцов - 1 кг. С тем чтобы более точно получить химический состав опытных сталей, выплавка стали проводилась в индукционной вакуумной электропечи ИСВ 0,004-П 4-М в тигле из диоксида циркония. Заливка проводилась в атмосфере аргона. Были проведены опытные плавки предлагаемой стали (составы 2-4) и известной (состав 6). Предлагаемая сталь имела состав, соответствующий минимальному (2), среднему (3) и максимальному (4) заявляемому содержанию основных компонентов, а также ниже минимального (1) и выше максимального (5). Химический состав опытных плавок стали представлен в табл. 1. Таблица 1 Химический состав опытных плавок стали Компоненты Углерод Хром Кремний Марганец Титан Ниобий Бор РЗМ Испытание образцов-фрагментов производилось в закалочной печи производственного закалочно-отпускного агрегата при температуре 860 С. Результаты испытаний представлены в табл. 2. Таблица 2 Время появления трещин при эксплуатации образцов-фрагментовплавки Время появления трещин в процессе эксплуатации при 860 С, месяцы Из анализа результатов, приведенных в табл. 1 и 2, следует, что наилучшим сочетанием свойств (трещиностойкости) и наиболее высокой эксплуатационной стойкостью обладают стали с химическим составом, соответствующим мас.2, 3, 4. Результаты сравнительных испытаний показывают, что предлагаемая сталь по сравнению с прототипом обладает повышенной трещиностойкостью, а печная оснастка из нее имеет более высокую эксплуатационную стойкость, что отвечает поставленной задаче. 12482 1 2009.10.30 Предлагаемую сталь предполагается внедрить на машиностроительных заводах автотракторной отрасли Беларуси, в частности на Минском тракторном заводе, для оснастки термических печей. Источники информации 1. ГОСТ 977-88 Отливки стальные. Общие технические условия. 2. ТУ 23.118.294-88 Отливки из высоколегированной жаропрочной стали марки 35 Х 18 Н 11 СЛ. 3. А.с. СССР 378501, МПК 622 С 38/28, 1973. 4. Гольштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали.- М. Металлургия,1985. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4