Жаростойкая литейная сталь

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. Задачей данного изобретения является повышение устойчивости к растрескиванию и эксплуатационной стойкости жаростойкой стали. Поставленная задача в данном изобретении достигается за счет того, что жаростойкая литая сталь, содержащая углерод, кремний,марганец, хром, титан, дополнительно содержит ниобий, бор и редкоземельные материалы 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, редкоземельные материалы - 0,2-0,3, железо - остальное.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФИЗИКОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (BY) 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 35X18 Н 11 СЛ, которые в большинстве случаев используются для изготовления оснастки термических печей [1] и [2]. Недостатками данных сталей является их высокая стоимость, так как содержит дефицитный и дорогостоящий никель. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сталь, по физикомеханическим и технологическим свойствам в основном удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к сталям, работающим в условиях немногократного нагрева до 950-1000C и охлаждении на воздухе. Она содержит следующие компоненты [3], мас.%: 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 е является химический состав и, в частности, содержание углерода и хрома. При таком содержании углерода и хрома (С - 0,8-1,2%; Cr - 21-25%) в сталях при нагревании до температур 800-1000C 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 тврдой 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 в данном изобретении достигается за счет того, что жаростойкая литая сталь,содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, дополнительно содержит ниобий, бор и редкоземельные материалы 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,редкоземельные материалы - 0,2-0,3,железо - остальное. Для того чтобы исключить образование аустенита при высоких температурах, снижаем концентрацию углерода до 0,15-0,25%, а концентрацию хрома принимаем не менее 23%. При таком содержании углерода и хрома будет исключено=превращение [4, с. 262]. До минимума сокращаем содержание марганца, так как он является аустенитообразующим элементом. Использование кремния ограничиваем содержанием 0,81,2%. Он необходим для повышения жидкотекучести и жаростойкости, но отрицательно влияет на фазовый состав, так как сдвигает области с хрупкой -фазой к меньшему содержанию хрома. Ферритные стали, аналогичные предлагаемой, не имеющие фазовых перекристаллизаций, 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 Ti, Nb, B и т.д. Кроме того, такие стали подвергаем модифицированию редкоземельными элементами для очищения границ зрен и увеличения центров кристаллизации, приводящие к измельчению литой структуры. Такое соотношение ингредиентов позволяет во время эксплуатационного нагрева и охлаждения избежать фазовую перекристаллизацию и соответственно охрупчивания стали, а также предотвратить рост зерна и сохранить высокие эксплуатационные свойства. В лаборатории физики металлов и металловедения Физико-технического института HAH Беларуси были проведены лабораторные плавки, а эксплуатационные испытания их свойств проводились при температуре 860C на закалочно-отпускном 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 определнное 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 на индукционной вакуумной электропечи ИСВ 0,004-П 4-М в тигле из диоксида циркония. Заливка проводилась в атмосфере аргона. Были проведены опытные плавки предполагаемой 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 оптимального (1) и выше максимального (5). Химический состав опытных плавок стали представлен в табл. 1. Таблица 1 Химический состав опытных плавок стали Испытание образцов-фрагментов производилось в закалочной печи производственного закалочноотпускного агрегата при температуре 860C. Результаты испытаний представлены в табл. 2. Таблица 2 Время появления трещин при эксплуатации образцов-фрагментов Из анализов результатов, приведнных 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 предлагаемой стали имеет более высокую эксплуатационную стойкость, что отвечает поставленной задаче. Предлагаемую сталь предполагается внедрить на машиностроительных заводах автотракторной отрасли Беларуси, в частности на Минском тракторном заводе, для оснастки термических печей. Список использованных источников 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. Авт. св. СССР 378501, кл. 622 С 38/28, 1973. 4. Гольштейн М.И., Грачв С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. М., "Металлургия", 1985. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Жаростойкая литая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, отличающаяся тем,что жаростойкая сталь дополнительно содержит ниобий, бор и редкоземельные материалы при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 0,15-0,25, хром - 23,0-25,0, кремний - 0,8-1,2, марганец