CS214915B1 - Chrome-nickel fireproof alloy with increased fire resistance - Google Patents

Description

Vynález řeší chromniklovou žáruvzdornou slitinu se zvýšenou žárupevností, která je tavená v běžných elektrických pecích s tavením a litím na vzduchu.

Pro nejvyšší teploty použití se vyrábí celá řada ocelí a slitin. Společným znakem všech zmíněných materiálů je zvýšený obsah chrómu, křemíku a hliníku. Tyto legující prvky vytvářejí na povrchu oceli nebo slitiny oxidický film, který má malou vodivost. Vzniklé kysličníky se netaví, netvoří nízkotavitelná autektika a nevypařují se. Tím zabraňují nebo zpomalují difúzni pochody, které rozhodují o rychlosti oxidace, resp., vysokoteplotní koroze. Žáruvzdorné oceli pro nejvyšší teploty použití lze rozdělit do dvou skupin: feritické, které vedle železa obsahují chrom, případně další prvky ke zvýšení žáruvzdornosti nebo za účelem změny dalších rozhodujících vlastností.

Austenitické, obsahující navíc zvýšení obsah niklu. Je mnoho různých typů feretických i austenitických ocelí. Přes četné výhody cenové, ale i vysokou odolnost proti oxidaci je použití feritických ocelí velmi omezené, s ohledem na nízké pevnostní a plastické vlastnosti. Podstatně výhodnější jsou v tom to směru oceli austenitické. Vysoké pevnostní vlastnosti, včetně žárupevností, ale i výhodné plastické vlastnosti a dostatečná strukturní stabilita dávají možnosti daleko širšího použití těchto ocelí. Odolnost proti vysokoteplotní korozi u těchto ocelí lze zlepšit především zvýšením obsahu chrómu. Kromě základního typu oceli tohoto druhu, Cr 18 Ni 9, byly proto zavedeny oceli typů Cr 24 Ni 20, Cr 20 Ni 40, Cr 25 Ni 35. Zvýšený obsah chrómu zvyšuje odolnost proti oxidaci, ale i vysokoteplotní korozi pod úsadami spalin, které vznikají spalováním těžkých kapalných paliv, jako je například mazut. Zvýšený obsah chrómu zvyšuje i odolnost proti vysokoteplotní korozi v redukčním prostředí. K docílení austenitické struktury je se stoupajícím obsahem chrómu zvyšován i obsah niklu.

Další snaha o zlepšení odolnosti proti vysokoteplotní oxidaci a korozi vedla k vývoji slitin, kde železo je z větší části nebo úplně nahrazeno niklem nebo kobaltem. Zejména niklové slitiny jsou značně rozšířené, ať jako žáruvzdorné nebo žárupevné, s obsahem chrómu 20 až 50 % hmot. Kobaltové slitiny jsou obvykle legovány ke zvýšení žáruvzdornosti od 15 do 30 % hmot. chromém.

Další zlepšení žáruvzdornosti, především u odporových vinutí elektrických pecí (s častým cyklickým tepelným zatížením), materiálů na bázi železa typu Cr 25 AI 5, ale i na bázi niklu typu Cr 20 Ni 80, lze dosáhnout přísadou kovů vzácných zemin, jako je cér, ale i ytrium.

Optimální slitiny pro nejvyšší teploty použití tvoří dnes chromniklové slitiny typů Cr 30 Ni 70, Cr 40 Ni 50 Fe 10 a Cr 50 Ni 50, které ke zvýšení žárupevnosti mohou být přilegovány titanem, niobem, wolframem, kombinací prvků titan-hliník a podobně. Další zvyšování žárupevnosti, ale i žáruvzdornosti, je obtížné. Ve světě jsou tyto slitiny vyráběny použitím vakuové metalurgie.

Uvedené nedostatky řeší chromniklová, žáruvzdorná slitina s hmotnostním obsahem manganu od 0,1 do 2,00 %, křemíku od 0,05 do 2,00 %, síry od 0,001 do 0,05 %, fosforu od 0,001 do 0,05 %, železa od 0,1 do 15 %, chrómu od 35 do 55 %, a zbytek niklu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že slitina obsahuje dále v hmotnostní koncentraci od 0,05 do 0,5 % céru nebo jiných kovů vzácných zemin, které zlepšují žárupevnost a žáruvzdornost, například niobu od 0,2 do 2 % a titanu od 0,2 do 1,5 °/o.

Není zcela prokázáno rozložení céru a ostatních kovů vzácných zemin při vysokoteplotním zatížení. Je pravděpodobné, že kysličníky céru budou tvořit tenkou vrstvu v těsné blízkosti kovu, s malou iontovou vodivostí. Část céru v tuhém roztoku bude pravděpodobně blokovat hrahice zrn, a tím zvyšovat žárupevnost. Příklad 1

Slitina obsahuje v hmotnostní koncentraci 0,035 % C, 0,62 % Mn, 0,55 % Si, 0,005 % P, 0,004 % S, 41,62 % Cr, 12,7 % Fe, zbytek nikl a 0,22 % Ce. Příklad 2

Slitina obsahuje v hmotnostní koncentraci O, 025 % C, 0,37 % Mn, 0,51 % Si, 0,005 % P, 0,005 % S, 50,43 % Cr, 2,10 % Fe, zbytek nikl a 0,18 % Ce.

Zkoušky provedené do 1000 hodin při teplotě 1000 °C prokázaly, že obě slitiny mají minimálně o 20 % vyšší žárupevnost, než slitiny bez céru.

Obě slitiny s cérem vykazovaly při teplotě 12000 C i vyšší žáruvzdornost podle následující tabulky.

+) Porovnávací slitiny měly následující hmotnostní složení: 3 — 0,03 % C, 0,40 % Mn, 0,55 % Si, 0,012 % P, 0,0077% S, 40,21% Cr, 9,50 % Fe,, zbytek nikl 4 — 0,09 % C, 0,13 % Mn, 0,40 % Si, 0,009 procenta P, 0,016 % S, 48,71 % Cr, 1,20 % Fe, zbytek nikl.

Obdobné výsledky byly získány u slitin s následujícím hmotnostním složením: C Mn Si p P cr Vi Fe Ce 0,06 0,62 0,60 0,012 0,013 40,31 zbytek 9,60 0,10 0,08 0,45 0,42 0,010 0,011 39,65 zbytek 10,20 0,45

Informativně bylo ověřeno, že žárupevnost u těchto slitin se dále zvyšuje přidáním niobu od 0,2 do 2 % hmotnosti a titanu od 0,2 do 1,5 % hmotnosti. Odolnost proti oxidaci a vysokoteplotní korozi je však přítomností uvedených prvků snížena.

Slitina se vyrábí dvoustupňovou desoxi-dací a) desoxidací lázně CaSi (2kg/t) nebo hliníkem (0,5 kg/t) b) konečnou desoxidací těsně před přidáním céru, například 0,6 kg/t hliníku 2,0 kg/t ferotitanu 4—6 kg/t silikokalcia.

Teprve po takto upravené lázni se leguje cér, resp. slitina céru pomocí tyče a hliníkové fólie nebo pomocí speciálně upravených ponorných košů.

Claims (1)

1. Original document published without claims.