CS214915B1

CS214915B1 - Chrome-nickel fireproof alloy with increased fire resistance

Info

Publication number: CS214915B1
Application number: CS693579A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Vyklicky; Miroslav Mericka; Ladislav Jablonsky; Vladimir Tykal; Josef Tichy
Original assignee: Miloslav Vyklicky; Miroslav Mericka; Ladislav Jablonsky; Vladimir Tykal; Josef Tichy
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1982-06-25

Description

Vynález řeší chromniklovou žáruvzdornou slitinu se zvýšenou žárupevností, která je tavená v běžných elektrických pecích s tavením a litím na vzduchu.The invention provides a chromium-nickel refractory alloy with increased heat resistance, which is melted in conventional electric melting and air casting furnaces.

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.A variety of steels and alloys are produced for the highest application temperatures. A common feature of all of these materials is the increased content of chromium, silicon and aluminum. These alloying elements form an oxide film on the surface of the steel or alloy that has low conductivity. The oxides formed do not melt, they do not form a low-melting autocut and do not evaporate. This prevents or slows down diffusion processes that determine the rate of oxidation and / or high-temperature corrosion. High-temperature refractory steels can be divided into two groups: ferritic, which contains chromium in addition to iron, or other elements to increase refractoriness or to change other critical properties.

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.Austenitic, containing in addition an increase in nickel content. There are many different types of ferritic and austenitic steels. Despite the many advantages of price but also high oxidation resistance, the use of ferritic steels is very limited, due to its low strength and plastic properties. Austenitic steels are considerably more advantageous. High strength properties, including fire resistance, as well as advantageous plastic properties and sufficient structural stability give the possibility of much wider use of these steels. The high-temperature corrosion resistance of these steels can be improved mainly by increasing the chromium content. In addition to the basic type of steel of this type, Cr 18 Ni 9, Cr 24 Ni 20, Cr 20 Ni 40, Cr 25 Ni 35 types were introduced. Increased chromium content increases oxidation resistance as well as high temperature corrosion under flue gas deposits. by burning heavy liquid fuels such as mazut. Increased chromium content also increases the resistance to high temperature corrosion in the reducing environment. To achieve an austenitic structure, the nickel content is increased with increasing chromium content.

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.Further efforts to improve high temperature oxidation and corrosion resistance have led to the development of alloys where iron is largely or completely replaced by nickel or cobalt. In particular, nickel alloys are widely spread, whether they are refractory or refractory, with a chromium content of 20 to 50% by weight. Typically, cobalt alloys are alloyed to increase the refractoriness from 15 to 30% by weight. chrome.

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.Further improvement of refractoriness, especially for resistance windings of electric furnaces (with frequent cyclic thermal load), iron-based materials Cr 25 Al 5, but also nickel-based Cr 20 Ni 80, can be achieved by the addition of rare earth metals such as cerium. but also yttrium.

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.Optimal alloys for the highest temperatures of use today are chromium-nickel alloys of Cr 30 Ni 70, Cr 40 Ni 50 Fe 10 and Cr 50 Ni 50 types, which can be adhered with titanium, niobium, tungsten, a combination of titanium-aluminum elements and the like to increase fire resistance. Further increasing the fire resistance, but also the refractory, is difficult. In the world, these alloys are manufactured using vacuum metallurgy.

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.These drawbacks are solved by a chromium-nickel, refractory alloy with a manganese content of from 0.1 to 2.00%, silicon from 0.05 to 2.00%, sulfur from 0.001 to 0.05%, phosphorus from 0.001 to 0.05%, iron from 0.1 to 15%, chromium from 35 to 55%, and a nickel residue according to the invention, the principle of which is that the alloy further contains from 0.05 to 0.5% by weight of cerium or other rare earth metals; which improve creep resistance and refractoriness, for example niobium from 0.2 to 2% and titanium from 0.2 to 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 1The distribution of cerium and other rare earth metals at high temperature loads is not fully demonstrated. It is likely that cerium oxides will form a thin layer in close proximity to the metal, with low ionic conductivity. Part of the cerium in the solid solution is likely to block the pea and thus increase creepiness. Example 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 2The alloy contains 0.035% C, 0.62% Mn, 0.55% Si, 0.005% P, 0.004% S, 41.62% Cr, 12.7% Fe, nickel residue and 0.22% Ce. Example 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.The alloy contains 0.025% C, 0.37% Mn, 0.51% Si, 0.005% P, 0.005% S, 50.43% Cr, 2.10% Fe, nickel residue and 0.18% by weight. Ce.

Zkoušky provedené do 1000 hodin při teplotě 1000 °C prokázaly, že obě slitiny mají minimálně o 20 % vyšší žárupevnost, než slitiny bez céru.Tests carried out within 1000 hours at 1000 ° C have shown that both alloys have at least 20% higher fire resistance than non-cerium alloys.

Obě slitiny s cérem vykazovaly při teplotě 12000 C i vyšší žáruvzdornost podle následující tabulky.Both cerium alloys showed higher refractoriness at 12000 ° C according to the following table.

+) 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.+) Comparative alloys had the following weight composition: 3-0.03% C, 0.40% Mn, 0.55% Si, 0.012% P, 0.0077% S, 40.21% Cr, 9.50% Fe Nickel residue 4-0.09% C, 0.13% Mn, 0.40% Si, 0.009% P, 0.016% S, 48.71% Cr, 1.20% Fe, residue nickel.

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 0,45Similar results were obtained for alloys with the following mass composition: C Mn Si p P cr Vi Fe Ce 0.06 0.62 0.60 0.012 0.013 40.31 residue 9.60 0.10 0.08 0.45 0.42 0.010 0.011 39.65 residue 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.Informatively, it has been verified that the fire resistance of these alloys is further increased by the addition of niobium from 0.2 to 2% by weight and titanium from 0.2 to 1.5% by weight. However, oxidation and high temperature corrosion resistance is reduced by the presence of these elements.

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.The alloy is produced by a two-stage desoxidation of a) desoxidation bath of CaSi (2 kg / t) or aluminum (0.5 kg / t) b) final desoxidation just prior to addition of cerium, for example 0.6 kg / t of aluminum 2.0 kg / t of ferrotitanium 4-6 kg / t silicocalca.

Teprve po takto upravené lázni se leguje cér, resp. slitina céru pomocí tyče a hliníkové fólie nebo pomocí speciálně upravených ponorných košů.Only after such a modified bath is alloy cerium, respectively. cerium alloy with rod and aluminum foil or with specially treated submersible baskets.

Claims

Original document published without claims.