EA005068B1 - Iron-based heat-resistant alloy - Google Patents
Iron-based heat-resistant alloy Download PDFInfo
- Publication number
- EA005068B1 EA005068B1 EA200200167A EA200200167A EA005068B1 EA 005068 B1 EA005068 B1 EA 005068B1 EA 200200167 A EA200200167 A EA 200200167A EA 200200167 A EA200200167 A EA 200200167A EA 005068 B1 EA005068 B1 EA 005068B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- chromium
- alloy
- carbon
- iron
- vanadium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к жаростойким сплавам, которые используют для изготовления нагревательных элементов (элементов сопротивления) электрических нагревательных печей. По классификации Л. Коломбье и И. Гохмана (1, с. 394), используемые для изготовления элементов сопротивления сплавы могут быть разделены на четыре группы:The invention relates to heat-resistant alloys, which are used for the manufacture of heating elements (resistance elements) of electric heating furnaces. According to the classification of L. Colombier and I. Gokhman (1, p. 394), the alloys used for the manufacture of resistance elements can be divided into four groups:
а) хромоникелевые сплавы, не содержащие железа;a) nickel chromium-nickel alloys;
б) хромоникелевые славы с 10-20% железа;b) nickel-chromium fame with 10-20% iron;
в) аустенитные хромоникелевые сплавы, богатые железом;c) austenitic chromium-nickel alloys rich in iron;
г) ферритные сплавы, легированные хромом и алюминием.d) ferritic alloys alloyed with chromium and aluminum.
Ферритные сплавы последней группы, к которой относится и жаростойкий сплав по изобретению, в сравнении с перечисленными имеют такие важные преимущества, как более высокое электрическое сопротивление при очень низком температурном коэффициенте, который остается практически постоянным до 1300°С, что связано с возможностью давать большую электрическую нагрузку при меньших габаритах нагревательных элементов. Сочетание указанных преимуществ с более высокими сопротивлением окислению и стойкостью к действию таких агрессивных сред, как сернистый газ, сероводород, аммиак, окись и двуокись углерода и их смеси, а также с достаточной стойкостью при действии малых количеств хлора (1, с.с. 396, 398) делает использование ферритных сплавов, легированных хромом и алюминием (фехралей), более привлекательным для изготовления нагревательных элементов, условия эксплуатации которых связаны с действием агрессивных газовых сред.Ferrite alloys of the latter group, which includes the heat-resistant alloy according to the invention, have important advantages compared to those listed above, such as a higher electrical resistance at a very low temperature coefficient, which remains almost constant up to 1300 ° C, which is associated with the ability to produce a large electrical load with smaller dimensions of the heating elements. The combination of these advantages with higher oxidation resistance and resistance to the action of aggressive media such as sulfur dioxide, hydrogen sulfide, ammonia, carbon monoxide and dioxide and their mixtures, as well as sufficient resistance to small amounts of chlorine (1, p. 396 , 398) makes the use of ferrite alloys alloyed with chromium and aluminum (fechrales) more attractive for the manufacture of heating elements, the operating conditions of which are associated with the action of aggressive gas environments.
Также жаростойкий сплав по изобретению может быть использован для изготовления такого оснащения с высокой температурой эксплуатации, как муфели, реторты, элементы цементационного оборудования и т.п.Also, the heat-resistant alloy according to the invention can be used for the manufacture of equipment with a high operating temperature, such as muffles, retorts, elements of cementation equipment, etc.
Уровень техникиState of the art
Изготовление из фехралей элементов сопротивления и их эксплуатация в электрических нагревательных печах, которые работают в агрессивной газовой среде, на современном этапе развития техники связаны с такими основными проблемами:The manufacture of resistance elements from fechrales and their operation in electric heating furnaces that operate in an aggressive gas environment, at the present stage of technological development, are associated with such basic problems:
высокой себестоимостью элементов сопротивления, обусловленной сложностью получения проволоки или прутковой заготовки из фехралей из-за низкой их пластичности в холодном состоянии;the high cost of resistance elements, due to the difficulty of obtaining a wire or bar stock from fechral due to their low plasticity in the cold state;
высокими затратами на ремонт элементов сопротивления, связанный с хрупкостью фехралей, которую сплавы этого типа приобретают в результате эксплуатации при температурах более 900°С из-за развития в их кристаллической структуре высокотемпературной коррозии, особенно в условиях действия агрессивных газовых сред.high costs for the repair of resistance elements associated with the brittleness of fechrales, which alloys of this type acquire as a result of operation at temperatures above 900 ° C due to the development of high-temperature corrosion in their crystal structure, especially under the action of aggressive gas environments.
Первый из указанных недостатков характеризует технологические свойства жаростойких сплавов для элементов сопротивления электрических нагревательных печей, а второй - их эксплуатационные свойства.The first of these drawbacks characterizes the technological properties of heat-resistant alloys for resistance elements of electric heating furnaces, and the second - their operational properties.
Оба недостатка связаны с образованием в кристаллических структурах легированных хромом и алюминием ферритных жаростойких сплавов, в состав которых входят углерод и азот, больших фазовых образований карбидов хрома типа Сг23С6, Сг7С3, Сг3С и нитридов хрома типа Сг2И и ΟγΝ, так называемой карбонитридной фазы хрома.Both disadvantages are associated with the formation in the crystal structures of chromium and aluminum alloyed with ferritic heat-resistant alloys, which include carbon and nitrogen, of large phase formations of chromium carbides of the type Cr 23 C 6 , Cr 7 C 3 , Cr 3 C and chromium nitrides like Cr 2 I and ΟγΝ, the so-called chromium carbonitride phase.
Основной причиной низкой пластичности фехралей в холодном состоянии является хрупкость карбонитридной фазы хрома, а причиной высокотемпературной межкристаллитной коррозии является “оттягивание” хрома по границам зерен высокохромистого феррита на образование указанных карбидов и нитридов и связанное с этим снижение стойкости сплава против коррозии по границам зерен (2, с. 16).The main reason for the low plasticity of fechrales in the cold state is the brittleness of the carbonitride phase of chromium, and the cause of high-temperature intergranular corrosion is the “pulling” of chromium along the grain boundaries of high-chromium ferrite to the formation of these carbides and nitrides and the associated decrease in the resistance of the alloy against corrosion along the grain boundaries (2, p. 16).
При таких условиях основные усилия исследователей по повышению технологических и эксплуатационных свойств фехралевых жаростойких сплавов, предназначенных для изготовления элементов сопротивления электрических нагревательных печей, направлены на создание препятствий образованию и коагуляции хрупкой карбонитридной фазы хрома за счет обеспечения связывания атомов углерода и азота не хромом, а другими более активными элементами и/или на торможение диффузной подвижности атомов углерода и азота в кристаллической решетке, что затрудняет процесс образования карбонитридной фазы хрома.Under such conditions, the main efforts of researchers to improve the technological and operational properties of fechral heat-resistant alloys intended for the manufacture of resistance elements of electric heating furnaces are aimed at creating obstacles to the formation and coagulation of the brittle carbonitride phase of chromium by ensuring that carbon and nitrogen atoms are bonded not by chromium, but by others active elements and / or inhibition of the diffuse mobility of carbon and nitrogen atoms in the crystal lattice, which makes it more difficult ie the formation of chromium carbon nitride phase.
Так, известна сталь Х23Ю5Т (Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов: Справочник. Донецк: Юго-Восток, 2000, с. 428), используемая для изготовления элементов сопротивления электрических нагревательных печей, которая содержит основу - железо, а кроме того в массовых процентах (мас.%): углерода - <0,05, кремния - <0,60, марганца - 0,30, хрома - 21,5-23,5, никеля - <0,60, алюминия - 4,60-5,30, титана <0,40, циркония - <0,10.So, the steel X23U5T is known (Shishkov M.M. Marochnik of steels and alloys: Handbook. Donetsk: Southeast, 2000, p. 428), used for the manufacture of resistance elements of electric heating furnaces, which contains a base - iron, and in addition mass percent (wt.%): carbon - <0.05, silicon - <0.60, manganese - 0.30, chromium - 21.5-23.5, nickel - <0.60, aluminum - 4.60 -5.30, titanium <0.40, zirconium - <0.10.
При создании указанной известной стали использован эффект связывания углерода и азота вместо хрома таким более активным элементом, как титан, который введен в состав известной стали в количестве <0,4 мас.%.When creating this known steel, the effect of carbon and nitrogen binding instead of chromium was used by such a more active element as titanium, which is introduced into the composition of the known steel in an amount of <0.4 wt.%.
Введение титана в состав известной стали обеспечило повышение ее эксплуатационных и технологических характеристик за счет некоторого сохранения атомов хрома частичным связыванием атомов углерода и азота более активными атомами титана с образованием его карбидов и нитридов вместо хрома. Однако полностью подавить образования карбидов и нитри3 дов хрома введением титана не удается, поскольку титан имеет узкий диапазон активности от расплава до 1200-1100°С, при дальнейшем же охлаждении он уже не может препятствовать образованию и коагуляции хрупкой карбонитридной фазы хрома. Кроме того, зерна карбидов и нитридов титана имеют грубую остроугольную форму, вследствие чего они являются внутренними концентраторами напряжений, что не способствует повышению пластичности известной стали. Значительное количество титана при легировании через расплав неизбежно окисляется (сгорает), что, с одной стороны, ведет к нерациональному использованию этого дефицитного металла, а, с другой стороны, - к существенному загрязнению структуры сплава оксидами титана. Излишки титана к тому же охрупчивают твердый раствор высокохромистого феррита, что также не позволяет существенно повысить пластичность известной стали в холодном состоянии. Загрязненность твердого раствора высокохромистого феррита оксидами металлов ведет к таким же последствиям.The introduction of titanium into the composition of the known steel ensured an increase in its operational and technological characteristics due to some conservation of chromium atoms by partial bonding of carbon and nitrogen atoms by more active titanium atoms with the formation of its carbides and nitrides instead of chromium. However, it is not possible to completely suppress the formation of chromium carbides and nitrides by the introduction of titanium, since titanium has a narrow range of activity from the melt to 1200–1100 ° С; upon further cooling, it can no longer prevent the formation and coagulation of the brittle carbonitride phase of chromium. In addition, grains of titanium carbides and nitrides have a rough acute-angled shape, as a result of which they are internal stress concentrators, which does not contribute to increasing the ductility of known steel. A significant amount of titanium during alloying through a melt inevitably oxidizes (burns), which, on the one hand, leads to the irrational use of this scarce metal, and, on the other hand, to a significant contamination of the alloy structure with titanium oxides. Excesses of titanium also embrittle the solid solution of high-chromium ferrite, which also does not significantly increase the ductility of the known steel in the cold state. Contamination of a solid solution of high-chromium ferrite with metal oxides leads to the same consequences.
Наиболее близким к заявляемому по химическому составу и технической сущности использованных при его создании идей является жаростойкий сплав на основе железа (авторское свидетельство СССР № 1581772, МПК5 С 22С 38/52, 1988), который содержит в мас.%: углерода 0,02-0,04, хрома 20,0-30,0, алюминия 4,07,0, кобальта 0,1-1,0, церия 0,01-0,1, кремния 0,1-1,0, никеля 0,1-0,5, иттрия 0,1-0,6, кальция 0,05-0,1, рения 2,5-6,0, титана 0,1-0,5, железо остальное.Closest to the claimed chemical composition and technical essence of the ideas used in its creation is a heat-resistant alloy based on iron (USSR author's certificate No. 1581772, IPC 5 C 22C 38/52, 1988), which contains in wt.%: Carbon 0.02 -0.04, chromium 20.0-30.0, aluminum 4.07.0, cobalt 0.1-1.0, cerium 0.01-0.1, silicon 0.1-1.0, nickel 0 , 1-0.5, yttrium 0.1-0.6, calcium 0.05-0.1, rhenium 2.5-6.0, titanium 0.1-0.5, the rest is iron.
Известный жаростойкий сплав имеет улучшенные технологические характеристики за счет введения таких дополнительных элементов, как кобальт и никель, которые повышают пластичность сплава в холодном состоянии, а также за счет введения таких редкоземельных элементов, как церий, иттрий и рений, которые тормозят диффузную подвижность атомов углерода и азота, затрудняя образование хрупкой карбонитридной фазы хрома.The known heat-resistant alloy has improved technological characteristics due to the introduction of additional elements such as cobalt and nickel, which increase the ductility of the alloy in the cold state, as well as due to the introduction of rare earth elements such as cerium, yttrium and rhenium, which inhibit the diffuse mobility of carbon atoms and nitrogen, making it difficult to form the brittle carbonitride phase of chromium.
Вместе с тем, наличие в составе сплава 0,10,5% титана обуславливает образование в структуре сплава зерен карбидов и нитридов титана грубой остроугольной формы, а также хрупкого твердого раствора высокохромистого феррита с высокой загрязненностью оксидами титана и алюминия, что не позволяет существенно повысить пластичность известного жаростойкого сплава в холодном состоянии, а введение в состав сплава таких дорогих элементов, как кобальт и никель, еще и существенно повышает себестоимость его получения. К тому же ограниченность температурного интервала действия титана и отсутствие механизма измельчения карбонитридной фазы не позволяют избежать образования и коагуляции хрупкой карбонитридной фазы хрома с большим размером зерен при температурах ниже 1100°С.At the same time, the presence of 0.10.5% titanium in the composition of the alloy causes the formation of coarse acute-shaped carbide and titanium nitride grains in the alloy structure, as well as a brittle solid solution of high-chromium ferrite with high contamination by titanium and aluminum oxides, which does not significantly increase the ductility known heat-resistant alloy in the cold state, and the introduction of the alloy such expensive elements as cobalt and nickel, also significantly increases the cost of its production. Moreover, the limited temperature range of the action of titanium and the lack of a mechanism for grinding the carbonitride phase do not allow the formation and coagulation of the brittle carbonitride phase of chromium with a large grain size at temperatures below 1100 ° C.
Суть изобретенияThe essence of the invention
В основу изобретения положена задача создания жаростойкого сплава для нагревательных элементов электрических печей с относительно низкой себестоимостью и улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами с достижением технического результата в виде повышения пластичности сплава в холодном состоянии, повышения его жаростойкости и снижения индекса загрязненности сплава оксидами металлов.The basis of the invention is the creation of a heat-resistant alloy for heating elements of electric furnaces with a relatively low cost and improved technological and operational properties with the achievement of a technical result in the form of an increase in the ductility of the alloy in the cold state, an increase in its heat resistance and a decrease in the index of contamination of the alloy with metal oxides.
Поставленная задача достигается тем, что жаростойкий сплав на основе железа, который, кроме основы, содержит углерод, хром, алюминий, кремний, марганец, а также по крайней мере один редкоземельный элемент из группы лантан, презиодим, ниодим, дополнительно содержит ванадий, ниобий и барий при таком соотношении компонентов в мас.%: углерод 0,01-0,06, хром - 18,5-22,5, алюминий - 4,0-7,0, кремний - 0,10-0,80, марганец - 0,05-0,30, один или несколько элементов из группы церий, лантан, презиодим, ниодим - 0,001-0,01, ванадий 0,10-0,40, ниобий - 0,05-0,40, барий - 0,00050,0015.The problem is achieved in that the heat-resistant alloy based on iron, which, in addition to the base, contains carbon, chromium, aluminum, silicon, manganese, as well as at least one rare-earth element from the group of lanthanum, presiodium, niobium, additionally contains vanadium, niobium and barium at this ratio of components in wt.%: carbon 0.01-0.06, chromium 18.5-22.5, aluminum 4.0-7.0, silicon 0.10-0.80, manganese - 0.05-0.30, one or more elements from the group of cerium, lanthanum, presiodim, niode - 0.001-0.01, vanadium 0.10-0.40, niobium - 0.05-0.40, barium - 0,00050,0015.
Использование в качестве карбидо- и нитридообразователей ванадия и ниобия обеспечивает жаростойкому сплаву по изобретению наличие механизма измельчения карбонитридной фазы хрома за счет обеспечения связывания этими элементами атомов углерода и азота с образованием мелкодисперсных карбидов и нитридов ниобия и ванадия в широком диапазоне температур от 1327 до 25°С с благоприятной округлой формой зерен указанных карбидов и равномерным их распределением по структуре сплава. Добавка бария обеспечивает очищение сплава от загрязняющих его оксидов и газов путем связывания и вывода их со шлаком. Такое комплексное действие дополнительно введенных элементов позволяет существенно повысить пластичность жаростойкого сплава в холодном состоянии - основную его технологическую характеристику.The use of vanadium and niobium as carbide and nitride formers provides the heat-resistant alloy according to the invention with a mechanism for grinding the carbonitride phase of chromium due to the bonding of carbon and nitrogen atoms by these elements with the formation of finely dispersed niobium and vanadium carbides and nitrides in a wide temperature range from 1327 to 25 ° С with a favorable round shape of the grains of these carbides and their uniform distribution over the alloy structure. The addition of barium ensures the purification of the alloy from oxides and gases polluting it by binding and removing them with slag. Such a complex effect of additionally introduced elements allows to significantly increase the ductility of the heat-resistant alloy in the cold state - its main technological characteristic.
Введение ванадия обеспечивает связывание атомов азота в устойчивую нитридную фазу, которая в значительной мере препятствует образованию нитридов типа Сг2И, СгИ, и таким образом уменьшает обеднение хромом высокохромистого феррита по границам зерен. Введение ниобия обеспечивает эффективное торможение образования высокохромистых карбидов в жидком металле путем активного связывания углерода в карбиды типа N60 и ИЬ2С, препятствуя таким образом обеднению хромом высокохромистого феррита. За счет указанного действия дополнительно введенные в жаростойкий сплав ванадий и ниобий улучшают сопротивление сплава высокотемпературной коррозии особенно в условиях действия агрессивной газовой среды, повышая его жаростойкость - основную эксплуатационную характеристику жаростойкого сплава.The introduction of vanadium ensures the binding of nitrogen atoms to a stable nitride phase, which significantly prevents the formation of nitrides of the type Cr 2 I, CrI, and thus reduces the depletion of chromium by high chromium ferrite at the grain boundaries. Introduction of niobium provides effective braking high-chromium carbide formation in the molten metal through the active carbon type carbides binding N60 and ub C 2, thus preventing depletion of the chromium high-chromium ferrite. Due to this action, vanadium and niobium, additionally introduced into the heat-resistant alloy, improve the resistance of the alloy to high-temperature corrosion, especially under aggressive gas conditions, increasing its heat resistance - the main operational characteristic of the heat-resistant alloy.
Соотношения компонентов в жаростойком сплаве по изобретению обусловлены приведенным ниже.The ratio of the components in the heat-resistant alloy according to the invention is due to the following.
Верхнее значение содержания углерода (0,06 мас.%) является той границей, за которой начинается массовое выделение охрупчивающих вторичных фаз, что снижает пластичность сплава.The upper value of the carbon content (0.06 wt.%) Is the boundary beyond which the mass evolution of embrittlementary secondary phases begins, which reduces the ductility of the alloy.
Нижнее значение содержания углерода (0,01 мас.%) ограничено резким снижением характеристик прочности сплава, необходимой для сохранения формы нагревательных элементов во время их эксплуатации.The lower value of carbon content (0.01 wt.%) Is limited by a sharp decrease in the strength characteristics of the alloy, necessary to maintain the shape of the heating elements during their operation.
Предельные значения содержания хрома (18,5-22,5 мас.%) выбраны из условия обеспечения достаточной жаростойкости и коррозионной стойкости сплава при эксплуатации изготовленных из него элементов сопротивления нагревательных печей, которые работают в условиях действия агрессивных газовых сред, в том числе и с хлором. При указанных концентрациях хрома возникает целесообразность повышения пластичности высокохромистого феррита комплексным легированием ванадием и ниобием совместно с редкоземельными элементами и микролегированием барием.The limiting values of the chromium content (18.5-22.5 wt.%) Are selected from the condition of ensuring sufficient heat resistance and corrosion resistance of the alloy during operation of resistance elements of heating furnaces made from it, which operate under aggressive gas environments, including chlorine. At the indicated chromium concentrations, it makes sense to increase the ductility of high-chromium ferrite by complex doping with vanadium and niobium together with rare-earth elements and microalloying with barium.
Верхнее значение содержания алюминия (7,0 мас.%) является границей образования шпинелей и резкого нарастания индекса загрязненности сплава оксидами алюминия А12О3, что способно явиться причиной резкого снижения пластичности сплава в холодном состоянии.The upper value of the aluminum content (7.0 wt.%) Is the boundary of the formation of spinels and a sharp increase in the index of contamination of the alloy with aluminum oxides A1 2 O 3 , which can cause a sharp decrease in the ductility of the alloy in the cold state.
Нижнее значение содержания алюминия (4,0 мас.%) обосновано обеспечением необходимой жаростойкости сплава по изобретению при температурах эксплуатации (1000-1150°С) нагревательных элементов, для изготовления которых он предназначен.The lower value of the aluminum content (4.0 wt.%) Is justified by providing the necessary heat resistance of the alloy according to the invention at operating temperatures (1000-1150 ° C) of the heating elements for the manufacture of which it is intended.
Верхнее значение содержания марганца (0,3 мас.%) ограничено началом отрицательного его влияния на жаростойкость сплава.The upper value of the manganese content (0.3 wt.%) Is limited by the beginning of its negative effect on the heat resistance of the alloy.
Нижнее значение содержания марганца (0,05 мас.%) ограничено началом его полезного действия по раскислению и десульфурации сплава.The lower value of the manganese content (0.05 wt.%) Is limited by the beginning of its beneficial effect on the deoxidation and desulfurization of the alloy.
Верхнее значение содержания кремния (0,8 мас.%) обусловлено достаточным раскислением сплава и началом повышения твердости высокохромистого феррита.The upper value of the silicon content (0.8 wt.%) Is due to the sufficient deoxidation of the alloy and the beginning of an increase in the hardness of high-chromium ferrite.
Нижнее значение содержания кремния (0,1 мас.%) ограничено началом его полезного действия по раскислению сплава.The lower value of the silicon content (0.1 wt.%) Is limited by the beginning of its beneficial effect on the deoxidation of the alloy.
Предельные значения содержания одного или нескольких редкоземельных элементов из группы церий, лантан, презиодим, ниодим (0,001-0,01 мас.%) выбраны из условия их полезного действия по уменьшению диффузной подвижности атомов углерода и азота, что препятствует появлению грубых карбидных и нитридных выделений по границам зерен, а также измельчению и равномерному распределению по структуре сплава вторичных фаз, за счет чего удается уменьшить его хрупкость.The limiting values of the content of one or several rare-earth elements from the group of cerium, lanthanum, presiodim, niode (0.001-0.01 wt.%) Are selected from the condition of their beneficial effect in reducing the diffuse mobility of carbon and nitrogen atoms, which prevents the appearance of coarse carbide and nitride precipitates along grain boundaries, as well as grinding and uniform distribution over the alloy structure of secondary phases, due to which it is possible to reduce its brittleness.
Верхнее значение содержания ванадия (0,4 мас.%) обусловлено эффективностью его полезного действия по торможению образования карбидов и нитридов.The upper value of the vanadium content (0.4 wt.%) Is due to the effectiveness of its beneficial effect in inhibiting the formation of carbides and nitrides.
Нижнее значение содержания ванадия (0,1 мас.%) ограничено достаточностью концентрации ванадия для начала его влияния на структуру и свойства сплава.The lower value of the vanadium content (0.1 wt.%) Is limited by the sufficiency of the concentration of vanadium to begin its influence on the structure and properties of the alloy.
Верхнее значение содержания ниобия (0,4 мас.%) обусловлено эффективностью его полезного действия по торможению образования высокохромистых карбидов в жидком металле активным связыванием углерода в карбиды типа Ж' и ИЬ2С.The upper value of the niobium content (0.4 wt.%) Is due to the effectiveness of its beneficial effect in inhibiting the formation of high-chromium carbides in a liquid metal by the active binding of carbon to carbides of type Ж 'and II 2 C.
Нижнее значение содержания ниобия (0,05 мас.%) ограничено достаточностью его концентрации для начала влияния на структуру и свойства сплава.The lower value of the niobium content (0.05 wt.%) Is limited by the sufficiency of its concentration to start influencing the structure and properties of the alloy.
На основе полученных в результате проведенных исследований данных удалось вывести эмпирическую формулу соотношения между содержанием присутствующих в сплаве примесей проникновения углерода и азота, а также необходимым при этом содержанием карбидонитридообразующих элементов ниобия и ванадия, при котором возможно достижение наиболее высоких показателей технологических и эксплуатационных характеристик ферритных сплавов, легированных хромом и алюминием: 0,8>(НЬ+У)%=[100(С+Ы)2+0,16]%Based on the data obtained as a result of the studies, it was possible to derive an empirical formula for the ratio between the content of impurities of carbon and nitrogen penetration present in the alloy, as well as the necessary content of carbide-nitride-forming elements of niobium and vanadium, at which it is possible to achieve the highest technological and operational characteristics of ferrite alloys, alloyed with chromium and aluminum: 0.8> (Hb + Y)% = [100 (C + N) 2 +0.16]%
Верхнее значение содержания бария (0,0015 мас.%) ограничивается эффективностью его рафинирующего действия по связыванию и выводу в шлак загрязняющих сплав оксидов и газов и снижения таким образом показателя индекса загрязнение сплава, что повышает его пластичность.The upper value of the barium content (0.0015 wt.%) Is limited by the efficiency of its refining action in binding and removing oxides and gases polluting the alloy into slag and thus reducing the index index of the alloy pollution, which increases its ductility.
Нижнее значение содержания бария (0,0005 мас.%) ограничивается условиями активного связывания им загрязняющих сплав оксидов металлов и газов и удаления их в шлак, а также условиями содействия раскислению и десульфурации сплава.The lower value of the barium content (0.0005 wt.%) Is limited by the conditions for active binding of metal and gas oxides polluting the alloy and their removal into slag, as well as the conditions for promoting the deoxidation and desulfurization of the alloy.
Кроме того, по сравнению с прототипом, использование в сплаве по изобретению ниобия и ванадия, вместо титана, отказ от использования кобальта и никеля, выбор других редкоземельных элементов, что позволяет вводить их с помощью более дешевой лигатуры, обеспечивает получение жаростойкого сплава на основе железа для элементов сопротивления нагревательных печей с меньшей себестоимостью при улучшенных технологических и эксплуатационных характеристиках, что и ставилось задачей создания изобретения.In addition, in comparison with the prototype, the use of niobium and vanadium in the alloy according to the invention, instead of titanium, the rejection of the use of cobalt and nickel, the choice of other rare earth elements, which allows them to be introduced using cheaper alloys, provides a heat-resistant iron-based alloy for resistance elements of heating furnaces with lower cost with improved technological and operational characteristics, which was the task of creating the invention.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
В ходе поиска оптимального состава сплава по изобретению в индукционной печи с ос новной футеровкой емкостью 50 дм3 проведено большое количество лабораторных плавок, в том числе сплавов, составы которых соответствовали аналогу и прототипу. Полученные отливки ковали на заготовки диаметром 15 мм и длиной 300 мм, которые прокатывали в горячем состоянии до диаметра 9-11 мм, после чего волочением в холодном состоянии получали проволоку диаметром 7-8,5 мм.In the search for the optimal alloy composition according to the invention, a large number of laboratory melts were carried out in an induction furnace with a main lining with a capacity of 50 dm 3 , including alloys whose compositions corresponded to the analogue and prototype. The obtained castings were forged onto billets with a diameter of 15 mm and a length of 300 mm, which were hot rolled to a diameter of 9–11 mm, after which wire was drawn by drawing in a cold state with a diameter of 7–8.5 mm.
Проволоку подвергали рекристаллизации (отжигу) при температуре 750°С и щелочнокислотному травлению, после чего исследовали свойства.The wire was subjected to recrystallization (annealing) at a temperature of 750 ° C and alkaline acid etching, after which the properties were studied.
Испытания на относительное удлинение (δ5, %), характеризующее пластичность сплава, проводили стандартными методами по ГОСТ 1497-84.Elongation tests (δ 5 ,%), characterizing the ductility of the alloy, were carried out by standard methods according to GOST 1497-84.
Жаростойкость сплавов определяли как срок работы при температуре 1380°С в часах.The heat resistance of the alloys was determined as the service life at a temperature of 1380 ° C in hours.
Количественную оценку загрязнения сплава осуществляли линейным методом подсчета неметаллических включений и карбонитридной фазы. Количество включений подсчитывали с помощью металлографического микроскопа МИМ-7. После определения количества и размеров включений подсчитывали индекс загрязнения металла, как отношение суммарной длины включений ко всей расчетной длинеAlloy contamination was quantified by the linear method of counting nonmetallic inclusions and the carbonitride phase. The number of inclusions was calculated using a MIM-7 metallographic microscope. After determining the number and size of inclusions, the metal pollution index was calculated as the ratio of the total length of inclusions to the entire calculated length
где 13 - индекс загрязненности металла;where 1 3 is the metal pollution index;
т1 - среднее значение интервала размерной группы в делениях окулярной шкалы;t 1 - the average value of the interval of the size group in the divisions of the ocular scale;
Ь1 - деление шкалы;B 1 - division of the scale;
- длина подсчета.- the length of the count.
Металлографически установлены критический размер и количество неметаллических включений, которые определяют пригодность металла к пластической деформации в холодном состоянии.The critical size and number of non-metallic inclusions, which determine the metal's suitability for plastic deformation in the cold state, are metallographically determined.
Результаты проведенных исследований для образцов, химические составы которых отвечают параметрам жаростойкого сплава по изобретению, а также аналогу и прототипу, приведены в таблице.The results of the studies for samples whose chemical compositions meet the parameters of the heat-resistant alloy according to the invention, as well as the analogue and prototype, are shown in the table.
Как свидетельствуют результаты исследований, приведенные в таблице, жаростойкий сплав на основе железа по изобретению в сравнении с аналогом и прототипом имеет меньший индекс загрязнения металла неметаллическими включениями, а также более высокие показатели пластичности и жаростойкости.As the research results shown in the table indicate, the heat-resistant iron-based alloy according to the invention, in comparison with the analogue and prototype, has a lower metal pollution index by non-metallic inclusions, as well as higher ductility and heat resistance.
Перечень использованной литературыList of used literature
1. Л. Коломбье и И. Гохман - Нержавеющие и жаропрочные стали. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1958.1. L. Colombier and I. Gokhman - Stainless and heat-resistant steels. M .: State scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy, 1958.
2. Ульянин Е.А. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Справочник. М.: «Металлургия», 1991.2. Ulyanin EA Corrosion resistant steels and alloys. Directory. M .: "Metallurgy", 1991.
3. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов: Справочник. - Донецк: Юго-Восток, 2000.3. Shishkov M.M. Marochnik staly and alloys: Reference book. - Donetsk: Southeast, 2000.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2001096613A UA55590C2 (en) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | A heat-resistant alloy based on iron |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200200167A1 EA200200167A1 (en) | 2003-04-24 |
| EA005068B1 true EA005068B1 (en) | 2004-10-28 |
Family
ID=34078399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200200167A EA005068B1 (en) | 2001-09-27 | 2002-02-15 | Iron-based heat-resistant alloy |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA005068B1 (en) |
| UA (1) | UA55590C2 (en) |
-
2001
- 2001-09-27 UA UA2001096613A patent/UA55590C2/en unknown
-
2002
- 2002-02-15 EA EA200200167A patent/EA005068B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA55590C2 (en) | 2005-03-15 |
| EA200200167A1 (en) | 2003-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5232620B2 (en) | Spheroidal graphite cast iron | |
| CN101688280A (en) | Ferritic stainless steel having excellent heat resistance | |
| MXPA06010897A (en) | Iron-chrome-aluminum alloy. | |
| JP6768929B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent high-temperature wear resistance, manufacturing method of ferritic stainless steel sheet, exhaust parts, high-temperature sliding parts, and turbocharger parts | |
| JP7166082B2 (en) | Austenitic stainless steel sheet and manufacturing method thereof | |
| KR20070004836A (en) | Ferritic stainless steel | |
| JP6842257B2 (en) | Fe-Ni-Cr-Mo alloy and its manufacturing method | |
| JP6684629B2 (en) | Austenitic stainless steel with excellent high-temperature slidability, and turbocharger parts manufactured using it | |
| CN102653848A (en) | Piston ring material for internal combustion engine | |
| CN108315648A (en) | A kind of rear-stage noise eliminator of automobile exhaust system ferritic stainless steel being loaded with SCR processing units and preparation method | |
| EA010206B1 (en) | High-temperature corrosion-resistant steel | |
| CN1043253C (en) | Al-Mn-Si-N series austenitic stainless acid-resisting steel | |
| JP3121478B2 (en) | Ferritic heat-resistant cast steel and method for producing the same | |
| JP5011622B2 (en) | Stainless cast steel with excellent heat resistance and machinability | |
| RU2350674C1 (en) | Heat-resistant alloy | |
| EA005068B1 (en) | Iron-based heat-resistant alloy | |
| RU2657741C1 (en) | Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method | |
| JP5239642B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent thermal fatigue properties, high temperature fatigue properties and oxidation resistance | |
| JP4094017B2 (en) | Austenitic heat-resistant materials with excellent high-temperature durability, heat-resistant parts, and heat-resistant parts around the engine | |
| JP5239645B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent thermal fatigue properties, high temperature fatigue properties, oxidation resistance and high temperature salt corrosion resistance | |
| JP5343446B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent thermal fatigue properties, oxidation resistance and high temperature salt corrosion resistance | |
| JP2005307257A (en) | Steel for carburized component or carbonitrided component and method for producing carburized component or carbonitrided component | |
| JP6690499B2 (en) | Austenitic stainless steel sheet and method for producing the same | |
| JP5417764B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent thermal fatigue properties and oxidation resistance | |
| JPS59193242A (en) | High silicon spheroidal graphite cast iron |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ RU |