PL173218B1

PL173218B1 - Heat resisting steel of improved thermal endurance

Info

Publication number: PL173218B1
Application number: PL94304403A
Authority: PL
Inventors: Sławomir Szewczyk; Andrzej Weroński
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1998-02-27
Also published as: PL304403A1

Abstract

Stal żaroodporna o podwyższonej odporności na zmęczenie cieplne zawierająca wagowo: C do 0,12%, Mn do 0,6%, Si do 0,6%, P do 0,030%, S do 0,025%, Cr - 11,5-15,5%, Ni do 0,3%, Cu do 0,2%, V do 0,06%, reszta żelazo, znamienna tym, że zawiera wagowo Nb w ilości 0,04-0,45%, korzystnie 0,12% oraz itr Y w ilości 0,01-0,30%, korzystnie 0,04%.Heat-resistant steel with increased resistance to thermal fatigue, containing by weight: C up to 0.12%, Mn up to 0.6%, Si up to 0.6%, P up to 0.030%, S up to 0.025%, Cr - 11.5-15.5%, Ni up to 0.3%, Cu up to 0.2%, V up to 0.06%, the rest iron, characterized in that it contains Nb by weight in an amount of 0.04-0.45%, preferably 0.12% and yttrium in an amount of 0.01-0.30%, preferably 0.04%.

Description

Przedmiotem wynalazku jest żaroodporna stal chromowa o podwyższonej odporności na zmęczenie cieplne, przeznaczona zwłaszcza na elementy wymienników ciepła.The subject of the invention is heat-resistant chrome steel with increased resistance to thermal fatigue, especially for elements of heat exchangers.

W procesie technologicznym wytwarzania cementu w piecach obrotowych zachodzi konieczność wymiany ciepła pomiędzy gorącymi gazami a szlamem technologicznym. Rolę tę spełnia układ ruchomych łańcuchowych wymienników ciepła umieszczonych w określonej strefie pieca. W końcowej części strefy, licząc od zimnego końca pieca, gazy wylotowe posiadają temperaturę ponad 700°C, a szlam technologiczny około 75°C, w związku z tym elementy wymienników są silnie obciążane cieplnie i pracują w warunkach zmęczenia cieplnego. Dotychczas w tej części strefy stosowane są wymienniki ciepła wykonane ze stali typu H13JS, o składzie chemicznym zawierającym wagowo: C - max. 0,12%, Mn - max. 0,8%, Si -1,0-1,3%, P- max. 0,040%, S - max. 0,030%, Cr -12,0-14,0%, Ni - max. 0,5%, Al -0,8-1,1%, reszta żelazo. Przeprowadzone obserwacje wykazały, że po sześciomiesięcznym okresie eksploatacji pieca zużyciu uległo 35% elementów wymiennika wykonanych z tego gatunku stali.In the technological process of cement production in rotary kilns, it is necessary to exchange heat between hot gases and technological sludge. This role is played by a system of mobile chain heat exchangers located in a specific zone of the furnace. At the end of the zone, counting from the cold end of the furnace, the exhaust gases have a temperature of more than 700 ° C and the process sludge around 75 ° C, therefore the exchanger components are highly heat stressed and operate under thermal fatigue conditions. So far, heat exchangers made of H13JS type steel have been used in this part of the zone, with a chemical composition containing: C - max. 0.12%, Mn - max. 0.8%, Si -1.0-1.3%, P- max. 0.040%, S - max. 0.030%, Cr -12.0-14.0%, Ni - max. 0.5%, Al -0.8-1.1%, the rest iron. The conducted observations showed that after the six-month period of operation of the furnace, 35% of the exchanger elements made of this type of steel were worn out.

Celem wynalazku jest podwyższenie trwałości elementów wymienników ciepła stosowanych w tej strefie.The object of the invention is to increase the durability of the heat exchanger elements used in this zone.

Cel ten osiągnięto poprzez opracowanie stopu zawierającego wagowo: C do 0,12%, Mn do 0,6%, Si do 0,6%, P do 0,030%, S do 0,025%, Cr - 11,5-15,5%, Ni do 0,3%, Cu do 0,2%, V do 0,06%, reszta żelazo, którego istotą jest to, że zawiera Nb w ilości 0,04-0,45% wagowo, korzystnie 0,12% wagowo oraz Y w ilości 0,01-0,30% wagowo, korzystnie 0,04% wagowo.This goal was achieved by developing an alloy containing by weight: C up to 0.12%, Mn up to 0.6%, Si up to 0.6%, P up to 0.030%, S up to 0.025%, Cr - 11.5-15.5% , Ni up to 0.3%, Cu up to 0.2%, V up to 0.06%, the rest is iron, the essence of which is that it contains Nb in an amount of 0.04-0.45% by weight, preferably 0.12% by weight and Y in an amount of 0.01-0.30% by weight, preferably 0.04% by weight.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że wprowadzenie dodatku itru zmniejsza kilkakrotnie szybkość utleniania stali chromowych, szczególnie w warunkach cyklicznego nagrzewania i chłodzenia. Już przy stosunkowo niewielkich zawartościach itru tworząca się zgorzelina wykazuje znacznie mniejszą skłonność do odwarstwiania się i pękania w porównaniu do stali bez tego dodatku. Korzystny wpływ itru polega na zwiększonej przyczepności zgorzeliny do podłoża metalicznego, wywołanej submikroskopowymi wydzieleniami Y2O3 oraz YCrC>3 w postaci igieł, włókienek oraz płatków głównie na granicach ziaren, co powoduje szczepianie się zgorzeliny z podłożem metalicznym. Wprowadzenie dodatku niobu do stali powoduje podwyższenie odporności na zmęczenie cieplne w wyniku umocnienia roztworu stałego trudnorozpuszczalnymi wydzieleniami węglika niobu w stanie dużej dyspersji. Stal według wynalazku charakteryzuje się żaroodpornością do temperatury 1223 K.The advantageous effect of the invention is that the addition of yttrium reduces several times the oxidation rate of chromium steels, especially under the conditions of cyclic heating and cooling. Even at relatively low yttrium contents, the formed scale shows a much lower tendency to delamination and cracking compared to steel without this additive. The beneficial effect of yttrium is the increased adhesion of the scale to the metallic substrate, caused by submicroscopic precipitates of Y2O3 and YCrC> 3 in the form of needles, filaments and flakes, mainly at the grain boundaries, which causes the scale to stick to the metallic substrate. The addition of niobium to steel increases the resistance to thermal fatigue as a result of strengthening the solid solution with hardly soluble precipitates of niobium carbide in the state of high dispersion. The steel according to the invention has a heat resistance up to a temperature of 1223 K.

Przykład: Stal chromowa zawierająca wagowo: C - 0,09%, Mn - 0,46%, Si - 0,37%, P - 0,017%, S - 0,011 %, Cr - 13,6%, Ni - 0,06%, Cu - 0,04%, V - 0,03%, Nb - 0,12%, Y - 0,04%, reszta żelazo, wykazuje po ulepszeniu cieplnym wytrzymałość na rozciąganie R_m = 560 MPa, granicę plastyczności Re = 410 MPa, wydłużenie A5 = 20%. Stal charakteryzuje się żaroodpornością w powietrzu do temperatury 1223 K.Example: Chrome steel containing by weight: C - 0.09%, Mn - 0.46%, Si - 0.37%, P - 0.017%, S - 0.011%, Cr - 13.6%, Ni - 0.06 %, Cu - 0.04%, V - 0.03%, Nb - 0.12%, Y - 0.04%, the rest is iron, shows after thermal improvement the tensile strength R _m = 560 MPa, yield strength Re = 410 MPa, elongation A5 = 20%. The steel is heat-resistant in air up to a temperature of 1223 K.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claim

Heat-resistant steel with increased resistance to thermal fatigue, containing by weight: C up to 0.12%, Mn up to 0.6%, Si up to 0.6%, P up to 0.030%, S up to 0.025%, Cr -11.5-15, 5%, Ni up to 0.3%, Cu up to 0.2%, V up to 0.06%, the rest iron, characterized in that it contains Nb by weight in an amount of 0.04-0.45%, preferably 0.12% and yttrium Y in an amount of 0.01-0.30%, preferably 0.04%.