RU2155821C1 - Жаростойкая, жаропрочная сталь - Google Patents
Жаростойкая, жаропрочная сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2155821C1 RU2155821C1 RU99119076A RU99119076A RU2155821C1 RU 2155821 C1 RU2155821 C1 RU 2155821C1 RU 99119076 A RU99119076 A RU 99119076A RU 99119076 A RU99119076 A RU 99119076A RU 2155821 C1 RU2155821 C1 RU 2155821C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- boron
- manganese
- niobium
- nickel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к жаростойкой, жаропрочной аустенитной стали, предназначенной для изготовления изделий, работающих в продуктах сгорания высокоагрессивных органических топлив, например: высокосернистых мазутов, углей, сланцев, продуктов крекинга нефти и др., при температурах до 650° С. Из предложенной стали изготавливают, в частности, трубы, являющиеся поверхностями нагрева пароперегревателей. Предложенная сталь, содержащая углерод, хром, марганец, кремний, никель, медь, титан, ниобий, железо и неизбежные примеси, дополнительно содержит алюминий, цирконий, церий и бор при следующем соотношении компонентов, в мас.%: углерод 0,05 - 0,15, кремний 1,0 - 2,0, марганец 8,0 - 16,0, хром 8,0 -15,0, никель 0,5 - 3,8, медь 0,5 - 6,0, цирконий 0,01 - 0,09, церий 0,01 - 0,15, титан 0,04 - 0,1, ниобий 0,2 - 3,0, алюминий 0,01 - 0,25, бор 0,001 - 0,08, железо и неизбежные примеси - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение служебных характеристики стали, а именно: жаростойкости при рабочих температурах до 650°С, особенно в режиме частых пусков - остановов, более чем в два раза, длительной пластичности на 35 - 40%, надежности и ресурса работы не менее чем в 2-3 раза. 4 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к аустенитным жаростойким, жаропрочным сталям, используемым в качестве труб поверхностей нагрева высокотемпературных пароперегревателей в тепловой энергетике, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен состав аустенитной жаростойкой, коррозионно-стойкой стали, содержащей, мас.%: углерод 0,1; кремний 2,0; марганец 4,0 - 15,0; никель 4,0 - 10,0; хром 15,0-23,0; молибден 0,2 - 4,0; азот 0,1 - 0,4; остальное - железо.
Эта сталь может содержать один или два элемента из: 3% меди; 3% вольфрама; 3% кобальта; 2% ниобия и 0,5% титана (см.: C 22 C 38/00, JP 07070700, 1995, Nishi Koji, Matsushima Masahiro, High proof stress and high corrosion resistant austenitic stainless cast steel).
Указанное соотношение элементов, а также наличие в стали молибдена, вольфрама и высокого содержания (более 4%) никеля резко ограничивает возможность применения этой стали вследствие недостаточной жаростойкости в продуктах сгорания высокоагрессивных органических топлив (мазуты, угли разных месторождений, сланцы и пр.).
При указанном соотношении компонентов известной стали не обеспечивается необходимый уровень жаростойкости в условиях частых пусков - остановов, а также длительной пластичности. В результате наблюдается преждевременный выход отдельных труб, в частности гибов, из строя вследствие локального утонения стенок и образования трещин.
Цель изобретения - повышение жаростойкости стали при рабочих температурах ≈650oC в условиях частых пусков - остановов и повышение длительной пластичности.
Цель достигается тем, что жаростойкая, жаропрочная сталь, содержащая углерод, хром, марганец, кремний, никель, медь, титан, ниобий и железо, дополнительно содержит алюминий, цирконий, церий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05 - 0,15; кремний 1,0 - 2,0; марганец 8,0 - 16,0; хром 8,0 - 15,0; никель 0,5 - 3,8; медь 0,5 - 6,0; цирконий 0,01 - 0,09; церий 0,01 - 0,15; титан 0,04 - 0,1; ниобий 0,2 - 3,0; алюминий 0,01 - 0,25; бор 0,001 - 0,08. Железо и неизбежные примеси - остальное.
Введение алюминия в указанном соотношении совместно с цирконием обеспечивает повышение жаростойкости стали при температуре 650oC, особенно в условиях пусков - остановов, за счет того что алюминий в указанных количествах не образует своей собственной пленки, а входит в твердый раствор других оксидов, уменьшая параметр их решеток и делая их более защитными, табл. 1.
При введении в сталь алюминия менее 0,01% его недостаточно для заполнения твердого раствора других оксидов.
При введении в сталь алюминия более 0,25% он также не образует своей самостоятельной оксидной фазы, а входит в твердый раствор других оксидных пленок. Однако характер распределения легирующих элементов и оксидных пленок с увеличением содержания в стали алюминия становится совершенно иным. Если введение алюминия в количествах до 0,25% не влияет на характер распределения оксидных фаз, то увеличение его концентрации в хромомарганцевых сталях приводит практически к отсутствию внутреннего защитного барьерного слоя оксидов типа CR2O3•3SiO2 и жаростойкие свойства сталей в данном случае определяются уже защитными способностями только шпинельной пленки, которая весьма слабо защищает сталь от локальных процессов окисления.
Введение бора в указанных соотношениях совместно с церием обеспечивает повышение долговечности хромомарганцевой стали и, в первую очередь, длительность пластичности.
В табл. 2 представлен химический состав исследованных хромомарганцевых сталей с бором, а в табл. 3 результаты испытания их на длительную прочность.
Это связано с тем, что легирование стали бором делает ее более мелкозернистой (8 - 10 баллов по сравнению с 5-7 баллами в стали без бора) и в структуре стали отсутствуют мелкодисперсные частицы карбида ниобия (NbC) на дислокациях, что увеличивает подвижность последних и способствует рассасыванию пиков напряжений в районе пор.
При введении в сталь бора менее 0,001% балл зерна стали не уменьшается и это содержание бора не способно предотвратить наличие первичных карбидов ниобия на дислокациях, в результате чего длительная пластичность стали практически не отличается от исходной. Как показал анализ структуры металла, разрушение происходит по границам зерен, а микроочагами разрушения становятся поры. Местами зарождения пор в металле являются, главным образом, полосы скольжения.
При введении в сталь бора более чем 0,08% длительная пластичность сохраняет еще несколько более высокие значения (на 18%), чем у стали без бора, но для практического использования в трубном и котельном производствах превышение данной концентрации вызывает большие затруднения вследствие ликвации механических свойств стали.
Выплавка стали проводится в открытой дуговой электропечи с использованием чистых шихтовых материалов со следующими особенностями. За 10-15 минут до выпуска, после раскисления шлака порошком алюминия и анализа его остаточного содержания в металле, вводится кусковой алюминий. Ферробор дается в ковш и металл продувается аргоном.
Ковку слитков на трубную заготовку производят на молотах полностью по технологии получения трубной заготовки для широко освоенной на всех заводах аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н12Т.
Изготовление труб производится методом тепловой прокатки в соответствии с требованиями на котельные трубы. Трубы поставляются в термически обработанном состоянии (аустенизация при температуре 1050 - 1080oC).
Из труб вырезают образцы для испытания длительной прочности и жаростойкости.
В табл.4 представлен химический состав сталей.
Испытания на жаростойкость проводили в соответствии с ГОСТ 6130 - 71, а испытания на длительную прочность проводили в соответствии с ГОСТ 32-60 с замером деформации на трубчатых образцах.
Результаты оценки жаростойкости сталей в условиях, имитирующих продукты сгорания мазутов (табл. 1), показали, что в изотермических условиях при температуре 650oC за 1000 часов испытаний потеря массы образцов, не содержащих алюминий и бор (состав 1 табл.4) составляет 4,70 мг/см2, в то время как составы 2, 3 и 4, легированные алюминием и бором, имеют соответственно 2,3; 2,25 и 2,3 мг/см2.
В условиях пусков - остановов (табл. 1) жаростойкие свойства сталей, легированных алюминием и бором (составы 2, 3 и 4 табл.4), также заметно отличаются от стали, не содержащей этих элементов (состав 1 табл.4).
Оценка жаропрочности этих сталей за 1000 часов испытаний показала, что если потеря массы состава 1 составляет 16,8 мг/см2, то составов 2, 3 и 4 - 2,87; 2,93 и 3,01 мг/см2 соответственно.
Оценка длительной прочности образцов хромомарганцевых сталей (табл.4) при напряжениях от 80 до 140 МПа при температуре 700oC показали, что длительная пластичность составов 2,3 и 4 на 35- 40% выше, чем состава 1.
Таким образом, очевидно, что жаростойкость, особенно в условиях частых пусков - остановов, и долговечность предлагаемой стали (составы 2-4) имеют значительно более высокие значения по сравнению с известной сталью, что позволяет повысить ресурс работы не менее чем в 2-3 раза при использовании агрессивных органических топлив (высокосернистые мазуты, угли, сланцы и т.д.).
Claims (1)
- Аустенитная жаростойкая, жаропрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, титан, ниобий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий, цирконий, церий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,05 - 0,15
Кремний - 1,0 - 2,0
Марганец - 8,0 - 16,0
Хром - 8,0 - 15,0
Никель - 0,5 - 3,8
Медь - 0,5 - 6,0
Цирконий - 0,01 - 0,09
Церий - 0,01 - 0,15
Титан - 0,04 - 0,1
Ниобий - 0,2 - 3,0
Алюминий - 0,01 - 0,25
Бор - 0,001 - 0,08
Железо и неизбежные примеси - Остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99119076A RU2155821C1 (ru) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Жаростойкая, жаропрочная сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99119076A RU2155821C1 (ru) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Жаростойкая, жаропрочная сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2155821C1 true RU2155821C1 (ru) | 2000-09-10 |
Family
ID=20224636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99119076A RU2155821C1 (ru) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Жаростойкая, жаропрочная сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2155821C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450080C2 (ru) * | 2007-12-20 | 2012-05-10 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. | Экономнолегированная, коррозионно-стойкая аустенитная нержавеющая сталь |
US8313691B2 (en) | 2007-11-29 | 2012-11-20 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
US8337749B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-12-25 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
US8337748B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-12-25 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel containing stabilizing elements |
-
1999
- 1999-07-12 RU RU99119076A patent/RU2155821C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8858872B2 (en) | 2007-11-29 | 2014-10-14 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
US8313691B2 (en) | 2007-11-29 | 2012-11-20 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
US10370748B2 (en) | 2007-11-29 | 2019-08-06 | Ati Properties Llc | Lean austenitic stainless steel |
US9617628B2 (en) | 2007-11-29 | 2017-04-11 | Ati Properties Llc | Lean austenitic stainless steel |
US9121089B2 (en) | 2007-12-20 | 2015-09-01 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
US8877121B2 (en) | 2007-12-20 | 2014-11-04 | Ati Properties, Inc. | Corrosion resistant lean austenitic stainless steel |
RU2450080C2 (ru) * | 2007-12-20 | 2012-05-10 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. | Экономнолегированная, коррозионно-стойкая аустенитная нержавеющая сталь |
US9133538B2 (en) | 2007-12-20 | 2015-09-15 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel containing stabilizing elements |
US8337748B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-12-25 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel containing stabilizing elements |
US9624564B2 (en) | 2007-12-20 | 2017-04-18 | Ati Properties Llc | Corrosion resistant lean austenitic stainless steel |
US9822435B2 (en) | 2007-12-20 | 2017-11-21 | Ati Properties Llc | Lean austenitic stainless steel |
US9873932B2 (en) | 2007-12-20 | 2018-01-23 | Ati Properties Llc | Lean austenitic stainless steel containing stabilizing elements |
US10323308B2 (en) | 2007-12-20 | 2019-06-18 | Ati Properties Llc | Corrosion resistant lean austenitic stainless steel |
US8337749B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-12-25 | Ati Properties, Inc. | Lean austenitic stainless steel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2246454B1 (en) | Carburization-resistant metal material | |
RU2605022C1 (ru) | Хромоникелевый сплав с хорошими показателями обрабатываемости, предела ползучести и коррозионной стойкости | |
RU2599324C2 (ru) | Хромоникелевоалюминиевый сплав с хорошими показателями обрабатываемости, предела ползучести и коррозионной стойкости | |
RU2288967C1 (ru) | Коррозионно-стойкий сплав и изделие, выполненное из него | |
KR101259686B1 (ko) | Ni기 합금 | |
EP0545753A1 (en) | Duplex stainless steel having improved strength and corrosion resistance | |
US3989514A (en) | Heat-resisting austenitic stainless steel | |
HRP20050728A2 (en) | Thermostable and corrosion-resistant cast nickel-chromium alloy | |
CN101506399A (zh) | 高温强度提高的耐热耐腐蚀铸造奥氏体不锈钢合金 | |
MX2010010435A (es) | Acero inoxidable usado para material tubular destinado a pozos petroleros. | |
EP1930460A1 (en) | Low alloy steel | |
JP4687467B2 (ja) | 加工性及び耐メタルダスティング性に優れた金属材料 | |
EP1047802B1 (en) | Advanced high temperature corrosion resistant alloy | |
US6896747B2 (en) | Austenitic alloy for heat strength with improved pouring and manufacturing, process for manufacturing billets and wire | |
RU2424347C2 (ru) | ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ, РАССЧИТАННЫЙ НА ОБРАЗОВАНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ КАРБИДА Ti-Nb-Cr ИЛИ КАРБИДА Ti-Nb-Zr-Cr | |
EP0124348B1 (en) | Heat resisting steels | |
RU2155821C1 (ru) | Жаростойкая, жаропрочная сталь | |
CN100513622C (zh) | 钢 | |
JPH04358037A (ja) | ニッケル基耐熱合金 | |
KR100482706B1 (ko) | 오스테나이트스테인레스강및그의용도 | |
RU2373039C1 (ru) | Сварочная проволока для сварки жаропрочных жаростойких сплавов | |
EP0109221B1 (en) | High-strength austenitic steel | |
JPS58117848A (ja) | 燃焼雰囲気ですぐれた高温耐食性および高温耐酸化性を示す高強度ni基鋳造合金 | |
US4119456A (en) | High-strength cast heat-resistant alloy | |
US20230002861A1 (en) | Nickel-chromium-iron-aluminum alloy having good processability, creep resistance and corrosion resistance, and use thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090713 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100420 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100421 |
|
QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20030801 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20030801 Effective date: 20101208 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20131009 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180713 |