UA55590C2

UA55590C2 - A heat-resistant alloy based on iron

Info

Publication number: UA55590C2
Application number: UA2001096613A
Authority: UA
Inventors: Valerii Hryhorovych Mischenko; Vladyslav Volodymyrovych Telin; Sergii Vasyliovych Tverdokhlib; Mykola Mykhailovych Kadatskyi; Ihor Volodymyrovych Matveiev; Volodymyr Mykolaiovych Popov; Yevhen Volodymyrovych Butskyi; Yurii Mykolaiovych Kosheliev
Original assignee: New Millenium Scient And Produ
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2005-03-15
Also published as: EA005068B1; EA200200167A1

Abstract

A heat-resistant alloy based on iron which, besides the base, contains, % by weight: carbon 0.01-0.06, chrome 18.50-22.50, aluminium 4.00-7.00, silicon 0.10-0.80, manganese 0.05-0.30, at least one rare-earth element selected of the group: cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium 0.001-0.01, niobium 0.05-0.40, vanadium 0.10-0.40, barium 0.0005-0.0015. The proposed composition allows to reduce metal contaminating with non-metal impurities and increase plasticity and heat resistance indices.

Description

Винахід відноситься до жаростійких сплавів, які використовують для виготовлення нагрівальних елементів (елементів опору) електричних нагрівальних печей. Згідно з класифікацією Л. Коломбье та І. Гофмана (1, с.394) сплави, що їх використовують для виготовлення елементів опору, можуть бути поділені на чотири групи: а) хромонікелеві сплави, що не містять заліза; б) хромонікелеві слави з 10-20905 заліза; в) аустенітні хромонікелеві сплави, багаті залізом; г) феритні сплави, леговані хромом та алюмінієм.The invention relates to heat-resistant alloys used for the manufacture of heating elements (resistance elements) of electric heating furnaces. According to the classification of L. Colombier and I. Hoffmann (1, p.394), the alloys used for the manufacture of resistance elements can be divided into four groups: a) chromium-nickel alloys that do not contain iron; b) chrome-nickel glory with 10-20905 iron; c) austenitic chromium-nickel alloys rich in iron; d) ferritic alloys doped with chromium and aluminum.

Феритні сплави останньої групи, до якої відноситься і жаростійкий сплав по винаходу, у порівнянні з перерахованими, мають такі важливі переваги як більш високий електричний опір при дуже низькому температурному коефіцієнті, який лишається практично постійним до 1300"С, що пов'язане з можливістю давати більше електричне навантаження при менших габаритах нагрівальних елементів. Поєднання вказаних переваг з більш високими опором окисленню та стійкістю до дії таких агресивних середовищ як сірчистий газ, сірководень, аміак, окис та двоокис вуглецю та їх суміші, а також з достатньою стійкістю при дії малих кількостей хлору (1, с.396, 398) робить використання феритних сплавів, легованих хромом та алюмінієм (фехралів), більш привабливими для виготовлення нагрівальних елементів, умови експлуатації яких пов'язані дією агресивних газових середовищ.Ferrite alloys of the last group, which also includes the heat-resistant alloy according to the invention, in comparison with the listed ones, have such important advantages as higher electrical resistance at a very low temperature coefficient, which remains practically constant up to 1300"C, which is connected with the possibility of giving greater electrical load with smaller dimensions of heating elements. Combination of these advantages with higher resistance to oxidation and resistance to the action of such aggressive environments as sulfur gas, hydrogen sulfide, ammonia, oxide and carbon dioxide and their mixtures, as well as with sufficient resistance to the action of small amounts of chlorine (1, p.396, 398) makes the use of ferritic alloys doped with chromium and aluminum (fehrals) more attractive for the manufacture of heating elements, the operating conditions of which are associated with the action of aggressive gas environments.

Також жаростійкий сплав по винаходу може бути використаним для виготовлення такого обладнання з високою температурою експлуатації як муфелі, реторти, елементи цементаційного обладнання, тощо.Also, the heat-resistant alloy according to the invention can be used for the manufacture of such equipment with high operating temperatures as muffles, retorts, elements of cementation equipment, etc.

Виготовлення з фехралів елементів опору та їх експлуатація в електричних нагрівальних печах, що працюють в агресивному газовому середовищі, на сучасному етапі розвитку техніки пов'язані з такими основними проблемами: - високою собівартістю елементів опору, обумовленою труднощами одержання дроту чи пруткової заготовки з фехралів через їх низьку пластичність у холодному стані; - високими витратами на ремонт елементів опору, пов'язаний з крихкістю фехралів, яку набувають сплави цього типу в результаті експлуатації при температурах більших 900"С через розвиток в їх кристалічній структурі високотемпературної корозії, особливо в умовах дії агресивних газових середовищ.Production of resistance elements from fechrals and their operation in electric heating furnaces operating in an aggressive gas environment at the current stage of technology development are associated with the following main problems: - high cost of resistance elements due to difficulties in obtaining wire or rod blanks from fechrals due to their low plasticity in the cold state; - high costs for the repair of resistance elements, associated with the fragility of fechrals, which alloys of this type acquire as a result of operation at temperatures greater than 900"C due to the development of high-temperature corrosion in their crystalline structure, especially under the conditions of aggressive gas environments.

Перший із вказаних недоліків характеризує технологічні властивості жаростійких сплавів для елементів опору електричних нагрівальних печей, а другий - їх експлуатаційні властивості.The first of these shortcomings characterizes the technological properties of heat-resistant alloys for resistance elements of electric heating furnaces, and the second - their operational properties.

Обидва недоліки пов'язані з утворенням у кристалічних структурах легованих хромом та алюмінієм феритних жаростійких сплавів, до складу яких входять вуглець та азот, великих фазових утворень з карбідів хрому типу СтггзСв,Both disadvantages are associated with the formation of large phase formations of chromium carbides of the StggzSv type in the crystal structures of ferritic heat-resistant alloys doped with chromium and aluminum, which include carbon and nitrogen.

Сі?Сз, СтзС та нітридів хрому типу СізіМ та СтМ, так званої карбонітридної фази хрому.Si?Sz, StzS and chromium nitrides of the SiZiM and StM type, the so-called carbonitride phase of chromium.

Основною причиною низької пластичності фехралів у холодному стані є крихкість карбонітридної фази хрому, а причиною високотемпературної межкристалітної корозії є "відтягування" хрому по межах зерен високохромистого фериту на утворення вказаних карбідів та нітридів і пов'язане з цим зниження стійкості сплаву проти корозії по межах зерен (2, с.161.The main reason for the low plasticity of fechrals in the cold state is the fragility of the carbonitride phase of chromium, and the reason for high-temperature intercrystalline corrosion is the "pulling" of chromium along the grain boundaries of high-chromium ferrite to form the specified carbides and nitrides and the associated decrease in the alloy's resistance to corrosion along the grain boundaries ( 2, p. 161.

За таких умов основні зусилля дослідників по підвищенню технологічних та експлуатаційних властивостей фехралевих жаростійких сплавів, призначених для виготовлення елементів опору електричних нагрівальних печей, спрямовані на створення перешкод утворенню та коагуляції крихкої карбонітридної фази хрому за рахунок забезпечення зв'язування атомів вуглецю та азоту не хромом, а іншими більш активними елементами та/або на гальмування дифузійної рухливості атомів вуглецю та азоту в кристалічній решітці, що утруднює процес утворення карбонітридної фази хрому.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 the binding of carbon and nitrogen atoms not by chromium, but by other more active elements and/or inhibition of the diffusion mobility of carbon and nitrogen atoms in the crystal lattice, which complicates the process of formation of the carbonitride phase of chromium.

Так відомою є сталь Х23ЗЮ5Т (Шишков М.М. Марочник сталей і сплавів: Довідник. - Донецьк: Юго-Восток, 2000, с.428), що використовується для виготовлення елементів опору електричних нагрівальних печей, яка містить основу - залізо, а крім того в масових відсотках (мас.9б): вуглецю 50,05, кремнію 50,60, марганцю 0,30, хрому 21,5-23,5, нікелю 0,60, алюмінію 4,60-5,30, титану 0,40, цирконію 0,10.So well known is X23ZЮ5T steel (M.M. Shishkov. Marochnik steels and alloys: Handbook. - Donetsk: Yugo-Vostok, 2000, p. 428), which is used for the manufacture of resistance elements of electric heating furnaces, which contains iron as a base, and in addition also in mass percentages (mass 9b): carbon 50.05, silicon 50.60, manganese 0.30, chromium 21.5-23.5, nickel 0.60, aluminum 4.60-5.30, titanium 0 ,40, zirconium 0,10.

При створенні вказаної відомої сталі використано ефект зв'язування вуглецю та азоту замість хрому таким більш активним елементом як титан, що введений до складу відомої сталі у кількості х0,4мас.о.In the creation of the specified well-known steel, the binding effect of carbon and nitrogen was used instead of chromium with such a more active element as titanium, which was introduced into the structure of the well-known steel in the amount of x0.4 wt.o.

Введення титану до складу відомої сталі забезпечило підвищення її експлуатаційних та технологічних характеристик за рахунок деякого збереження атомів хрому частковим зв'язуванням атомів вуглецю та азоту більш активними атомами титану з утворенням його карбідів та нітридів замість хрому. Однак повністю придушити утворення карбідів та нітридів хрому введенням титану не вдається, оскільки титан має вузький діапазон активності від розплаву до 1200 - 11007"С, при подальшому ж охолодженні він вже не може завадити утворенню та коагуляції крихкої карбонітридної фази хрому. Крім того, зерна карбідів та нітридів титану мають грубу гострокутну форму, внаслідок чого вони є внутрішніми концентраторами напруги, що не сприяє підвищенню пластичності відомої сталі. Значна кількість титану при легуванні через розплав неминуче окислюється (згорає), що з одного боку веде до нераціонального використання цього дефіцитного металу, а з другого боку - до суттєвого забруднення структури сплаву оксидами титану. Надлишки титану до того ж охрупчують твердий розчин високохромистого фериту, що теж не дозволяє суттєво підвищити пластичність відомої сталі у холодному стані. Забрудненість твердого розчину високохромистого фериту оксидами металів спричинює такі ж наслідки.The introduction of titanium into the composition of the known steel ensured an increase in its operational and technological characteristics due to some preservation of chromium atoms by partial binding of carbon and nitrogen atoms with 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 introducing titanium, since titanium has a narrow range of activity from the melt to 1200 - 11007"C, and with further cooling it can no longer prevent the formation and coagulation of the fragile carbonitride phase of chromium. In addition, grains of carbides and titanium nitrides have a rough acute-angled shape, as a result of which they are internal stress concentrators, which does not contribute to increasing the plasticity of the known steel. A significant amount of titanium when alloyed through the melt inevitably oxidizes (burns), which on the one hand leads to the irrational use of this scarce metal, and on the other hand - to significant contamination of the alloy structure with titanium oxides. In addition, excess titanium embrittles the solid solution of high-chromium ferrite, which also does not allow to significantly increase the plasticity of the known steel in the cold state. Contamination of the solid solution of high-chromium ferrite with metal oxides causes the same consequences.

Найбільш близьким за хімічним складом та технічною сутністю використаних при його створенні ідей є жаростійкий сплав на основі заліза (авторське свідоцтво СРСР Ме1581772, МПК? С22С38/52, 1988), який містить в мас. 965: вуглецю 0,02-0,04, хрому 20,0-30,0, алюмінію 4,0-7,0, кобальту 0,1-1,0, церію 0,01-0,1, кремнію 0,1-1,0,The closest in chemical composition and technical essence to the ideas used in its creation is a heat-resistant iron-based alloy (author's certificate of the USSR Me1581772, IPC? С22С38/52, 1988), which contains by mass. 965: carbon 0.02-0.04, chromium 20.0-30.0, aluminum 4.0-7.0, cobalt 0.1-1.0, cerium 0.01-0.1, silicon 0, 1-1.0,

нікелю 0,1-0,5, ітрію 0,1-0,6, кальцію 0,05-0,1, ренію 2,5-6,0, титану 0,1-0,5, залізо -залишок.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, iron - the rest.

Відомий жаростійкий сплав має більш високі технологічні характеристики за рахунок введення таких додаткових елементів як кобальт та нікель, що підвищують пластичність сплаву у холодному стані, а також за рахунок введення таких рідкісноземельних елементів, як церій, ітрій та реній, що гальмують дифузійну рухливість атомів вуглецю та азоту, утруднюючи утворення крихкої карбонітридної фази хрому.The known heat-resistant alloy has higher technological characteristics due to the introduction of such additional elements as cobalt and nickel, which increase the plasticity of the alloy in the cold state, as well as due to the introduction of such rare earth elements as cerium, yttrium and rhenium, which inhibit the diffusion mobility of carbon atoms and nitrogen, making it difficult to form the brittle carbonitride phase of chromium.

Разом з тим, наявність у складі сплаву 0,1-0,595 титану обумовлює утворення в структурі сплаву зерен карбідів та нітридів титану грубої гострокутної форми, а також крихкого твердого розчину високохромистого фериту з високою забрудненістю оксидами титану та алюмінію, що не дозволяє суттєво підвищити пластичність відомого жаростійкого сплаву у холодному стані, а введення до складу сплаву таких дорогих елементів як кобальт та нікель, ще й суттєво підвищує собівартість його одержання. До того ж, обмеженість температурного інтервалу дії титану та відсутність механізму подрібнення карбонітридної фази не дозволяє уникнути утворення та коагуляції крихкої карбонітридної фази хрому з великим розміром зерен при температурах нижче 110020.At the same time, the presence of 0.1-0.595 titanium in the alloy causes the formation in the alloy structure of grains of titanium carbides and nitrides of a rough, acute-angular shape, as well as a brittle solid solution of high-chromium ferrite with high contamination with titanium and aluminum oxides, which does not allow to significantly increase the plasticity of the known heat-resistant alloy in a cold state, and the introduction of such expensive elements as cobalt and nickel into the composition of the alloy also significantly increases the cost of its production. In addition, the limitation of the temperature range of titanium and the absence of a grinding mechanism of the carbonitride phase does not allow to avoid the formation and coagulation of a brittle carbonitride phase of chromium with a large grain size at temperatures below 110020.

В основу винаходу покладено задачу створення жаростійкого сплаву для нагрівальних елементів електричних печей з відносно низькою собівартістю та поліпшеними технологічними та експлуатаційними властивостями з досягненням технічного результату у вигляді підвищення пластичності сплаву у холодному стані, підвищення його жаростійкості та зниження індексу забрудненості сплаву оксидами металів.The invention is based on the task of creating 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 increasing the plasticity of the alloy in the cold state, increasing its heat resistance and reducing the index of contamination of the alloy with metal oxides.

Поставлена задача досягається тим, що жаростійкий сплав на основі заліза, який, крім основи, містить вуглець, хром, алюміній, кремній, марганець, а також принаймні один рідкісноземельний елемент з групи церій, лантан, презіодим, ніодим, додатково містить ванадій, ніобій та барій при такому співвідношенні компонентів у масових 90: вуглець 0,01-0,06, хром 18,5-22,5, алюміній 4,0-7,0, кремній 0,10-0,80, марганець 0,05-0,30, один чи декілька елементів з групи церій, лантан, презіодим, ніодим 0,001-0,01, ванадій 0,10-0,40, ніобій 0,05-0,40, барій 0,0005-0,0015.The task is achieved by the fact that a 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 cerium, lanthanum, praseodymium, niodymium, additionally contains vanadium, niobium and barium with this ratio of components in mass 90: carbon 0.01-0.06, chromium 18.5-22.5, aluminum 4.0-7.0, silicon 0.10-0.80, manganese 0.05- .

Використання в якості карбідо- та нітридоутворювачів ванадію та ніобію забезпечує жаростійкому сплаву по винаходу наявність механізму подрібнення карбонітридної фази хрому за рахунок зв'язування цими елементами атомів вуглецю та азоту з утворенням дрібнодисперсних карбідів та нітридів ніобію та ванадію в широкому діапазоні температур від 1327 до 2570 з благоприємною округлою формою зерен вказаних карбідів та рівномірним їх розподіленням по структурі сплаву. Додаток барію забезпечує очищення сплаву від забруднюючих його оксидів та газів шляхом зв'язування та виведення їх зі шлаком. Така комплексна дія додатково введених елементів дозволяє суттєво підвищити пластичність жаростійкого сплаву у холодному стані - основну його технологічну характеристику.The use of vanadium and niobium as carbide and nitride formers provides the heat-resistant alloy according to the invention with the presence of a mechanism for grinding the carbonitride phase of chromium due to the binding of carbon and nitrogen atoms by these elements with the formation of finely dispersed carbides and nitrides of niobium and vanadium in a wide temperature range from 1327 to 2570 with the favorable rounded shape of the grains of the indicated carbides and their uniform distribution in the structure of the alloy. The addition of barium provides purification of the alloy from polluting oxides and gases by binding and removing them with slag. Such a complex effect of additionally introduced elements makes it possible to significantly increase the plasticity of the heat-resistant alloy in the cold state - its main technological characteristic.

Введення ванадію забезпечує зв'язування атомів азоту у стійку нітридну фазу, що значною мірою перешкоджає утворенню нітридів типу Сі2М, С/М, і таким чином зменшує збіднення хромом високохромистого фериту по межах зерен. Введення ніобію забезпечує ефективне гальмування утворення високохромистих карбідів у рідкому металі шляхом активного зв'язування вуглецю в карбіди типу МОСС та Мр2С, перешкоджаючи таким чином збідненню хромом високохромистого фериту по межах зерен. За рахунок вказаної дії додатково введені до жаростійкого сплаву ванадій та ніобій поліпшують опір сплаву високотемпературній корозії особливо в умовах дії агресивного газового середовища, підвищуючи його жаростійкість - основну експлуатаційну характеристику жаростійкого сплаву.The introduction of vanadium ensures binding of nitrogen atoms into a stable nitride phase, which largely prevents the formation of nitrides of the Si2M, C/M type, and thus reduces chromium depletion of high-chromium ferrite along the grain boundaries. The introduction of niobium provides effective inhibition of the formation of high-chromium carbides in the liquid metal by actively binding carbon into carbides of the MOSS and Мр2С type, thus preventing chromium depletion of high-chromium ferrite along the grain boundaries. Due to this effect, vanadium and niobium added to the heat-resistant alloy improve the resistance of the alloy to high-temperature corrosion, especially in the conditions of an aggressive gas environment, increasing its heat resistance - the main operational characteristic of the heat-resistant alloy.

Співвідношення компонентів у жаростійкому сплаві за винаходом обумовлені приведеним нижче.The ratio of components in the heat-resistant alloy according to the invention is determined by the following.

Верхнє значення вмісту вуглецю (0,0бмас.9о) є тією межею, за якою починається масове виділення охрупчуючих вторинних фаз, що знижує пластичність сплаву.The upper value of the carbon content (0.0 bmas.9o) is the limit beyond which mass separation of embrittlement secondary phases begins, which reduces the plasticity of the alloy.

Нижнє значення вмісту вуглецю (0,01мас.95) обмежене різким зниженням характеристик міцності сплаву, що є необхідним для збереження форми нагрівальних елементів під час їх експлуатації.The lower value of the carbon content (0.01 wt.95) is limited by a sharp decrease in the strength characteristics of the alloy, which is necessary to preserve the shape of the heating elements during their operation.

Граничні значення вмісту хрому (18,5-22,5мас.9о) вибрані з умови забезпечення достатньої жаростійкості та корозійної стійкості сплаву при експлуатації виготовлених з нього елементів опору нагрівальних печей, що працюють в умовах дії агресивних газових середовищ в тому числі і з хлором. При вказаних концентраціях хрому з'являється доцільність підвищення пластичності високохромистого фериту комплексним легуванням ванадієм та ніобієм разом з рідкісноземельними елементами та мікро легуванням барієм.The limit values of the chromium content (18.5-22.5wt.9o) are selected on the condition of ensuring sufficient heat resistance and corrosion resistance of the alloy during the operation of resistance elements of heating furnaces made from it, operating in aggressive gas environments, including chlorine. At the indicated concentrations of chromium, it appears expedient to increase the plasticity of high-chromium ferrite by complex doping with vanadium and niobium together with rare earth elements and micro-doping with barium.

Верхнє значення вмісту алюмінію (7,0мас.9о) є межею утворення шпінелей та різкого зростання індексу забрудненості сплаву оксидами алюмінію А/І2Оз, що здатне спричинити різке зниження пластичності сплаву в холодному стані.The upper value of the aluminum content (7.0 wt.9o) is the limit of the formation of spinels and a sharp increase in the index of contamination of the alloy with aluminum oxides A/I2Oz, which can cause a sharp decrease in the plasticity of the alloy in the cold state.

Нижнє значення вмісту алюмінію (4,0мас.95) обгрунтоване забезпеченням необхідної жаростійкості сплаву за винаходом при температурах експлуатації (1000-115072) нагрівальних елементів, для виготовлення яких він призначений.The lower value of the aluminum content (4.0 wt.95) is justified by ensuring the necessary heat resistance of the alloy according to the invention at operating temperatures (1000-115072) of the heating elements for the manufacture of which it is intended.

Верхнє значення вмісту марганцю (0,Змас.956) обмежене початком негативного його впливу на жаростійкість сплаву.The upper value of the manganese content (0.956 by weight) is limited by the beginning of its negative effect on the heat resistance of the alloy.

Нижнє значення вмісту марганцю (0,05мас.95) обмежене початком його корисної дії по розкисленню та десульфурації сплаву.The lower value of the manganese content (0.05 wt.95) is limited by the beginning of its beneficial effect on deoxidation and desulfurization of the alloy.

Верхнє значення вмісту кремнію (0,8мас.9о) обумовлене достатнім розкисленням сплаву та початком зміцнення високохромистого фериту.The upper value of the silicon content (0.8wt.9o) is due to sufficient deoxidation of the alloy and the beginning of hardening of the high-chromium ferrite.

Нижнє значення вмісту кремнію (0,1мас.9о) обмежене початком його корисної дії по розкисленню сплаву.The lower value of the silicon content (0.1wt.9o) is limited by the beginning of its beneficial effect on deoxidization of the alloy.

Граничні значення вмісту одного чи декількох рідкісноземельних елементів з групи церій, лантан, презіодим, ніодим (0,001- ,01мас.Оо) вибрані з умови їх корисної дії по зменшенню дифузійної рухливості атомів вуглецю та азоту, що перешкоджає появі грубих карбідних та нітридних виділень на межах зерен, а також подрібненню та рівномірному розподілу по структурі сплаву вторинних фаз, за рахунок чого вдається зменшити його крихкість.Limit values of the content of one or more rare earth elements from the group of cerium, lanthanum, presiodymium, niodymium (0.001-.01wt.Oo) are selected on the condition of their beneficial effect on reducing the diffusion mobility of carbon and nitrogen atoms, which prevents the appearance of coarse carbide and nitride precipitates on the boundaries grains, as well as grinding and uniform distribution of secondary phases in the structure of the alloy, due to which it is possible to reduce its fragility.

Верхнє значення вмісту ванадію (0,4мас.9о) обумовлене ефективністю його корисної дії по гальмуванню утворення карбідів та нітридів.The upper value of the vanadium content (0.4wt.9o) is due to the effectiveness of its useful action in inhibiting the formation of carbides and nitrides.

Нижнє значення вмісту ванадію (0,10мас.95) обмежене достатністю концентрації ванадію для початку його впливу на структуру та властивості сплаву,The lower value of the vanadium content (0.10 wt.95) is limited by the sufficiency of the vanadium concentration for the beginning of its influence on the structure and properties of the alloy,

Верхнє значення вмісту ніобію (0,4мас.9о) обумовлене ефективністю його корисної дії по гальмуванню утворення високохромистих карбідів у рідкому металі активним зв'язуванням вуглецю в карбіди типу МОСС та Мр2б.The upper value of the niobium content (0.4wt.9o) is due to the effectiveness of its useful action in inhibiting the formation of high-chromium carbides in the liquid metal by actively binding carbon into carbides of the MOSS and Mr2b type.

Нижнє значення вмісту ніобію (0,05мас.9о) обмежене достатністю його концентрації для початку впливу на структуру та властивості сплаву.The lower value of the niobium content (0.05wt.9o) is limited by the sufficiency of its concentration to start affecting the structure and properties of the alloy.

На основі одержаних в результаті проведених досліджень даних вдалося вивести емпіричну формулу співвідношення між вмістом присутніх у сплаві домішок проникнення вуглецю та азоту, а також необхідним при цьому вмістом карбідо-нітридоутворюючих елементів ніобію та ванадію, при якому можливо досягти найбільш високих показників технологічних та експлуатаційних характеристик феритних сплавів, легованих хромом та алюмінієм: 0,82(МЬ--Мов-11 00(С--АМ)2--0,1 6)On the basis of the data obtained as a result of the research, it was possible to derive an empirical formula for the ratio between the content of carbon and nitrogen penetration impurities present in the alloy, as well as the necessary content of carbide-nitride-forming elements niobium and vanadium, in which it is possible to achieve the highest indicators of technological and operational characteristics of ferritic of alloys alloyed with chromium and aluminum: 0.82 (МБ--Мов-11 00(С--АМ)2--0.1 6)

Верхнє значення вмісту барію (0,0015мас.95) обмежується ефективністю його рафінуючої дії по зв'язуванню та виведенню у шлак забруднюючих сплав оксидів та газів і зниження таким чином показника індексу забруднення сплаву, що підвищує його пластичність.The upper value of the barium content (0.0015wt.95) is limited by the efficiency of its refining effect on binding and removal of oxides and gases contaminating the alloy in the slag, thus reducing the alloy contamination index, which increases its plasticity.

Нижнє значення вмісту барію (0,0005мас.95) обмежується умовами активного зв'язування їм забруднюючих сплав оксидів металів і газів та видалення їх у шлак, а також умовами сприяння розкисленню та десульфурації сплаву.The lower value of the barium content (0.0005 wt.95) is limited by the conditions of active binding to it of metal oxides and gases contaminating the alloy and their removal into slag, as well as the conditions of promoting deoxidation and desulfurization of the alloy.

Крім того, у порівнянні з прототипом, використання у сплаві за винаходом ніобію та ванадію, замість титану, відмова від використання кобальту та нікелю, вибір інших рідкісноземельних елементів, що дозволяє вводити їх за допомогою більш дешевої лігатури, забезпечує одержання жаростійкого сплаву на основі заліза для елементів опору нагрівальних печей з меншою собівартістю при поліпшених технологічних та експлуатаційних характеристиках, що й ставилося задачею створення винаходу.In addition, compared to 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 with the help of a cheaper ligature, ensures the production of a heat-resistant iron-based alloy for resistance elements of heating furnaces with a lower cost with improved technological and operational characteristics, which was the task of creating the invention.

Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходуInformation that confirms the possibility of implementing the invention

В ході пошуку оптимального складу сплаву за винаходом, в індукційній печі з основною футерівкою місткістю 50дм3 проведена велика кількість лабораторних плавок, в тому числі сплавів, склади яких відповідали аналогу і прототипу. Отримані виливки кували на заготовки діаметром 15мм та довжиною Зб0Омм, які прокатували в гарячому стані до діаметру 9 - 11мм, після чого волочінням у холодному стані одержували дріт діаметром 7-8,5мм.In the course of searching for the optimal composition of the alloy according to the invention, a large number of laboratory melts were conducted in an induction furnace with a main lining with a capacity of 50dm3, including alloys whose compositions corresponded to the analogue and prototype. The resulting castings were forged into blanks with a diameter of 15 mm and a length of Зб0 Омм, which were hot-rolled to a diameter of 9-11 mm, after which a wire with a diameter of 7-8.5 mm was obtained by cold drawing.

Дріт піддавали рекристалізації (відпалу) при температурі 7507"С та лужно-кислотному травленню, після чого досліджували його властивості.The wire was subjected to recrystallization (annealing) at a temperature of 7507"C and acid-alkaline etching, after which its properties were investigated.

Випробування на відносне подовження (65,95), яке характеризує пластичність сплаву, проводили стандартними методами за ДЕСТ 1497-84.The test for relative elongation (65.95), which characterizes the plasticity of the alloy, was carried out by standard methods according to DEST 1497-84.

Жаростійкість сплавів визначали як термін роботи при температурі 1380"С в годинах.The heat resistance of the alloys was determined as the term of operation at a temperature of 1380"C in hours.

Кількісну оцінку забруднення сплаву здійснювали лінійним методом обчислення неметалевих включень та карбонітридної фази. Кількість включень підраховували за допомогою металографічного мікроскопу МІМ-7. Після визначення кількості та розмірів включень підраховували індекс забруднення металу, як відношення сумарної довжини пні до врієї розрахункової довжини: ій де Із - індекс забрудненості металу; ті - середнє значення інтервалу розмірної групи у поділах окулярної шкали;Quantitative assessment of alloy contamination was carried out by the linear method of calculating non-metallic inclusions and the carbonitride phase. The number of inclusions was counted using a MIM-7 metallographic microscope. After determining the number and size of inclusions, the index of metal contamination was calculated as the ratio of the total length of the tree stump to the calculated length: ii where Iz is the index of metal contamination; ti - the average value of the interval of the size group in divisions of the ocular scale;

Бі - поділка шкали;Bi - scale division;

Ї- довжина підрахунку.It is the length of the count.

Металографічне встановлено критичний розмір та кількість неметалевих включень, що визначають придатність металу до пластичної деформації у холодному стані.Metallographically, the critical size and number of non-metallic inclusions, which determine the suitability of the metal for plastic deformation in the cold state, have been established.

Результати проведених досліджень для зразків, хімічні склади яких відповідають параметрам жаростійкого сплаву за винаходом, а також аналогу та прототипу, наведені в таблиці.The results of the research for the samples, the chemical compositions of which correspond to the parameters of the heat-resistant alloy according to the invention, as well as the analog and the prototype, are shown in the table.

Як свідчать результати досліджень, наведені в таблиці, жаростійкий сплав на основі заліза за винаходом, у порівнянні з аналогом та прототипом, має менший індекс забруднення металу неметалевими включеннями, а також більш високі значення пластичності та жаростійкості.As evidenced by the research results shown in the table, the heat-resistant iron-based alloy according to the invention, in comparison with the analogue and prototype, has a lower index of metal contamination by non-metallic inclusions, as well as higher values of plasticity and heat resistance.

Перелік використаної літератури: 1. Л. Коломбье и И. Гохман - Нержавеющие и жаропрочнье стали. М.: Государственное научно-техническое издательство литературь по черной и цветной металлургии, 1958. 2. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавьі. Справочник. М.: "Металлургия", 1991. 3. Шишков М.М. Марочник сталей і сплавів: Довідник. - Донецьк: "Юго-Восток", 2000.List of references: 1. L. Colombier and I. Gokhman - Stainless and heat-resistant steels. M.: Gosudarstvennoe nauchno-technicheskoe izdatelsto literatur po chernoi i tsvetnoi metallurgii, 1958. 2. Ulyanin E.A. Corrosion-resistant steels and alloys. Directory. M.: "Metallurgy", 1991. 3. Shishkov M.M. Marochnyk of steels and alloys: Handbook. - Donetsk: "Yugo-Vostok", 2000.

ТаблицяTable

ЖаростійкістіHeat resistant

Номер маргане 65,0 забрудне роботи при зразка | вуглець ць хром ванадій РЗМ залізо ' ння, 13802С, годин 2. | 006 | 080 | 03 | 2251 70 | 040 | о4о | 00015 001 |Решта| 2о| 7и05| 3960 3. | 006 | оло | 030 | 18,5| 40 | 005| оло | 00005| 0001 |Решта| 18| 4,7109| 2750 6. | 005 | 070 | о0зо | 210) 65 | о4о | 030 | 0о015| 0008 |Решта| 18| 59-107| з150Manganese number 65.0 will pollute the work with the sample | carbon chromium vanadium RZM iron, 13802C, hours 2. | 006 | 080 | 03 | 2251 70 | 040 | o4o | 00015 001 |The rest| 2 o| 7 and 05| 3960 3. | 006 | olo | 030 | 18.5| 40 | 005| olo | 00005| 0001 |The rest| 18| 4.7109| 2750 6. | 005 | 070 | o0zo | 210) 65 | o4o | 030 | 0о015| 0008 |The rest| 18| 59-107| from 150

0,001 0,001 а лоз а15О 8. | 005 | 05 | 02 | 225| 50 | тео4| йо; - | - |Решта| 16їЇ 32" 2600 9. | 003 | 06 | ол5 | 23 | 50 ІсСо-08| Впе-30| Са-0,05| Сежа-0,02 3,0-1020.001 0.001 a loz a15O 8. | 005 | 05 | 02 | 225| 50 | theo4| yo - | - |The rest| 16" 32" 2600 9. | 003 | 06 | ol5 | 23 | 50 IsSo-08| Vpe-30| Ca-0.05| Sezh-0.02 3.0-102

Claims

A 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: cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, which is distinguished by the fact that it additionally contains niobium and vanadium as carbides and a nitride former, as well as barium as a refining element at this ratio of components, in mass. 90:

carbon 0.01-0.06 chromium 18.50-22.50 aluminum 4.00-7.00 manganese 0.05-0.30 silicon 0.10-0.80 one or more elements from the group: cerium, lanthanum ,

praseodymium, neodymium 0.001-0.01 vanadium 0.10-0.40 niobium 0.05-0.40 barium 0.0005-0.0015 iron base.