жаростойкая сталь
Классы МПК: | C22C38/52 с кобальтом |
Автор(ы): | Калачевский Борис Алексеевич (RU), Расщупкин Валерий Павлович (RU), Корытов Михаил Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-02-20 публикация патента:
27.03.2008 |
Изобретение относится к изысканию новых жаростойких сталей, работающих в условиях стационарного температурно-силового воздействия, и может применяться в качестве материала насадки горелок, форсунок, а также конструкций, подверженных облучению, в том числе оболочек урановых стержней, корпусов и трубопроводов реакторов, корпусов синхрофазотронов. Предложена жаростойкая сталь, содержащая, вес.%: углерод 0,2-0,5, хром 24-28, кремний 0,3-2,6, марганец 0,3-1,2, титан 0,1-1,5, алюминий 1,5-2,7, никель 1,5-5,5, гадолиний 0,1-0,2, железо остальное. Увеличиваются механические, литейные свойства и радиационная стойкость стали. 2 табл.
Формула изобретения
Жаростойкая сталь, содержащая углерод, хром, кремний, марганец, титан, алюминий, никель, редкоземельный металл и железо, отличающаяся тем, что она содержит гадолиний при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Углерод | 0,2-0,5 |
Хром | 24-28 |
Кремний | 0,3-2,6 |
Марганец | 0,3-1,2 |
Титан | 0,1-1,5 |
Алюминий | 1,5-2,7 |
Никель | 1,5-5,5 |
Гадолиний | 0,1-0,2 |
Железо | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к изысканию новых жаростойких сталей, работающих в условиях стационарного температурно-силового воздействия, может применяться в качестве материала насадки горелок, форсунок, а также конструкций, подверженных облучению, в том числе оболочек урановых стержней, корпусов и трубопроводов реакторов, корпусов синхрофазотронов.
Известна жаростойкая сталь состава, вес.%: углерод 0,2-0,35; хром 20-22; кремний 0,8-1,5; марганец до 0,8; церий и редкоземельные элементы 0,8; железо - остальное (А.С. СССР 177624, кл. С22С 38/18, 1966).
Однако такая сталь имеет недостаточно высокие механические свойства при комнатной и повышенной температурах, а также недостаточно высокие литейные свойства и сопротивление межкристаллитной коррозии.
Наиболее близкой к предлагаемой является жаростойкая сталь (А.С. СССР 894013, кл. С22С 38/50, 1981) следующего химического состава, вес.%:
Углерод | 0,2-0,5 |
Хром | 24-30 |
Кремний | 0,3-2,6 |
Марганец | 0,3-1,0 |
Титан | 0,1-1,5 |
Алюминий | 1,5-2,7 |
Никель | 1,5-6,0 |
Редкоземельные металлы лантан, церий, иттрий | 0,05-0,3 |
Железо | Остальное |
Однако известная сталь имеет недостаточно высокие литейные и механические свойства.
Задача изобретения - повышение механических, литейных свойств и радиационной стойкости стали.
Указанный технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, хром, кремний, марганец, титан, алюминий, никель, железо, дополнительно содержит редкоземельный металл гадолиний при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Углерод | 0,2-0,5 |
Хром | 24-28 |
Кремний | 0,3-2,6 |
Марганец | 0,3-1,2 |
Титан | 0,1-15 |
Алюминий | 1,5-2,7 |
Никель | 1,5-5,5 |
Гадолиний | 0,1-0,2 |
Железо | Остальное |
Предлагаемое изменение состава стали по сравнению с прототипом осуществляется с целью микролегирования и модифицирования металла за счет введения гадолиния, влияние которого основано на химической активности к кислороду, азоту и водороду, сере и другим вредным примесям в стали.
Являясь мощным раскислителем, дегазатором и десульфатором, гадолиний повышает плотность стали и понижает содержание серы. Упрочняются границы зерен, увеличивается пластичность и ударная вязкость. Увеличивается сопротивление межкристаллитной коррозии. В жидкой фазе идет рафинирование расплава.
Сталь выплавляли в индукционной печи с использованием тигля с хромомагнезитовой футеровкой методом переплава. Алюминий вводили в тигель печи перед разливкой. Редкоземельный металл гадолиний вводили в ковш.
Химический состав и результаты сравнения литейных и механических свойств предлагаемой и известной сталей приведены в табл.1 и 2.
Таблица 1 | ||||||||||
Химический состав предлагаемой и известной сталей, вес.% | ||||||||||
Сталь | С | Cr | Si | Mn | Ti | Al | Ni | Gd | РЗМ | Fe |
Предлагаемая | ||||||||||
1 | 0,21 | 23 | 0,32 | 0,31 | 0,1 | 1,4 | 1,51 | 0,05 | - | Остальное |
2 | 0,34 | 28 | 1,15 | 0,75 | 0,7 | 2,2 | 3,5 | 0,1 | - | Остальное |
3 | 0,49 | 31 | 2,1 | 1,2 | 1,4 | 2,6 | 6,2 | 0,2 | - | Остальное |
Известная | 0,35 | 27 | 1,15 | 0,7 | 0,8 | 2,1 | 3,7 | 0,15 | Остальное |
Таблица 2 | |||||||
Литейные и механические свойства предлагаемой и известной сталей | |||||||
Сталь | Литейные свойства | Механические свойства | Окалино-стойкость (потеря веса г/м2 за 1 ч при 1000°С) | ||||
Жидко-текучесть, мм | Линейная усадка, % | Трещино-устойчивость (площадь трещин, мм2) | Предел прочности, кг/мм2 при | Ударная вязкость, кгс/см2 | |||
20°С | 900°С | ||||||
Предлагаемая | |||||||
1 | 610 | 2,0 | 1,9 | 60,2 | 13,7 | 2,1 | 0,65 |
2 | 650 | 2,1 | 1,5 | 62 | 12,2 | 2,5 | 0,6 |
3 | 690 | 2,14 | 1,2 | 63,2 | 11.9 | 2,8 | 0,5 |
Известная | 620 | 2,15 | 2,0 | 59,7 | 10,7 | 1,75 | 0,84 |
Введение в сталь гадолиния, кроме улучшения литейных и механических свойств, повышает радиационную стойкость конструкций, подверженных облучению (оболочек урановых стержней, корпуса и трубопроводы реакторов, корпуса синхрофазотронов).
Гадолиний является наиболее эффективным элементом, который поглощает тепловые нейтроны за счет большего сечения захвата тепловых нейтронов (свыше 6000 барн), чем другие элементы ряда РЗМ.