Файл: Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь.pdf

3. Влияние кремния на свойства стали

Значительное влияние на свойства жаростойких сталей оказывает кремний. С одной стороны, кремний — весьма полезный легирующий элемент, повышающий сопротивление стали окалинообразованию и жидкотекучесть, с другой, он является сильным ферритообразую­ щим элементом и снижает механические свойства стали. Поэтому было проведено исследование механических и технологических свойств стали ЗХ15Н13ЮЗ в зависимо­ сти от содержания кремния.

Химический состав стали с различным содержанием кремния дан в табл. 7. Сталь выплавлялась в печи с ос­ новной футеровкой. Кремний варьировался путем до­ бавки 75%-ного ферросилиция в печь. Температура за­ ливки формы была 1550 °С. Как видно из таблицы, содержание кремния в стали изучалось в широких преде­

относительной линейной усадки у сплавов с высокой кон­ центрацией кремния при 3,2% алюминия. Трещиноустойчивость стали по пробе Купцова — Нехендзи не изменя­ ется с увеличением концентрации кремния и остается стопроцентной. При исследовании трещиноустойчивости стали на пробе-двутавре, заливаемой в земляную форму, получены результаты, показывающие некоторое сниже­

73

увеличении его до 1,6%. Значительно изменяются^ меха­ нические свойства, жндкотекучесть и термостойкость.

Как видно из рис. 22, повышение содержания крем­ ния ведет к снижению предела прочности, относитель­ ного удлинения и ударной вязкости стали. Особенно сильно это сказывается при увеличении его содержания до 1,28%. Сталь с большей концентрацией кремния и по­ вышенным содержанием алюминия (3,2%) имеет пони­ женные механические свойства (рис. 22, кривые Г —5'). Снижение механических характеристик связано глав­ ным образом с появлением в структуре ферритной фазы.

74

Отмечено заметное снижение термостойкости и увеличе­ ние жидкотекучести стали при повышении концентрации кремния до 1,8% (кривые 4 и 5).

Таким образом, результаты приведенных выше опы­ тов показывают, что для обеспечения высоких механиче­ ских свойств, термостойкости и трещнноустойчивости исследуемой стали желательно иметь минимально допу­ стимое процессом плавки содержание кремния. Практи­ чески при плавке на основной футеровке и использовании обычных шихтовых материалов возврата и отходов про­ изводства содержание кремния в стали получается не более 0,5%, а на кислой футеровке — около 1,0%.

4.Оптимальное содержание алюминия в стали

Впределах регламентированного состава заметное влияние на свойства стали оказывают алюминий и ни­ кель. Так, например, изменение содержания алюминия от 2,0 до 3,5% в значительной мере отразилось на трещпноустойчивостп. Наилучшие результаты получены при 2,5% алюминия. В этом случае пробы-двутавры всех размеров остались целыми. При меньшем содержании

алюминия (2,0%) только первый двутавр остался целым, а остальные имели трещины. При 3,0% алюминия обра­ зовались трещины на четвертом, а при 3,5% алюминия на третьем и четвертом двутавре. Температура заливки составляла 1580 °С. Результаты этих опытов показывают, что для обеспечения высокой трещнноустойчивости оптимальное содержание алюминия — 2,5—2,9%.

Значительно увеличивается термостойкость при по­ вышении содержания в стали алюминия и никеля одно­ временно. Это хорошо видно из сравнения свойств пла­ вок 4 и 6 (табл. 7). Повышение содержания алюминия от 2,5 до 3,5% и никеля от 12,3 до 13,6% увеличило число циклов до образования первой трещины от 268 до 443.

5. Свойства стали, модифицированной РЗМ

Одно из перспективных направлении в решении воп­ роса повышения пластических характеристик литейных марок стали мпкролегнрование их добавками редко­

75

земельных металлов (РЗМ) цериевой группы. Характер­ ной особенностью обработки стали РЗМ является их высокая активность по отношению к вредным примесям— кислороду, водороду, сере, фосфору и др.

Добавки РЗМ ослабляют или устраняют вредное влияние легкоплавких примесей, преимущественно рас­ полагающихся по границам кристаллов в литых сталях и сплавах, образуя с ними более тугоплавкие химические соединения. Модифицирующий эффект и высокое хими­ ческое сродство РЗМ с растворенными газами п различ­ ными примесями создают возможность улучшить не только пластичность, по и такие важные свойства, как жаростойкость и термостойкость [63]. В применении к литой стали эффективность микролегирования стано­ вится особенно отчетливой и экономически оправданной, так как дает возможность приблизить все свойства к характеристикам деформируемого материала.

Жаростойкие стали должны иметь высокие пласти­ ческие свойства, особенно при высоких температурах, что способствует увеличению трещиноустойчивости при кри­ сталлизации и охлаждении отливок в форме и компенса­

ции термических напряжений при теплосменах в процес­ се эксплуатации.

Из литературных источников известно, что увеличе­ ние пластичности и вязкости может быть достигнуто введением в сталь РЗМ. Но данные по оптимальному количеству вводимого модификатора довольно разноре­ чивы. Так, в работе [64] показано, что существенное по­ вышение пластичности и вязкости вызвано добавками РЗМ в виде мишметалла, причем максимальные свойст­ ва получены при 0,3% РЗМ. Указано также, что положи-

влияние ферроцерия на пластичность стали 23Н18 установлено лишь при 1200 °С. Увеличение количества вводимого церия более 0,1% не улучшает дополнительно пластичности стали при 1200 °С. В работе [65] показано, что церий в количестве 0,1% (по расчету) несколько повышает предел прочности стали Х25Н20С2Л при комнатной температуре, а вязкость п пластичность

76

вон жаростойкой стали с добавками РЗМ приготовлено несколько плавок с различным содержанием ферроцерия и испытано в литом и деформированном состоянии. Сред­

ний химический состав испытанных плавок следую­ щий, %:

Ферроцерий вводился в количестве до 0,5% (по расче­ ту). Графическая зависимость свойств от количества вводимого модификатора изображена на рис. 23. Как

кгс/смг, 8 — в литом состоянии; 9 — жаростойкость при 900 °С; 10 — термостойкость; 11 — жидкотекучесть; 12 — трещиноустойчивость

77

же раз увеличивается относительное удлинение. В стали с 0,5% ферроцерпя заметно возрастает ударная вязкость. В литом состоянии отмечено некоторое повышение этих же свойств при модифицировании 0,15—0,25% ферроце­ рпя (рис. 23). С увеличением содержания церрия в стали несколько возрастает жаростойкость и более чем в 2 раза увеличивается термостойкость. Максимальное зна­ чение термостойкости отмечено при 0,1—0,3% ферроце­

ратура заливки в этих опытах была постоянная (1600°С). При введении 0,1% ферроцерия достигается 100%-ная трещиноустойчивость.

На твердость и относительную линейную усадку ста­ ли модифицирование ферроцерием практически заметно­ го влияния не оказывает. Уровень механических свойств стали в деформированном состоянии в 2 раза и более выше, чем в литом. Деформируемость стали хорошая.

С целью определения влияния ферроцерпя на трещинообразование в производственных условиях была выплавлена сталь ЗХ15Н13ЮЗЛ в электродуговой печи ДСН-1,5 с присадкой ферроцерия (0,15%) и без нее. С каждой плавки заливался комплект реторт для цемен­ тации и другие детали. Реторты без добавки ферроцерпя имели трещины па наиболее уязвимой донной части, а с

свойства, жаростойкость, трещиноустойчивость и термо­ стойкость. Ферроцерий в небольших количествах оказы­ вает благотворное влияние на указанные выше характе­ ристики стали. Наиболее благоприятным в этом отноше-

78