Файл: Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.06.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
Микроструктура стали ЗХ15Н13ЮЗ в литом состоя нии представляет аустенитный твердый раствор с вклю чениями карбидов. Ввиду неравномерного состава кар биды располагаются в отдельных местах как по грани цам, так и внуДри зерна, а большая часть поля шлифа представляет однородный аустенит (рис. 26, а).
При уменьшении содержания никеля ниже 12% или увеличении количества алюминия выше 3,3% и кремния выше 1,0% в структуре появляются включения феррита. На рис. 26, б показана микрофотография структуры стали, содержащей 3,54% алюминия (см. табл. 10, плав ка 145). Наряду со светлыми включениями карбидов хро ма, расположенных по границам зерен, видны черные мелкие выделения феррита. При медленном охлаждении отливки карбиды выпадают из феррита в виде довольно крупных пластинок. Такое их выделение нежелательно, так как ведет к снижению пластичности стали. Феррит ухудшает ее жаропрочность, снижает сопротивление ползучести, и детали во время работы при высоких тем пературах деформируются под нагрузкой (прогибаются, коробятся). По выделение феррита в малом количестве благоприятно влияет на термостойкость, так как его участки имеют высокую пластичность при повышенных
температурах |
и |
тем самым уменьшают |
термические |
|
напряжения, |
возникающие при |
неравномерном нагреве |
||
и охлаждении сложных по форме деталей. |
работы при |
|||
Исследование |
стали после |
длительной |
||
высоких температурах показало, что в ней |
образуется |
сложная многофазная структура. В процессе длительной эксплуатации при высоких температурах и значительных нагрузках происходит распад аустенитного твердого раствора с выделением в мелкодисперсном состоянии Р'-фазы и в более крупной форме карбидов.
На рис. 26, в показана микроструктура стали ЗХ15Н13ЮЗ с 3,0% алюминия после работы в течение 3 месяцев в закалочно-отпускном агрегате при температу ре 850 °С. Она представляет собой аустенит с включения ми р'-фазы и карбидов, образовавшихся при распаде у- твердого раствора. Частицы р'-фазы расположены по всему зерну, а карбиды — в основном по его границам. Встречаются отдельные их включения и по телу зерна. На поверхности отливки карбидных включений значи тельно больше вследствие, видимо, выгорания алюминия
102
и диффузии хрома в поверхностные слои во время рабо ты. На рис. 26, г представлена микроструктура стали у поверхности. Как видно из рисунка, белые карбидные включения располагаются преимущественно у поверхно сти и по границам. Имеются места с выделениями карби дов в виде грубой сетки. По границам зерен между кар бидными прожилками в местах усиленного окисления видны поры и микротрещины. В условиях высоких тем ператур и резких периодических охлаждений в этих участках начинается разрушение деталей. Вначале идет окисление стали возле образовавшихся включений кар бидов и р'-фазы, а затем в этом месте зарождается тре щина. Разрушение носит межкристаллитный характер. Пониженная коррозионная стойкость стали вблизи ско плений частиц карбидов и р'-фазы обусловлена тем, что при образовании этих соединений соседние участки обед няются хромом, алюминием и никелем.
На рис. 26, д дана микроструктура стали (плавка 388) после б месяцев эксплуатации в качестве материала поддона, работающего в условиях нагрева до 880 °С, за калки в воду и отпуска при 650 °С. На фотографии наряду с основной структурой видны включения сложного строе ния, особенно в левой нижней части. Они состоят из р'-фа зы серого цвета, которая слабо травится в реактиве Мар-
бле, карбидов—светлых участков |
(они не травятся этим |
реактивом) и феррита — черных |
участков, так как он |
сильно травится. Феррит не однороден. На нем видны серые мелкие включения р'-фазы. Образование феррит ных включений связано с повышенным содержанием кремния в этой плавке стали (1,14%). Структура стали ЗХ25Н19С2 после длительной эксплуатации (рис. 26, е) состоит из аустенитной основы и выделений карбидов, более мелких по телу зерна и более крупных по границам. Карбидные частицы здесь значительно крупнее, чем интерметаллидные у стали ЗХ15Н13ЮЗ. Это говорит о том, что коагуляция их происходит быстрее, а следовательно, сталь ЗХ25Н19С2 разупрочняется раньше при высоких температурах, чем сталь ЗХ15Н13ЮЗ. Развитие трещин в этой стали идет также по границам зерен.
104
3. Экономический эффект от внедрения стали ЗХ15Н13ЮЗЛ взамен стали ЗХ25Н19С2Л
Технологический процесс плавки и разливки стали ЗХ15Н13ЮЗЛ несущественно отличается от процесса плавки других марок жаростойкой стали. Трудоемкость се выплавки несколько повышается, потому что перед загрузкой в ковш чушковый алюминий (примерно шесть чушек на плавку в 2 г) нужно разрезать на куски весом около 2 кг, подогреть в ковше газовой горелкой до 500 °С пли загрузить чушки целиком и подогреть их до начала расплавления (650—670 °С), а затем всыпать в ковш 14— 16 кг криолита для защиты алюминийсодержащего жид кого металла от окисления.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 14 |
|
Плановая калькуляция шихты на сталь |
ЗХ15Н13ЮЗЛ |
||||
|
% к м е т а л - |
К о л и ч е с т |
Ц е н а , |
С у м м а , |
|
К о м п о н е н т ы |
л о з а в а л к е |
в о , кг |
р у б . |
Р У б . |
|
Возврат изношенных деталей |
20,0 |
317,5 |
0— |
66.1 |
209—86 |
Возврат литейного произвол- |
28,0 |
444,4 |
|
|
|
ства |
0— |
72,9 |
329—96 |
||
Лом стальной собственный |
18,5 |
293,65 |
0— |
04,34 |
12—74 |
Никель |
8,0 |
127,0 |
3—50 |
444—50 |
|
Феррохром |
18,0 |
285,7 |
0— |
41,7 |
119— 14 |
Алюминий первичный |
4,5 |
71,4 |
0—48 |
34—27 |
|
Ферросилиций |
1,0 |
15,9 |
0— |
12,3 |
1—96 |
Ферромарганец |
2,0 |
31,75 |
0— |
33,6 |
10—67 |
Итого |
100,0 |
1587,3 |
|
— |
1157— 10 |
Флюсы: |
|
63,5 |
|
|
|
известняк металлургический |
4,0 |
0— |
00,12 |
0—08 |
|
криолит |
1,0 |
15,9 |
0 -3 7 |
5—88 |
|
Итого шихты |
— |
— |
— |
1163—06 |
|
Угар |
9,0 |
142,9 |
, . |
,_. |
|
Сплески, сливы, литники |
25 |
396,8 |
— |
— |
|
Брак |
3 |
47,6 |
— |
— |
|
Всего возврата |
28 |
444,4 |
0— |
72,9 |
323—96 |
Итого годного металла |
j 63 |
[ 1000 |
|
- |
839—10 |
105
Т а б л и ц а 15
Плановая калькуляция шихты на сталь ЗХ25Н19С2Л
|
% в м е т а л - К о л и ч е с т |
Ц е н а , |
С у м м а , |
||
К о м п о н е н т ы |
л о з а в а л к е |
в о , |
кг |
руб. |
руб. |
Возврат изношенных деталей |
20,6 |
316,9 |
0 -6 6 ,1 |
209 -47 |
|
Возврат литейного производ |
28,0 |
430,8 |
0—98,986 |
426—43 |
|
ства |
|||||
Лом стальной собственный |
10,0 |
1503,9 |
0—04,34 |
6—64 |
|
Никель |
13,3 |
204,6 |
3 -5 0 |
716 -10 |
|
Феррохром |
23,4 |
360,0 |
0—41,7 |
150—12 |
|
Ферросилиций |
3,1 |
47,7 |
0— 12,3 |
5—87 |
|
Ферромарганец |
1,6 |
24,6 |
0—33,6 |
8—26 |
|
Итого |
100,0 |
1583—5 |
— |
1522—89 |
|
Алюминий вторичный |
0,15 |
2,3 |
0—37 |
0 -8 5 |
|
Известняк металлургиче |
2,5 |
38,6 |
0—00,12 |
|
|
ский |
0 - 0 5 |
||||
Итого шихты |
|
— |
|
— |
1523—79 |
Угар |
7,0 |
107,7 |
____ |
____ |
|
Литники, сплески, сливы |
25,5 |
392,3 |
— |
— |
|
Брак |
2,5 |
38,5 |
— |
— |
|
Всего возврата |
28,0 |
430,8 |
— |
426—43 |
|
Итого годного металла |
I 65,0 I |
1000 |
I |
— 11097—36 |
|
В остальном плавка стали ЗХ15ГПЗЮЗЛ ведется так |
|||||
же, как п стали Х25Н19С2Л и Х20Н11СЛ, и не |
требует |
||||
никаких дополнительных трудовых затрат. |
|
Плановые калькуляции шихты для выплавки 1 т год ного металла из стали ЗХ15ШЗЮЗЛ и ЗХ25Н19С2 в це нах 1971 г., по данным МТЗ, приведены в табл. 14 и 15. Выход годного металла для стали ЗХ15Н13ЮЗ принят несколько заниженным — 63%; для стали ЗХ25Н19С2 он составляет 65 %• В действительности выход годного ме талла для стали ЗХ15Н13ЮЗ получается более высокий, чем для стали ЗХ25Н19С2, по двум причинам. Во-первых, удельный вес стали ЗХ15ГПЗЮЗ в среднем на 2% мень ше, чем удельный вес стали ЗХ25Н19С2, что связано с содержанием в первой около 3% алюминия, имеющего
106
низкую плотность по сравнению со сталью (2,7 г/см3), и пониженным содержанием никеля, у которого плотность 8,9 г/см3. Следовательно, из 1 тжидкой стали получается примерно на 2% больше отливок (по количеству), чем из стали ЗХ25Н19С2. Во-вторых, как установлено тща тельным контролем качества получаемого литья, отливки из стали 3X151113103 имеют значительно меньше литей ных дефектов и неисправимого брака, чем отливки из стали ЗХ25Н19С2. Так, например, при проверке качества жароупорного литья, изготовленного литейным цехом № 3 МТЗ в ноябре 1971 г., было установлено, что из де вяти плавок стали ЗХ15Н13ЮЗ все литье получено без литейных дефектов. Из проверенных четырех плавок ста ли ЗХ25Н19С2 в каждой были обнаружены бракованные отливки по горячим трещинам, усадочным раковинам и спаям.
Приведенные калькуляции показывают, что металлозавалка на 1 тгодного металла из стали ЗХ15Н13ЮЗ сто ит 839 р. 10 к., а из стали ЗХ25Н19С2—1097 р. 36 к. Эти цифры говорят о том, что, несмотря на принятый несколь ко заниженный выход годного металла для стали ЗХ15Н13ЮЗ, себестоимость 1 г литья из нее на 258 р. 26 к. меньше, чем из стали ЗХ25Н19С2. С учетом трудозатрат па введение алюминия последняя цифра может быть сни жена до 257 руб.
Применение хромоникельалюминиевой жаростой кой стали ЗХ15ШЗЮЗ вместо стали ЗХ25Н19С2 позволя
ет сэкономить более 30% остродефицитного и дорого стоящего никеля и 40% хрома.
Прилошенио
ИНСТРУКЦИЯ НА ВЫПЛАВКУ ЖАРОСТОЙКОЙ СТАЛИ ЗХ15Н13ЮЗЛ
В ДУГОВОЙ э л е к т р о п е ч и С КИСЛОЙ ФУТР.РОВКОН
1. Химический состав.
1.1. Химический состав стали ЗХ15Н13ЮЗЛ (%) дол жен соответствовать нормам, указанным ниже Г
С |
Si |
Ми |
Сг |
До 0,40 |
До 1,0 |
0,4— 1,0 |
14,0— 16,5 |
Ni |
S |
Р |
А1 |
12,0— 14,5 |
До 0,03 |
До 0,040 |
2,3—3,3 |
1.2. Контроль |
химического |
состава |
проводится по |
пробе, взятой с плавки, по ГОСТ 7565—66. 2. Шихтовые материалы.
2.1. Для получения жароупорной стали применяются следующие шихтовые материалы: стальные пакеты или лом марок А2, А4, А5, А6 по ГОСТ 2787—63; феррохром
марки ФХ001 по |
ГОСТ 4757—67; ферромарганец марки |
ФМп1,0 по ГОСТ |
4755—70; никель марок Н 1, Н2 по |
ГОСТ 849—70; металлический лом внутризаводских по ставок по ГОСТ 2787—63; ферросилиций марки ФС45 по ГОСТ 1415—70; алюминий первичный марки Al, А2 по ГОСТ 295—60; камень известковый по ГОСТ 10726—64; песок формовочный марки 1К02 по ГОСТ 2138—56; фер роцерий или силикомишметалл; руда железная марте новская (в случае использования высокоуглеродистых материалов); криолит.
2.2. Расчет шихты следует производить в соответст
вии с утвержденными нормами |
расхода материалов па |
1 При выплавке стали в основной |
печи содержание кремния |
должно быть пе более 0,4%. |
|
108
плавку, обеспечивая получение химического состава, указанного в пункте 1.1.
2.3. Все шихтовые материалы не должны иметь окалины, влаги, масла, земли и других загрязнений.
3. Оборудование, инструмент, приспособления долж ны быть в необходимом количестве и в исправном со стоянии.
4. Подготовка печи к плавке.
4.1.После выпуска плавки из печи открыть заслонку рабочего окна и разделать с помощью лома порог рабо чего окна и выпускного отверстия. Подину и откосы тщательно очистить от остатков шлака и металла. Очист ку от шлака производить с помощью скребка, предва рительно прогретого в рабочей зоне печи, а очистку от остатков металла — забрасыванием на зеркало металла формовочного песка, перемешиванием его с металлом и скатыванием в сторону рабочего окна.
4.2.Проверив состояние подины, приступить к за
правке печи. Заправочная смесь приготавливается со гласно рецептуре ТУ 108—67.
4.3.Проверить состояние свода, электродов и систе му водяного охлаждения.
4.4.Подготовить шлакообразующие и раскисляющие
материалы — известковый камень, формовочный песок, ферросплавы. Все материалы, загружаемые в печь, должны быть обязательно сухими. Ферросплавы, вводи мые в расплавленный металл, предварительно подогреть на пороге рабочего окна.
4.5. Время выплавки в печи ДСН-1,5 по операциям составляет, мин:,
Очистка |
и заправка |
печи |
10 |
Завалка |
шихты |
|
40 |
Расплавление шихты |
90 |
||
Окислительный период |
15 |
||
Восстановительный |
период |
15 |
|
Выпуск |
|
|
10 |
Итого |
|
|
Зч |
5. Подготовка шихты и загрузка печи.
5.1. Шихта должна быть тщательно отсортирована по содержанию серы и фосфора, так как в печи с кислой футеровкой эти элементы из металла не удаляются. По
109