автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование и разработка хромоникелькремнистых сталей для арматурных отливок термических печей

1 I 0 и .;

'..; М1Н1СТЕРСТВ0 0СВ1ТИ УКРА1НИ ЗАПОРКЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

НАУМИК ВАЛЕР1Й ВЛАДИЛЕНОВИЧ

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА ХРОМОН1КЕЛЬКРЕМН!СТИХ СТАЛЕЙ ДЛЯ АРМАТУРНИХ В1ДЛИВК1В ТЕРМ1ЧНИХ ПЕЧЕЙ

Спецшльнкггь 05.02.01 - МАТЕР1АЛОЗНАВСТВО В МАШИНОБУДУВАНН1

АВТОРЕФЕРАТ

ДИСЕРТАЦ11 НА ЗДОБУТТЯ НАУКОВОГО СТУПЕНЯ КАНДИДАТА ТЕХН1ЧНИХ НАУК

Запор|'жжя, 1997

Дисертафею е рукопис.

Роботу виконано у ЗапорЬькому державному техшчному ут-верситеп

Науковий кер1вник: доктор техжчних наук, професор Цив1рко Ёдуард 1ванович

Офщшт опоненти: доктор техжчних наук, професор Кагановський Гарш Петрович

кандидат техжчних наук, доцент Федьков Георгий Олександрович

Пров'|дна орган'1зац!я: ЗМКБ "Прогрес"

Захист в!дбудеться "&!£." 1997 р. О 15 годиж на

зааданж спец1ал)зованоУ вчено'Г ради Д 08.02.01 у Запориькому державному техжчному ужверситет! за адресою: 330063, м.Запор1жжя, вул.Жуковського, 64.

3 дисертац1ею можна ознайомитись у 616лютец1 ужверси-

тету.

Автореферат розклано " " алШ/ий) 1997 р.

Вчений секретар спефалЬованоТ вченоТ ради, доктор техжчних наук,

професор

I.П.Волчок

3

ВСТУП

Актуальжсть проблеми. TepM¡4H¡ ne4¡, що широко вико-ристовуються у p¡3HHx галузях промисловосп для виробництва ряду матер1ал1в та покращення якосл заготовок машин та ме-xaH¡3M¡B, потребують для свосТ роботи великоТ номенклатури ме-талевоТ арматури, що працюе у складних термочасових умовах. HafliiíHicTb та довгостроковкть роботи такоТ арматури суттево впливае на стабмьжсть експлуатацм терм1чних печей i, нарешл, на co6¡BapT¡cTb машинобудтноТ продукцм.

Для виготовлення литоТ арматури терм1чних печей, що пра-цюють у температурному ¡нтервал1 вщ 20 до 1120 "С , використо-вуються у ряд1 випадмв високолеговат жаромщж сплави на жке-лев|'й ocHosi. Арматура з таких сплав)в працюе задоз!льно при нагртанж до (850...900) °С , але при Harp¡BaHH¡ до (1120... 1150) °С швидко виходить з ладу через короблшня та розтркку-вання. 3 ¡ншого боку, виготовлення такоТ арматури потребус значноТ KiflbKocTi жкелю, який в умовах УкраТни е дуже коштов-ним та дефщитним легуючим елементом.

Перспективною альтернативою високолегованим жаромщним сплавам можуть стати однофазж жаромщж леговаж стал1, склад та структура яких забеспечать необх1дну експлуатацжну надж-н1сть та довговнжсть лито? арматури термтних печей до температури 1150 °С. У зв'язку з цим актуальною е задача замши коштових жкелевих сплавт як матер1алу арматурних в1дливк|'в на менш koujtobhí однофазж жаромщж стали

Метою роботи е досл1дження та розробка оптимального складу ¡ технологи виробництва жаромщноТ легованоУ стал1 з по-кращеними експлуатацжними показниками для литоТ арматури терм!чних печей.

Для досягнення ц!е! мети були поставлен! та виршен! наступи! завдання:

1. Виявлеш причини низькоТ експлуатац!йно! довгов^чност! в умовах циклжних теплозмж лито! арматури терм!чних печей ¡з н!-келевого сплаву.

2. Розроблено методику та прилади для вивчення структури ! мехажчних властивостей метал1в на пов'|тр! в умовах цикл1чних теплозмж в температурному ¡нтервал! в!д 20 до 1200°С.

3. Вивчено закономфност1 впливу структурних складових жаромщних хромон!келькремн!стих сталей на Тх високотемпера-турн! ф!зико-мехатчн! властивосп.

4. Визначено оптимальний склад жаромщно! однофазно! хроможкелькремжсто! стал! з найбтьш стаб!льними та високими експлуатацжними властивостями в умовах цикл!чних теплозмж температурного ¡нтервалу в!д 20 до 1120°С.

5. Розроблена та випробувана технолопя виплавки та роз-ливки жаромщно! однофазно! хроможкелькремжсто! стал! оптимального складу. Внесен! корективи до технолог!! виробництва найб!льш металосмких арматурних в!дливк!в.

6. Пройшли досл!дно-промислове^випробування та промисло-ве вт!лення, розроблен! склад ! технолопя виплавки жаром!цно! хромон!келькремн!сто! стал! та корективи до технолог!! виробництва окремих арматурних в!дливк!в на п!дприемств! АТ "Мотор С!ч".

Наукова новизна роботи полягае в тому, що розв'язана конкретна наукова задача, пов'язана з розробкою оптимального складу однофазно! жаромщно! хроможкелькремж'стоТ стал! для лито! арматури терм!чних печей. При цьому автором одержан! сл|'дуючи науков! результати:

- виявлено, що експлуатацжна довговнжсть литоТ арматури в умовах цикл1чних теплозмж залежить в1д короткочасноТ границ! мщносп матер1алу в!дливюв;

- астановлено, що серед багатьох складових структури хро-мошкелъкремшстих сталей подр1бнення аустештного зерна в най-б1лышй м>р1 тдвищуе як короткочасну границю мщносл, так вщносне подовшення матер1алу вщливюв;

- визначена залежшсть подр1бнення аустеттного зерна в хромошкелькремжстих сталях в(д зб(льшення в метал! К1'лы<ост1 дргёних оксид1в. нитрид1в та карбоштрид!в;

- встановлеш законом!рност1 змш структурних складових та ф1зико-мехажчних властивостей хромошкелькремжстих сталей в умовах циклшних теплозмж в температурному ¡нтервал1 в1д 20 до 1120°С.

Практична цжтсть та реал1зац1я результат1в роботи. Досяг-нута замша дорогого сплаву на шкелевж осноз! (75% N1) менш коштовною жаромщною сталлю 20Х20Н15С2ТЛ, властивост1 якоТ були не иршими замженого сплаву при нагрЫ до 900°С, а в температурному ¡нтервал! вщ 900 до 1120*С були кращими. Розроб-лена, випробувана \ вллена в промислове використання технолога виплавки та розливки стал1 20Х20Н15С2ТЛ, мод|ф|'кованоГ це-р1ем та баркм. Прийнят1 до впровадженння в промислових умовах суттев1 корективи до технологи виробництва окремих вид1в арматурних вщливкж.

Результати теоретичних \ експериментальних дослщжень дозволили впровадити у виробництво технолог!ю виготовлення арматурних в!дливкш. очтуваний р1чний економЫний ефект якоТ складае 1, /68 млн.грн.

На захист виносятся.

1. Склад та технолопя виплавки жаромщноТ стал1 20Х20Н15С2ТЛ, модифковано? uepieM ¡ 6apieM.

2. Методики та прилади для вивчення структури i твердое™ метал1в на noeÍTpi в умовах циклжних теплозмж в температурному ¡нтервал1 B¡fl 20 до 1200°С.

3. 3aK0H0M¡pH0CT¡ впливу структурних складових жаромщних хромошкелькремж'стих сталей на Тх високотемпературт фЬико-махан1чн1 влаети»оет1.

4. Залежносп подр|'бнення аустежтного зерна в хромош-келькремжстих сталях в'|Д збтшення в метал1 к1лькост1 др1бних okchaíb, Н1трид!в та карбожтрид|в.

5. 3aKOHOM¡pHOCT¡ змш структурних складових та ф1зико-ме-хашчних властивостей хроможкелькремжстих сталей в умовах циклнних теплозмш в температурному ¡нтервал1 в1д 20 до 1120°С.

Апробац1я роботи. Ochobhí результати роботи були flonoei-даж та обговореж на республ^анськж науково-техжчни конференцм "Шляхи тдвищення якост! та eK0H0M¡4H0CT¡ ливарних процессе", Одеса, 1994; на VJI науково-техжчнш конференцм "Неме-талев) включения та гази в ливарних сплавах", Запор1жжя, 1994; на науковому ceMmapi "Проблеми металознавства та обробки ле-гованих сталей", КиТв, 1994; республжанськш науково-техжчжй конференцм "Шляхи тдвищення якосл та економ1чност! ливарних процесс", Одеса, 1995; на VI М1жнароднш науково-техжчни конференцм "Hob¡ конструктж стал1, сплави, та методи íx обробки для тдвищення надШност! та довгов1чносл виробш", Запор!жжя, 1995; на республжанськш науково-техжчжй конференцм "Шляхи тдвищення akoctí та економшност)" ливарних процеав", Одеса, 1996.

Публ1каи(Г. За матер1алами опубл1ковано 12 роб|'т, та патент на винах!д.

Структура та обсяг роботи. ДисертацЫ складаеться ¡з всту-пу, п'яти глав, висновку, списку л!тератури та додатмв. Роботу викладено на 124 сторшках машинописного тексту, вона мктить 41 таблицю, 24 малюнки. Список лггератури включае 117 найме-нувань.

3mict роботи.

У BCTyni обгрунтовуються актуальжсть теми дисертажно'Г роботи, мета та задач! дослщження, наукова новзина отриманих результат^, практична цшшсть роботи та ii реал\зацп у промисло-bocti".

Перта глава становить собою л!тературний огляд, в якому розглядаються жаромщш стал1 та сплави, що використовуються в промисловост1 як матер|'ал для виготовлення литоУ арматури тер-м1чних печей. Показано, що замкть шкелевих сплавш необх1дно розробляти Hoei б1льш дешев1 жаромщш стал), що магать pieeHb мщностних та плзстичних властивостей достатнж для заданих умов експлуатацп.

В1дм!чено HeoöxiflHicTb розробхи технолопТ виготовлення литоУ арматури, що забезпечить можлив!сть отримувати здоров!, вмьш В1Д ливарних дефектт в1дливки.

Друга глава присвячена методиф наукових досл1джень, що були проведет.

Стал1 та сплави було виплавлено в лабораторних та промис-лових умовах у ¡ндукцюннш тигельнж 15 кг печ1 з основною футеровкою, а також електродуговж печ1 ДСП-1,5 з основною футеровкою.

Метал зливали у добре программ ювш, модиф1кували введениям nifl cTpyMinb металу лкатури АКЦе та cmiKoöapifl, теля чого розливали у спефальт форми для отримання литих зразюв для мехашчних випробувань та металограф!чних досл!джень.

Метал вивчали до ? гисля терм^чноГ сбробки, та теля р^знсч ктькосгп термоцикл1в.

Х(М|'чний склад визначали Х1м|'чним та слектральним методами. Масов1 дол1 легкоплавких дом1шок кольорових метал'ш -атомно-абсорбц'шним методом.

Вивчали макро- та мжроструктуру сталей.

Поведжку структурних складових сталей та жкелевого сплаву гид час нагр!вання до 1200°С вивчали на високотемпературно-му прилад! 1МАШ-20-78.

Молгёденовий радтцжних нагр1вач, що передбачений в при-лад1 1МАШ-20-78 виявився ненаджним в експлуатацн. Тому було проведено дослщження що-до тдбору оптимального складу та конф1гурац1Т рад1ацжних нагр1вач1в. Найб1льш наджним та при-датним до експлуатацн при температурах до 1200'С, як у вакууму так ! на пов!тр1, виявився двошаровий нагрюач ¡з жхрому завтов-шки 0,1 мм.

Поверхню мкць руйнування зразк!в вивчали на електроному мшроскоп! УЕВМ-100К за стандартними методикаами.

Аустежтне зерно оцжковали лжжним методом.

Неметалев1 включения вивчали методами яюсноТ та к!ль-к1сноТ металографп. Юльюсну оцжку проводили методами "Л" та "ГГ ГОСТ 1778-70.

Механшж властивост1 визначали на ужверсальнж машиш УММ-20 при 975 та 1000'С на стандартних зразках д1аметром 5 мм. Також визначали мшротвердкть структурних складових та ф1зичну щ^льжсть металу при юмнатнж температур!.

В|домо, що твердеть метал!в та сплав1в е ¡нтегральною характеристикою, що визначасться властивостями мщносл I пластичности та добре корелюе з ними. Отже, необх!дну ¡нформац!ю про високотемпературж власгиаосл жаромщносл сталей та сплз-вш можливо одержувати, визначивши тверд!сть останжх при ви-

соких температурах.

Для визначення гарячоТ твердост! метал1в при температурах до 1200*С на пов1тр1, що в1дпов1дае реальним умовам експлу-атацп лито'|" арматури, та не може бути забеэпечено на ¡снуючому обладнанж було розроблено та виготовлено спеф'альний при-стрж, а також розроблено методику, що дозволяе за допомогою контрольних в!дбитюв врахувати вллив окалиноутворення на по-верхж зразку п<д час нагрту на пов1тр1, на точжсть замфу дов-жини д!агонал1 в1дбитку гарячоТ твердости який було отримано при заданж температур!.

Для аналпу отриманих експериментальних даних використо-вували методи парноТ та множиноТ кореляцп. Для прискорення, розрахунки зджснювали за допомогою ПЕОМ.

Третя глава присвячена аналЬу впливу складу, структури та технологи виробництва арматурних в1дливюв на Тх властивостК

Арматурж в1дливки термшних печей, що виготовляються ¡з жкелевого сплаву, виявили низьку експлуатацжну довгов!чжсть в результат! короблжня, розтрккування та утворення численних мапстральних тр|'щин.

Причиною виходу з1дливкт ¡з ладу були висою залишков1 та терм1чж напруги, що перевищували короткочасну границю мщно-ст1 матер1алу при робочих температурах.

Шдвищенж залишхов1 внутршж напруги з'явились внаслщок невиконання вимог техжчних умов по хМчному складу сплаву, температурному режиму заливки ливарних форм, що призвело до суттевого розвитку усадочних дефектж.

Термжж напруги були обумовлеж нерафональжстю кон-струкци деяких арматурних вдоивмв. В окрем'| перюди нагрту та охолодження, перепад температур м1ж тонкими та масивними елементами в1дливкш сягав бтьше жж 200'С (Рисунок 1).

Жкелевий сплав виявив задовГльну роботоздатжсть до

а йа

Схема захршлекня термопар

60 90

Терши охододження, хв.

Рисунок 1. Перепад температур мЬк окремими елементами в'|дливки "поддон".

температури 900°С. У температурному ¡нтервал1 в(д 900 до 1120°С в1дбувався розчин зм^нюючоУ у'-фази, що призводило до лодаль-шого зниження ф!зико-мехажчннх властивостей сплаву та утво-рення трщин при цикл'|чних теплозм'жах.

Досл1дження впливу складу жаромщних хромошкелькремж-стих сталей на Тх фЬико-мехажчш властивосл встановили, що при масовж ДОЛ1 вуглецю 0,15...0,17% у бтьш м'якж металевш матриц! видшялось значно бтьше дисперсно!' змщнюючоГ фази, що призводило до п1двищення одночасно з тверд^стю коротко-часноУ границ! мщносл та выносного подовшення при температур) 975°С.

Досл1дили сшльний вплив масових долей хрому та жкелю на властивосл жаромщних сталей, та встановили достовфж «¡льюс»»

залежност! (1....3)

сГв/975/=б,89-5,02[Сг]+28,21 [Мг]+О,33[Сг][М0-1,14[Ы1]2, 5/975/—7,37+1,71 [Сг]+2,40[Ы!]-0,11 [Сг][№], Ф/975/=85,73-1,20[Сг]-1,68[МГН-0,08[Сг][М],

МПа (1)

% 0 % (3)

Достатн! р!вн! м!цност! та пластичносл жаромщноТ стал! мо-жуть бути забезпечеш при масових долях хрому 15...23% та никелю 13...18% (рисунок 2). При температур! 975°С метал наджно мав короткочасну границю мщност! 165...170 МПа, в1дносне по-довшення не нижче 30% та в1дносне звуження - 60%.

3 шдвищенням масовоГ дол! титану в межах 0,07...0,13% суттево шдвищувалась юльк!сть др!бних окс!карбон!тр|д!в титану що волод!ють доброю термостжюстю, що сприяло стабЫзаци твердост! сталей в ¡нтервал! температур в! 20 до 1120°С, п!дви-щенню короткочасноТ границ! мщност! та в!дносного звуження при 975°С.

Фероцерж та с!лшобар!й в досл!джених сталях зв'язували в м!цж сполуки шк!длив! домшки, зокрема дом!шки легкоплавких кольорових метал1в, та очищували в1д них меж1 зерен.

В досл!джених сталях спостер|'гали корунд, алюмоал!кзти, жтр!ди та карбон!тр!ди титану, сульф1дн та окс!сульф!ди, вмкт, розм!ри та к1льк1сть яких суттево збтьшувались у результат! термообробкн металу.

3 шдвищенням вм!сту та юлькост! оксидних та н!тр!дних включень в1дбувалося суттеве подр!бнення аустежтних зерен стал! (рисунок 3).

Встановлено, що з! збтьшенням ктькосл н!тр|Д1В в стал! покращувались показники жаромщност!, але деюлька знижува-лась пластичн!сть металу.

Сумарний аплив неметалевих включень виявився у одно-

б

а — об'емний графж залежностг,

б — залежность грамиц|" мщносп' в!д масовоГ дол|" хрому при фшсованих долях ж'келя.

Рисунок 2. Вплив хрому та жкелю на границю мщносл жа-

ром>цних сталей при 975 °С.

300

200

1001

Р= 765-С ,020* Ян 1 9,4

г = - 0,99

1800 2200 2600 3000 3400 3800

Кд.лькз.сть н1тр1д1в 1 карбон1тр1д1в титану на 1(Ю мм плопи шифа

Рисунок 3. Вплив неметалевих включень на аустеттне зерно в жаромщних сталях

значшй залежносл, яка показала, що з1 зб|льшенням об'емного вм^сту та к<лькост! включень на 100 мм2 площ! шл|'фа шдвищу-вались мщностш та пластичш властивост! при 975°С дослгджених хромошкелькремшстих сталей. Така залежжсть збер1галась як до, так I теля термообробки металу (рисунок 4).

Показано, що 31 зменшенням розмфу аустежтного зерна шдвищувались короткочасна границя мщност1, в^носн! подов-

шення та звуження при 975*С, та твердкть металу при температурах 20 та 1120*С (рисунок 5).

Жаромщж властивосп хроможкелькремшстих сталей покра-щувались ¡з тдвищенням щмьност! металу та пластичное^ мета-левоТ матриц!.

Високотемпературж досл1дження виявили, що теля нагр1ву до 1120°С та наступного охолодження б!льш стаб'|льною зали-шалась аустежтна структура жаромщних сталей ¡з масовою долею хрому 15...20%.

За розробленою нами методикою та виготовленому пристри для визначення гарячоТ твердое™ досл1дили вплив температури на твердость жкелевого сплаву та жаромщних сталей (таблиця 1). Швидккть зниження твердое™ жкелевого сплаву ¡з тдвищенням температури зб!льшувалась, та хроможкелькремжел сталЬ що вм1щали 15...20% хрому та жкелю, мали у поранят з ним, бтьшу твердкть В(д температури 975°С та вище. Це може бути за рахунок того, що при таких температурах у никелевому сплав1 в1дбуваеться роэчин змщнюючо)' у'-фази, в той час, як др1бж кар-божтр|'ди титану продовжують виконувати своУ функци у жаромщних сталях.

Кр1м того, аустежт жаромщних хроможкелькремшстих сталей с бтьш легованим кремжем, жж аустежт жкелевого сплаву, що також тдвищуе його твердеть при цих температурах.

В умовах термоцикл!чност1 в стал1 20Х20Н15С2ТЛ, у пор1в-нянж ¡з ¡ншими дослщженими жаромщними сталями, вже теля другого циклу теплозмш стабЫзувався вм1ст карбожтр1д1в титану та оксид1в при мМмальному ¡ндека сульфат та окси-сульф1д|'в.

Електронном!кроскотчж досл^дження довели, що термо-цикл1чж навантаження покращували однор1джсть м>кроструктури

га с: а

х ■й

а: п)

с-.

30

25

а т о Ч о с

ш

X Ен

и о х ч

0.1 0.2 0.3

Вьист н1тр1дних включень, Ун об'емн.

0.4

20

Рисунок 4. Вплив штр1дних включень на властивосл жаро-м|'цних сталей

ь

в и о X

я

к з я

X СО

а,

Г-н

190

170

150

130

110

(Г в/97! /= 202,3 - 0 об4*аср1 ю,

г =-0,8 5

-«1- л . <5~/975/ =42,3 -0,0554^ 0,'

Г = -0,98

40

35

30

25

20

Со

ж х а> а т о ч

а) х

о о х ч

300

600

900

1200

Середнш розьар аустен1тного зерна, с1ср,мкм

Рисунок 5. Вплив розмфу аустежтного зерна на властивост! жа-ромщних сталей

Таблиця 1. Тверд1сть шкелевого сплаву та хромонкелькремшстих сталей при рпних температурах

Сплав, або сталь Твердють, НС, МПа, при температурах, *С

20 200 400 600 800 975 1120

Нтелевий 1919 1569 1474 1418 1285 524 188

сплав

20Х20Н15С2ТЛ 2225 1910 1492 1309 925 611 272

20Х15Н10С2ТЛ 2605 1962 1716 1503 " 968 486 238

20Х15Н20С2ТЛ 2154 1554 1393 1079 920 559 251

20Х25Н10С2ТЛ 2204 1776 1610 1346 681 309 122

20Х25Н10С2ТЛ 2338 1640 1574 1395 906 432 223

стал1 20Х20Н15С2ТЛ.

При термоцикл|'юванш одночасно з1 зменшенням розм1р1В аустежтних зерен спостер1гали також зниження р1зниц1 м!ж м|'ж-мальними та максимальними розмфами зерен. Краии показники по аустежтному зерну серед розглянутих сталей мала сталь 20Х20Н15С2ТЛ (таблиця 2).

Таблиця 2 - Вплив кмькосп термоцикли(х) на розмф аусте-жтного зерна, (с!ср), мкм, в жаромщних сталях

Коеф^ент математичноТ залежност'| типу Сталь с1ср = а + Ьх + сх

Ь

а

с

20Х20Н15С2ТЛ 464,06 -120,52 6,05

20Х15Н10С2ТЛ 733,19 -124,55 8,59

20Х15Н20С2ТЛ 273,53 2,73 -1,10

20Х25Н10С2ТЛ 68,82 -8,82 0,39

20Х25Н20С2ТЛ 305,22 -78,26 3,90

Бтыи висок! та стабтьж при термоцикл!юванж ф!зико-ме-хажчш та жаромщж властивост1 серед досл1джених жаромщних сталей було виявлено у стал1 20Х20Н15С2ТЛ, склад якоТ було ви-знано наиб1льш рацюнальним для подальшого промислового ви-пробування.

Четверта глава присвячена випробуванню рацюнальних складу та технологи в!дливюв.

У промислових умовах устшно випробувана удосконалена технология виробництва окремих арматурних в^дливюв ("поддон"), за якою, на в!дмжу В1Д д1ючо?, передбачено використання розвинутоТ л1тниковоТ системи та термовр1вноваженоТ ршноспнноТ

внутршньоТ конф1гурацп.

У в!дливках, отриманих за опт!мальним вар1антом технологи, понятно знизився ступ'шь розвитку усадочних дефект та суттево зменшився р1вень терм'шних та усадочних внутр1штх напруг.

У в'|дливках, отриманих за оптимальним вар'онтом технологи, пом'|ТНо знизився ступшь розвитку усадочних дефектов та суттево зменшився р1вень термтних та усадочних внутршшх напруг.

У промисловт електродуговт печ'| ДСП-1,5 за розробленою та випробуваною у лабораторних умовах технологию було ви-плавлено жаромщну хромошкелькремшсту сталь 20Х20Н15С2ТЛ. Сталь досл1Дно-промислових плавок мала аусте-ттну структуру з вид1леннями карбонпр^в, окакарбожтр|д1в, др'|бних оксМтр"|д]в пер1ю I в1др1знялись стаб1льним, досить ви-соким рюнем характеристик мщност'| та пластичност!.

П'щтверджено, що лита сталь 1з крупнозернирстою аус-тежтною структурою мала знижеж показники мщностних та пла-стичних характеристик при 975°С 1 бшьш низьку трещшо-стшшсть в експлуатацшних умовах.

За розробленою та випробуваною технологию виготовили досл1днопромислову парт1ю арматурних в')дливок. Здшснеж на-турж вибробування довели, що сшльне використання стал1 20Х20Н15С2ТЛ та удосконаленоТ р1вност!нноТ сотовоУ конструкцп в1дливюв "поддон" Ыдвищило Тх експлуатацжну стжккть на 40%.

На тдстав1 проведеного досл'щно-промислового випробу-вання сталь 20Х20Н15С2ТЛ та удосконалену ршностшну сотову конструкфю в'|дливюв "поддон" рекомендовано до широкого використання у виробництвК

П'ята глава в^ображае вт^ення та економ!чну дофльжсть розробленоТ технологи виробництва в'|дливюв.

На АТ "Мотор-С1ч" вттена розроблена та випробувавана технология виробництва арматурних в!дливк'|в для терм1чних печей

»3 жаромщноУ стал! 20Х20Н15С2ТЛ.

Нова технология дозволила забезпечити необх1дний р1вень експлуатацжних властивостей литоУ арматури та зменшити соб!-варлсть ТУ виробництва за рахунок зменшення вмкту легуючих елеменлв (в першу черту жкелю).

Очтуваний рнний економЫний ефект в«д влле'ння роз-робленоУ технолопУ на АТ "Мотор-Оч" за умов потреби у "129,5 т придатних в1дливк1в на р1к складатиме 1,768 млн грн.

Загальж висновки

1. При вивченж причин низькоУ експлуатацтноУ довговм-ност! арматурних в1дливюв ¡з жкелевого сплаву в умовах цик-л|'чних теплозмш встановлено, що жкелевий сплав виплавлявся в в)дкритж електродуговж печ1, перетряся до температур

(1700...1750) 'С для кращого заповнювання ливарних форм. Це значно розвивало усадочж та ликвацжж дефекти, а в умовах ек-сплуатафУ дифуз1ю азоту та кисню по усадочним порожнечам ! м1жзеренним пром1жкам. Як наслщок, -терм|'чж напруження пере-вищували короткочасну границю мщност! матер1алу при робочих температурах ! в^дливки коробилися та розтрккувалися.

2. Для вивчення структури ! твердосл металл на пов!тр1 в умовах цикл1чних теплозмш температурного ¡нтервалу В1Д 20 до 1200°С сконстрували, виготовили I застосували в досл1дженнях прилад для визначення гарячоУ твердое^ при рЬних температурах, а також рад1ацжний нагртач для установки 1МАШ-20-78.

3. Досл1дженнями 12 марок хроможкелькремж'стих сталей показано, що достатжй ртень високотемпературних ф|'зико-мехажчних властивостей мала сталь що метить в середньому 0,20% вуглецю, 20% хрому, 15% жкелю, та 0,12% титану. При цьому встановлено, що ¡з складових структури стал1 найб!льший вплив на тдвищення р1вня властивостей мае подр1бнення ау-

стежтного зерна.

4. Розмф аустежтного зерна в хроможкелькремжстих сталях ломано зменшувався при зростанн! к!лькост! др!бних (1,0... 10.0 мкм) оксид!в, н1тр1д(в I карбон!тр!д!в титану. Для цьо-го потр!бно було мати в склад! сталс, що виплавляеться в в!дкри-тих печах, масову долю титану не нижче 0,10%.

5. В умовах цикл!чних теплозмж серед Д0СЛ1ДЖенних сталей ттьки сталь 20Х20Н15С2ТЛ вже теля другого I до 16-го циклу теплозмж мала стабтьну к!льк!сть др1бних карбон1тр!д!в титану I оксид1в, однор!джсть м!кроструктури та др1бне аустеж'тне зерно, що забеспечило висок! ф!зико-механ!чн! властивост! при р!зних температурах випробувань.

6. Розроблена, випробувана ! вт!лена в промислове вико-ристання технолопя виплавки та розливки стал! 20Х20Н15С2ТЛ, модиф!кованоТ церкм ! бар1ем; прийнят! до впровадження в про-мислових умовах суттев! корективи до технолог!! виробництва окремих вид1в арматурних в!дливк|'в ("шддожв").

7. Досягнута зам!на дорогого сплаву на жкелевж основ! (75% N1) б!льш дешевою жаромщною сталлю 2Х20Н15С2ТЛ, властивост! яко! були не г!ршими замженого сплаву при нагр!в|' до 900°С, а в температурному ¡нтервал! в!д 900 до 1120°С були кра-щими; а також проведен! корективи до технологи виробництва арматурних в^ливюв дають очикуваний р!чний економ!чний ефект в умовах АТ "Мотор-С!ч" 1,768 млн.грн.

Основш результат« дисертац!Т опублтовано в наступних роботах:

1. Наумик В.В., Бял!к Г.А. Прилад для термоцикл!чних випробувань та вим!рювання високотемпературно! твердост! // Ме-талознавство та обробка метал!в. -1995. 2. - С.54-57.

2. Неметалические включения и жаропрочность литой хромо-никелевой стали /Цивирко Э.И., Наумик В.В., Жеманюк П.Д. и

др. //Процессы литья. -1995. 3. - С.75-81.

3. Наумик В.В., Жеманюк П.Д., Цивирко Э.И. Структура и свойства жаропрочных сталей при термоциклировании //Сб.: Пути повышения качества и экономичности литейных процесов. -Одесса: Совпин, 1996. - С.33-34.

4. Патент УкраТни Ns 10415А МПК5 С22С38/00, 38/18 Жа-ромщна сталь /Наумик В.В., Жеманюк П.Д., Клочихш В.Г., Ци-BipKo Е. I. та ¡н. опубл. в офщжному бюлетеж "Промислова влас-HicTb" Держпатенту УкраТни, 1997.

5. Причины пониженной жаропрочности литой арматуры /Наумик В.В., Цивирко Э.И., Жеманюк П.Д. и др.// Пути повышения качества и экономичности литейных процесов / тез. докл. республиканской науч.-техн. конф. - Одесса: Совпин, 1994. - С.9.

6. Причины недостаточной долговечности арматуры термичё-ских печей /Наумик В.В., Жеманюк П.Д., Клочихин В.Г. и др. //Неметаллические включения и газы в литейных сплавах/ тез. докл. VII науч.-техн. конф. - Запорожье: ЗГТУ, 1994. - С.59.

7. Металограф1я мкць руйнування арматурних в1дливк1в тер-М1чних печей /Наумик В.В., Жеманюк П.Д., Клочихж В.Г. та ¡н. // Проблеми металознавства та обробки легованих сталей/ тези допов^дей ВсеукраТнського семжару - КиТв: УБЕНТЗ, 1994. - С.10-11.

8. Влияние термической обработки на структуру и механические свойства жаропрочной хромоникелькремнистой стали / Наумик В.В., Цивирко Э.И., Бялик Г.А. и др. // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов/ тез. докЛ'. науч. конф. - Одесса: Совпин, 1995. - С.30-31.

9. Совершенствование технологии производства поддонов термических печей /Наумик В.В., Жеманюк П.Д., Клочихин В.Г. и др. // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов/ тез. докл. науч. конф. - Одесса : Совпин, 1995. - С.64-

10. Наумик В.В., Соколов В.А., Цивирко Э.И. Повышение трещиноустойчивости поддонов термических печей // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий / тез. докл. VI междунар. науч. - техн. конф. Часть 2, - Запорожье: ЗГТУ, 1995. - С.38.

11. Цивирко Э.И., Наумик В.В., Бурова Н.М. Влияние неметаллических включений на структуру и механические свойства хромоникелькремнистой стали // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий / тез. докл. VI междунар. науч.-техн. конф. Часть 2. - Запорожье: ЗГТУ, 1995, - С.41.

12. Наумик В.В., Бялик Г.А. Установка термоциклических испытаний и замера высокотемпературной твердости жаропрочных сталей //Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий / тез. докл. VI междунар. науч.-техн. Часть I. - Запорожье: ЗГТУ, 1995. - С.60.,

13. Жеманюк П.Д., Наумик В.В., Клочихин В.Г. Химический состав и структура жаропрочных хромоникелькремнистых сталей // Новые конструкционные стали и сплавы и методы, их обработки для повышения надежности и долговечности изделий / тез. докл. VI междунар. науч.-техн. конф. Часть I. - Запорожье: ЗГТУ, 1995. - С.61.

SUMMARY

Naumik V. V. The investigation and working up of chromium-nikelsilicic steels for reinforcement casts of heat treatment furnaces. Dissertation on academic degree of the candidate of technical sciences according to the speciality 05.02.01- materialscience

in machinebuilding . Zaporozhye state technical university, Zaporozhye, 1997. " 1

12 science works and copyright, containing heat-resistant steel composition optimization and improvement of reinforcement cast production technology to reduce the production cost price and improve reliability and durability, are defended.

It is proved, the positive influence of austenitic grain size decreasing on the high temperature phisical-mecanical properties of steel. There is obtained the mathematical dependences of heat-resistant steel's austenitic grain size redusing by the increasing of fine oxides and titanium carbonitrides quantity. The methods and instrument for definition of high-temperature hardness of metals are worked up. Results of work are inculcated in production.

АННОТАЦИЯ

Наумик В. В. Исследование и разработка хромоникелькрем-нистых сталей для арматурных отливок термических печей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01-материаллове-дение в машиностроении, Запорожский государственный технический университет, Запорожье, 1997.

Защищается 12 научных трудов и авторское свидетельство, которые со-держат вопросы оптимизации состава жаропрочной хромоникелькремнистой стали для арматурных отливок термических печей и совершенствования технологии изготовления литой арматуры, с целью снижения себестоимости их производства и повышения надёжности и долговечности.

Установлено положительное влияние измельчения аустенит-ного зерна в исследованных сталях на их высокотемпературные физико-механические свойства. Получены математические зави-

симости, отражающие измельчение аустенитного зерна в жаропрочных сталях при увеличении количества мелких включений оксидов и карбонитридов титана. Разработаны методика и приспособление для определения горячей твёрдости металлов на воздухе. Результаты исследований прошли промышленное опробование и внедрены в производство.

Ключов! слова: жаромщна сталь, неметалев1 включения, аустенпне зерно, арматурний вщливок, термина шчь, гаряча твердеть.

Подписано к печати 18.06.97 Объем 3 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 631 330600 г.Запорожье, ЗГТУ, Типография, ул.Гоголя, 64