PL210854B1

PL210854B1 - Stal chromowa żarowytrzymała i sposób produkcji wyrobów żarowytrzymałych

Info

Publication number: PL210854B1
Application number: PL382225A
Authority: PL
Inventors: Jaromir Polach; Kamil Pětroš; Václav Foldyna; Zděnek Kuboň; Jan Martinák
Original assignee: Jinpo Plus
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2012-03-30
Also published as: CZ298500B6; PL382225A1; CZ2006258A3; SK432007A3; SK287943B6

Abstract

Stal chromowa żarowytrzymała do produkcji wyrobów stosowanych w temperaturach roboczych od 470°C do 650°C o wagowym składzie chemicznym: węgiel C = 0,08 - 0,12%; krzem Si = 0,20 - 0,50%; mangan Mn = 0,30 - 0,60%; fosfor P = maksimum 0,02%; siarka S = maksimum 0,01%; chrom Cr = 8,0 - 9,5%; molibden Mo - 0,8 - 1%; nikiel Ni = maksimum 0,30%; niob Nb = 0,06 - 0,10%; wanad V = 0,18 - 0,25%; aluminium Al całkowite = maksimum 0,020%; tytan Ti = maksimum 0,005%; wolfram W = maksimum 0,005%; azot N = 0,03 - 0,1%; pozostałość tworzy żelazo Fe oraz nieuniknione zanieczyszczenia produkcyjne, przy czym całkowita zawartość azotu Nc określają zależności: Nc = Nwiązany + NVN ≤ O,1%, Nwiązany = 0,52 x % Al + 0,29 x % Ti + 0,075 x % Nb, NVN = min. 0,03%, gdzie: Nc - całkowita zawartość N, Nwiązany - wiązany N, NNV - wolny N.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210854 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 382225 ^{(51) Int.Cl.}

C22C 38/18 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 18.04.2007 (54) Stal chromowa żarowytrzymała i sposób produkcji wyrobów żarowytrzymałych (30) Pierwszeństwo:

21.04.2006, CZ, PV2006-258 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

29.10.2007 BUP 22/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.03.2012 WUP 03/12 (73) Uprawniony z patentu:

JINPO PLUS, a.s., Ostrava, CZ (72) Twórca(y) wynalazku:

JAROMIR POLACH, Ostrava, CZ

KAMIL PETROŚ, Ostrava, CZ VACLAV FOLDYNA, Ostrava, CZ ZDENEK KUBOŃ, Bilovec, CZ JAN MARTINAK, Ostrava, CZ (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Włodzimierz Caban

PL 210 854 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stal chromowa żarowy trzy mała i sposób produkcji wyrobów żarowytrzymałych, wykorzystywane do wytwarzania przykładowo rur, blach, odkuwek dla urządzeń energetycznych i chemicznych, eksploatowanych w temperaturach 470°C do 650°C.

Części do urządzeń energetycznych, względnie cieplnych, przeznaczonych do pracy przy wysokich ciśnieniach i temperaturach dochodzących do 650°C produkowano dotychczas ze stali

X10CrlVloVNb 9-1 (P91) zgodnie z odpowiednimi standardami, jak na przykład europejskim EN

10216-2 lub niemieckim VdTOV Werkstoffblatt 511/2, Werkstoff-Nr 1.4903 lub ASME SA 387.

Skład chemiczny tych stali w procentach wagowych był następujący: węgiel C=0,08 do 0,12, krzem Si=0,20 do 0,50, mangan Mn=0,3 do 0,6, fosfor P=0,02 maksimum, siarka S=0,01 maksimum, chrom Cr=0,8 do 9,5, molibden Mo=0,8 do 1,05, nikiel Ni=0,4 maksimum, niob Nb=0,06 do 0,10, wanad V=0,18 do 0,25, aluminium Al=0,040 maksimum, azot N=0,030 do 0,070, a resztę składu chemicznego tworzyło żelazo Fe oraz nieuniknione zanieczyszczenia produkcyjne.

Przy 20°C stal taka wykazuje, według standardu VdWV Werkstoffblatt 511/2, następujące właściwości:

wytrzymałość na rozciąganie granica plastyczności przy 20°C ciągliwość wzdłużna ciągliwość poprzeczna praca udarowa

Rm = 620 do 850 MPa Rp0,2 = 450 MPa minimum

A = 19% minimum A = 17% minimum KV = 68 J-wzdłużnie KV = 41J - poprzecznie i zakłada osiągnięcie minimalnych granic wytrzymałości przy pełzaniu, pokazanych w następującej tablicy nr 1.

T a b l i c a nr 1

Minimalne normowane granice wytrzymałości przy pełzaniu RmT w ciągu 10⁴ oraz 10⁵ godzin

Temperatura [°C]	RmT/10⁴ [MPa]	RmT/10⁵ [MPa]
650	70 ± 20%	44 ± 20%
600	122±20%	90 ± 20%
550	199±20%	102 ± 20%
500	287 ± 20%	253 ± 20%
470	356 ± 20%	317 ± 20%

Odbiór stali do produkcji wyrobów lub wyrobów już gotowych wykonuje się tylko na podstawie ustalonego składu chemicznego stali, rezultatów badań własności mechanicznych przy 20°C, oraz rezultatów badan nieniszczących. Norma przewiduje, iż rezultaty stanowiące wymogi prób zdawczoodbiorczych, przeprowadzonych przy 20°C, gwarantują osiągnięcie przewidzianych wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu za 10⁴ i 10⁵ godz., stosownie do karty materiałowej.

Niedogodnościami takiej stali chromowej żarowytrzymałej, stwierdzonymi poprzez długotrwałe badania, jest to, że nawet przy dotrzymaniu składu chemicznego w całym zakresie, pokazanym w odpowiednich kartach materiałowych, oraz spełnieniu prób zdawczo-odbiorczych przeprowadzonych przy 20°C nie zawsze gwarantuje osiągnięcie założonej granicy wytrzymałości przy pełzaniu stali X10CrMoVNb 9-1 (P91) według tablicy nr 1, jak przewidują normy. Rezultat długotrwałych badań wyrobów z różnych wytopów A, B1, B2, C1 oraz C2 w/w stali obrazuje załączony wykres, przedstawiony na fig. 1.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego składu stali chromowej żarowytrzymałej, oraz sposobu produkcji z niej wyrobów żarowytrzymałych, który w pełni zagwarantuje osiągnięcie przez te wyroby wartości wskaźników przewidywanych w normie VdWV Werkstoffblatt 511/2, względnie zapewni osiągnięcie oczekiwanych wartości minimalnych granic wytrzymałości przy pełzaniu w temperaturach roboczych 470°C do 650°C, przedstawionych w tablicy nr 1.

Istota wynalazku polega na tym, że stal chromowa żarowytrzymała o wyrażonym w % wagowych składzie chemicznym, zawierająca węgiel C w ilości 0,08 do 0,12%, krzem Si w ilości 0,20 do 0,50%, mangan Mn w ilości 0,30 do 0,60%, fosfor P w ilości nie większej niż 0,02%, siarkę S w ilości

PL 210 854 B1 nie większej, niż 0,01%, chrom Cr w ilości 8,0 do 9,5%, molibden Mo w ilości 0,8 do 1,0%, nikiel Ni w iloś ci nie wię kszej niż 0,30%, niob Nb w ilości 0,06 do 0,10%, wanad V w ilości 0,18 do 0,25%, aluminium Al, azot N w ilości nie mniejszej niż 0,03%, oraz jako dopełniacz żelazo Fe i nieuniknione zanieczyszczenia produkcyjne, charakteryzuje się tym, że posiada również tytan Ti w ilości nie wyższej niż 0,005% i wolfram W w ilości nie większej niż 0,005%, przy zawartości aluminium Al nie wyższej niż

0,020%, przy czym ilość całkowita azotu Nc stanowiąca sumę azotu wiązanego Nwiązany i azotu wolnego N_vn spełnia zależność: N_c = N_wiązany + N_vn < 0,1%, gdzie ilość azotu wiązanego N_wiązany określona jest zależnością: Nwiązany = 0,52 x % Al + 0,29 x % Ti + 0,75 x % Nb, a ilość azotu wolnego NVN jest nie mniejsza niż 0,03%.

Wyroby ze stali o takim składzie chemicznym osiągają minimum zakładanej wartości granicy pełzania, według tablicy nr 1, przy temperaturach roboczych 470°C do 550°C tylko wtedy, gdy wartość granicy plastyczności Rp0,2 tej stali jest większa lub równa 550 MPa, a przy temperaturach roboczych 550°C do 650°C wtedy, kiedy wartość granicy plastyczności Rp0,2 jest nie większa niż określona przez normę minimalna wartość Rp0,2 = 450 MPa. Wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu RmT zakładane normą, ewentualnie oczekiwane, osiągnięto przez obniżenie maksymalnej granicy wagowej aluminium Alcałkowite do 0,020% oraz tytanu Ti do 0,005%, i zwiększenie zawartości wolnego azotu NVN na 0,03% minimum.

Istota wynalazku w zakresie sposobu produkcji wyrobów żarowytrzymałych z tej stali chromowej żarowytrzymałej polega na tym, że w przypadku uzyskania wartości granicy plastyczności niższej niż Rp0,2 = 550 MPa przy temperaturze 20°C wyroby nagrzewa się do temperatury austenityzowania od 950°C do 1100°C z szybkością 50°C do 100°C na godzinę i w tej temperaturze utrzymuje się je przez czas 1 do 20 godzin, a następnie hartuje się w oleju lub powietrzu, po czym nagrzewa się do temperatury od 700°C do 800°C z prędkością 50°C do 100°C na godzinę i w tej temperaturze utrzymuje się je przez czas 2 do 20 godzin, i w końcu wolno schładza się na powietrzu do temperatury otoczenia.

Wyroby wyprodukowane ze stali poddanej w/w obróbce cieplnej osiągną na pewno wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu przy temperaturach roboczych 470°C do 550°C, przewidywanych w normie. Bierze się to stąd, że w procesie wzmocnienia precypitacyjnego ważny udział biorą drobne cząstki azotku wanadu V, których precypitacja przebiega podczas odpuszczania stali, lub także podczas pełzania (creep) przy temperaturach roboczych 470°C do 650°C. Ich powstawanie oraz objętościowy udział określa zawartość wolnego azotu NVN w stali.

Wynalazek został bliżej określony w przykładach wykonania i na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przebieg granic wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ przy temperaturach 470°C do 650°C po 10⁴ godzinach w stali z wytopów A, B1, B2, C1, C2, fig. 2 - relacje między granicą wytrzymałości przy pełzaniu w temperaturze 600°C po 10⁴ godzinach i zawartością wolnego azotu NVN w stali z wytopów A, B1, B2, C1, C2, fig. 3 - granice wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ przy 500°C po 10⁴ godzinach w stali z wytopów B1, B2, C1, C2, a fig. 4 - granice plastyczności Rp0,1,i przy 20°C w stali z wytopów B1, B2, C1, C2.

W grupie różnych gatunków stali chromowych stwierdzono, iż granica wytrzymałości przy pełzaniu R mT uzależniona jest nie tylko od zawartości wolnego azotu NVN w stali (fig. 1, fig. 3), lecz także od wartości granicy plastyczności Rp0,2 przy 20°C. Przy temperaturze roboczej 600°C i wyższej, większa wartość granicy plastyczności Rp0,2 ponad 450 MPa nie wpływa już na wielkość oczekiwanych i normą przewidzianych wartości granicy wytrzymałości przy pełzaniu RmT. W takich warunkach temperaturowych granice wytrzymałości przy pełzaniu RmT określa przede wszystkim zawartość wolnego azotu NVN w stali, który podczas obróbki cieplnej wyrobów tworzy z wanadem V azotek wanadu. Na przekór oczekiwaniom powiększa się wpływ wielkości granicy plastyczności Rp0,2 na granice wytrzymałości RmT. Przy temperaturze roboczej 550°C wpływ obydwu tych wielkości jest tak samo ważny. Przy temperaturach roboczych poniżej 550°C na wartość granicy wytrzymałości przy pełzaniu RmT wpływa przede wszystkim wartość granicy plastyczności Rp0,2 przy 20°C, która - aby osiągnąć choćby minimum wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu przewidzianych w normie - powinna być większa niż minimalna wartość Rp0,2 = 450 MPa przewidziana w normie, a to przynajmniej 550 MPa. Na wykresie fig. 1, pokazującym przebiegi granic przy pełzaniu RmT/10⁴ wyrobów z wytopów A, B1, B2, C1 oraz C2, dolna granica minimalnych, przez normę określonych wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu, wyznaczona jest grubą linią łamaną, łączącą wartości 285, 229, 159, 99 i 56.

W stali z wytopu B1, w której Rp0,2 = 535 Mpa (więc o 85 MPa więcej niż 450 MPa wymaganych przez normę) nie osiągnięto nawet minimalnej, przez normę wymaganej granicy wytrzymałości (RmT/10⁴min. = 229 MPa) przy pełzaniu (patrz wykresy fig. 1, fig. 4 wytop B1). Minimalną wartość granicy wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴min. = 229 MPa osiągnięto w stali z wytopu B2, w której Rp0,2 = 553 MPa (patrz wykresy fig. 1, fig. 4 wytop B2). Dla osiągnięcia pokazanej wartości granicy plastyczności

PL 210 854 B1 niezbędnym jest wybranie sposobu obróbki cieplnej wyrobu stosownie do wynalazku dotyczącego sposobu produkcji wyrobów żarowytrzymałych. Poszczególne przykłady wpływu zawartości NVN, RmT/10⁴ oraz Rp0,2 pokazują wykresy fig. 1 i fig. 4.

Granica wytrzymałości przy pełzaniu stali X10CrMoVNb 9-1 (P91) uzależniona jest również od zawartości molibdenu Mo w stałym roztworze (wzmocnienie substytucyjne) i od odległości cząstek faz dyspersyjnych, a to węglika chromu M23C6 oraz drobnych cząstek azotku wanadu VN (wzmocnienie precypitacyjne). Osiągnięcie potrzebnej zawartości Mo w stałym roztworze (tj. zawartości Mo w stali, który nie jest wiązany na wtórne fazy bogate w Mo, na przykład węglik M6C, faza Fe2Mo) i potrzebnych odległości cząstek węglika M23C6 jest solidne zabezpieczone przy dotrzymaniu składu chemicznego stali oraz obróbki cieplnej, stosownie do obowiązujących norm i przepisów produkcyjnych.

Zakładano, że przez dodatek wolframu W ulepsza się żarowytrzymałość stali chromowych. W stali zawierają cej molibden Mo oraz wolfram W jest z reguł y podany równoważ nik zawartoś ci molibdenu: % MOeq = % Mo - 0,5%W.

Z rezultatów pomiarów żarowytrzymałości w stalach chromowych bez wolframu W i z wolframem W wynika, iż przez jego dodatek nie zwiększa się granicy wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁵/600°C. Jednocześnie ze zwiększeniem MOeq ponad 1% następuje obniżenie plastyczności stali w obszarze granicy wytrzymałości przy pełzaniu dlatego, że przy wyższej zawartości MOeq tworzą się grube cząstki fazy Lavesa Fe2MOeq.

Oczekiwane wzmocnienie precypitacyjne przez drobne cząstki azotu wanadu jest uwarunkowane dostateczną zawartością wolnego azotu w stali. Wolny azot NVN jest tą częścią zawartości azotu w stali, która nie jest wią zana na silniejsze azotkotwórcze pierwiastki, jak Al, Ti, Nb, a przy obróbce cieplnej stali tworzy z wanadem V azotek wanadu.

Ponieważ w stali P91 maksymalna dopuszczalna zawartość Al wynosi 0,04% a Nb 0,1%, wiążą te pierwiastki same znaczną część całkowitego azotu N w stali (około 0,02%), obniżając w ten sposób zawartość wolnego azotu NVN, który jest niezbędny dla wytworzenia potrzebnego azotku wanadu. Przy tym nie powstają drobne cząstki węglika wanadu (podobnie jak w stalach niskostopowych CrMoV) dlatego, że w stalach zawierających wyższą zawartość chromu rozpuszczalność węglika wanadu jest wysoka i powstaje praktycznie czysty azotek wanadu.

Azotki aluminium(AIN) lub węgliko-azotki niobu oraz tytanu (NbCN, TiCN) tworzą grube cząsteczki, które minimalnie pomagają podwyższać wzmocnienie precypitacyjne i nie mają istotnego wpływu na żarowytrzymałość stali.

Przykłady stosowania stali z pierwszego wytopu A, drugiego wytopu B oraz trzeciego wytopu C o wagowym składzie chemicznym przedstawiają się następująco.

T a b l i c a nr 2 Skład chemiczny badanych stali

Wytop	Skład chemiczny w % wagowych
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Nb
A	0,09	0,54	0,23	8,32	0,46	0,84	0,2	0,06
B1, B2	0,11	0,33	0,24	8,2	0,12	0,91	0,2	0,08
C1, C2	0,08	0,36	0,22	8,45	0,12	0,9	0,17	0,07

Wytop	Skład chemiczny w % wagowych
N	P	S	Al	^^maks	^Timaks
Całkowity	Wiązany	Wolny
A	0,063	0,0132	0,0498	0,016	0,004	0,014	0,005	0,005
B1 B2	0,042	0,0124	0,0296	0,018	0,007	0,01	0,005	0,005
CM O O	0,046	0,0126	0,0334	0,016	0,003	0,011	0,005	0,005

PL 210 854 B1

Stal z wytopu B oznakowana jako B1 jest rurą, w której zwykłym sposobem przeprowadzono obróbkę cieplną po walcowaniu na gorąco.

Stal z wytopu B oznakowana jako B2 jest rurą z takim samym procesem obróbki cieplnej jak wyżej w BI, następnie jest wygięta przy pomocy nagrzewania indukcyjnego i ponownie poddana obróbce cieplnej, zgodnie z istota sposobu według wynalazku.

Stal z wytopu C oznakowana jako C1 jest rurą, której zwykłym sposobem przeprowadzono obróbkę cieplną po walcowaniu na gorąco.

Stal z wytopu C oznakowana jako C2 jest rurą z takim samym procesem obróbki cieplnej jak wyżej w Cl, następnie jest wygięta przy pomocy nagrzewania indukcyjnego i ponownie poddana obróbce cieplnej, zgodnie z wynalazkiem dotyczącym sposobu.

T a b l i c a nr 3

Właściwości charakterystyczne wyrobów (Rp0,2 przy 20°C) oraz NVN

Wytop	Wyrób	Rp0,2 [MPa]	Nvn [%]
A	Pręt 0 20 mm	555	0,0498
B1	Rura 0 219x16 mm	535^a	0,0296
B2		553^b
C1	Rura 0 219x16 mm	516^a	0,0334
C2		659^b

T a b l i c a nr 4

Właściwości żarowytrzymałościowe (granica wytrzymałości przy pełzaniu za 10000 godzin przy temperaturach 470, 500, 550, 600 i 650°C) badanych wytopów.

W nawiasach pokazano wartoś ci niż sze niż ś rednie wartości pomniejszone o 20%, wię c wartości nie spełniające wymogu normy VdWV

Wytop	Granica wytrzymałości przy pełzaniu za 10000 godz.(MPa)
Temperatura (°C)
	470	500	550	600	650
A	326	270	185	116	71
B1	(249)	(213)	(156)	(98)	(51)
B2	380	296	163	(93)	(54)
C1	(255)	(197)	(132)	(90)	65
C2	386	300	189	134	83
^RmT/10 min.	205	229	159	99	56

P r z y k ł a d nr 1 - wytop A

Do produkcji walcówki 0 20 mm przeznaczonej do pracy urządzeń w temperaturach) 550°C do 600°C zastosowano stal według EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 o składzie chemicznym pokazanym w tablicy nr 2 - wytop A. Pręt z wymienionej stali stosownie do normy VdW\/ Werkstoffblatt 511/2 nagrzewano do temperatury walcowania w zakresie 1100°C do 950°C z szybkością 50 do 100°C/h. Następnie pręt poddano zahartowaniu z zakresu temperatur 1040 do 1090°C, a dalej odpuszczaniu w zakresie temperatur 1740 do 790°C. Po wykonaniu w/w obróbki cieplnej pręt posiadał zadowalające wartości mechaniczne Rp0,2 = 550 MPa (patrz tablica nr 3) i jednocześnie posiadał całkowitą zawartość azotu wg zależności N = [(0,52 x % Al_catkowity + 0,29 x % Ti + 0,75 x % Nb)] + 0,03%] = 0,063% < 0,1. Ten wytop posiadał nadmiar zawartości wolnego azotu NVN = 0,0498 (patrz tablica nr 3), który był większy niż minimalna niezbędna zawartość NVN = 0,03%, a więc dostateczny dla powstania azotków wanadu. Dlatego osiągnięto dostatecznie tak wysoką granicę wytrzymałości przy pełzaniu przy temperaturze 550°C (RmT/10⁴ = 185 MPa), jak również granice wytrzymałości przy pełzaniu przy temperaturze 600°C

PL 210 854 B1 (RmT/10⁴ = 116 MPa) oraz przy temperaturze 650°C (RmT/10⁴ = 71 MPa) - patrz tablice 1, 4 i fig. 1 przewyższające minimalne normowane wartości tych granic (RmT/10⁴min = 159 MPa przy temperaturze 550°C, RmT/10⁴min = 99 MPa przy 600 °C oraz RmT/10⁴ = 56 MPa przy 650°C). Spełnia to więc wymagania tak dla temperatur 470 do 550°C, jak i dla temperatur 550°C do 650°C.

Przykład nr 2 - wytop B1

Do produkcji wysoko obciążonych rur przy temperaturach 500°C i 550°C zastosowano stal według

EN 10216-2 X10CrMoVNb9H o składzie chemicznym pokazanym w tablicy nr 2 - wytop B1. Rurę rozmiarów 0219 x 16 walcowano na gorąco i poddano obróbce cieplnej zgodnie z normą VdWV Werkstoffblatt 511/2, tj. została ona nagrzana do temperatury walcowania, która mieściła się w zakresie 1100°C do 950°C, z szybkością 50 do 100°C/h. Następnie rurę poddano zahartowaniu z zakresu temperatur 1040 do 1090°C, oraz odpuszczaniu w zakresie temperatur 740 do 790°C. Po tej obróbce rura posiadała granice plastyczności Rp0,2 = 535MPa (patrz fig. 4),zatem mniejszą niż jest wymagane stosownie do wynalazku Rp0,2 =550 MPa i jednocześnie posiadała całkowitą zawartość azotu Nc = 0,0420%, tj. mniejszą niż minimalna wymagana wartość N_c > [0,52 x % Al_całko_wity + 0,29 x %Ti + 0,075 x % Nb)] + 0,03%] = 0,0424. Z tego powodu osiągnięto granicę wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ dla 550°C tylko 156 MPa (patrz tablica 4 oraz wykres fig. 1), co jest mniej o 3 MPa niż minimalna wymagana granica RmT/10⁴ = 159 MPa dla 550°C. Jednocześnie i dla 500°C osiągnięto RmT/10⁴ tylko 213 MPa, co jest wartością mniejszą od minimalnej wymaganej wartości RmT/10⁴ = 229 MPa wyznaczonej na wykresie fig. 3 grubą linią. Z tego wynika, że rura tego typu nie spełnia wymagań ani dla zastosowania przy temperaturach 550°C i mniej z powodu niższej Rp0,2, ani dla zastosowania w temperaturach 550°C - 650°C z powodu zawartości wolnego azotu NVN poniżej 0,03% (patrz wykres fig. 2 - NVN = 0,0296 < 0,03).

P r z y k ł a d nr 3 - wytop B2

Do produkcji wygiętej rury poddawanej wysokim obciążeniom przy temperaturach 500°C i 550°C zastosowano stal według EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 o składzie chemicznym pokazanym w tablicy nr 2 -wytop B2. Obróbka polegała na wygięciu rury o rozmiarach 0 219 x 16 walcowanej na gorąco, następnie zgiętej przy nagrzewaniu indukcyjnym i poddanej zwykłemu sposobowi obróbki cieplnej (temperatura kształtowania na gorąco mieści się w zakresie 1100°C do 950°C). Po tej próbie cieplnej zgięta rura spełnia wymogi stawiane mechanicznym właściwością granicy pełzania Rp0,2 = 553 MPa (patrz tablica nr 3). Wartość ta jest większa niż wymagane Rp0,2 = 550 MPa według przedstawionego wynalazku. Granice wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ dla 500°C -296 MPa i dla 550°C - 163 (patrz tablica nr 4) były większe niż minimalne wymagane. Rura spełnia wymogi tylko dla zastosowania przy temperaturach 470°C do 550°C (Rp0,2 = 553 MPa). Jak jest widoczne z wykresu fig. 1, rura nie spełnia wymogów w zakresie temperatury 550°C do 650°C, gdzie osiągnięto niższe wartości granic wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ = 93 MPa dla 600°C oraz 54 MPa dla 650°C,z powodu niższej zawartości wolnego azotu NVN = 0,0296% niż jak być powinno zgodnie z wynalazkiem (NVN = 0,03).

P r z y k ł a d nr 4 - wytop C1

Do produkcji rur poddawanych) wysokiemu obciążeniu przy temperaturach 500°C i 550°C zastosowano stal według EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 o składzie chemicznym pokazanym w tablicy nr 2 -wytop C1. Rurę rozmiarów 0 219 x 16 walcowano na gorąco i poddano obróbce cieplnej zgodnie z normą VdWV Werkstoffblatt 511/2, tj. nagrzano do temperatury walcowania, która mieściła się w zakresie 1100°C do 950°C, z szybkością 50 do 100°C/h. Następnie rurę hartowano z zakresu temperatur 1040°C do 1090°C i dalej poddano odpuszczaniu w zakresie temperatur 740 do 790°C. Po takiej obróbce rura posiadała granice plastyczności Rp0,2 = 516 MPa (patrz wykres fig. 4), zatem niższa od wartości Rp0,2 = 550 MPa wymaganej zgodnie z wynalazkiem. Z tego powodu osiągnięto granice wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10⁴ w zakresie temperatur 470°C do 600°C niższe niż minimalne wymagane (patrz tablica nr 4 oraz wykres fig. 1). Nie można więc rury zastosować w każdym zakresie temperatur. Jednak rura z tej stali posiada jednocześnie zawartość wolnego azotu NVN = 0,0334%, co jest wartością wyższą niż wartość wymagana przez stal według wynalazku, i jak wynika z wykresu fig. 4 oraz tablicy nr 4 rurę można stosować w strefie wysokich temperatur (RmT/10⁴ dla 650°C = 65 MPa, co jest wartością wyższą niż minimalna wymagana RmT/10⁴min dla 650°C = 56 MPa).

P r z y k ł a d nr 5 - wytop C2

Do wytworzenia zagięcia rury rozmiarów 219 x 16 (jak w przykładzie nr 3) poddawanej wysokim obciążeniom dla temperatur 500°C i 550°C zastosowano stal według EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 o składzie chemicznym pokazanym w tablicy nr 2 - wytop C2. W tej stali osiągnięto wartości granicy pełzania RmT/10⁴ dla 550°C = 189 MPa (patrz tablica nr 4 i wykres fig. 1), co jest wartością dostatecznie przekraczającą minimalną wartość RmT/10⁴ dla 550°C = 159 MPa. To dlatego, że Rp0,2 = 659 MPa

PL 210 854 B1 wysoko przekracza wymagany warunek stawiany wynalazkowi, tj. Rp0,2 = 550 MPa. Stal również spełnia warunek zastrzeżenia patentowego dotyczącego składu stali - N_vn > 0,03%. Rura z tego wytopu jest więc stosowalna dla zakresu temperatur roboczych 470°C do 650°C.

Stal według przedstawionego wynalazku oraz sposób produkcji wyrobów z tej stali nadają się do produkcji wyrobów chemicznych oraz energetycznych urządzeń pracujących przy temperaturach

Claims

470°C do 650°C.

Zastrzeżenia patentowe

1. Stal chromowa żarowytrzymała, przeznaczona do wytwarzania wyrobów żarowytrzymałych stosowanych w temperaturach od 470°C do 650°C, o wyrażonym w % wagowych składzie chemicznym, zawierająca węgiel C w ilości 0,08 do 0,12%, krzem Si w ilości 0,20 do 0,50%, mangan Mn w ilości 0,30 do 0,60%, fosfor P w ilości nie większej niż 0,02%, siarkę S w ilości nie większej niż 0,01% chrom Cr w ilości 8,0 do 9,5%, molibden Mo w ilości 0,8 do 1,0%, nikiel Ni w ilości nie większej niż 0,30%, niob Nb w ilości 0,06 do 0,10%, wanad V w ilości 0,18 do 0,25%, aluminium Al, azot N w ilości nie mniejszej niż 0,03%, oraz jako dopełniacz żelazo Fe i nieuniknione zanieczyszczenia produkcyjne, znamienna tym, że posiada tytan Ti w ilości nie większej niż 0,005% i wolfram W w ilości nie większej niż 0,005%, oraz aluminium Al w ilości do 0,020%, natomiast ilość całkowita azotu Nc stanowiąca sumę azotu wiązanego Nwiązany i azotu wolnego NVN spełnia zależność:

Nc = N_wiązany + N_VN < 0,1%, gdzie ilość azotu wiązanego N_wiązany określona jest zależnością:

Nwiązany = 0,52 x % Al + 0,29 x % Ti + 0,75 x % Nb, a ilość azotu wolnego NVN jest nie mniejsza niż 0,03%.
2. Sposób produkcji wyrobów żarowytrzymałych ze stali określonej w zastrz. 1, wykorzystujący wstępne badanie nieniszczące granicy plastyczności wyrobów w temperaturze 20°C i korygowanie wytrzymałości za pomocą procesów nagrzewania i schładzania, znamienny tym, że w przypadku uzyskania granicy plastyczności niższej niż Rp0,2 = 550 MPa wyrób nagrzewa się do temperatury austenityzacji od 950°C do 1100°C z szybkością od 50°C do 100°C na godzinę i w tej temperaturze utrzymuje się go przez czas 1 do 20 godzin, a następnie hartuje się w oleju lub powietrzu, po czym nagrzewa się do temperatury od 700°C do 800°C z prędkością od 50°C do 100°C na godzinę i w tej temperaturze utrzymuje się przez czas 2 do 20 godzin, a w końcu wolno schładza się na powietrzu do temperatury otoczenia.

PL 210 854 B1

Rysunki

Twnptntum fCJ

Wpływ temperatury na granicę wytrzymałości przy pełzaniu stali chromowej (9%Cr) zawierającej dodatki stopowe Mo (1%), V, Nb i N; poszczególne wytopy różnią się granicą plastyczności przy 20°C

FIG. 1

PL 210 854 B1

Zależność granicy wytrzymałości przy pełzaniu RmT/10 4/ó00°C od koncentracji N VN ’ ' FIG. 2 ntro 500’C IMPal

Zależność granicy wytrzymałości przy pełzaniu Rn,T,io4/500°C od granicy plastyczności Pp0,2 przy 20°C

FIG. 3

Zależność granicy wytrzymałości przy pełzaniu RinT/io/SOCdC od granicy plastyczności Pp0,2