Przedmiotem wynalazku jest stal stopowa. Stale stopowe znajduja szerokie zastosowanie w budowie maszyn, zwlaszcza w budowie urzadzen energetycz¬ nych do wytwarzania konstrukcji spawanych, pracu¬ jacych pod cisnieniem w temperaturach do 450 °C, na przyklad naczyn cisnieniowych atomowych zespo¬ lów energetycznych.W celu zapewnienia duzej niezawodnosci i bezpiecz¬ nej eksploatacji atomowych zespolów energetycznych, *tale na naczynia cisnieniowe powinny miec duza wy¬ trzymalosc i ciagliwosc w temperaturach roboczych oraz duza odpornosc na zwiekszajace kruchosc oddzia¬ lywanie podwyzszonych temperatur.Z opisu patentowego RFN nr 22 39 092 znana jest *tal, mogaca znalezc zastosowanie w budowie urzadzen -energetycznych i majaca nastepujacy sklad wagowy poszczególnych skladników: 0,02—0,15% wegla, 0,1— 2,5% manganu, do 2,0% molibdenu, 0,01—2,0% gli¬ nu, 0,1—1,0% krzemu, do 3,0% niklu, 0,01—0,2% wanadu, 0,002—0,02% azotu, reszta zelazo.Stal ta moze zapewnic odpowiedni poziom wlasci¬ wosci wytrzymalosciowych, wymagany przy wytwa¬ rzaniu naczyn cisnieniowych atomowych bloków ener¬ getycznych w temperaturach ekslpoatacji, jednak wraz ze zblizeniem zawartosci niklu i manganu w tej stali w temperaturach 350—450°C.Z opisu swiadectwa autorskiego ZSRR nr 554 702 :znana jest stal, która stosuje sie do wytwarzania na- 10 15 20 30 czyn cisnieniowych atomowych bloków energetycznych.Stal ta ma nastepujacy sklad wagowy poszczególnych skladników: 0,08—0,11% wegla, 0,17—0,37% krze¬ mu, 0,6—1,4% manganu, 1,7—2,7% niklu, 0,35—0,6% molibdenu, 0,03—0,07% wanadu, 0,02—0,07% gli¬ nu, 0,005—0,012% azotu, reszta zelazo.Stal moze zawierac wagowo w postaci domieszek do 0,3% chromu, do 0,2% miedzi, do 0,02% siarki, do 0,018% fosforu.Zarówno ta stal, jak i podana powyzej, zapewnia zadany poziom wlasciwosci wytrzymalosciowych, jed¬ nak wraz ze zblizeniem zawartosci w niej niklu i man¬ ganu do górnych granic znacznie wzrasta sklonnosc do zwiekszania sie kruchosci w procesie dlugotrwa¬ lych wygrzewan w temperaturach 350—450°C.Celem wynalazku jest opracowanie stali o zwiek¬ szonej odpornosci na wzrost kruchosci w procesie dlugotrwalych wygrzewan w temperaturach 350— 450°C.Cel ten osiagnieto dzieki temu, ze w stali wedlug wynalazku, zlozonej z wegla, krzemu, manganu, ni¬ klu, molibdenu, wanadu, glinu, azotu, fosforu, zelaza zawarty jest równiez arsen, cyna i wapn przy nastepu¬ jacej zawartosci wagowej poszczególnych skladni¬ ków: 0,08—0,14% wegla, 0,10—0,37% krzemu, 0,6— ¦lj4% manganu, 1,7—2,7% niklu, 0,4—0,7% molib¬ denu, 0,03—0,07% wanadu, 0,02—0,07% glinu, 0,005— 0,012% azotu, 0,008—0,015% fosforu, 0,003—0,008% arsenu, 0,001—0,005% cyny, 0,005—0,15% wapnia, reszta zelazo, przy czym sumaryczna zawartosc ni- 124 853124 853 klu i manganu je6t powiazana z zawartoscia fosforu nastepujaca zaleznoscia (w procentach wagowych): (Ni + Mn)xP<0,037 Podane skladniki i ich ilosci procentowe zapewniaja niezbedny zespól cech stali. Na przyklad przyjeta górna granica zawartosci wagowej wegla, równa 0,14%, wiaze sie z tym, ze dalsze zwiekszenie zawartosci wegla w stili Mn-NI-Mo-Y pogarsza spawalnosc i zwiekiza sklonnosc do kruchosci. Przy zawartosci wagowej wega ojpnizej 0y©8% nie jest zapewniony wymagany ^ppzjjom- wlasciwosci wytrzymalosciowych w duzych przekrojach.Przy zawartosci wagowej krzemu ponizej 0,10% nie*/uzyskuje sie nalezytego odtlenienia stali, co po¬ garsza jej- jakosc/ Zwiekszenie zawartosci wagowej krzemu powyzej 0,37% przyczynia sie-do~zmniejsze-^ nia ciagliwosci stali i zwiekszenia jej sklonnosci do wzrostu kruchosci po procesie odpuszczania.Przy zawartosci wagowej manganu ponizej 0,6% nie jest zapewniony wymagany poziom wlasciwosci wytrzymalosciowych ftatt W duzych prwkróJaCh. Zwiek¬ szenie zawartosci wagowej manganu powyzej 1—4% zmniejsza udarnosc stali oraz powoduje wzrost kru¬ chosci po procesie odpuszczania.Dolna granica zawartosci wagowej niklu, równa 1,7% zapewnia przy zawartoici wagowej manganu w wysokosci 0,8—1,4% tizytkanie Odpowiedniego poziomu wlasciwosci wytrzymalosciowych, wymaga¬ nego dla naczyn cisnieniowych atomowych bloków energetycznych. Zwiekszenie zawartosci wagowej ni¬ klu powyzej 2,7% znacznie zwieksza sklonnosc stali do zwiekszenia kruchosci po procesie odpuszczania i pogarsza spawalnosc.Przy zawartosci wagpwej molibdenu ponizej 0,4% wzrasta sklonnosc tftali do zwiekszania sie kruchosci w podwyzszonych temperaturach, a takze jej sklonnosc do amniejezenia wytrzymalosci przy odpuszczaniu.Przy zawartosci wagowej molibdenu powyzej 0,7% pogarsza sie ciagliwosc i spawalnosc stali.Dolna granica zawartosci wagowej Wanadu* równa 0*03%i zapewnia dostateczne odtlenlenie i odgaioWa- nle stali oni struktur* drobnoziarnista. Przy zawar¬ tosci wagowej wanadu powyzej 0,07% pogarsza sie spawalnosc itali* Ztanfejazante zawartosci wagowej glinu ponizej 0,02% nie pozwala oiiagnaó calkowitego odtlcnienif i iwtaaafua azotu w azotki glinowe. Pizy zawartosci wagowej glinu powyzej 0*07% stal zanieczyszcza sie tlenkami gliaowymi* zmniejszajacymi ciagliwusc i ptes- tycaaosc stali* 10 15 25 30 35 40 Przy zawartosci wagowej azotu* nie mniejszej od 0,005%, w stali powstaje dostateczna ilosc azotków glinowych, zapewniajacych uzyskanie struktury drob¬ noziarnistej. Przy zawartosci wagowej azotu powyzej 0,012% Stal i polaczenia Spawane z niej moga byc sklonne do starzenia odksztalceniowego i cieplnego.Przewidziane zakresy zawartosci wagowej arsenu. (0,003—0,008%) i cyny (0,001—0,005%)* przy gór¬ nej granicy zawartosci Wagowej fosforu* nie przekra¬ czajacej 0,015%, umozliwiaja zwiekfzenie odpornosci stali na Wfctort kruchosci w procesie dlugotrwalych wygrzewan w podwyzszonych temperaturach, a przy tym Wytapianie stali ze zwyklych materialów wsado¬ wych.Aby zwiekszenie zawartosci niklu i manganu w stali w granicach proponowanego skladu nie powodowalo wzrostu¦¦-- knreheseH uw*fUnko»e**j—miedzyztofeewa segregacja fosforu przy dlugotrwalych wygrzewaniach, sumaryczna zawartosc niklu i manganu powinna byc powiazana z zawartoscia fosforu zaleznoscia; (Ni +Mn)xP<0,037 (w procentach wagowych) Zaleznosc ta okresla dopuszczalna zawartosc niklu i manganu w zaleznosci od osiagalnej w danych wa¬ runkach technologicznych czystosci stali w zakresie zawartosci fosforu lub odwrotnie, determinuje górna granice zawartosci fosforu w stali w zaleznosci od za¬ wartosci niklu I manganu, wymaga lej dla zapewnienia odpowiednich wlasciwosci mechanicznych.Stal wedlug wynalazku zawiera dodatkowo wapn w ilosci wagowej 0,005—0,15%, co zmniejsza kru¬ chosc stali przy wygrzewaniu wskutek zmniejszenia niekorzystnego wplywu na kruchosc zjawiska anizo¬ tropii ciagliwosci stali w kierunku podluznym i po¬ przecznym, dzieki wiazaniu siarki, wystepujacej w stali w postaci domieszki* we wtracenia niemetalowe.Sposób otrzymywania stali wedlug wynalazku jest bardzo prosty i jest realizowany nastepujaco: Stal wytapia sie w glównych piecach lukowych.Jako materialy wsadowe stosuje sie wolne od fosforu, arsenu i cyny: zlom stalowy* specjalne zeliwo* zelazo¬ stopy (zelazowanad, zelazomolibden* zelazokrzem)* metakrzemian wapniowy i czysta metale (mangan nikiel i glin).Proces technologiczny wytopu stali obejmuje nas¬ tepujace operacje: wsad (zlom stalowy i stluczke elek¬ trodowa) laduje sie do pieca i topi sie go; dodaje sie wapno, fluoryt i rude zelaza; przeprowadza sie proces gotowania* odfosforowywania i nagrzewania metalu; odnawia sie zuzel utleniajacy* odtknia sie ciekla stal i zuzel za pomoca zelazokrzemu i zelazomanganu; 1 Mumer J przykladu | 1 2 5 4 5 0 [ n»i rmiT-iiiiimi- Tablica 1 Stiad ehemicany stali wedlug wynalazku (w procentach wagowych) C 0,00 0,10 '«,». 0,11 0,1* o,* Si 0,10 W 0,37 0,15 0,1* 0*31 Ma 1 0,00 00l 1,40 0,70 0,0* i 0»ttj -- - i Ni 1 w ** 2*7 2,07 a,3 3,38 Mo M 0,63 : 0,70 0,40 0,62 V \ 0,05 047 0,06 0,03 i 0,04 Al 0,0* ^0,05 0,<# 0,00 0,03 0,01 J n ; 0,005 0,000 ! 0,012 0,000 0,005 0,0071 - —--* P I 0,014 0,011 0,008 o^oia 0,010 0,000 ag i i imi - As 0,003 0*006 o,oos 0,000 0,003 Sn 0,001 0,003 0,003 0,002 0,005 0,003 09 i 0,005 0,00 0,15 0,06 I 0,11 0,03 (Ni+Mn)xP 0,036 | 0,016 f 0,033 l 0,034 j 0,033 i 0,020 1124 853 CJ * 2 tn io CJ J3 o li ^8 O O in o cn »-i CJ .« i<= o ^h + O I O 111 3 , d bp rt tj CO 4- a N *C I co 51 © i-H ^H i-H r; x x x x t^ 11^ co i cn tn i ^ t^Ii-h m^H cn i-h cno mlo i-hIcm i-h I cn i-h I cn ¦^ I cn iniin h it^ t^l"^ uS \o\ cn |»n ^_ ' — - ' — "3! ^ ^1^ cni^o t^ivo voo ^ n< cn cn w h I cn h Id i—i I cm «-i Icn X X X X t I v© C*» I v© L*-|VO h- | v© ^oo cno ^o\ cno\ i-l|i-l i—I | CN H |H t—I I i-H cN in t^ i ^ O 00 CN 1 t^ t- i cn cn \*£ CN 1 f- I CN O T}H O r- t cn -H t ^h 1 C| 00 oó o cn vo 1 t vO i cn o i cn o i y-t cn ih oo \Q\ Oio o i cn I ^ O I CN 00 I CN I \© ITi I v© in lvO O i 00 O I »T vO|CN vOiO V© 00 tO N* CN ki CNlTi CNlCN CN I CN CNlCN CNlcN h ioo i-h i o oo i cn tn i oo ^ O CN 0\ i-h 00 CN CN I CN i-H I CN i-i CNicn miON in i'* ooivo CNl^ 00 M XIO h IO CNlcN r-ilcN ^hIcn ^hIcn co g O On in 1 °° o vO On m in 1 ^ m in r^ cn in in ^ m o On ^ 1 o cn 1 in On v© 1 °° cn 1 v© ¦^ 00 in i 00 TJH i o i O CN l I v© in in i^ oi m cn tf i-h V© V© I V© O I I h- 00 11^ O h^ t^ Uh cn I v© \f\ I v© in 00 On I 00 oo ^ h in m lin CN Ph g.'2 u oo v© i cq v© i r- cn i i-h in r- cn hn cn ^ cn I cn cn l cn cn I cn i on inio ^icn ^ | m <3< in on ^h \^ \o\ v© oo ^ I ^ cn I ^ cnlcn cnlcn 11^ 00 I CN O cn t o\ v© I ir ^ I tj< ^ cn o o CN O o Q Q O CN US O O in O CN O m cn o o ^ o m "^ i-i I i-h cnicn cnicN cnicn ^h© ooi-h moo mv© ^1"^ cnl^ cnlcn cnlcn q o q o cn in o in cn ^ "^ ^ .H S U4 i "s a + o CN T3 O (U N Tl O £ £ 0) C tow f-l e« o 650 .N »H Uh U G OJ N O N co dpu o « + o 0\ TJ O (U N TJ O ^ CJ o tn V© rl N I-I Cm •if o o CN ON TJ O N Tl O ^ £ u G c« tow i-i U o O m V© N 1-4 Ph (U G ca N O N co ndp o B +124 853 en i—i cn i—i i—i o On 00 r- vO in Uf cn 01 i-t O 1 O i-H CN o i in i—i i—i o 1 o m i tI° t Tf t Tf o o o o i-H t-H i—1 i—1 X X X X t^ivo iivo r-ivo o|vo en ^ in^H cn © cn on H|H .-H | CN i-H 1 CN rH l i-H CM 1 "^ © 1 -^ © 1 CN (^ IH \£lvO vo|v© volv© ITll^O om o\ ih oo io on i ^h CN 1 CN .-h l CN «-h 1 CN i-h 1 CN t^l^O 00 1 l"- On 1 00 On 1 00 in t on h-n m oo ^ho volx inl^o inlm in lin '-HIO CN 1 -h CN 1 CN d IM vo on on cn r-o r^ on -tf l^ en 1 <3< en 1 ^ en len o o o o cn in o m en -^ ^ o T3 m O vO odzie przy artowanie w w odpuszczanie X + | 200 m 1 o © CM 1 O O o 1 o in 1 1 m l + ¦* o »-H X 00 I t*- \o\ ^ o 1 in t- Ib- "* [ O CN 1 CS 00 1 t^ o co V© | V© CM ^ ^ 1 ^ O CN U cm U 0\ ° •o 8 O V© ¦ Si ^ N N artowanie w w odpuszczanie W + 200 vO ¦t O i-H X 00 1 v© O On i-H | i—1 vO 1 —i vO 1 l cn i in CN IcN ON 1 00 m co in 1 in CNJ | CM cc o en l en o in en ¦* o i-H X h- 1 v© CN h ^H | CN ^ 1 O vO 1 l i-H 1 ^ CM 1 CN On I 00 en o in 1 m en 1 cn V© ON en 1 en o o ^ -* o X 00 o 1—1 en vo On O en in en in en o ITi ¦^ vO o CN X v© vO CN On sn .m CNJ t^ en O I O m oo m i in CN htf O 1 O nh ©im CN i-h 1 1 + "* © i-H X ^ 1 vO in on 1 —i CNI 1 O o? oo in 1r- ^ i CN On i- «-h 1 CN ^ I © CO t<- in 1 o © I O © © ^ Im © CN O o CN O ON O. rr-. O O v© • ^ ^ N N o a artowanie w w odpuszczanie X + 200 rt •M znana s •* © i-H X 00 100 en h^ ^h Icn en 11-* 00 CN in 1 o ^ i vO uo en «-" 1 CN CN 1 CN en en in I vo On I ^ in in en 1^ © m en © 1—1 X © 1 © en cn «-! Icn "tf |00^ I ^H in 11 Os | © i ^ i-h 1 CN ON I-H -H -H in 1 v© © 1 CN ^ en 1 ^< © © ^ ¦* ^ i-H X l^ 1 CN CN -h —i 1 CN *~k i °i oo © in 11^- © l en l^ en '—' 1 CN vO IO © ON m \ in On I ^ -h CN en 1 ^ o in "*124 853 9 10 wprowadza sie do stali skladniki stopowe; ostatecznie odtlenia sie stal za pomoca aluminium a modyfikuje za pomoca wapnia.W celu umozliwienia lepszego zrozumienia istoty wynalazku, przytacza sie nastepujace konkretne przy* klady.Przyklad I. Wytapia sie stal o nastepujacym skladzie wagowym: 0,08% wegla, 0,10% krzemu, 0,60% manganu, 1,7% niklu, 0,4% molibdenu, 0,03% wanadu, 0,02% glinu, 0,005% azotu, 0,014% fosforu, 0,003% arsenu, 0,001% cyny, 0,005% wapnia.Stal wytapia sie w piecu lukowym. W charakterze materialów wyjsciowych stosuje sie wolne od fosfo¬ ru, arsenu i cyny: zelazo Armco, stluczke elektrodowa, specjalne zeliwo, zelazostopy, metakrzemian wapnio¬ wy o zawartosci wapnia 15—30%, czysty metaliczny mangan, nikiel i glin. Wsad laduje sie do pieca, to¬ pi sie i nagrzewa do temperatury 1530—1580°C. Po stopieniu dodaje sie rude zelaza i wapno, a powstajacy zuzel utleniajacy miesza sie dokladnie z ciekla stala.Nastepnie usuwa sie zuzel i ponownie dodaje sie do kapieli rude zelaza i wapno, po czym laduje sie nikiel i zelazomolibden.Proces gotowania przeprowadza sie dopóty, dopóki zawartosc wagowa wegla w stali nie osiagnie 0,08%.Z kolei usuwa sie z pieca zuzel utleniajacy, dodaje wapno, fluoryt, aluminium, zelazokrzem, mangan, zelazowanad. Ciekla stal nagrzewa sie do tempera¬ tury 1610—1640 °C i spuszcza z pieca. W kadzi do stali dodaje sie metakrzemian wapniowy.Przyklady II—VI. W tablicy 1 podane sa sklady stali, wytopionej w sposób, analogiczny do sposobu, przedstawionego w przykladzie I.W tablicy 2 podane sa wlasciwosci mechaniczne sta- 0 li wedlug wynalazku (przyklady 1—6) i stali znanej, o zawartosci wagowej niklu 1,7—2,7%, po optymalnej obróbce cieplnej.Jak wynika z tablicy 2, stal wedlug wynalazku ma przy analogicznym ze znana stala poziomie wlasci- 10 wosci wytrzymalosciowych wieksza w porównaniu z nia odpornosc na wzrost kruchosci przy dlugotrwa¬ lym wygrzewaniu. I tak o ile w znanej stali zwieksze¬ nie krytycznej temperatury kruchosci po 10000-go- dzinnym wygrzewaniu w temperaturach 350, 400 i w 450°C wynosi 10—20. 25—45 i 50—70°C, o tyle w przypadku stali wedlug wynalazku zmiana krytycznej temperatury kruchosci nie przekracza odpowiednio 20°C po takim samym wygrzewaniu w temperaturach do 450 °C. 20 Zastrzezenie patentowe Stal, zawierajaca 0,08—0,14% wegla, 0,10—0,37% krzemu, 0,6—1,4% manganu, 1,7—2,7% niklu, 0,4— 0,7% molibdenu, 0,03—0,07% wanadu, 0,02—0,07% 25 glinu, 0,005—0,012% azotu, 0,008—0,015% fosforu, reszta zelazo, znamienna tym, ze zawiera 0,C03— 0,008% arsenu, 0,001—0,005% cyny, 0,005—0,15% wapnia, przy czym sumaryczna zawartosc niklu i man¬ ganu jest powiazana z zawartoscia fosforu nastepu- 30 jaca zaleznoscia wyrazona w procentach wagowych (Ni+Mn)xP<0,037 PL PL PL