Дослідження та розробка економно-легованої феритної жаростійкої сталі для системи вихлопного тракту автомобілів - Автореферат

Сталі 08Х18Т1, 04Х17Т, хоча і задовольняють вимогам по жаростійкості, корозійній стійкості, близькості коефіцієнтів термічного розширення, однак не мають достатнього рівня механічних властивостей для проведення операцій штампування. Досвід провідних автомобілебудівних фірм показує, що для виготовлення великої номенклатури деталей системи вихлопного тракту, до яких відносяться і нейтралізатори відпрацьованих газів, розроблені та використовуються економнолеговані жаростійкі сталі, що мають у своєму складі 10-11 % хрому та стабілізовані титаном (YUS-409D, AISI-409, DIN WNR 4512). Однак, вони мають у своєму складі не виправдано великий вміст хрому, що може бути знижений за рахунок додаткового легування такими елементами як, наприклад, алюміній та кремній, котрі як і хром підвищують жаростійкість сталі. Альтернативою цим матеріалам можуть стати економнолеговані однофазні феритні сталі, склад і структура яких забезпечують високу технологічність при виготовленні листового металопрокату та готових виробів з нього, а також достатній рівень жаростійкості і корозійної стійкості. Вперше показано принципову можливість затамувати поліморфізм і одержати однорідну феритну структуру в сталі, що містить 7-9% хрому шляхом легування її додатково кремнієм, алюмінієм і титаном.

Аналіз світового досвіду в автомобілебудуванні показує, що постійне удосконалення норм експлуатації автомобілів вимагає вживання заходів по зниженню токсичності відпрацьованих газів. Одним з ефективних методів рішення цієї задачі є установка в системі вихлопного тракту нейтралізаторів відпрацьованих газів. Особливості експлуатації цих виробів (вплив гарячих газів, атмосферні та дорожні умови) обумовлюють використання для їх виготовлення високолегованих корозійностійких сталей. Сталі такого класу, що виробляються вітчизняною металургійною промисловістю, не завжди відповідають вимогам до матеріалів, призначених для нейтралізаторів відпрацьованих газів (структурний фактор, рівень фізико-механічних властивостей та висока вартість). У той же час ведучі автомобілебудівні фірми використовують для цих цілей економнолеговані хромисті жаростійкі сталі.

У процесі розробки хімічного складу економно-легованої жаростійкої сталі досліджувався вплив кремнію, алюмінію та титану на структуру і властивості залізо-хромистого сплаву з 7-9% хрому. У ході дослідження показано принципову можливість отримання однорідної феритної структури в залізо-хромистому сплаві з таким вмістом хрому при легуванні його не коштовними та не дефіцитними феритоутворюючими елементами - кремнієм, алюмінієм та титаном.

З застосуванням методу математичного планування експериментів отримано рівняння регресії, що визначають вплив легуючих елементів на експлуатаційні та механічні властивості сталі.

Дані, які отримали, дозволили встановити межі вмісту легуючих елементів в сталі (Cr - 7,0-8,5%; Si - 0,8-1,2%; Al - 0,9-1,2%; Ti - 0,3-0,6%), що дозволяють гарантовано забезпечити однорідну феритну структуру та оптимальне співвідношення характеристик пластичності та міцності (d5-39-41%; sв-650-660МПА).

Досвід промислового виготовлення холоднокатаного листового металопрокату та деталей вихлопного тракту автомобілів показав, що розроблена сталь 08Х8СЮТЧ технологічна на всіх етапах металургійного переробу та при виготовленні з неї деталей методами штампування-витягування та зварювання.

Випробування експлуатаційних властивостей показали, що легування алюмінієм і кремнієм забезпечує жаростійкість сталі з 8% хрому до температур 800-900°С як у повітряному середовищі, так і в продуктах горіння палива. По цьому показнику розроблена сталь знаходиться на рівні високохромистих та хромонікелевих корозійностійких сталей. Висока жаростійкість отриманого матеріалу пояснюється тим, що в процесі високотемпературного окислення на поверхні матеріалу утворяться щільні захисні оксидні плівки шпінельного типу, які складаються з оксидів заліза, хрому, кремнію та алюмінію.

Кількісні дані, які отримані в ході випробувань на жаростійкість сталі 08Х8СЮТЧ дозволили розрахувати та побудувати параметричну діаграму жаростійкості, що дає можливість прогнозувати граничні терміни експлуатації виробів із цієї сталі при температурах 550,700, 850°С та терміні випробувань 100000 годин.

Враховуючи, що вироби системи вихлопного тракту автомобілів у процесі експлуатації зазнають вплив зовнішнього середовища, проведено порівняльні випробування корозійної стійкості. Показано, що сталь 08Х8СЮТЧ по корозійній стійкості декілька поступається нержавіючим сталям (8 бал стійкості по ГОСТ 13819-68 проти 10 бала у сталей 08Х18Т1 та 12Х18Н10Т), однак така стійкість цілком задовольняє умовам експлуатації цих виробів.

Практичне апробування результатів розробки здійснено при виготовленні промислових партій холоднокатаного листового металопрокату, електрозварних труб, дослідно-промислових партій виробів для системи вихлопного тракту автомобілів. Отримано економічний ефект, який тільки від заміни сталі 12Х18Н10Т, при виготовленні нейтралізаторів відпрацьованих газів автомобілів сімейства ВАЗ на Ризькому мотозаводі склав 40190 карбованців у цінах 1992 року. При подальшому впровадженні сталі 08Х8СЮТЧ для виготовлення деталей системи вихлопного тракту автомобілів очікуваний економічний ефект тільки по АТ “Авто-ЗАЗ” складе 440000 гривень на рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Нестеров А.В., Климов А.В. Выбор химического состава низкохромистой ферритной стали и исследование ее жаростойкости //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні: Науковий журнал ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1997, № 1-2. - С. 47-48.

2. Нестеров А.В., Климов А.В. Влияние термической обработки на свойства холоднокатаной стали марки 08Х8СЮТЧ, предназначенной для системы газовыхлопа автомобилей // Проблемы современного материаловедения / Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. - Днепропетровск, 1998. - С. 119-120.

3. А.В. Климов, А.В. Нестеров, В.В. Демешко Перспективы использования листовых ферритных сталей с 8-14 % хрома в хлебопекарной промышленности //Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Зб. наук. пр. ЗДТУ. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1998. - С. 201-202.

4. Андрияненко Д.А., Нестеров А.В., Ткаченко И.В. Изучение пластичности и жаростойкости ферритной стали 08Х8СЮТЧ //Новые конструкционные материалы и эффективные методы получения и обработки, повышение надежности и долговечности деталей и конструкций: Сборник научных трудов.-Киев: УМК ВО, 1991. - С. 44-46.

5. Авторское свидетельство № 1697444. СССР, МКИ С22С 38/28 “Ферритная жаростойкая сталь” / Нестеров Александр Васильевич и другие, указанные в описании. № 4804749/02. - Заявл. 21.03.90. Опубл. 08.08.91. Бюл. № 19 - 2 с.

6. Нестеров А.В., Стукало Л.А. Перспективы применения экономно-легированных жаростойких сталей для газовыхлопа автомобилей // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий. / Тезисы докладов к IV Всесоюзной научн.-техн. конф. - Запорожье, 1989. - С. 148.

7. Нестеров А.В., Демешко В.В. О коррозионной стойкости стали марки 08Х8СЮТЧ. // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий. / Тезисы докладов к V научн.-техн. конф. - Запорожье, 1992. - С. 132-133.

8. Бондаренко А.Л., Нестеров А.В. Исследование фазового состава окисных слоев экономнолегированной ферритной коррозионностойкой стали 08Х8СЮТЧ // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий. / Матеріали VI Міжнародної наук.-техніч. конф. - Запоріжжя, 1995. - С. 78.

9. Климов А.В., Нестеров А.В. Влияние параметров металлургического переделана характер распределения карбидных включений и свойства холоднокатаной стали марки 08Х8СЮТЧ // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах / Сборник научных трудов VIII научн.-техн. конф. - Запорожье, 1997. - С. 93-94.

10. Климов А.В., Нестеров А.В. Совершенствование системы легирования коррозионностойких сталей ферритного класса // Проблемы современного материаловедения / Сборник трудов Международной конференции. - Днепропетровск, 1997. - С. 94-95.

Размещено на .ru