Топочные листы из технического чистого железа

В связи со стремлением заменить медь в паровозных топках столь же пластичным железом проводились исследования листов, прокатанных из технически чистого железа, содержащего угле­род в пределах 0,01—0,06% и всех примесей (С + Мп + Si + Р+ S) менее 0,14%.

По сравнению с углеродистой мягкой сталью технически чи­стое железо отличается более высокой стойкостью против корро­зии при высоких температурах.

Благодаря высокой степени вязкости и пластичности техни­чески чистое железо является хорошим материалом в условиях холодной штамповки, связанной с глубокой вытяжкой, и приме ияется для изготовления котлов, труб, резервуаров, газгольдеров дренажных волнистых труб, цепей, проволочных изделий и целого ряда предметов широкого потребления — эмалированной по­суды, холодильников, мебели и т. п.

Небезинтересно указать, что металлические цепи одного из наших старых мостов, простоявшего 100 лет без всяких повреждений представлял собой технически чистое железо следующего состава: 0,05% С; 0,01% Мп; 0,03% Si; 0,032% Р; 0,007%; S 0,03% Си; 0,03% 02; 0,003% N2; 0,001% Н2, общая сумма примесей составляла 0,193%, содержание чистого железа—99,807%.

Электропроводность технически чистого железа выше, Чещ обыкновенной мягкой стали, на 50% и составляет 17—18% от электропроводности чистой меди.

Технически чистое железо обладает повышенной склонностью к наклепу и рекристаллизации с образованием весьма крупных зерен в критической зоне при температуре около 850—1050°.

3

Рис. 66. Зависимость ударной вязкости технически чистого железа от температуры горячей обработки.

 

В пределах критических температур металл проявляет чрез­вычайную хрупкость и при горячей деформации давлением дает трещины и даже разваливается ва куски. Поэтому горячую об­работку технически чистого железа можно вести только при тем­пературе выше 1100° и ниже 850° (примерно до 650°), что вы­зывает значительные трудности при прокатке железа этого сорта.

Слитки (больших сечений) для прокатки нагревают до температуры не менее 1300°. Прокатку металла ведут очень быстро, сильными обжатиями, чтобы успеть закончить получение полуаската до наступления критической температуры. После охлаж­дения металла до температуры около 830° возобновляют про­катку на лист.

Прокатка Украинским институтом металлов пробных плавок технически чистого железа, проведенная на одном из заводов, показала, что сутунка из этих плавок, нагретая до 800°, хорошо прокатывалась на листы толщиной 1,5 и 2,0 мм.

Как показали более поздние опыты, при содержании в тех­нически чистом железе более 0,05% О2 обрабатываемость ме­талла ухудшается: часто получается рваная кромка.

По данным специально поставленных в 1937 г. опытов на за­воде «Красный гвоздильщик» была составлена кривая ударной вязкости технически чистого железа (рис. 66). Кривая имеет три температурных максимума: 100, 500 и 1170°, и три минимума: п зона хладноломкости — ниже 0°, 2) зона синеломкости — 350—400° и 3) зона красноломкости — 850—1140°. Ниже 0° и в зоне 850—1100° металл хрупок и не переносит никакой де­формации.

Прокатка технически чистого железа на топочные листы бы­ла осуществлена бригадой Украинского института металлов на Таганрогском металлургическом заводе. Было отлито 6 плавок; слитки прокатывались на листы толщиной 11 и 20 мм.

4

В табл. 27 приведен химический состав плавок, а в табл. 28— характеристика механических свойств листов, прокатанных из металла этих плавок.

5

Для механических испытаний из листов вырезались полосы шириною 50—60 мм вдоль и поперек прокатки. Механические испытания производились над сырыми (прокатанными) и над термически обработанными образцами. Термическая обработка образцов состояла в нагреве до 1000° с охлаждением на воздухе, в воде и с охлаждением в воде с последующим высоким отпу­ском при 650°.

Сравнивая механические свойства металла в продольном в поперечном направлениях, можно видеть, что цифры прочноств в обоих направлениях практически одинаковы. Удлинение и сжа­тие в поперечных образцах немного ниже, чем в продольных.

Изменение механических свойств под влиянием указанных выше процессов термообработки незначительно, что и следова­ло ожидать от металла с чисто ферритной структурой.

Характеристика металла по ударной вязкости приведена в табл. 29.

Из данных табл. 29 следует, что ударная вязкость, получен-ная на продольных образцах, выше, чем ва поперечных, а удар­ная вязкость закаленных образцов несколько ниже, чем остальных.

6

Указанные механические свойства технически чистого железа позволяют с успехом применять его как очень вязкий и доста­точно прочный металл для замены медно-котельных паровозных топок в котлах низкого давления, где допустимо иметь металл <р значением прочности при растяжении около низшего пре­дела (34 кг/мм2).

Чтобы повысить механические свойства технически чистого железа, в металл вводили небольшие количества легирующих присадок. Например, технически чистое железо одной из марок легировано молибденом (~ 0,05—0,07%) и медью (~ 0,4—0,5%).

Пробные плавки медисто-молибденового железа с содержа­нием 0,03% С; 0,45% Си и 0,07% Мо из спокойной сталл про­водились на одном из паровозостроительных заводов.

Часть полученных слитков была прокатана в листы толщи­ной 11 мм. Исследование показало, что спокойный металл со­держит значительно меньше шлаковых включений (по количе­ству и размерам) и имеет более мелкозернистую структуру, чем кипящее технически чистое железо.

Спокойный металл оказался также более чистым по содер­жанию кислорода (кислорода в ном в два раза меньше, чем в обычном кипящем металле) и более устойчивым против кор­розии.

Средние значения показателей механических свойств леги­рованного технически чистого железа в нормализованном (при 1000°) состоянии, приведены в табл. 30.

При спокойном металле легированное технически чистое же­лезо имеет несколько более высокий предел прочности, сжатие и ударную вязкость, а удлинение — ниже, чем обычное техни­чески чистое железо. Механические свойства образцов, взятых вдоль и поперек прокатки, почти совершенно одинаковы.

7

Образцы легированного технически чистого железа (из цв­етов толщиной 11 мм) были подвергнуты 10%-ной деформаций растяжением, нагреты до 100, 300 и 400° с выдержкой при температурах по 2 часа и испытаны на ударную вязкость Сред­ние результаты ударной вязкости легированного технически чистое железа до старения и ударной вязкости кипя­щего технически чистого железа приведены на диаграмме рис. 67.

8

Рис. 67. Ударная вязкость легированного технически чистого железа до и после старения.
 

Цз диаграммы видно, что ударная вязкость легированного технически чистого железа после старения значительно выше, чем кипящего технически чистого железа до старения.

В этом отношении легированное технически чистое железо не уступает металлу марки «изетт», который после естественного старения имеет ударную вязкость 13—14 кем/см2 и применяется в котлостроении.

AllSteel