Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к мартенситно-стареющей стали с относительно высоким сопротивлением разрушению при металлургическом переделе и изготовлении изделий с применением горячего и холодного деформирования (гибка , развальцовка, раздача и т.д.), используемой в энергетике, авиастроении, судостроительной промышленности, вакуумной технике, а также для производства спортивного инвентаря и изделий бытового назначения. Цель - повышение кратковременных прочностных и пластических свойств, сопротивления замедленному разрушению , твердости в состаренном состоянии за счет снижения стабильности аустенита. Для этого сталь дополнительно содержит медь, иттрий, цирконий, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов , мас.%: углерод 0,005-0,03; хром 12,5-13,2; никель 5,2-6,8; марганец 1,6-2,2; кремний 0,10-0,28; алюминий 0,20-0,40; титан 0,8-1,10; медь 1,5-2,0; иттрий 0,02-0,05; цирконий 0,1-0,3; кальций 0,02-0,08; ниобий 0,2-0,4; железо - остальное. 4 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1786176 А1

<я)ю С 22 С 38/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896305/02 (22) 31 10.90 (46) 07.01.93. Бюл. % 1 (71) Ленинградский государственный технический университет (72) А.М.Паршин, А,С,Калугин, Е,З.Степанов, И.Е.Колосов, M.M.Êíîðoç и В,А.Иванова (56) Авторское свидетельство СССР

М 558064, кл. С 22 С 38/52, 1977. (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к мартенситно-стареющей стали с относительно высоким сопротивлением разрушению при металлургическом переделе и изготовлении изделий с применением горячего и холодного деформирования (гибка, развальцовка, раздача и т.д,), используИзобретение относится к металлургии экономнолегированных высокопрочных коррозионностойких мартенситно-стареющих сталей с относительно высоким сокротивлением хладноломкости и высоким сопротивлением разрушению при металлургическом переделе и изготовлении изделий с применением горячего и холодного деформирования (гибка, развальцовка, раздача и т.д.), используемых в энергетике, авиастроении, судостроительной промышленности, в вакуумной технике, а также для производства спортивного инвентаря и изделий бытового назначения.

Известны коррозионностойкие высокопрочные мартенситно-стареющие стали, обладающие высоким сопротивлением различным видам коррозии и требуемым высоким уровнем прочностных, пластических свойств и ударной вязкости при умеемой в энергетике, авиастроении, судостроительной промышленности, вакуумной технике, а также для производства спортивного инвентаря и изделий бытового назначения, Цель — повышение кратковременных прочностных и пластических свойств, сопротивления замедленному разрушению, твердости в состаренном состоянии за счет снижения стабильности аустенита, Для этого сталь дополнительно содержит медь, иттрий, цирконий, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.g: углерод 0,005-0,03; хром

12,5-13,2; никель 5,2-6,8; марганец 1,6-2,2; кремний 0,10-0,28; алюминий 0,20 — 0,40; титан 0,8-1,10; медь 1,5-2,0; иттрий 0,02-0,05; цирконий 0,1 — 0,3; кальций 0,02 — 0,08; ниобий 0,2 — 0,4; железо — остальное. 4 табл, ренных и низких температурах (см. справку об исследовании заявляемого обьекта изобретения по патентной и научно-технической литературе), Ближайшим прототипом является сталь, содержащая, мас.,/:

Углерод 0,01 — 0,03

Хром 12 — "3

Никель 5 — 10

Молибден 1,4 — 2,4

Марганец 0,1 — 0,25

Алюминий 0,1 — 0,4

Титан 0,4 — 1,0

Кобальт 3 — 4,5

Кремний 0,1 — 0,25

Церий 0,01 — 0,1

Железо Остальное (авт. св. СССР N 558064, 1977, кл, С 22 С 38/48).

1786176

Сталь-прототип, кроме высоких вязкапластических свойств и сопротивления удару при умеренных и низких температурах, имеет относительно высокую хладностойкость (-90 С), малую чувствительность к смещению порога хрупко-вязкога перехода, обладает довольно хорошей корраэионнай стойкостью. Кроме отмеченных факторов, она удовлетворительно куется и сваривается, а также подвергается холодной и горячей деформации при значительных уковах и степенях деформиравания.

Однако она имеет некоторое содержание кобальта (3 — 4,5Я значительное количества молибдена (1,4 — 2,4$) и довольно большое содержанле никеля (до 10.,07), Следует указать, чта эти элементы обеспечивают высокопрочное состояние стали.

Указанные и даже более высокие прочностные свойств" при удовлетворительном

ВЯэка пластическом састаЯнии могут быть обеспечены без дорогостоящих дефицитных кобальта л молибдена путем введения в сталь 1,5 — 2,0 g, мMе8д и, кроме Отмеченнага, наши эксперименты показали, что введение меди не только обеспечивает получение требуемых кратковременных прочностных свайстВ, на и сокращает длительность сТ3 рения за счет уменьшения стабильности аустенита при снижении содержания никеля (да 7; ).

Металлургический передел и готовые изделия из стали-прототипа, особенно при большом сечении требуют осторожного подхода при нагреве b; Охлажд8нии. Зам8дленнае хрупкое разрушение особенна часто проявляется в сварных изделиях, что нами связывается с крупназернистастыа в зоне термического влияния, а также с малой скаростью нагp8BG, способствующей возникновению межзеренных напряжений при формировании карбидов (интерметаллидав).

Целью изобретения является создание высакопрочной бескабальтавай и безмолибденовой коррозионностайкой мартенситна-стареющей стали с интерметаллиднь. м вторичным упрачнением, проявляющимся при кратковременном термическом старении, т,е, при меньшем содержании нлкеля. Отсутствие молибдена и кобальта и пониженное содержание никеля в заявляемой стали диктовалось и вазможностью использования ее для производства спортивного инвентаря и предметов бытового назначения с высоким сопротивлением упругой деформации (пластинчатые и винтовые пружины, мембраны сложной формы, специальные сильфоны и т.д,), Поставленная цель (высокие механические свойства и упругая деформация, небольшое технологическое время старения, высокое сопротивление замедленному разрушению и т,д.) достигается как Введением меди (1,5-2,0"-,ь), так и микралегированием цирконием, иттрием, кальцием, обеспечивающими в основном повышение прочности границ зерен и других поверхностей разделов (фрагменты, блоки и т.д.), Указанное микролегирование не только повышает горячую деформационную способность стали, но и предотвращает развитие замедленного разрушения.

В предлагаемой стали реализуется также известное явление специальной металлургии; повышение марганца (1,6 — 2,2 ф,) для улучшения дефармационной способности, Поставленные цели достигаются сталью следующего состава, мас.ф:

Углерод 0,005 — 0,03

Хром 12,5 — 13,2

Никель 5,2 — 6,8

Марганец 1,6 — 2,2

Кремний 0,10 — 0,28

Алюминий 0,20 — 0,40

TNT8H 0,8 — 1,10

Медь 1,5 — 2,0

Иттрий 0,02 — 0,05

Цлрконий 0,1 — 0.,3

Кальций 0,02 — 0,08

Ниобий 0,2-0,4

Железо Остальное. Лзмельчение зерна при небольшом введении ниобия (0,2 — 0,4Я плодотворно сказывается на повышении вязко-пвастических свойств, хладастойкасти и сопротивляемости замедленному разрушению.

Были выплавлены в открытой индукционной печи емкостью 500 кГ слитки развесом по 50 кг. Проведена ковка, термическая обработка и старение различной длительности, Также оценивалась и склонность предлагаемой стали к замедленному хрупкому разрушению.

Химический состав и исследуемые механические свойства приведены в табл.1 — 4.

Из табл,2 следует, что заявляемая бескобальтовая и безмалибденовая сталь с медью при пониженном содержании никеля уже заметно твердеет при выдержке длительностью 2 ч, в то время как сталь-прототип (высокое содержание никеля) начинает значительно твердеть после выдержки 50100 ч, Последнее связывается с меньшей стабильностью аустенита заявляемой стали. Таким образом, заявляемая сталь обеспечивает требуемые прочностные свойства после старения длительностью 5 ч.

1786176

Таолица1

Химический состав исследуемых сталей

Содержание элементов, мас 3 Ы 11о . 1п S1

Условный

При мер

Сталь номер плавки

Al Ti с сг с

194 О, 005 12,5 5,2 - 1,6 0,10 1,5 0,20 0,80

234 0 02 12,) 5,1 - 1,g 0,21 1,8 0,31 1,0

394 0,03 13,2 6,8 - 2,2 0,28 2,0 0,40 1,10

1 Предлагаемая

15/7 0,02 12,7 j,3 2,0 0,20 0,23 - 0,30 .0,83

2 П рототип

Продочжение табл 1

Условный (Со ернание элементов мас с

При мер

Сталь номер ч ъ са ) кг ) са (се (ге

Остальное

То же

0,02

0,05

0,10

0,1

0,30

0,02

0,04

0,05

0,20

0,32

0,40

1 Предлагаемая

О, 08

334

)5/7 — 38- - - 005

2 П рототип

Из табл.3 видно, что предлагаемая сталь при оптимальном отпуске (475 С, 5 ч) имеет даже более высокие пластические и, особенно, прочностные свойства, нежели сталь-прототип после выдержки при опти- 5 мальной температуре длительностью 50 ч, Предлагаемая сталь не боится замедленного разрушения — межзеренных трещин, как при металлургическом переделе, так и при нагреве и охлаждении с обычной 10. скоростью, не было обнаружено. Это связывается с улучшением границ зерен стали легированием кальцием, иттрием и цирконием. В стали же прототипе, хотя церий имеется, но по-видимому, он не полностью 15 подавляет задержанное разрушение. Результаты экспериментов приведены в табл,4, Ожидаемый экономический эффект выразится в повышении тактико-технических 20 данных энергетических установок, значительном уменьшении технологического времени в процессе старения и экономии дорогостоящих дефицитных элементов (кобальта, молибдена, никеля). 25

Формула изобретения

Сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, кремний, алюминий, титан, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения кратковременных прочностных и пластических свойств, сопротивления замедленному разрушению, твердости в состаренном состоянии за счет снижения стабильности аустенита, она дополнительно содержит медь, иттрий, цирконий, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод 0,005 — 0,03;

Хром 12.5-13,2;

Никель 5,2-6,8;

Марганец 1,6-2,2;

Кремний 0,10 — 0,28;

Алюминий 0,20 — 0,40;

Титан 0,8 — 1,10;

Медь 1,5 — 2,0;

Иттрий 0,02 — 0,05;

Цирконий 0,1 — 0,3;

Кальций 0,02 — 0,08;

Ниобий 0,2-0,4;

Железо остальное

1786176

Табли ца 2

Твердение во времени в процессе старения при оптимальной температуре 475 С предлагаемой стали и стали-прототипа

Твердость после старения по

Виккерсу

Условный Твердость номер после заплавки калки по

Виккерсу

Пример

Время старения, ч

Сталь

1 Предлагаемая

194

2 475

5 528

10 525

50 530

100 521

2 475

5 532

1О 541

50 534

100 505

2 490

5 530

10 560

50 540

100 510

2 130

5 1Э5

1О 208

50 471

100 483

209

294

221

3Э4

227

149

1 7/7

2 П рото тип

П р и м е ч а н и е 1 При старении длительностью 100 и более начинается известный процесс перестаривания, т. е. падение твердости (прочности) во времени

2. На каждую точку было испытано четыре гагаринских образца

Таблица3

Кратковременные прочностные и пластические свойства при комнатной температуре заявляемой стали и стали-прототипа после старения по оптимальному режиму

Механические свойства

Условный номер плавки

Номер Сталь б, МПа 6„, МПа д", i

43,9

44,1

42,0

40,8

1984

2021

2087

1929

1 Предлагаемая 194

294

394

15/7

1901

1 738О

9,2

8,8

8,6

8,0

2 П рото тип

1786176

Таблица 4

15

30

Составитель В,Иванова

Техред М,Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор

Заказ 232 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Наличие и отсутствие трещин замедленного разрушения в исследуемой стали и стали-прототипе