Нержавеющая сталь

 

Использование: для высоконагруженных деталей в машиностроении и судостроении. При введении в сталь азота и кальция углерода достигается повышение прочности при сохранении удовлетворительной пластичности. Это обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и увеличение срока службы конструкций из этой стали. Нержавеющая сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,03 - 0,07; хром 15,0 - 16,5; никель 2,5 - 4,0; азот 0,12 - 0,18; ниобий 0,05 - 0,10; кальций 0,01 - 0,03; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии стали, в частности к легированным коррозионностойким высокопрочным сталям, используемым для высоконагруженных деталей в машиностроении и судостроении.

Известна хромоникелевая сталь 14Х17Н2 (ГОСТ 5632-72), включающая следующие компоненты, мас. Углерод 0,11-0,17 Хром 16,0-18,0 Никель 1,5-2,5 Титан ≅0,2 Железо Остальное Недостатки этой стали низкая прочность (σ_0,2 < 900 МПа, σ_в < 1100 МПа) и склонность к отпускной хрупкости.

Известна хромоникелевая сталь 25Х13Н2 (ГОСТ 5632-72), включающая следующие компоненты, мас. Углерод 0,2-0,3 Хром 12,0-14,0 Никель 1,5-2,0 Титан ≅ 0,2 Железо Остальное Недостаток данной стали низкая пластичность (δ 3-7%).

Наиболее близкой к заявляемой по химическому составу является сталь, включающая следующие компоненты, мас. Углерод 0,08-0,12 Хром 15,0-16,5 Никель 4,0-4,5 Ниобий 0,05-0,15 Железо Остальное Недостатки данной стали недостаточная для высоконагруженных деталей прочность, крупное зерно при изготовлении крупногабаритных изделий (поковок и горячедеформированных труб) и плохая обрабатываемость резанием.

Цель изобретения создание стали, обеспечивающей повышение прочности при сохранении повышенной пластичности.

Указанная цель достигается за счет введения 0,12-0,18 мас. азота и 0,01-0,03 мас. кальция, уменьшения содержания углерода до 0,03-0,07 мас. при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,03-0,07 Хром 15,0-16,5 Никель 2,5-4,0 Азот 0,12-0,18 Ниобий 0,05-0,10 Кальций 0,01-0,03 Железо Остальное Сталь выплавляли в открытой индукционной печи. Азот при плавке вводили с помощью азотированного феррохрома. Термическую обработку стали производили по режимам, состоящим из закалки от 1150^оС с охлаждением в воде и последующего отпуска при температуре 400^оС в течение 2 ч.

Химический состав и химические свойства металла исследуемых плавок предложенной и известной сталей приведены в табл.1 и 2.

Легирование заявляемой стали азотом и кальцием в указанных пределах (пл. 2 и 3) приводит после термической обработки к повышению предела текучести до 1370-1400 МПа при сохранении удовлетворительной пластичности (δ 15% и Φ 57-61% ). Увеличение показателей прочности стали обусловлено повышенным содержанием азота в твердом растворе и дополнительным упрочнением дисперсными частицами нитрида хрома, выделяющимися в процессе нагрева при 400^оС в течение 2 ч.

Предлагаемая сталь включает компоненты в указанных пределах ввиду того, что содержание азота менее 0,12 мас. (пл.4) не обеспечивает достаточной прочности, а при концентрации азота более 0,18 мас. (пл.5) пластичности стали. У стали с содержанием хрома более 16,5 мас. и никеля менее 2,5 мас. не достигается достаточной для практического использования пластичности. При концентрации хрома менее 15 мас. никеля более 4 мас. и азота более 0,18 мас. невозможно получить качественные (без пор) крупные слитки из-за низкой растворимости азота в жидкой стали при указанном содержании хрома и никеля.

Введение в заявляемую сталь углерода в количестве более 0,07 мас. приводит к понижению пластичности в результате преимущественного выделения по границам зерен крупных частиц карбида хрома типа Cr₂₃C₆. Для получения стали с содержанием углерода менее 0,03% необходима разработка специальной технологии выплавки.

Содержание 0,005-0,10 мас. ниобия в заявляемой стали обеспечивает получение у нее мелкозернистой структуры. Увеличение содержания ниобия более 0,10 мас. приводит к разупрочнению стали в результате связывания им азота. Добавки кальция в количестве 0,01-0,03 мас. в заявляемую сталь существенно улучшают ее обрабатываемость резанием.

Таким образом, по результатам проведенных испытаний видно, что предлагаемая сталь (пл. 2 и 3) в отличие от прототипа (пл.1) обладает более высоким пределом текучести при сохранении повышенной пластичности. Это обеспечивает увеличение срока службы и надежности конструкций из этой стали.

Формула изобретения

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, хром, никель, ниобий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,03 - 0,07 Хром - 15,0 - 16,5 Никель - 2,5 - 4,0 Азот - 0,12 - 0,18
Ниобий - 0,05 - 0,10
Кальций - 0,01 - 0,03
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1