Коррозионностойкая мартенситностареющая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих сталей криогенного назначения для изготовления паяно-сварных конструкций энергетических установок, работоспособных при температурах от -253 до 500^oC. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств и ударной вязкости стали после ее пайки. Заявленная сталь содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01 - 0,04; хром 9,5 - 13,5; никель 6,0 - 9,0; молибден 0,8 - 4,0; кобальт 2,5 - 7,8; марганец 0,1 - 0,9; кремний 0,1 - 0,75; ванадий 0,03 - 0,3; азот 0,01 - 0,08; кальций 0,001 - 0,05; церий 0,001 - 0,05; вольфрам 0,02 - 0,3; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих сталей криогенного назначения, предназначенных для изготовления паяно-сварных конструкций энергетических установок, работоспособных при температурах от -253 до 500^oC.

Известна коррозионностойкая мартенситностареющая сталь криогенного назначения следующего химического состава, мас.%: углерод - 0,01-0,03 хром - 9,5-12,0 никель - 7,0-10,0 молибден - 0,5-1,9 кобальт - 3,9-6,0 кальций - 0,01-0,08 иттрий - 0,01-0,3 ванадий - 0,03-0,3 церий - 0,005-0,3
железо - остальное
(автор. свид. СССР N1014970, C 22 C 38/52).

Сталь имеет достаточно высокий уровень механических свойств в температурном интервале от -253 до 500^oC, обусловленный формированием в процессе упрочняющей термической обработки мелкодисперсной аустенитно-мартенситной структуры (структуры "микродуплекс").

Недостатком известной стали применительно к паяно-сварным конструкциям криогенного назначения является существенное понижение механических свойств, вызванное огрублением аустенитно-мартенситной структуры в процессе замедленного нагрева под пайку, характерного для пайки сложных конструкций из высоколегированных сталей и сплавов.

Известна высокопрочная коррозионностойкая мартенситностареющая сталь следующего химического состава, мас.%:
углерод - 0,01-0,05
хром - 10,0-13,0
никель - 4,0-6,6
молибден - 1,3-3,5
кобальт - 4,0-7,5
марганец - 0,2-0,5
кремний - 0,2-1,5
титан - 0,3-0,5
алюминий - 0,2-0,35
медь - 0,5-1,5
диспрозий - 0,03-0,1
неодим - 0,05-0,08
кальций - 0,05-0,08
церий - 0,01-0,05
железо - остальное
(автор. свид. СССР N 1165719, кл. С 22 С 38/52).

Эта сталь менее чувствительна к огрублению аустенитно-мартенситной структуры в процессе нагрева под пайку, однако склонна к образованию охрупчивающих включений карбидных и интерметаллидных фаз преимущественно по границам зерен, что существенно понижает работоспособность паяно-сварных конструкций энергетических установок криогенного назначения.

Задача изобретения - создание высокопрочной коррозионностойкой мартенситностареющей стали для изготовления паяно-сварных конструкций, работоспособных при высоких нагрузках в интервале температур от -253^oC до 500^oC.

Задача решена за счет того, что коррозионностойкая мартенситностареющая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, дополнительно содержит вольфрам, ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,01-0,04
хром - 9,5-13,5
никель - 6,0-9,0
молибден - 0,8-4,0
кобальт - 2,5-7,8
марганец - 0,1-0,9
кремний - 0,1-0,75
ванадий - 0,03-0,3
азот - 0,01-0,08
кальций - 0,001-0,05
церий - 0,001-0,05
вольфрам - 0,02-0,3
железо - остальное.

Дополнительное комплексное легирование вольфрамом и ванадием повышает теплостойкость стали и предотвращает образование в процессе замедленного нагрева под пайку охрупчивающих зернограничных включений карбидных фаз.

Дополнительное легирование азотом в условиях замедленного нагрева под пайку интенсифицирует диффузионные процессы формирования и упрочнения ревертированного аустенита обратного мартенситного превращения, что позволяет сохранить оптимальную для высокопрочных хладостойких сталей мелкодисперсную аустенитно-мартенситную структуру. При этом упрочнение азотом в заданных пределах легирования является достаточным, чтобы исключить из химического состава титан, алюминий и медь, упрочняющее действие которых сопровождается понижением вязкости и хладостойкости высокопрочных сталей.

Технический результат - повышение механических свойств высокопрочностных мартенситностареющих сталей, подвергаемых высокотемпературной пайке.

Химические составы исследованных плавок предложенной стали приведены в таблице 1.

Из стали предложенного состава были изготовлены паяно-сварные конструкции. Пайку осуществляли серебряным припоем при температуре 780-810^oC. После пайки проводили термическую обработку по режиму: обработка холодом при -70^oC в течение 2 часов, старение при 500^oC 3 часа.

Механические свойства стали после пайки и термообработки представлены в таблице 2.

Анализ таблицы 2 показал достаточно высокие прочностные свойства и ударную вязкость после пайки предложенной стали, позволяющие использовать ее в энергетических установках при высоких нагрузках в интервале температур от -253 до 500^oC.

Формула изобретения

Коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вольфрам, ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,04
Хром - 9,5 - 13,5
Никель - 6,0 - 9,0
Молибден - 0,8 - 4,0
Кобальт - 2,5 - 7,8
Марганец - 0,1 - 0,9
Кремний - 0,1 - 0,75
Ванадий - 0,03 - 0,3
Азот - 0,01 - 0,08
Кальций - 0,001 - 0,05
Церий - 0,001 - 0,05
Вольфрам - 0,02 - 0,3
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2