Изобретение относятся к области металлургии, а именно к созданию коррозионно-стойкой стали, обладающей наряду с высокой прочностью высокой ударной вязкостью, высокой усталостной прочностью и высокой технологической пластичностью, используемой в качестве листов или фольги в паяных сотовых панелях, в деталях обшивки, в деталях внутреннего набора (стрингеров, гофр и.т.д.), работающих до 450°С.
Известна коррозионно-стойкая сталь для изготовления сотовых паяных панелей следующего химического состава (мас.%):
Один или несколько элементов из группы:
(А.С. СССР №1340213)
Сталь обладает достаточно высокой прочностью σB=1000-1200 МПа, но имеет ограниченную температуру применения до 350°С, повышение температуры эксплуатации до 450°С приводит к значительному снижению ударной вязкости и к снижению характеристик надежности изделия, выполненного из этой стали.
Известна коррозионно-стойкая сталь для изготовления силовых паяно-сварных узлов следующего химического состава (мас.%):
(Патент РФ №2175684)
Сталь обладает следующими механическими свойствами: пределом прочности 950-1020 МПа, относительным удлинением 15-16%. Недостатком стали является пониженная ударная вязкость после нагревов при 450°С, 100 часов.
Известны также коррозионно-стойкие стали мартенситного класса аналогичного назначения следующих химических составов (мас.%):
(Патент РФ №2176283)
(Патент Великобритании №2145734)
(Патент США №4849166)
Недостатком известных коррозионно-стойких сталей мартенситного класса является их недостаточная технологичность при производстве ленты и фольги, а также снижение вязкости после проведения процесса пайки и эксплуатационных нагревов при 450°С и, в связи с этим, снижение эксплуатационной надежности изделия, выполненного из этих сталей.
Известна коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса следующего химического состава (мас.%):
(Патент США №4530719)
Недостатком известной коррозионно-стойкой стали аустенитного класса является недостаточный уровень прочности, ограничивающий ее применение для изготовления силовых несущих конструкций.
Наиболее близкой по химическому составу и назначению к предлагаемой стали является коррозионно-стойкая сталь 03Х6Н16М2Б, принятая за прототип.
Сталь имеет следующий химический состав (мас.%):
Не менее одного компонента из группы:
(Патент РФ №2221895)
Сталь предназначена для паяных сотовых панелей, являющихся несущими звукопоглощающими конструкциями, работоспособными до 450°С.
Однако эта сталь имеет недостаточную усталостную прочность и коррозионную стойкость, а также недостаточный уровень прочностных характеристик, что ограничивает ее применение в других деталях летательных аппаратах нового поколения.
Технической задачей настоящего изобретения является создание высокопрочной коррозионно-стойкой стали технологичной при производстве листа и фольги с высокими значениями пластичности и вязкости, сохраняющимися в изделиях после проведения процесса пайки, глубокой вытяжки и эксплуатационных нагревов при температуре до 450°С и обладающей высокой усталостной прочностью и коррозионной стойкостью.
Для достижения поставленной задачи предложена коррозионно-стойкая сталь, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, алюминий, ниобий, церий, лантан отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний и кальций при следующем соотношении компонентов (мас.%):
При этом соотношение компонентов, определяющих содержание аустенита (%) в стали, должно удовлетворять соотношениям:
Для листа: КM=Cr+0,6Мо+1,5Ni+0,7Si+56С-0,1Al=31÷32
Для фольги: КM=Cr+0,6Мо+1,2Ni+0,7Si+56С-0,1Al=29÷31.
Подобранное соотношение компонентов для листа позволяет получить мартенситную структуру с регламентированным содержанием остаточного аустенита (18-20%), что позволяет получить высокую прочность, ударную вязкость и высокую усталостную прочность, а для фольги - аустенитно-мартенситную структуру (˜50% мартенсита +50% аустенита), позволяющую получить наряду с высокой технологической пластичностью высокую прочность.
Количественное и качественное содержание элементов в предлагаемой стали обеспечивает высокую прочность, ударную вязкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость за счет введения кремния и кальция, а также за счет увеличения содержания хрома.
Легирование кремнием обеспечивает получение высокой прочности стали за счет твердорастворного упрочнения мартенситной матрицы. При содержании кремния менее 0,2% требуемый уровень прочности не достигается, а при содержании кремния более 1,3% наблюдается охрупчивание при нагревах.
Легирование кальцием за счет связывания серы повышает коррозионную стойкость.
Введение в сталь хрома в количестве 8,5-11% обеспечивает высокую коррозионную стойкость и не приводит к снижению вязкости при нагревах до 450°С за счет подобранного фазового состава, характеризующегося коэффициентом мартенситообразования (КM).
Таким образом, в результате комплексного легирования при указанном соотношении легирующих элементов в пределах предложенного состава достигаются необходимые характеристики стали (высокие исходные значения прочности и вязкости, отсутствие охрупчивания при термическом цикле пайки и после эксплуатационных нагревов при 450°С) высокая усталостная прочность и коррозионная стойкость, что позволяет создать детали внутреннего набора (стрингеры гофры), детали обшивки или паяные сотовые панели и другие детали, являющиеся несущими конструкциями.
Пример осуществления.
В лабораторных условиях проведено опробование предлагаемого состава стали выплавленной в вакуумной индукционной печи в сравнении с прототипом.
Химический и фазовый составы и механические свойства сталей приведены в таблицах 1 и 2, где примеры 1-4 предлагаемый состав, а примеры 5-6 состав по прототипу.
Механические и коррозионные свойства определялись после следующих режимов термообработки с имитацией термического цикла пайки: пайка при 1160°С + закалка и отпуск или пайка + закалка + обработка холодом + отпуск.
Как видно из таблицы 2, у предлагаемой стали как для варианта листовой стали (для обшивки) - составы 1 и 2, так и для фольги (для сотового наполнителя) - составы 3 и 4 по сравнению с прототипом повышены:
предел прочности и предел текучести:
для листа: σB на 190÷230 МПа и σ0,2 на 100÷340 МПа;
для фольги; σB на 280÷400 МПа и σ0,2 на 200÷270 МПа;
значение ударной вязкости для листа после эксплуатационных нагревов 450°С, 100 ч выше по сравнению с прототипом в 1,7÷2,4 раза, что связано с подобранным фазовым составом стали,
сопротивление малоцикловой усталости выше в 1,3 раза, сопротивление коррозионному растрескиванию ˜ в 2 раза.
Таким образом, применение предложенной стали позволит создать детали внутреннего набора (стрингеры, гофры), детали обшивки или паяные сотовые панели и другие детали, являющиеся несущими конструкциями и повысить характеристики надежности - сопротивление малоцикловой усталости и коррозионному растрескиванию в летательных аппаратах нового поколения.
Химический и фазовый состав сталей
**А% - количество аустенита.
Механические свойства сталей
**МЦУ - малоцикловая усталость,
***КПН - коррозия под напряжением.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЁ | 2002 |
|
RU2221895C1 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ | 2005 |
|
RU2291912C1 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА | 1999 |
|
RU2164546C2 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ | 2015 |
|
RU2611464C1 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ | 2001 |
|
RU2214474C2 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА | 2015 |
|
RU2576773C1 |
ВЫСОКОПРОЧНАЯ ПОРОШКОВАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ | 2020 |
|
RU2751064C1 |
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ | 2003 |
|
RU2275439C2 |
Способ термической обработки труб нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали | 2016 |
|
RU2635205C2 |
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ АУСТЕНИТНАЯ ТРИП-СТАЛЬ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ | 2001 |
|
RU2204622C2 |
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию коррозионно-стойкой стали, используемой в качестве листов или фольги в паяных сотовых панелях, деталях обшивки, в деталях внутреннего набора, работающих до 450°С. Предлагаемая коррозионно-стойкая сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,005-0,03, хром 8,5-11, никель 10-16, молибден 1,5-2,5, алюминий 0,1-1,2, кремний 0,2-1,3, кальций 0,005-0,05, ниобий 0,1-0,3, церий 0,005-0,1, лантан 0,003-0,05, железо - остальное. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик, ударной вязкости, коррозионной стойкости, что позволило снизить вес несущих сотовых конструкций и повысить характеристики надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
КM=Cr+0,6Мо+1,5Ni+0,75Si+56С-0,1Аl=31÷32,
где КM - коэффициент мартенситообразования.
KM=Cr+0,6Мо+1,2Ni+0,75Si+56С-0,1Al=29÷31,
где КM - коэффициент мартенситообразования.
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЁ | 2002 |
|
RU2221895C1 |
Нержавеющая сталь | 1986 |
|
SU1340213A1 |
Полок для проходки восстающих горных выработок | 1972 |
|
SU443179A1 |
ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ СОСТАВ | 2000 |
|
RU2179851C1 |
JP 2003113447 A, 18.04.2003. |
Авторы
Даты
2006-12-10—Публикация
2005-04-01—Подача