Сталь Советский патент 1993 года по МПК C22C38/58 

Изобретение относится к металлургии экономнолегированных высокопрочных коррозиен нестойких мартенситно-старею- щих сталей с относительно высоким сопротивлением 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, об- ладающие высоким сопротивлением различным видам коррозии и требуемым высоким уровнем прочностных, пластических свойств и ударной вязкости при умеренных и низких температурах (см. справку об исследовании заявляемого объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе),

Ближайшим прототипом является сталь, содержащая, мас.%:

xj

00 О

S4 О

1977,

кл.

Сталь-прототип, кроме высоких вязкоп- ластических свойств и сопротивления удару при умеренных и низких температурах, имеет относительно высокую хладностойкость (-90°С), малую чувствительность к смещению порога хрупко-вязкого перехода, обладает дозольно хорошей коррозионной стойкостью. Кроме отмеченных факторов, она удовлетворительно куется и сваривается, а также подвергается холодной и горячей деформации при значительных уковахи степенях деформирования,

Однако она имеет некоторое содержание кобальта (3-4,5%), значительное количество молибдена (1,4-2,4%) и довольно большое содержание никеля (до 10,0%). Следует указать, что эти элементы обеспечивают высокопрочное состояние стали. Указанные и даже более высокие прочностные свойства при удовлетворительном вязко-пластическом состоянии могут быть обеспечены без дорогостоящих дефицитных кобальта и молибдена путем введения в сталь 1,5-2,0% меди, кроме отмеченного, наши эксперименты показали, что введение меди не только обеспечивает получение требуемых кратковременных прочностных свойств, но и сокращает длительность старения за счет уменьшения стабильности аустенита при снижении содержания нике- ля().

Металлургический передел и готовые изделия из стали-прототипа, особенно при большом сечении требуют осторожного подхода при нагреве и охлаждении. Замедленное хрупкое разрушение особенно часто проявляется в сварных изделиях, что нами связывается с крупнозернистостыо в зоне термического влияния, а также с малой скоростью нзгреза, способствующей воз ни к- но ва нию межзеренных напряжений при формировании карбидов (интерметзлли- дов).

Целью изобретения является создание высокопрочной бескобальтовой и безмолибдёновой коррозиеннестойкой мартенситно-стареющей стали с интер- металлидным вторичным упрочнением, проявляющимся при кратковременном термическом старении, т.е. при меньшем содержании никеля. Отсутствие молибдена и кобальта и пониженное содержание никеля в заявляемой стали диктовалось и возможностью 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 раз- рушению и т.д.) достигается как введением меди (1,5-2,0%), так и микролегированием цирконием, иттрием,кальцием,обеспечивающими в основном повышение прочности границ зерен и других поверхностей разде- лов (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%) для улучшения деформационной способности,

Поставленные цели достигаются сталью следующего состава, мае.%:

Углерод0,005-0,03

Хром12,5-13,2

Никель5,2-6,8

Марганец1,6-2,2 Кремний 0,10-0,28

Алюминий0,20-0,40

Титан0,8-1,10

Медь1,5-2,0

Иттрий0,02-0,05 Цирконий 0,1-0,3

Кальций0,02-0,08

Ниобий0,2-0,4

ЖелезоОстальное.

Измельчение зерна при небольшом введении ниобия (0,2-0,4%) плодотворно сказывается на повышении вязко-пластических свойств, хладостойкости и сопротивляемости замедленному разрушению.

Были выплавлены в открытой индукци- онной 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 безмолибденовая 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 50- 100 ч. Последнее связывается с меньшей стабильностью аустенита заявляемой стали. Таким образом, заявляемая сталь обеспечивает требуемые прочностные свойства после старения длительностью 5 ч.

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- 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 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 подавляет задержанное разрушение. Результаты экспериментов приведены в табл.4.

Ожидаемый экономический эффект выразится в повышении тактико-технических данных энергетических установок, значительном уменьшении технологического времени в процессе старения и экономии дорогостоящих дефицитных элементов (кобальта, молибдена, никеля).

Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, кремний, алюминий, титан, железо, отл ича ющаясятем, 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

Хром

Никель

Марганец

Кремний

Алюминий

Титан

Медь

Иттрий

Цирконий

Кальций

Ниобий

Железо

0,005-0,03;

12.5-13,2;

5,2-6,8;

1,6-2,2;

0,10-0,28;

0,20-0,40;

0,8-1,10;

1,5-2,0;

0,02-0,05;

0,1-0,3;

0,02-0,08;

0,2-0,4;

остальное

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

Таблиц а 1 Химический состав исследуемых сталей

2 Прототип

15/7 0,02 12,7 9,3 2,0 0,20 0,23 - 0,30 0,83

2 Прототип

15/7

Продолжение табл.1

3,8 0,05

Твердение во времени в процессе старения при оптимальной температуре 75°С предлагаемой стали и стали-прототипа

Примечание 1 При старении длительностью 100 и более

начинается известный процесс перестзри- вания, т.е. падение твердости (прочности) во времени

ТаблицаЗ

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

Таблица 2

Таблица 4

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