Мартенситностареющая нержавеющая сталь

 

МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, хром, никель, кобальт, кремний, титан, алюминий, марганец, железо, отличающаяся тем, что, с целью повьшения механических, технологических , кавитационно-коррозионных свойств, она дополнительно содержит медь, молибден, диспрозий, неодим, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 0,01-0,05 Углерод 10,0-13,0 Хром 4,0-6,6 Никель 4,0-7,5 Кобальт 0,2-1,5 Кремний 0,3-0,5 Титан 0,2-0,35 Алюминий 0,2-0,5 Марганец 0,5-1,5 Медь 1,0-3,5 Молибден 0,03-0,1 Диспрозий 0,05-0,08 Неодим (Л 0,05-0,08 Кальций 0,01-0,05 Церий Остальное Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 22 С 38 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . н ввттсснамн свидвтвъствн с

f с т, L — н

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ т(21) 3683523/22-02 (22) 09.11.83 (46) 07.07.85. Бюл. 1Ф 25 (72) В.ВвБерезовская, Ю.Г.Векслер, Н.В.Звигинцев, А.С.Рудычев и П.Н.Галкин (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.M.Êèðîâà (53) 669.14.018.821-194(088.8) (56) 1. Сталь ОХ23Н28МЗДЗТ (ЭИ943}.

ГОСТ 5632-61.

2. Патент CIHA 9 3697258, кл. 75-128, 1972. (54)(57) МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ НЕР2КАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, хром, никель, кобальт, кремний, титан, алюминий, марганец, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения механических, тех..SU„1165719 А нологических, кавитационно-коррозионных свойств, она дополнительно содержит медь, молибден, диспрозий, неодим, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 0,01-0,О5

Хром 10,0-13,0

Никель 4,0-6,6

Кобальт 4,0-7,5

Кремний 0.2-1,5

Титан 0,3-0 5

Алюминий 0,2-0,35

Марганец Оэ2 Ов5

Медь 0,5-1,5

Молибден 1,0-3,5

Диспрозий 0,03-0, 1

Неодим 0 05-0,08

Кальций 0,05-0,08

Церий 0,01-0,05

Железо Остальное

Однако срок службы компрессоров из этих сталей невелик и определяется неудовлетворительной стойкостью к кавитационно-эрозионному воэдейст25

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является мартенситностареющая нержавеющая сталь (2 ) содержащая, мас.Ж:

Углерод

Хром

Никель

Кобальт

Сумма никеля 35 и кобальта 11-15

Титан или алюминий 0,2

Кремний 1,5-З,0

Марганец «с1

Железо Остальное

Однако известная сталь имеет неудовлетворительный комплекс механических свойств. К сталям, работающим в условиях сильной кавитации и износа"5 в агрессивных средах, предъявляются более высокие требования по износостойкости, кавитационной и коррозионной стойкости,, прочностным свойствам при сохранении высоких значений удар-50 ной вязкости, пластичности, хорошей технологичности.

Цель изобретения — повышение механических, технологических, кавитационно-коррозионных свойств стали. 55

Укаэанная цель достигается тем, что мартенситностареющая нержавеющая сталь, содержащая углерод, хром, ниБ0,05

12,5-17

3,0-6 5

6-12

1 11657

Изобретение относится к металлургии, в частности к мартенситностареющим сталям, предназначенным для деталей машин, работающих в агрессивных средах на предприятиях цветной, химической, нефтяной и других отраслей промышленности (турбины насосов для перекачивания кислот, конусы и роторы хлорных компрессоров и т.д.)

Особенностью работы подобных 10 деталей является совместное воздействие на них кавитации, коррозии, абразивного износа.

Известны высоколегированные корроэионностойкие аустенитные стали l5 типа "ОЗХ23Н28МЗДЗТ" (ЭИ-943), которые используют для изготовления аппаратов, работающих в агрессивных средах как в условиях кавитации, так и в условиях статики 1 ). 20

19 кель, кобальт, кремний, титан, алюминий, марганец, железо, дополнительно содержит медь, молибден, диспрозий, неодим,. кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.X

Углерод 0,01-0,05

Хром 10,0-13 0

Никель 4,0-6 5

Кобальт 4,0-7,5

Кремний 0,2-1,5

Титан 0,3-0 5

Алюминий 0,2-0,35

Марганец 0,2-0,5

Медь 0,5-1,5

Молибден 1,0-3,5

Диспрозий 0,03-0,1.

Неодим 0,05-0,08

Кальций 0 05-0,08

Церий 0 01-0 05

Железо Остальное

Выплавку предлагаемой и известной сталей проводят в вакуумно-индукционных печах емкостью 10 и 100 кг

Химический состав предлагаемой и известной сталей и базового сплава указан в табл. 1.

Слитки после кристаллизации гомогенизируют при 1150 С 6 ч, подвергают механической обдирке, затем часть иэ них куют на заготовки и закаливают от 1050 С в воду. Другую часть разрезают на заготовки под образцы и также закаливают от 1050 в воду.

Часть готовых образцов подвергают старению при 480-520 С 1-5 ч.

Механические испытания проводятся на машине ИМ-12А с диаграмной записью. Разрывные образцы изготавлйвают по ГОСТ 1497-61 (пятикратно).

Ударная вязкость определяется на ма@ ятниковом копре типа МК-30 при т.20 С

Образцы имеют стандартные размеры по ГОСТ 9454-60 °

Твердость измеряют на приборе Роквелла (шкала С). Величина погрешности при определении механических характеристик составляет не более З .

Механические свойства кованных сталей в закаленном от 1050 С (в числителе) и в состаренном (в знаменателе) состояниях приведены в табл. 2. . Механические свойства литых сталей в,закаленном от 1050 (в числителе и состаренном (в знаменателе) состояниях приведена в табл..3.

Испытания на кавитационно-коррозионную стойкость проводятся на установке для испытания материалов на з 1165719 4 кавитационно-коррозионную стойкость ных соединений. Допускается сварка сварка с применением сопла Ф 5 мм. Расстоя- в термически неупрочненном состоянии ние от.сопла до испытуемого образца

5 мм. Температура рабочей среды 52- . Пайку деталей рекомендуется выпол58 С, окружная скорость образцов нять припоем ВПр13 (ПСрГ!цМН2).

78 м/с, напор рабочей жидкости Пайка припоем ВПр13 проводится

0 28 кг см .

0,28 кг/см . Испытания проводят в во- при 950+10 С и совмещается с закалкой допроводной воде в 10-, 75-, 92-, 98- При необходимости после пайки провопроцентных концентрациях растворов дят закалку. серной кислоты в течение 10 ч. Размер 10 Обрабатываемость резанием предлаобразцов 20х15х5 мм. гаемои стали, как и большинства марКавитационно-коррозионная стой- тенситностареющих сталей, находится кость предлагаемой и известной ста- на уровне обрабатываемости нержавеюлей, нержавеющеи стали-эталона щих сталей аустенитного класса. 10Х18H9Ò

9Т приведена в табл. 4. 15 Испытания на износ инструмента

Предлагаемая сталь хорошо дефор- при точении проводят по известной мируется в горячем состоянии. Термо- методике с учетом величины начальмеханические параметры горячей дефор ного износа в пе и оса в период прира отки, б мации: предельная температура нагре- которая принята равной 0,2 мм. Исполь ва 1200 С, температура конца обра- 2б зуют инструмент из сплава ВК8 со сле-. ботки 900 С охлаждение после ковки, дующими параметрами заточки: главный прокатки на воздухе. Допустимая сте- угол в плане 4=21 задний угол о(=18

У пень деформации эа один ход машины- вспомогательный угол в плане „=19 орудия 80-857. После ковки не допус- передний угол у=0 кается медленное охлаждение.

° 25 За критерий затупления принята

Механические свойства предлагаемой величина фаски на задней поверхности, и известной сталей при температурах равная 0,4 мм. горячеи деформации (средние значения) Исследования проводя r на эакаленприве ены в таб ных сталях с твердостью 27 HRC.

Нагрев заготовок под высадку про- З Зависимость стойкости инструмента Т водят до температуры не выше 1100 С. (из. сплава ВК8) от режимов резания

Предлагаемая сталь после закалки . при обработке сталей приведена хорошо деформируется в холодном сос- в табл. 7; тоянии. Холодная штамповка облегчает- М(идкотекучесть определяется метося после отпуска при 600-650 С дли- дом вакуумного всасывания в калибротельностью 2 5-3 5 ч льностью 2,5-3,5 ч, охлаждения на

5 ванные кварцевые трубки, обеспечиваювоздухе, так как в этом с чае лучае щим относительный разброс данных не увеличивается равномерное удлинение более -37. в 4 раза. После штамповки п (последнего Склонность сталей к образованию прохода) обязательна закалка.

Р усадочных раковин определяется с поПоказатели штампуемости лист истового мощью конусной пробы путем измерения материала в закаленном состоя янин при- относительного объема концентрации ведены в табл. 6. усадочной раковины (разброс данных

Предлагаемая сталь сваривается +10K). в термически упрочненном состоянии Ч увствительность стали к обраэоваручной и автоматической аргоно-дуго- нию горячих трещин (трещиностойкость) вой сваркой с присадкой и без п ис р ад- оценивается путем определения максики, а также роликовой и точечной мального усилия илия, тормозящего усадку сваркой. Прочность сварного шва сос- стандартн б артного о разца, которое он вытавляет 6 -=-900-1000 МПа, угол изгиба о

100-120 а держивает без образования- горячих

Допускается старение свар- трещин Точи т н. очность определения 2 кгс.

1165719

6 ;Таблица 1

Плавка

Сталь

Предлагаемая

0,04 12,7 5,0 7,2

Известная

197

Х23Н28МЗДЗТ

0,05 23 28

2,7 0,5

Продолжение табл. 1

Содержание элементов, мас.%

Сталь ка

Т т

3

Cu Ti. Al Dy I Nd I Ca Се Mn 1 Fe

Предлагаемая

1 0,5 0,3 0,2 0,03 0,05 0,05 0,01

0 20

Остальное

2 1,1904 03 007 006 007 003 030

3 1,5 Оэ5 Оъ35 Оэ1 0 ° 08 Оэ08 Оэ05 Оэ50

4040201002004003001030

Предлагаемая

5 2ьО Оэ5 Оэ25 Оэ15 Оэ09 Оэ1 Оэ06 Оэ28 запредельные составы

0,7

Известная 6 — 0,16 0,2

Х23Н28МЗДЗg 7 3,0,,0,6

0,8

Предлагаемая (запредельные составы) Содержание элементов, мас.%

С Cr Ni Co Mo Si

0,01 10,0 4,0 4,0 1,0 0,2

003 122 49 7,15 309 102

004 130 60 73 08 03

00412555702515

1165719

V 1сЧ

Р4 1»

0-" l

» л

1 СЧ и

0О

СЧ 3 3

СЧ о О о л

СЧ

СЧ

»С1 ьо

СЧ СЧ

СЧ О 3 ьо

СЧ

СЧ

О

СЧ

»С о . о

A л о о и

С» л ° Ь о о л

° Ь л с о

СЧ л л о о

СЧ М

° ь A о с

»СЪ л л о о

00 л о м л о

Ь

С» о л

° ь

I !» о о л A

00 СЧ

° СЧ о. о л л

»Г СЧ

СЧ М) а о

A ° \ о о о л л о о

М СЧ о о о

° Ь ,СЧ О л

»Г\

ВГ» о л л

О л

Ч:» и

»

О л и л

С»

A м

ill

Ch О о л

С»

»Г)

00 ьо

С»

A о

М

С» л о О л

-Э- 1 л э.Э A

° Р »Й

Эх V о л

СЧ о л

К) о л О

» о

СЧ

»С л

СЧ

СЧ

СЧ л

»О

СЧ о л

00 л

С» л со! о

1СЧ

A A!O

1 » 1

1СЧ

Ef

Е»

С» м х

Оо

mo оо

Ио о

»л

М ьо о л л

О л о о о

СЧ М о о о

«h Ch о и

ЬО

С» м о

Ю м

» о ьо

О1! о! о

l Э l !а! о!

» о

Ю О

С»

С» о

СЧ м

Ю

О о

Ю о о о

Ф

I о о о л

СЧ СЧ о о

»г» СЧ

CO Ch о о

Ю с1 О о о

О сь л о

О

СЧ о

Ch

00! о ! м ф 1 3

Ц.1

„!о

С» о

МЪ л о . СЧ

С» о

С» о ! о о

С» о

UD

С» л

С»

О

СЧ

СЧ

О со (У»

СЧ

О ю

«71

С»

С»

1

cd х f х 1

1

Э

И I

Я. I

cd 11

Cd

Е

»0 I

С0

v х 3 а х

Э Ц

Cd Э г

C 2

Э cd Э о, »»» ь и

4 Ц

cd dl

Р»

k(Э cd

Й -"1

1Х ! Э

Э

1 4 м tH

1 СГ

_#_!Й

v l . 1 гъ Э

3 х

CJ Щ

o; »»»

u Æ

Ж 1

СЧ}

0(х, ць -ь

I.,! .»I »»

CV л л ь Д l

СЧ М -С СС О л

О °

С» о е

М Э э х

Рь Э э х х х

C0 O

Х Оь

ml,« и

»х х х(ь,— — 3.ц1

»р I

Cd!

1 1

Еч! ьч I

X I

I ь g 1

I ь- —. -ь

I I

1 о о с о с л A ° Ь л

О л О М О »

О О О О О л ° ь л ° ь л

О сЧ

О л

Ch 1 о

»

1:

11165719

1 1

1 Х 1

I м 1

Ф I 1

CO l 0O сч}л

-lO о1о

° 4 л ою С}

CO I }O ою ою чою IW л1}4 } о!о

oio а! « ою а!о м а

-c оо чоо с 41л О I "Ф ою ою ио1 с} О а

О!О (»4 «

oio

«1 ою а(1со а }л

oio

О1О

Ч л о1с}

С 4 1С 4 4 1Ch

- IG ою

«i л

o ic

С4 I о

Р х аio сч 1а} м! со

С "} 1 СЧ

Ч л

o ic м!м

СЧ !»,( (с}1а

М!С4

И л ою

O1cV

}.}!о IO

С}1-

Ч л

oio I

Со!О-! м1сч

Ч л о!о чР1д}!а}

С01 м\ 1м л

GiO а 1о м1м л}о О !и а! «

GiO м1( («} i CO о!а

D 1 сч л

oic

1(» — !«вЂ” аю м1м ч «

О}О

СО!СО О1сч !

А а1- е! л о!о и1!С 4

С 4 1 С } ою с}1М

«! л ою

° !ъ а1 О1 (v!м (С } I о!о

«-1(О1

CO !СО л 1 О ч с}ю (» 1(с}

M i СЬ

CO l »j (}1-(«1 «

О}О

О.}1 С} л !с}

О}л О 1

Ч л о}О аю

1и

00 1 м й}1 л! в ою сч. 1 а}

1 — — !

X .Ф1}О

=.Г1л О а!Сч о а}1л ч о

oio (1л (»4 тй е! л ою м} Cj}

СЬ! т й}1 О

«Ф 1м и о!о

С к т м .Ф1м

«! л

cio

O ll- !СО й2

Ч л ою (!ай м !с 4 л1о 1 л

oio лio

o1с4 ш!м (С}! б

oio л!в (4 О

oio

С} 1-

«i в о!с

Э х х о ((}

О

М о

I

I oi (I

Г»1»1 ( о

Х о

g I а 1

Х I

Э 1

I о о . «»

1 а\ 1м м1

Ю I

ОМ чою

Э

l C(} Х

C 1м Х

C}} 1 С 4 Э л1О

o io х

С4.о!м О!(.4

СЧ!(4 }

Ф1С 1

° 1 в

oio т 10

» — 1м м1( 1М а! а

GiO м1с4

ol(}1 !СО б1м е! л

О}О О 1.4

О!О

N1м

Ч л ою

M I Ch с С»1

001м м1м в! л

oio

oio (4 а} с»} 1((1

- 1м нoio

CO О л1Ю о со (с} м в л оо

С}1СО о!а

» i Ch

С"}1 т" е! л ою

ed l»} 1 ою м1с 4

«1 л ою

R 1сч а1л (О I Ch

»d I N

«1 л ою

} О I (4

0O I м (4!ц } м1(ч ч

oio с41л (С} !с 4 1т("} 1N чО}О с}1О

О!О

CB I CO

СЧ1«вЂ”

«I л о!о О!а

СО!л ою м 1(4 и «

О1О (d

И х о

И о

И х

Х !

" о

}О х

Р

О о

Ф ж

«

Р, !

» х и х о

М (« х

vfЭ I

I(l

Х 1 и

Э I

E" 1

Л l ф (d х

k( о о а

И о ж

С I=f о о ((}

1}

34 х о ! Х

1

l ((I (d

Ij y

I,Э

1} С

1 !

}С, ((1

l Cj. .Ц

1Э ! а

l д (d Х

Ñd (}) г» (в С д х о х (d а

С» (с } 1С} м I с 4 Х

o1г

«- l CO IX} ч - o

-io х а

Ц х

Э

С

S Э

С} (4 (4 м 4 }(} ((1 !

" (в х х

1-» Ю»

Э

Д (} х и э ((} Э г »

4 k(Я х э Ф

Р (d

С (И эхv ас}О

И С}

«А !00 со1Ю 1 о!о ч

oto..WI о!л (V1»о!о чOIO 3 ) ) ф!

f» о! х!

I

I !

Ж 1

I

iо I

M !

«Ч 1 а

I

1

Ch

I а 1 ч 1л що ю1»чoto о!о

M IW

ot л1«л ч о!о

«» л о л ь

« Ъ1

«!!о щ!01 в1л ч о!о о 1«») Ch

« 11« 4 «Ч

cv I 0O о

° — 100 С ч

-1O

, »»

I

1

I

1 л

» О 1

I л

ant Iul (РЪI

00 1л ч о!о

«» 1 О О ! л

О 1Г- О о!л «v ч

-1O Й

Р! й!

»О! О О .«М « 1 ч о!о

«л! о!о

О1«О

001 о чoto

« Ъ 00 л.

CV ц

»-Icv

«»Ъ! Ф

0ОIл

Ф1«»!

w I- л лМ

« 1Ь

mt и л е о!о о

С ) о

0О О

° » ь о!о хф

Ц

u o

Ж Х

1 а

I Д

° °

Ol ф

И о о

М .« Ch х

М о

1-ю

««! й:

«»)

« 3 х о

М

t»

О е

CCI а

l0 д о ж

Е» и

Ф

3

1»

««1

t7 «о!

R)Q) :й toot

Ol

11

° 1 I I

z o t

u I I

Э I I

М 1 " 1 I

Д, О, 1! ! " 1! ! -."! ! ф ф

5 о

6 о ф йГ 0

11657!9

«л

00 О

«М

o o л ° Ъ о о о

o CCI

<ц 34 ф а ф

E х

+ 00 о

CCt

«0 ц «о (У1

v Е о „„ х

«Ч

3 с х

> у х

О ф

Х.!

» о

О ) A

lO ф о

«0 О.

0! а ц Я

u >

1 Ж.0 1

Q е

1165719 4

Таблица5 в ,ИПа

Температура испытаний, С

Ч, %

Сталь

64 91

78 91

80 91

100 94

106 96

63 90

170

800

Предлагаемая

110

900

1000

1100

20

1200

180

800

Известная

120

900

91

1000

100

1100

105

1 200

Таблица 6

Гибка на 90 С, ч ми!!

Вытяжка, Отбортовка, Вьдавка, К ьыд

Сталь

1 от6

Плоская Сферическая

Предлагаемая

1,96-2, 1 1,57-1 6 0,07-0,08 О, 2-0, 23

1,6-2,1 (S — толщина лис та) Известная

Таблица 7

Стойкость ия инструмен та Т, мин !

Предлагае- 100 мая

150

0,04

0,25

0,08

20

0,60

200

0,12

16

1,00

0,20

2,00

0,4

1,92-2,0 1,5-1,55 0,06-0,08 0,20-0,22 1,6-2,0

16

1165719

Продолжение табл. 7

Известная 100

0,04

0,25

150

0,60

0,08

200

0,12

1,00

0,20

2,00

0,40

Таблица8

Р, кгс

Сталь

Предлагаемая 1470

1,85

45.200

Известная 1465

2,00

185

Составитель Л.Суязова

Редактор О.Бугир ТехредЛ.Мратяшова Корректор И.Эрдейи

Заказ 4285/24 Тираж 583 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

° Ф

Филиал ППП "Патент", г.Уагород, ул.Проектная, 4

Ъ при д

100, мм

V при дс

100, Ж

2,00 120

2,15 115