Сталь

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированной стали с особыми физическими свойствами, и предназначено для использования в энергетическом и судовом машиностроении при производстве высоконадежных электромагнитных приводов современных исполнительных механизмов и элементов теплообменного оборудования. Цель изобретения - повышение стабильности магнитных свойств, сопротивления хрупкому разрушению стали. Сталь дополнительно содержит сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,005 - 0,015, кремний 0,05 - 0,30, марганец 0,1 - 0,5, хром 16,5 - 18,5, молибден 1,5 - 2,5, ниобий 0,25 - 0,50, церий 0,008 - 0,05, азот 0,005 - 0,015, сурьма 0,001 - 0,010, сера 0,005 - 0,020, фосфор 0,005 - 0,015, железо - остальное, при выполнении следующих условий: суммарное содержание углерода и азота не должно превышать 0,025; отношение ниобия к суммарному содержанию углерода и азота должно быть не менее 15; суммарное содержание фосфора и сурьмы не должно превышать 0,02. Применение стали обеспечит повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы создаваемого энергетического оборудования. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо и хром, а также другие легирующие элементы, и может быть использовано в судовом и энергетическом машиностроении при производстве высоконадежных электромагнитных приводов современных исполнительных механизмов и теплообменного оборудования. Известны металлические материалы, применяемые в указанных областях техники (например, стали и сплавы марок ЭП 638, ЭП 882 и ЧС 72). Однако эти материалы имеют недостаточно высокий уровень основных физико-механических и служебных свойств, что не обеспечивает требуемой эксплуатационной надежности и срока службы разрабатываемого энергетического оборудования. Наиболее близкой к предлагаемой композиции по назначению и составу компонентов является высокохромистая ферритная сталь марки ЭП 882, содержащая, мас. Углерод ≅0,015 Кремний ≅0,30 Марганец ≅0,50 Хром 16,5-18,5 Никель ≅0,30 Молибден 1,5-2,0 Ниобий 0,3-0,5 Алюминий ≅0,20 Медь ≅ 0,15 Церий ≅0,05 Азот ≅ 0,015 Сера ≅ 0,02 Фосфор ≅ 0,015 Железо Остальное Эта сталь предназначена для применения в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также может быть рекомендована для изготовления теплообменного оборудования энергетических установок. Однако этот материал не обладает требуемым уровнем конструктивной прочности и характеризуется нестабильностью магнитных свойств в процессе длительной эксплуатации. Целью изобретения является повышение стабильности магнитных свойств и сопротивления стали хрупкому разрушению. Поставленная цель достигается применением системы рационального легирования, в частности изменением соотношения основных легирующих и примесных элементов, а также введением в состав стали микродобавок сурьмы. Предлагаемая сталь содержит, мас. Углерод 0,005-0,015 Кремний 0,05-0,30 Марганец 0,1-0,5 Хром 16,5-18,5 Молибден 1,5-2,5 Ниобий 0,25-0,50 Церий 0,008-0,05 Азот 0,005-0,015 Сурьма 0,001-0,010 Сера 0,005-0,020 Фосфор 0,005-0,015 Железо Остальное Соотношение указанных легирующих элементов выбрано таким, чтобы сталь после соответствующей термической обработки обеспечивала требуемые уровень и стабильность основных физико-механических и служебных свойств, определяющих эксплуатационную надежность и работоспособность энергетического оборудования. Введение в предлагаемую композицию микролегирующих добавок сурьмы в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность в процессе длительной эксплуатации и повышает пластичность и вязкость хромистого феррита. При этом меняется механизм пластической деформации. Фрактографический анализ поверхности зоны разрушения, проведенный на растровом электронном микроскопе методом сканирования, свидетельствует о значительном увеличении в изломе вязкой составляющей, являющейся важной структурной характеристикой деформационной способности материала. Изменение содержания этого элемента вне указанных в формуле изобретения пределов не дает положительного эффекта с точки зрения повышения сопротивления металла хрупкому разрушению, особенно в коррозионных средах, содержащих ионы хлора и кислород. Повышению трещиностойкости стали способствует также исключение из состава известной стали дефицитных никеля и меди, а также ограничение суммарного содержания других аустенитообразующих элементов (С + N), что продиктовано уменьшением возможного образования в приграничных областях продуктов распада аустенита, а также подавлением процессов мартенситообразования, что в целом повышает однородность структуры, снижает склонность стали к межкристаллитному разрушению и оказывает положительное влияние на стабильность ее магнитных и демпфирующих свойств. Термодинамический анализ взаимодействия аустенитообразующих элементов в хромистом феррите показывает, что присутствие в твердом растворе атомов никеля и меди как некарбидообразующих элементов существенно повышает термодинамическую активность углерода и азота. Наличие в известном составе ЭП 882 никеля и меди равносильно увеличению содержания углерода и азота, что может во многом определить коррозионное поведение стали и находит свое отражение в повышении чувствительности металла к коррозионному растрескиванию под напряжением. Кроме ограничения суммарного содержания (С + N), ответственных за образование высокохромистых карбонитридных фаз, задачу снижения склонности стали к межкристаллической коррозии и межкристаллитному растрескиванию в водных растворах хлоридов и щелочей помогает решить правильно выбранное отношение Nb/(C + N). При величине этого отношения, равной 15 и более, практически весь углерод и азот в стали связаны в специальные карбиды и нитриды, что обеспечивает более равномерное распpеделение хрома по всему сечению зерна и полное подавление склонности стали к указанным видам коррозии. При невыполнении этого соотношения свободные атомы углерода и азота взаимодействуют с атомами хрома, образуют высокохромистые карбиды и нитриды типа Cr₂₃C₆ и Cr₂N, тем самым обедняя приграничные области по хрому и повышая чувствительность границ зерен к межкристаллитной коррозии. Полученный более высокий уровень физико-механических свойств и коррозионной трещиностойкости стали обеспечивается комплексным легированием предлагаемой композиции в указанном соотношении с другими элементами. Проведены лабораторные и опытно-промышленные плавки в плазменно-дуговых и вакуумных индукционных печах, а также пластическая и термическая обработки металла, определены требуемые физико-механические и коррозионные свойства предлагаемого и известного составов. Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых свойств и характеристик представлены в табл. 1 и 2. Результаты механических испытаний усреднены по трем образцам на точку (Т_исп 20^оС). Определение механических свойств исследуемых составов проводили после стабилизирующего отжига при 780^оС 2 ч. Склонность материала к хрупкому разрушению определялась в процессе серийных испытаний на удар по критерию Т₅₀, т.е. при температуре, когда в изломе ударного разрушения содержится 50% вязкой составляющей, а также по критическому коэффициенту интенсивности напряжений (К₁₀), определяемому при испытании образцов на внецентренное растяжение и коррозионную трещиностойкость (К_15сс) в хлоридсодержащих средах при 20^оС. Определение критической температуры хрупкости Т₅₀ исследуемых составов проводили на образцах после провокационного нагрева на тепловое охрупчивание по режиму: 400^оС 100 ч. Логарифмический декремент колебаний определяли на установке Д-6М в условиях чистого изгиба при циклическом напряжении σ 0,1 σ_0,2. Стабильность магнитных характеристик исследуемых материалов, характеризуемая коэффициентом К_ис, определяли после длительных тепловых выдержек на магнитное старение по режиму, рекомендованному ГОСТ 21427-73, 150^оС 200 ч.

Формула изобретения

СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ниобий, азот, церий, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности магнитных свойств, сопротивления хрупкому разрушению, она дополнительно содержит сурьму при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - 0,005 - 0,015 Кремний - 0,05 - 0,30 Марганец - 0,1 - 0,5 Хром - 16,5 - 18,5 Молибден - 1,5 - 2,5 Ниобий - 0,25 - 0,50
Азот - 0,005 - 0,015
Церий - 0,008 - 0,05
Сера - 0,005 - 0,020
Фосфор - 0,005 - 0,015
Сурьма - 0,001 - 0,010
Железо - Остальное
при выполнении условий: суммарное содержание углерода и азота не должно превышать 0,025, отношение ниобия к суммарному содержанию углерода и азота должно быть не менее 15, суммарное содержание фосфора и сурьмы не должно превышать 0,02.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---