Коррозионностойкая литейная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких сталей криогенного назначения для изготовления сварных конструкций энергетических установок, работоспособных при температурах от -196 до 300^oC. Техническим результатом изобретения является сохранение высокой хладостойкости стали после окончательной термообработки паяно-сварных конструкций энергетических установок, для которых исключается ускоренная закалка в охлаждающих средах во избежание ухудшения качества сварки. Заявленная сталь содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,04 - 0,08; хром 13,0 - 15,0; никель 6,0 - 8,5; молибден 0,5 - 2,0; марганец 0,3 - 0,9; кремний 0,2 - 0,75; азот 0,01 - 0,08; кальций 0,001 - 0,05; церий 0,001 - 0,05; ниобий 0,03 - 0,3; вольфрам 0,01 - 0,2; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких литейных сталей криогенного назначения для изготовления паяно-сварных конструкций энергетических установок, работоспособных при температурах от - 196 до 300^oC.

Известна высокопрочная коррозионностойкая литейная сталь для паяно-сварных конструкций криогенного назначения следующего химического состава, мас. %: углерод - 0,01-0,04 хром - 10,5-12,5 никель - 6,0-7,7 молибден - 2,0-3,3 кобальт - 4,5-6,5 цирконий - 0,01-0,08 иттрий - 0,01-0,3 кальций - 0,03-0,08 железо - остальное
(авт. св. СССР N 901336, кл. С 22 С 38/52).

Сталь имеет высокий уровень механических свойств после пайки низкотемпературными припоями, например припоями на основе серебра, обусловленный сохранением в процессе пайки оптимальной мелкодисперсной аустенитно-мартенситной структуры.

Однако после пайки высокотемпературными припоями (температура пайки выше 800^oC) не представляется возможным сохранить оптимальную аустенитно-мартенситную структуру и обеспечить высокий уровень механических свойств при криогенных температурах.

Известна высокопрочная коррозионностойкая сталь мартенситного класса следующего химического состава, масс %:
углерод - 0,04-0,09
хром - 12,5- 15,0
никель - 4,0-6,5
марганец - 0,1-1,0
кремний - 0,3-1,6
молибден - 2,5-3,5
кобальт - 3,5-6,0
азот - 0,02-1,0
ниобий - 0,02-0,42
церий - 0,001-0,05
кальций - 0,001-0,05
железо - остальное
(патент России N 2077602, C 22 C 38/52).

Эта сталь после высокотемпературной пайки и последующей упрочняющей термической обработки по режиму: закалка с 1000-1020^oC, обработка холодом при -70^oC и отпуск при 200^oC, обладает высокими прочностными свойствами, хорошей свариваемостью, хорошим сопротивлением коррозионному растрескиванию основного металла и сварных соединений.

Недостатком известной стали применительно к изготовлению крупногабаритных паяно-сварных конструкций является низкая ударная вязкость при криогенных температурах, вызванная образованием в процессе пайки и последующей термической обработки охрупчивающих зернограничных включений карбидных фаз. Последнее обусловлено регламентированным (замедленным) охлаждением с температур пайки и последующей упрочняющей закалки со скоростью не более 10-15 град/мин с целью исключения возникновения термических трещин в основном металле и паяных соединениях.

Задача изобретения - создание высокопрочной коррозионностойкой литейной стали криогенного назначения для паяно-сварных конструкций энергетических установок, структурно не чувствительной к замедленному охлаждению в процессе пайки и окончательной термической обработке.

Задача решена за счет того, что коррозионностойкая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, марганец, кремний, азот, кальций, церий, ниобий и железо, дополнительно содержит вольфрам при следующим соотношении компонентов, мас. %:
углерод - 0,04-0,08
хром - 13,0-15,0
никель - 6,0-8,5
молибден - 0,5-2,0
марганец - 0,3-0,9
кремний - 0,2-0,75
азот - 0,01-0,08
кальций - 0,001-0,05
церий - 0,001-0,05
ниобий - 0,03-0,3
вольфрам - 0,01-0,2
железо - остальное
Дополнительное легирование стали вольфрамом замедляет диффузию углерода к границам зерен, что предотвращает образование хрупких карбидных фаз по границам зерен при замедленном охлаждении. Легирование ниобием позволяет связать избыточную концентрацию углерода и азота в первичные карбонитриды, что в сочетании с легированием вольфрамом предотвращает образование охрупчивающих карбидов хрома при замедленном охлаждении.

Легирование церием, кальцием, марганцем и кремнием очищает границы зерен от таких вредных примесей, как кислород, сера и фосфор.

Заданное суммарное содержание аустенитообразующих элементов: никеля, хрома, молибдена, углерода и азота обеспечивает сохранение в структуре до 30-40% остаточного аустенита и как следствие этого высокую хладостойкость стали.

Технический результат - обеспечение высокой ударной вязкости литейной коррозионностойкой стали при криогенных температурах в паяно-сварных конструкциях энергетических установок, для которых регламентируется скорость охлаждения в процессе пайки и окончательной термообработки во избежание ухудшения качества пайки.

Новая литейная сталь после высокотемпературной пайки и окончательной термообработки по оптимальному режиму: закалка, регламентированное охлаждение с температуры закалки, обработка холодом при -70^oC и отпуск при 300^oC обладает следующими механическими свойствами:
предел прочности, кг/мм² - 110-130;
предел текучести, кг/мм² - 95-105;
относительное удлинение, % - 15-20;
относительное сужение, % - 50-70;
ударная вязкость при -196^oC, кгм/см² - 4-8.

Таким образом, применение предложенной стали позволяет получить паяно-сварные конструкции энергетических установок, работоспособные в температурном интервале от -196^oC до 300^oC.

В таблице 1 приведены примеры осуществления, в таблице 2 - механические свойства предложенной стали.

Формула изобретения

Коррозионностойкая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, марганец, кремний, азот, кальций, церий, ниобий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,04 - 0,08
Хром - 13,0 - 15,0
Никель - 6,0 - 8,5
Молибден - 0,5 - 2,0
Марганец - 0,3 - 0,9
Кремний - 0,2 - 0,75
Азот - 0,01 - 0,08
Кальций - 0,001 - 0,05
Церий - 0,001 - 0,05
Ниобий - 0,03 - 0,3
Вольфрам - 0,01 - 0,2
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2