Коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих сталей криогенного назначения для изготовления силовых литых деталей энергетических установок, работающих при температурах от -196 до 300^oC. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств фасонных отливок сложной конфигурации за счет ускорения процессов объемной кристаллизации в тепловых узлах и уменьшения ликвационной неоднородности отливок. Заявленная сталь содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01 - 0,05; хром 10,0 - 13,5; никель 4,5 - 6,0; молибден 4,0 - 5,0; кобальт 8,0 - 10,0; марганец 0,2 - 0,9; кремний 0,2 - 0,75; азот 0,01 - 0,08; церий 0,001 - 0,05; ванадий 0,03 - 0,3; кальций 0,001 - 0,05; железо - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих литых сталей криогенного назначения для изготовления силовых литых деталей энергетических установок, работающих при температурах от -196^o до 300^oC.

Известна матренситностареющая коррозионностойкая литейная сталь криогенного назначения следующего химического состава, мас.%: углерод - 0,01-0,03 хром - 9,5-12,0 никель - 7,0-10,0 молибден - 0,5-1,9 кобальт - 3,9-6,0 кальций - 0,01-0,08 иттрий - 0,01-0,3 ванадий - 0,03-0,3 церий - 0,005-0,3
железо - Остальное
(автор. свидет. СССР N 1014970, кл. С 22 С 38/52).

Комплексное легирование церием совместно с иттрием и ванадием приводит к повышению ударной вязкости стали при криогенных температурах и понижению склонности к образованию горячих трещин при сварочных нагревах.

Однако известная сталь является недостаточно прочной (σ_в не более 120 кг/мм²) в связи с относительно низким ее легированием молибденом и кобальтом, поэтому не может быть применена в силовых конструкциях сложной конфигурации, работающих при высоких нагрузках.

Известна высокопрочная коррозионностойкая мартенситностареющая сталь криогенного назначения следующего химического состава, мас.%:
углерод - 0,01-0,05
хром - 10,0-13,0
никель - 14,0-6,6
молибден - 1,3-3,5
кобальт - 4,0-7,5
марганец - 0,2-0,5
кремний - 0,2-1,5
титан - 0,3-0,5
алюминий - 0,2-0,35
медь - 0,5-1,5
диспрозий - 0,03-0,1
неодим - 0,05-0,08
кальций - 0,05-0,08
церий - 0,01-0,05
железо - Остальное
(автор, свид. СССР N 1165719, С 22 С 38/52).

Данная сталь достаточно высоко легирована упрочняющими элементами и обеспечивает высокий уровень прочности и ударной вязкости в отливках простой конфигурации с равномерными стенками.

Однако в отливках сложной конфигурации типа крыльчаток имеет место резкое уменьшение прочностных и пластических свойств в зонах сопряжений лопаток со стенками (в тепловых узлах отливок). Это вызвано недопустимо высокой ликвацией легирующих элементов и образованием в тепловых узлах отливок повышенного количества ликвационного аустенита и охрупчивающих интерметаллидных фаз.

Задача изобретения - создание высокопрочной коррозионностойкой мартенситностареющей литейной стали для изготовления отливок сложной конфигурации, работоспособных при высоких нагрузках в интервале температур от - 196^oC до 300^oC.

Задача решена за счет того, что коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, дополнительно содержит ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,01-0,05
хром - 10,0-13,5
никель - 4,5-6,0
молибден - 4,0-5,0
кобальт - 8,0-10,0
марганец - 0,2-0,9
кремний - 0,2-0,75
кальций - 0,001-0,05
церий - 0,001-0,05
ванадий - 0,03-0,3
азот - 0,01-0,8
железо - Остальное
Дополнительное легирование ванадием и азотом ускоряет процесс объемной кристаллизации в тепловых узлах отливок за счет образования в них новых центров кристаллизации - нитридов ванадия (избирательный модифицирующий эффект). Это позволяет существенно уменьшить ликвацию легирующих элементов и обеспечить высокие и равномерные механические свойства по сечению фасонных отливок.

Технический результат - повышение механических свойств фасонных отливок сложной конфигурации за счет ускорения процессов объемной кристаллизации в тепловых узлах и уменьшения ликвационной неоднородности отливок.

Химические составы исследованных плавок предложенной стали приведены в табл.1.

Предложенная сталь после термической обработки по оптимальному режиму: гомогенизация, закалка, стабилизирующий отпуск, обработка холодом и старение, имеет свойства на образцах, вырезанных из тепловых узлов фасонных отливок, представленных в табл.2.

Анализ табл. 2 показал, что предложенная сталь имеет достаточно высокие механические свойства в тепловых узлах фасонных отливок, что обеспечивает высокую работоспособность этих отливок в условиях высоких нагрузок в интервале температур от -196 до 300^oC.

Формула изобретения

Коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,05
Хром - 10,0 - 13,5
Никель - 4,5 - 6,0
Молибден - 4,0 - 5,0
Кобальт - 8,0 - 10,0
Марганец - 0,2 - 0,9
Кремний - 0,2 - 0,75
Азот - 0,01 - 0,08
Церий - 0,001 - 0,05
Ванадий - 0,03 - 0,3
Кальций - 0,001 - 0,05
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2