Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к свариваемой высокопрочной коррозионно-стойкой стали для криогенных температур, которая может быть использована в авиационной, космической и других областях техники. Предложенная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод не более 0,03, хром 10,0-13,0, никель 8,0-11,0, титан 0,02-0,15, молибден 0,4-0,9, кобальт 0,2-0,6, бор 0,001-0,005, кальций 0,001-0,05, лантан 0,01-0,1, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости основного металла в зоне термического влияния сварного шва при криогенных температурах. Повышается надежность эксплуатации стали в сложных паяно-сварных конструкциях, в том числе с перекрестными и близлежащими швами, с возможностью технологических нагревов. 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым высокопрочностным коррозионно-стойким сталям для криогенных температур, и может быть использовано в авиационной, космической и других областях техники.

Известна сталь 07Х16Н6, обладающая высокими механическими свойствами при криогенных температурах. Однако эта сталь является сталью переходного аустенитно-мартенситного класса и поэтому требует термической обработки после сварки, что не позволяет применить ее для сложных сварных узлов. Кроме того, при пайке этой стали в процессе охлаждения по границам зерен выделяется карбидная сетка, вызывающая снижение вязкости и коррозионной стойкости.

Наиболее близкой к данному изобретению является известная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, хром, никель, титан, молибден, бор, кальций, цирконий и железо, имеющая следующий состав, мас.%: Углерод - 0,005-0,03 Хром - 10,0-13,0 Никель - 8,0-11,0 Титан - 0,03-0,45 Молибден - 0,4-0,9 Бор - 0,001-0,005 Кальций - 0,03-0,08 Цирконий - 0,01-0,08 Железо - Остальное.

Примеси, мас.%, не более:
Марганец - 0,3
Кремний - 0,3
Азот - 0,03
Алюминий - 0,2
Фосфор и сера - 0,015
(авт. свид. СССР N 378503, C 22 C 38/54). Эта сталь после термической обработки по режиму: закалка с 860^oC + отпуск при 250^oC обладает механическими свойствами, представленными в таблице 1.

Сталь хорошо сваривается в термически обработанном состоянии, а также способна работать в паяно-сварных конструкциях.

Недостатком этой стали является нестабильность механических свойств при криогенных температурах после нагревов в интервале 300 - 500^oC (таблица 2). Это снижает технологичность и ремонтоспособность стали, что затрудняет создание конструкций с перекрестными сварными швами и подварками, а также применение технологических операций, предусматривающих нагревы (например, термообезжиривание окончательно готовых изделий, требующее нагрева выше 300^oC).

Задачей настоящего изобретения является создание высокопрочной коррозионно-стойкой стали, способной надежно эксплуатироваться в сложных паяно-сварных конструкциях, в том числе с перекрестными и близлежащими швами и допускать технологические нагревы.

Для решения поставленной задачи предложена высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса, содержащая углерод, хром, никель, титан, молибден, бор, кальций и железо, которая дополнительно содержит кобальт и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - Не более 0,03
Хром - 10,0-13,0
Никель - 8,0-11,0
Титан - 0,02-0,15
Молибден - 0,4-0,9
Кобальт - 0,2-0,6
Бор - 0,001-0,005
Кальций - 0,001-0,05
Лантан - 0,01-0,1
Железо - Остальное.

Поставленная техническая задача решается комплексным путем.

1. В сталь вводят кобальт в количестве 0,2 - 0,6 мас.% для измельчения дендритной ячейки перекрестных сварных швов, а следовательно повышения их вязкости.

2. В сталь взамен циркония вводят лантан в количестве 0,01 - 0,1 мас.% как элемент, более интенсивно очищающий границы зерен.

3. Ограничен верхний предел по титану до 0,15 мас.% для снижения интенсивности старения при температурах 300 - 350^oC.

Соотношение элементов в стали указано с учетом следующего ограничения содержания примесей в ней.

Примеси, мас.%, не более:
Кремний - 0,25
Марганец - 0,25
Алюминий - 0,20
Цирконий - 0,01
Фосфор - 0,01
Сера - 0,25
Технический результат - повышение ударной вязкости основного металла и в зоне термического влияния сварного шва при криогенных температурах.

В таблице 3 представлены механические свойства предложенной стали при комнатной и криогенной температурах после отпуска при температурах 250 и 500^oC.

В таблице 4 представлены механические свойства опытных плавок стали в соответствии с их химическим составом.

Как видно из данных таблиц 3 и 4, предложенная сталь имеет высокие механические свойства по сравнению с прототипом (плавка 6), в том числе после нагрева при 500^oC и в сварных соединениях. Плавки 4 и 5, содержащие легирующие элементы соответственно ниже нижнего и выше верхнего пределов, имеют низкий предел прочности (плавка 4) и низкую ударную вязкость КСТ при температуре -253^oC после отпуска 500^oC (плавка 5).

Таким образом, данная сталь позволяет создать сложные паяно-сварные конструкции с перекрестными и близлежащими швами с высокими значениями ударной вязкости при криогенных температурах и с возможностью применения технологических нагревов в процессе их изготовления.

Формула изобретения

Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса, содержащая углерод, хром, никель, титан, молибден, бор, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кобальт и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - Не более 0,03
Хром - 10,0-13,0
Никель - 8,0-11,0
Титан - 0,02-0,15
Молибден - 0,4-0,9
Кобальт - 0,2-0,6
Бор - 0,001-0,005
Кальций - 0,001-0,05
Лантан - 0,01-0,1
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3