Коррозионностойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокопрочной коррозионностойкой стали, которая может быть использована в авиационной, космической и других областях техники для изготовления силовых паяносварных узлов, применяемых без термической обработки после сварки. Предложенная коррозионностойкая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,03-0,08, хром 12,8-14,5, никель 5,2-6,5, молибден 0,7-1,2, вольфрам 0,7-1,2, ванадий 0,15-0,3, ниобий 0,08-0,3, азот 0,01-0,03, иттрий 0,01-0,1, кальций 0,001-0,01, цирконий 0,01-0,1, лантан 0,01-0,1, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости в паяносварных соединениях изделий, работающих при криогенных температурах (до -70^oС). 3 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к коррозионностойким высокопрочным сталям, и может быть использовано в авиационной, космической и других отраслях техники для изготовления силовых паяносварных узлов, применяемых без термической обработки после пайки.

Известна сталь типа Х18Н10Т, содержащая в своем составе большое количество дефицитного никеля, но не обладающая достаточной прочностью при температурах эксплуатации оборудования (ГОСТ 5632-72, сталь Х18Н10Т).

Известна коррозионностойкая сталь, наиболее близкая к данному изобретению, содержащая, мас.%: Углерод - 0,03-0,08 Хром - 13,0-15,0 Никель - 5,05-6,0 Медь - 1,8-2,5 Молибден - 0,8-1,8 Ниобий - 0,03-0,45 Титан - 0,02-0,15 Лантан - 0,01-0,1 Марганец - 0,1-1,0
Кальций - 0,01-0,1
Кремний - 0,05-0,7
Азот - 0,015-0,08
Церий - 0,01-0,1
Иттрий - 0,01-0,1
Железо - Остальное
(SU авт. свид. 1144405, A1, C22 038/59, 1989).

Известная сталь обладает повышенной коррозионной стойкостью сварных соединений и высокими механическими свойствами. Однако применение этой стали для изготовления паяносварных конструкций связано с выделением карбидно-нитридной сетки по границам зерен в процессе замедленного охлаждения при пайке, что вызывает понижение вязкости таких соединений при низкой температуре.

Задача данного изобретения - создание коррозионностойкой высокопрочной стали, способной надежно эксплуатироваться в паяносварных конструкциях, в том числе при низких температурах до -70^oC.

Для решения поставленной задачи предложена коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, ниобий, азот, иттрий, кальций, лантан и железо, которая дополнительно содержит вольфрам, ванадий и цирконий, при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Углерод - 0,03-0,08
Хром - 12,8-14,5
Никель - 5,2-6,5
Молибден - 0,7-1,2
Вольфрам - 0,7-1,2
Ванадий - 0,15-0,3
Ниобий - 0,08-0,3
Азот - 0,01-0,03
Иттрий - 0,01-0,1
Кальций - 0,001-0,01
Цирконий - 0,01-0,1
Лантан - 0,01-0,1
Железо - Остальное
Соотношение элементов в стали указано с учетом следующего ограничения содержания примесей в ней.

Примеси в заявленной стали, мас.%:
Кремний - Не более 0,6
Марганец - Не более 0,6
Медь - Не более 0,3
Титан - Не более 0,2
Фосфор - Не более 0,1
Сера - Не более 0,1
Введение в сталь циркония позволяет создать защитную пленку на границах зерен, а значит и уменьшить диффузию углерода и азота. Введение в сталь вольфрама и ванадия, образующих стойкие карбиды и таким образом забирающих углерод из твердого раствора, обеспечивает резкое снижение интенсивности выделения карбидной сетки Me₂₃C₆ по границам зерен при охлаждении во время пайки. В стали также уменьшен верхний предел содержания хрома. Все это в комплексе позволяет снизить образование карбидонитридов хрома при замедленном охлаждении в процессе пайки.

Технический результат - повышение ударной вязкости в паяносварных соединениях изделий, работающих при криогенных температурах (до -70^oC).

В лабораторных условиях в вакуумно-индукционной печи емкостью 150 кг были выплавлены стали.

Химический состав исследованных сталей приведен в табл. 1.

Плавки 4 и 5 имеют содержание легирующих элементов ниже нижнего и выше верхнего соответственно. Плавка 6 - прототип.

Механические свойства предложенной и известной сталей после закалки с 1000^oC и отпуска при 520^oC приведены в табл. 2.

Механические свойства исследованных сталей основного металла и паяного соединения приведены в табл. 3.

Как видно из приведенных данных, предложенная сталь имеет высокие механические свойства по сравнению с прототипом (плавка N 6) и, в частности, высокую ударную вязкость образцов с усталостной трещиной (КСТ) паяных соединений при температуре -70^oC, что позволяет создать надежные силовые конструкции.

Плавки 4 и 5, имеющие легирующие элементы ниже нижнего и выше верхнего предела соответственно, имеют либо низкую прочность (плавка 4), либо низкую вязкость (плавка 5).

Формула изобретения

Коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, ниобий, азот, иттрий, кальций, лантан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вольфрам, ванадий и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03-0,08
Хром - 12,8-14,5
Никель - 5,2-6,5
Молибден - 0,7-1,2
Вольфрам - 0,7-1,2
Ванадий - 0,15-0,3
Ниобий - 0,08-0,3
Азот - 0,01-0,03
Иттрий - 0,01-0,1
Кальций - 0,001-0,01
Цирконий - 0,01-0,1
Лантан - 0,01-0,1
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3