Коррозионностойкая сталь

 

О h И С А Н И Е 933788

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 23. 07.80 (21) 2968039/22-02 с присоединением заявкм М(23) Приоритет

Опубликовано 07. 06. 82 Бюллетень р(е 21

Дата опубликования описания 07,06.82

\ (5l)M. Кл.

С 22 С 38/48

Эвуларвтеапе5 квинтет

CCCP

Ю мехам взвбретеннй и втерытяв (53) УД К 669 14

018 52.8-194 (088.8) Ж.Л,Базарас, А.П.Браженас, М.А,Даунис, И..А.llo и Б.Т.Тимофеев (72) Авторы изобретения

13 ...

- .-"км нтанаса,, fцу@уса

Каунасский политехнический институт им. (7l) Заявитель (54) КОРР0380ННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ

0,02-0,07

0,2 -0,6

14,5-16,5

0,2-0,6

0,2-0,4

0,2-0,5

Углерод

Кремний

Хром

Никель

Молибден

Тантал

Нитриды

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионностойким сталям, и может быть использовано, в энергетическом и химическом машиностроении в промышленных установках, работающих в условиях воздействия повторных или знакопеременных нагрузок в коррозионно-активных средах.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является коррозионностойкая сталь марки 18ХМТФ fl ), содержащая, вес.4:

Углерод до 0,07

Кремний до 0,65

Марганец до 0,40

Хром 17 19

Никель . до 0,6

Молибден 0,25-0,45

Ванадий 0,25-0,45

Титан 0,4-O,8

Железо Остальное

Известная сталь отличается недостаточным сопротивлением усталост2 ным оазрушениям сварных соединений и не обладает требуемым уровнем циклической прочности, необходимым для обеспечения эксплуатационной надежности в работе сварных конструкций в условиях знакопеременного нагружения.

Цель изобретения - повышение сопротивления усталости сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, кремний, хром, никель, молибден и железо, дополнительно содержит тантал, нитриды ванадия и церий при следующем соотношении компонентов, вес.Ф:

0,03-0,07

0,02-0,1

Остальное

933788 ванадия

Церий

Железо содержать примеси, Сталь может вес. ь

Сера

Фосфор до 0,01 до 0,02

16

Введение в состав заявляемой стали тантала и нитридов ванадия в указанном соотношении с другими элементами способствует повышению коррозионномеханической прочности сварных соединений при циклическом деформирова

Йии и улучшает эксплуатационные ха-, рактеристики материала. Структура стали в зоне термического влияния сварки при этом становится более ур мелкозернистой и дезориентированной, чем в известной композиции, излом приобретает матовый вид и увеличивается доля волокнистой составляющей.

Введение тантала в указанных пределах д и выше эффективно подавляет процессы образования полигонизационных гранйц, что существенно повышает устойчивость стали против образования горячих трещин при сварке. Модифици рование стали нитридами ванадия положительно влияет на сварочнотехнологические свойства стали, улучшается жидкотекучесть и качество металла шва,, Повышение пластических харак35 теристик сварного соединения такой стали обусловлено также отсутствием в ее составе титана, способствующего образованию по границам зерен скоплений оксидов, карбидов и прочих слож" ных соединений, служащих как правило концентраторами напряжений и препятствующих движению дислокаций.

Действие Р3М и, в частности,це- рия заключается в том что находящие1

45 ся в твердом растворе эти элементы, даже в незначительных концентрациях, положительно влияют на состояние границ зерен и субструктуру литого металла шва, что в значительной мере определяет его сопротивление развитию трещин и отрыву межзеренных прослоек в условиях длительного циклического нагружения. Комплексное легирование предлагаемой стали танталом, нитридами ванадия и церием в сочетании с другими компонентами повышают ее сопротивляемость зарождению и распространению усталостных трещин, что в целом положительно влияет на работоспособность и долговечность материала в условиях жесткого малоциклового нагружения. Проводятся опытные плавки, пластическая и термическая обработки, определяются необходимые механические свойства и сопротивление усталости при циклическом нагружении сварных соединений предлагаемой и известной сталей. Химический состав исследуемых сталей, а также механические свойства основного металла и металла сварных соединений представлены в табл. 1 и 2, коррозионные испытания — в табл ° 3.

Таким образом, механические свойства основного металла определяются . после закалки в масле с 1020 и последующего отпуска при 600, сварных соединений — после отпуска при 750 С.

Сварка образцов производится в стык электроннолучевым способом без присадки. Определение предела выносливости производится на гладких образцах при следующих условиях: вид нагружения - чистый изгиб, частота циклов нагружения - 1400 цикл/мин, база

7 испытаний 2х10 циклов, температура испытания 20 С. Среда - воздух, кри" о терий усталостного. разрушения материала - полное разрушение образца.

Фрактографический анализ поверхности в усталостного разрушения образцов ме" тодом сканирования на растровом электронном микроскопе показывает, что доля вязкой составляющей в плазме предлагаемой стали значительно возрастает по сравнению с известной.

Результаты испытаний по определению .общей коррозионной стойкости и стойкости против коррозионного растрескивания образцов, выполненных из описываемой и известной сталей, приведены в табл. 3.

Технико-экономический эффект изобретения выражается в повышении эксплуатационной надежности и срока службы сварных конструкций, подвергающихся воздействию повторных или знакопеременных нагрузок, 933788

l(t

О х о с

Во

О

3Е

1

ВЧ

СЭ

Ю

Ю

Ю

Ю

Ю

»

Сб

ИЪ

Ф Ъ

Сб

СО

C)

СВ

° Ь

СЪ

Сб

СЭ

ОЪ

C)

С2

° ь

М\

ВЧ

СЭ . Ю

CI (с

C)

C)

CI зЯ

О.

OO

C) Ю

Ю бЧ

Сб

СЪ

МЪ

Ф

C(Ю Ъ

Сб .

Ю

СВ д Р

Э

-4

Ю (Ч

C(й

О

I»

Q

Э с

Ю\ б Ъ

Сб

4 \

C( (Ч

Сб

Э

X х

% а

Э сК

О

О

1 !

1 !

I

I . 1 б

I

I

l

I

1

I

I

I !

I

1 !

I

I

1

I б о с

Э

У

М\

-а

ВЧ

Сб

ВЧ

LA

М\

Э

Щ б (1

I(I

1

1

t(I

1 !

1

I

I

)X

X и

Э а

У

О (1

Э с

l л ъО

C) ВЧ

СР (C) Ю

СР

С) »

Ю (Ч

Ю

Ю (L ф

Во

Ol

6) л с ((I

I(Э и

l

1

1

I

t

1

I !

1

1

I !

I б

I

I

1 !

I (!

t

I б

I (1

1

I б

1

1 !

I

1

1

I Q, 1

I g о .О б е б. О.

1 I1 X (О I

I Ъ

X 1

О а 1 х бс

Ю

Ю

C)

М\

СР

СВ О

Ю

LA

Ю О

I сО

Ю

Ю

Ю

° с

В

1

I

1

1 !

I ! ! !

I

I

I

В

1

I

I

1

I

I

1

1

1

I б

1

I

1

1

I

I

I

1

1 (1

1

1

I !

I !

1 !

1

1 !

1

I

I

933788 а

3" iX

v x

1

I !

I

I

I

I

1 !

)

I

1

I

1

1 ! !

I !

I

1

1

1 о

X с

333

X

tK о

3 о

О 333 с х х

C) О м

00 ф сС с1

Э 333 а m с о

I

I

CO

I 2

I е ! л

I Iо о

I C а

I I31

I ф

I 3

t .1 1

I

1

I

1

1 !

I

1 1

I Э о

X 333

В,й X с х

1 333 Ф

I» Х

I X и

1 О

1 Х

31 О

I о

X о

X о о

I33

Ol

3Q

iX о

Nt и

X

Y о

Э

X

t33 х

333

Л: сч

C)

3.Г\

I

I

1 !

1 !

1

I

I

I !

1

I

I

I !

1

I

I

I ! !

I

1

t а ! X

I 31 V

12

I Р о а. щ сс

1 и

3 «Х

I 333

I CL

C

3"

:о

Э лс а с

»

I I

4) 1

I Ъ

О1 аЕ о о а сч сч сч сч °

CV LA в о m сч сч в о сч сч м м

IA О LA

00 м -4 с3 LA LA

1

I

1

I

I

1

I

I

I !

I

1

1

I

1

I

I

I !

1

I

1

1

I

I !

I

1

I

1

1

I

I

I

1 !

I !

1

I

I

1

1

1 !

I

1

933788

16

Таблица 3

° ФЮЙ ЬМЬМ4ЬМ °

Сварные соединения, скорость коррозии, мм/г

Сталь

Основной металл

Время до появления склонности к коррозион" ному растрескиванию

3 0

0,02

Предлагаемая

0,07

0,10

190

0,25

Известная

П р и м е ч а н и е; 1 Образцы для определения коррозионной стойкости исследованных сталей перед испытаниями термообрабатываются по режимам: основной металл - закалка с 1020 в масле

О с последующим отпуском при 600 С, сварные соединения — отпуск при 750 С.

2. Определение стойкости основного металла против коррозионного растрескивания проводят в кипящем 424-ном растворе хпорида магния (154 ) при заданной пластической деформации 6 0,9 © ..=

4 - образец снят с испытаний без разрушений.

3 ° Определение скорости коррозии сварных соединений исследованных сталей проводят в пароводяной смеси, содержащей е

25 мг/л кислорода и 5 мг/л хлора при следующих условиях:температура 285 С и давление рабочей среды в автоклаве 70 ИПа, длительность испытаний — 1200 ч.

14,5-16,5

0,2-0,6

0,2-0,4

0,2-0,5

Хром

Никель

Молибден

Тантал .Нитриды ванадия

Церий

Железо

0,03-0,07

0,02-0,1

Остальное

ВНИИПИ Заказ, 3869/10 Тираж 660 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, хром, никель, молибден, железо, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения сопротивления усталости сварных соединений, она дополнительно содержит тантал, нитриды ванадия и церий при следующем соотношении компонентов, вес.Ф:

Углерод 0,02-0,07

Кремний 0,2-0,6

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ М 10994-74 сталь 18ХМТФ.