Сталь

(55 С 22 ОПИСАН ОБРЕТЕНИ РСКО ИДЕТЕЛЬС(71) Ленинградский государственный технический университет(56) Авторское свидетельство СССРМ 558064, кл. С 22 С 38/52, 1977.(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к мартенситно-стареющей стали с относительно высоким сопротивлениемразрушению при металлургическом переделе и изготовлении изделий с применениемгорячего и холодного деформирования (гибка, развальцовка, раздача и т.д,), используемои в энергетике, авиастроении, судостроительной промышленности, вакуумной технике, а также для производства спортивного инвентаря и изделий бытового назначения, Цель - повышение кратковременных прочностных и пластических свойств, сопротивления замедленному разрушению, твердости в состаренном состоянии за счет снижения стабильности аустенита, Для этого сталь дополнительно содержит медь, иттрий, цирконий, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,005-0,03; хром 12,5-13,2; никель 5,2-6,8; марганец 1,6-2,2; кремний 0,10-0,28; алюминий 0,20 - 0,40; титан 0,8-1,10; медь 1,5-2,0; иттрий 0,02-0,05; цирконий 0,1 - 0,3; кальций 0,02 - 0,08; ниобий 0,2 - 0,4; железо - остальное, 4 табл,Изобретение относится к металлургии экономнолегированных высокопрочных коррозионностойких мартенситно-стареющих сталей с относительно высоким сокротивлением хладноломкости и высоким сопротивлением разрушению при металлургическом переделе и изготовлении изделий с применением горячего и холодного деформирования (гибка, развальцовка, раздача и т.д.), используемых в энергетике, авиастроении, судостроительной промышленности, в вакуумной технике, а также для производства спортивного инвентаря и изделий бытового назначения.Известны коррозионностойкие высоко- прочные мартенситно-стареющие стали, обладающие высоким сопротивлением различным видам коррозии и требуемым высоким уровнем прочностных, пластических свойств и ударной вязкости при умеренных и низки об исследовани бретения по па ской литературе прототипом яв ас о 0,01 - 0,03 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(авт. св. ССкл, С 22 С 38/48) температурах (см. справку заявляемого Обьекта изоентной и научно-техниче 12-" 35 - 101,4 - 2,40,1 - 0,250,1 - 0,40,4-1,03 - 4,50,1 - 0,250,01 - О, 1ОстальноеМ 558064, 1977, 17861765 10 25 30 Сталь-прототип, кроме высоких вязкапластических свойств и сопротивления удару при умеренных и низких температурах, имеет относительно Высокую хладностойкость (-90 С). малую чувствительность к смещению порога хрупко-вязкого перехода, обладает давольно хорошей карраэионной стойкостью. Кроме отмеченных факторов, она удовлетворительно куется и сваривается, а также подвергается холодной и горячей деформации при значительных уковах и степенях деформиравания,Однако она имеет некоторое содержание кобальта (3-4,5 Я значительное количество молибдена (1,4 - 2,4 Д) и довольно большое содержание никеля да 10.,0;4), Следует указать, что эти элементы обеспечивают высокопрочное состояние стали. Указанные и даже более высокие прочностные свойства при удовлеворительном ВЯзка-пластическом состоЯнии могут быть обеспечены без дорогостоящих дефицитных кобальта и молибдена путем Введения в сталь 1,5 - 2,0 оь меди, кроме Отмеченного,наши эксперименты показали, что введение меди не только обеспечивает получение требуемых кратковременных прочностных сВОЙстВ, но и сокращает длительность старения за счет уменьшения стабильности аустенита при снижении содержания никеля (до 7 о,)Металлургический передел и готовые изделия из стали-прототипа, особенно при большом сечении требуют осторожного подхода при нагреве и Охлаждении. Замедленное хрупкое разрушение особенно часто проявляется в сварных изделиях, что нами связывается с крупнозернистастью В зоне термического влияния, а также с малой скаростью нарева, способствующей Возникновению межзеренных напряжений при формировании карбидов (интерметаллидов).Целью изобретения является создание высокопрочной бескобальтовай и безмолибденовой коррозионностойкой мартенситно-стареющей стали с интерметаллиднь.м вторичным упрачнением, проявляющимся при кратковременном термическом стаоении, т,е, при меньшем содержании никеля, Отсутствие молибдена и кобальта и пониженное содержание никеля в заявляемой стали диктовалось и возможностью использования ее для производства спортивного инвентаря и предметов бытового назначения с высоким сопротивлением упругой деформации (пластинчатые и винтовые пружины, мембраны сложной формы, специальные сильфоны и т.д,),Поставленная цель высокие механические свойства и упругая деформация, небольшое технологическое время старения,высокое сопротивление замедленному разрушению и т,д.) достигается как Введениеммеди Г 1,5-2,0 оь), так и микралегированиемцирконием, иттрием, кальцием, обеспечивающими в основном повышение прочностиграниц зерен и других поверхностей разделов (фрагменты, блоки и т.д.), Указанноемикролегирование не только повышает горячую деформационную способность стали,но и предотвращает развитие замедленногоразрушения.В предлагаемой стали реализуется также известное явление специальной металлургии; повышение марганца 1,6 - 2,2) дляулучшения деформационной способности,Поставленные цели достигаются стальюследующего состава, мас. Оь;Углерод 0,005 - 0,03Хром 12,5 - 13,2Никель 5,2 - 6,8Марганец 1,6 - 2,2Кремний 0,10 - 0,28Алюминий 0,20 - 0,40Тан 0,8 - 1,10Медь 1,5 - 2,0Иттрий 0,02 - 0,05Цирконий 0,1 - 0.,3КальцЙ 0,02 - 0,08Ниобий 0,2-0,4Железо Остальное.Лзмельчение зерна при небольшомвведении ниобия (0,2 - 0,4 Я плодотворносказывается на повышении вязко-пвастических свойств, хладастойкости и сопротивляемости замедленному разрушению.Были выплавлены в открытой индукционной печи емкостью 500 кГ слитки развесом по 50 кг. Проведена ковка, термическаяобработка и старение различной длительности, Также оценивалась и склонность предлагаемой стали к замедленному хрупкомуразрушению,Химический состав и исследуемые механические свойства приведены в табл,1 - 4.Из табл,2 следует, что заявляемая бескобальтовая и безмолибденовая сталь смедью при пониженном содержании никеляуже заметно твердеет при выдержке длительностью 2 ч, в то время как сталь-прототип (высокое содержание никеля) начинаетзначительно твердеть после выдержки 50100 ч, Последнее связывается с меньшейстабильностью аустенита заявляемой стали. Таким образом, заявляемая сталь обеспечивает требуемые прочностные свойствапосле старения длительностью 5 ч.1786176 Таблиц в 1 Химический состав исследуемых сталей Содержание элементов, мас.3 к 1. ло к 1 п 5 1Условный При мер Сталь номерплавки щ щ щщщщщ А 1 Т 1С(Ск 194 0 005 12 5 5 2 - 16 0,10 1,5 0,20 0,802.Э 4 О, 02 123 5.1 - 1 Э 021 1,8 0,31 1,0334 0,03 13,2 68 - 2,2 0,28 2,0 0,40 1,10 1 Предлагае- мая 1 5/7 О, 02 1 2, 7 1, 3 2, О О, 20 О, 23 - О, 30 0 83 2 П рототип Продочжение табл 1 УсловныйСодержание элементов, мас При мер Сталь номер пкквкк )кЪ (Сак ) аСеГе ОстальноеТо же 0,02 0,05 0,10 0,19 0,30 0,02 0,04 0,05 0,20 0,32 О, 40 1 Предлагае- мая О, 08 334 15/7 - 3 8 - - - 0 05 2 П рототип Из табл.3 видно, что предлагаемаясталь при оптимальном отпуске (475 С, 5 ч)имеет даже более высокие пластические и,особенно, прочностные свойства, нежелисталь-прототип после выдержки при оптимальной температуре длительностью 50 ч,Предлагаемая сталь не боится замедленного разрушения - межзеренных трещин, как при металлургическом переделе,так и при нагреве и охлаждении с обычной 10.скоростью, не было обнаружено, Это связывается с улучшением границ зерен сталилегированием кальцием, иттрием и цирконием. В стали же прототипе, хотя церийимеется, но по-видимому, он не полностью 15подавляет задержанное разрушение, Результаты экспериментов приведены втабл,4,Ожидаемый экономический эффект выразится в повышении тактико-технических 20данных энергетических установок, значительном уменьшении технологического времени в процессе старения и экономиидорогостоящих дефицитных элементов (кобальта, молибдена, никеля). 25 Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, кремний, алюминий, титан, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения кратковременных прочностных и пластических свойств, сопротивления замедленному разрушению, твердости в состаренном состоянии за счет снижения стабильности аустенита, она дополнительно содержит медь, иттрий, цирконий, кальций, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас,%;Углерод 0,005 - 0,03;Хром 12.5-13,2;Никель 5,2-6,8;Марганец 1,6-2,2;Кремний 0,10 - 0,28;Алюминий 0,20 - 0,40;Титан 0,8 - 1,10;Медь 1,5 - 2,0;Иприй 0,02 - 0,05;Цирконий 0,1 - 0,3;Кальций 0,02 - 0,08;Ниобий 0,2-0,4;Железо остальное1786176 Табли ца 2 Твердение во времени в процессе старения при оптимальной температуре 475 С предлагаемой стали и стали-прототипа Твердостьпосле старения поВиккерсу Условный Твердость номер после заплавки калки поВиккерсу Пример Времястарения, ч Сталь 1 Предлагаемая 2 475 5 528 10 525 50 530 100 521 2 475 5 532 10 541 50 534 100 505 2 490 5 530 10 560 50 540 100 510 2 130 5 1 Э 5 1 О 208 50 471 100 483 209 294 221 ЗЭ 4 227 1 7/7 2 Прототип Т а б л и ц а 3 Кратковременные прочностные и пластические свойства при комнатной температуре заявляемой стали и стали-прототипа после старения по оптимальному режиму Механические свойства Условныйномерплавки Номер Сталь б ,МПа б,МПа д",Ф ,3 43,9 44,1 42,0 40,8 1984 2021 2087 1929 1 Предлагаемая 194294 ЗЭ 4 15/7 1950 1845 1901 1738 9,28,8 86 8,0 2 Прототип П р и м е ч а н и е 1 При старении длительностью 100 и болееначинается известный процесс перестаривания, т,е. падение твердости (прочности)во времени2. На каждую точку было испытано четыре гагаринских образца1786176 10 Таблица 4 оставитель В,Ивановаехред М,Моргентал рректор Л,Пилип ктор каз 232 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 тельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 оизводственн Наличие и отсутствие трещин замедленного разрушения в исследуемой стали и стали-прототипе