Патент на изобретение №2252977
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ВЫСОКОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению высокопрочной теплостойкой проволоки из коррозионно-стойкой аустенитной стали для изготовления упругих элементов. Коррозионно-стойкая аустенитная сталь содержит компоненты в следующем соотношении в мас.%: углерод до 0,03; хром 8-25; никель 5-18; кобальт 1,5-10; молибден 0,8-6,0; титан 0,5-1,02; алюминий 0,4-6,02; лантан или кальций 0,005-0,15; железо – остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности на разрыв до 2600 МПа.
Изобретение относится к области металлургии, то есть к изысканию сплавов, применяемых в машиностроении для получения высокопрочной теплостойкой проволоки различных диаметров и областей применения. Разработка высокопрочных и теплостойких сталей для упругих элементов, способных надежно противостоять воздействию агрессивных сред, является важной задачей. Имеющийся опыт создания и использования подобных материалов свидетельствует о возможности практического решения этой проблемы путем применения сталей, в том числе аустенитных, в которых требуемые свойства достигаются термомеханическим упрочнением (закалка + деформация + старение). [Грачев С.В., Бараз В.Р. Теплостойкие и коррозионно-стойкие пружинные стали. – М.: Металлургия, 1989, с.75-101]. В настоящее время для изготовления высокопрочной коррозионно-стойкой проволоки используются многие типы сплавов. Некоторые из этих сплавов являются мартенситной коррозионно-стойкой сталью, мартенситостареющей коррозионно-стойкой сталью, нелегированными углеродистыми сталями, дисперсионно-твердеющими сталями и сталями аустенитного класса. Основным преимуществом коррозионно-стойких сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, коррозионная стойкость, пластичность). Известны аналоги изобретения [Патент №2035524. Россия. Публикация 1995 г., кл. С 22 С 38/58. Коррозионно-стойкая сталь; Патент №2015194. Россия. Публикация 1994 г., кл. С 22 С 38/50. Сталь; Патент №2015195. Россия. Публикация. 1994 г., кл. С 22 С 38/58. Аустенитная сталь; Авторское свидетельство СССР №939537, кл. С 22 С 38/58. Аустенитная сталь; Патент №2099437. Швеция. Публикация 1994 г. кл., С 22 С 38/52. Дисперсионно-твердеющая мартенситная нержавеющая сталь], позволяющие получить высокопрочную коррозионно-стойкую сталь для изготовления проволоки, пружин и т.д. Наиболее близкой по составу к исследуемой стали является мартенситостареющая сталь 03Х12Н8К5М2ТЮ (по ТУ 14-136-198-75), которая при изменении соотношения хрома, никеля и алюминия переходит в аустенитный класс. В настоящее время из числа нестабильных аустенитных сталей наиболее широкое распространение в качестве коррозионно-стойких пружинных материалов получили хромникелевые стали типа 18-8. Типичными представителями этой группы являются стали 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т и другие, близкие им по составу. К основным достоинствам указанных сталей следует отнести коррозионную стойкость, повышенную пластичность в закаленном состоянии и склонность к заметному упрочнению в процессе пластической деформации. Они отличаются также хорошей релаксационной стойкостью при температурах до 250-300°С. Но стали типа 18-8 имеют ряд недостатков. В некоторых особо жестких условиях нагружения недостаточными оказываются показатели прочностных свойств. В ряде случаев возникает необходимость в усилении их коррозионной стойкости. Прототипом изобретения выбрана сталь марки 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72). Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высокопрочной коррозионно-стойкой стали, обладающей более высоким комплексом физико-механических свойств (прочность, коррозионная стойкость). Поставленная задача достигается тем, что коррозионно-стойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, хром, никель, титан и железо, дополнительно содержит кобальт, молибден, алюминий и лантан (или кальций) при следующем соотношении компонентов: углерод 0,3%, хром 8-25%, никель 5-18%, кобальт 1,5-10%, молибден 0,8-6,0%, титан 0,5-1,02%, алюминий 0,4-6,02%, лантан (или кальций) 0,005-0,15, остальное – железо. Содержание в стали 0,03 мас.% углерода обеспечивает достижение высокой пластичности. При содержании хрома менее 8% не обеспечиваются коррозионные свойства нержавеющей стали. При содержании хрома более 25% в структуре стали появляется Содержание никеля в количестве 5-18 мас.% обеспечивает необходимую устойчивость аустенита и пластичность стали в упрочненном состоянии. Никель также повышает коррозионную стойкость в слабоокисляющихся или неокисляющихся растворах химических веществ. Использование никеля как основы позволяет получить сплавы с высокой коррозионной стойкостью в сильных агрессивных кислотах [Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, с.7]. Увеличение содержания никеля (по сравнению со сталями на базе 18-8 и со сталью 03Х12Н8К5М2ТЮ) приводит к снижению температурного интервала мартенситного превращения и уменьшает интенсивность мартенситных превращений при деформации. По расчетам Мн составляет 140°С, Мд=20°С. Молибден повышает прочность, релаксационную стойкость, способствует повышению коррозионной стойкости [Грачев С. В., Бараз В.Р. Теплостойкие и коррозионно-стойкие пружинные стали. М.: Металлургия, 1989, с.75-107.; Рахштадт А.Г. Пружинные сплавы. М.: Металлургия, 1965, с.218-225]. Положительно влияет на свойства сталей комплексное легирование молибденом и кобальтом. Влияние кобальта обусловлено тем, что он уменьшает растворимость молибдена в Дополнительное упрочнение получается в результате дисперсионного твердения. Для этого в сталь вводят алюминий, титан. В исследуемой стали из ОЦК-фазы выделяется интерметаллид, по-видимому NiAl (по ранее проведенным исследованиям). Определенное соотношение содержания в стали хрома и никеля, а также ферритообразующих (Мо, Al, Ti) и аустенитообразующих (С, Со) легирующих элементов, обеспечивает достижение оптимальной устойчивости аустенита. При отклонении от этого соотношения аустенит стали оказывается либо слишком неустойчивым и тогда сталь после закалки содержит мартенсит, что приводит к снижению пластичности, либо слишком устойчивым и тогда при холодной деформации возникает мало мартенсита деформации и не достигается высокая прочность [Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. 2-е изд., перераб. и дополн. М.: МИСИС, 1999, с.408]. Пример. Образцы из исследуемой стали прокатывались в проволоку по маршруту: 14,3-13,5-12,0-11,2-9,5-8,0-7,5-7,0-6,4-5,91-5,7-5,3-4,9-4,31-3,92-3,35-2,77. Предполагалось тянуть до потери пластичности, однако даже при такой чрезвычайно высокой степени холодной пластической деформации не наблюдалось падение пластичности, характеристики относительного удлинения Исследовалось влияние температуры старения (в интервале температур от 300°С до 700°С с выдержкой при каждой температуре в течение часа) на механические свойства и фазовый состав исследуемой стали. Процессы старения изучали как на закаленных образцах стали, так и после холодной пластической деформации Изучение микроструктуры исследуемой стали после старения показало, что до температур старения 450°С изменения микроструктуры не происходит. И только при старении 500-600°С наблюдается появление неоднородности структуры мартенсита, что может быть следствием распада пересыщенного твердого раствора. Эти предположения согласуются с данными рентгеноструктурного анализа, которые указывают на то, что при нагреве выше 500°С вслед за выделением из ОЦК фазы интерметаллида, по-видимому NiAl (по ранее проведенным исследованиям) происходит Таким образом, наиболее высокий уровень прочностных и пластических свойств отвечает следующему режиму обработки: закалка + деформация – 95% + старение 450°С, t=14. Сопротивление при разрыве Как показали ранее проведенные исследования, данная сталь является глубоко стабильной и даже после обработки холодом до температуры – 196°С не удалось получить в структуре мартенсит. Таким образом, высокий уровень прочностных, релаксационных и коррозионных свойств создает возможность использования стали 03Х13Н10К5М2ТЮ0,8 в качестве материала для изготовления высокопрочной проволоки, пружин, упругих элементов и т.д.
Формула изобретения
Коррозионно-стойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, хром, никель, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кобальт, молибден, алюминий и лантан или кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод до 0,03 Хром 8-25 Никель 5-18 Кобальт 1,5-10 Молибден 0,8-6,0 Титан 0,5-1,02 Алюминий 0,4-6,02 Лантан или кальций 0,005-0,15 Железо Остальное
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 29.04.2006
Извещение опубликовано: 20.11.2007 БИ: 32/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
-феррит, который приводит к снижению механических свойств стали [Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, с.7].
-железе и тем самым увеличивает объемную долю фаз, содержащих молибден, то есть повышается 
в. [Грачев С.В., Бараз В.Р. Теплостойкие коррозионно-стойкие пружинные стали. М.: Металлургия, 1989, с.75-107]. Кобальт также повышает предел текучести [Патент №2035524. Россия. Публикация 1995 г., кл. С 22 С 38/58. Коррозионно-стойкая сталь].
, оставались на достаточно высоком уровне. Увеличение степени холодной пластической деформации до 94,4% позволило получить высокие значения прочности (
=94,4%. Наибольшее упрочнение происходит на деформированных образцах, причем максимальное упрочнение наблюдается при температурах 450-550°С.