Патент на изобретение №2288966
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию коррозионно-стойкой стали, используемой в качестве листов или фольги в паяных сотовых панелях, деталях обшивки, в деталях внутреннего набора, работающих до 450°С. Предлагаемая коррозионно-стойкая сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,005-0,03, хром 8,5-11, никель 10-16, молибден 1,5-2,5, алюминий 0,1-1,2, кремний 0,2-1,3, кальций 0,005-0,05, ниобий 0,1-0,3, церий 0,005-0,1, лантан 0,003-0,05, железо – остальное. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик, ударной вязкости, коррозионной стойкости, что позволило снизить вес несущих сотовых конструкций и повысить характеристики надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относятся к области металлургии, а именно к созданию коррозионно-стойкой стали, обладающей наряду с высокой прочностью высокой ударной вязкостью, высокой усталостной прочностью и высокой технологической пластичностью, используемой в качестве листов или фольги в паяных сотовых панелях, в деталях обшивки, в деталях внутреннего набора (стрингеров, гофр и.т.д.), работающих до 450°С. Известна коррозионно-стойкая сталь для изготовления сотовых паяных панелей следующего химического состава (мас.%):
Один или несколько элементов из группы:
(А.С. СССР №1340213) Сталь обладает достаточно высокой прочностью Известна коррозионно-стойкая сталь для изготовления силовых паяно-сварных узлов следующего химического состава (мас.%):
(Патент РФ №2175684) Сталь обладает следующими механическими свойствами: пределом прочности 950-1020 МПа, относительным удлинением 15-16%. Недостатком стали является пониженная ударная вязкость после нагревов при 450°С, 100 часов. Известны также коррозионно-стойкие стали мартенситного класса аналогичного назначения следующих химических составов (мас.%):
(Патент РФ №2176283)
(Патент Великобритании №2145734)
(Патент США №4849166) Недостатком известных коррозионно-стойких сталей мартенситного класса является их недостаточная технологичность при производстве ленты и фольги, а также снижение вязкости после проведения процесса пайки и эксплуатационных нагревов при 450°С и, в связи с этим, снижение эксплуатационной надежности изделия, выполненного из этих сталей. Известна коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса следующего химического состава (мас.%):
(Патент США №4530719) Недостатком известной коррозионно-стойкой стали аустенитного класса является недостаточный уровень прочности, ограничивающий ее применение для изготовления силовых несущих конструкций. Наиболее близкой по химическому составу и назначению к предлагаемой стали является коррозионно-стойкая сталь 03Х6Н16М2Б, принятая за прототип. Сталь имеет следующий химический состав (мас.%):
Не менее одного компонента из группы:
(Патент РФ №2221895) Сталь предназначена для паяных сотовых панелей, являющихся несущими звукопоглощающими конструкциями, работоспособными до 450°С. Однако эта сталь имеет недостаточную усталостную прочность и коррозионную стойкость, а также недостаточный уровень прочностных характеристик, что ограничивает ее применение в других деталях летательных аппаратах нового поколения. Технической задачей настоящего изобретения является создание высокопрочной коррозионно-стойкой стали технологичной при производстве листа и фольги с высокими значениями пластичности и вязкости, сохраняющимися в изделиях после проведения процесса пайки, глубокой вытяжки и эксплуатационных нагревов при температуре до 450°С и обладающей высокой усталостной прочностью и коррозионной стойкостью. Для достижения поставленной задачи предложена коррозионно-стойкая сталь, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, алюминий, ниобий, церий, лантан отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний и кальций при следующем соотношении компонентов (мас.%):
При этом соотношение компонентов, определяющих содержание аустенита (%) в стали, должно удовлетворять соотношениям: Для листа: КM=Cr+0,6Мо+1,5Ni+0,7Si+56С-0,1Al=31÷32 Для фольги: КM=Cr+0,6Мо+1,2Ni+0,7Si+56С-0,1Al=29÷31. Подобранное соотношение компонентов для листа позволяет получить мартенситную структуру с регламентированным содержанием остаточного аустенита (18-20%), что позволяет получить высокую прочность, ударную вязкость и высокую усталостную прочность, а для фольги – аустенитно-мартенситную структуру (50% мартенсита +50% аустенита), позволяющую получить наряду с высокой технологической пластичностью высокую прочность. Количественное и качественное содержание элементов в предлагаемой стали обеспечивает высокую прочность, ударную вязкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость за счет введения кремния и кальция, а также за счет увеличения содержания хрома. Легирование кремнием обеспечивает получение высокой прочности стали за счет твердорастворного упрочнения мартенситной матрицы. При содержании кремния менее 0,2% требуемый уровень прочности не достигается, а при содержании кремния более 1,3% наблюдается охрупчивание при нагревах. Легирование кальцием за счет связывания серы повышает коррозионную стойкость. Введение в сталь хрома в количестве 8,5-11% обеспечивает высокую коррозионную стойкость и не приводит к снижению вязкости при нагревах до 450°С за счет подобранного фазового состава, характеризующегося коэффициентом мартенситообразования (КM). Таким образом, в результате комплексного легирования при указанном соотношении легирующих элементов в пределах предложенного состава достигаются необходимые характеристики стали (высокие исходные значения прочности и вязкости, отсутствие охрупчивания при термическом цикле пайки и после эксплуатационных нагревов при 450°С) высокая усталостная прочность и коррозионная стойкость, что позволяет создать детали внутреннего набора (стрингеры гофры), детали обшивки или паяные сотовые панели и другие детали, являющиеся несущими конструкциями. Пример осуществления. В лабораторных условиях проведено опробование предлагаемого состава стали выплавленной в вакуумной индукционной печи в сравнении с прототипом. Химический и фазовый составы и механические свойства сталей приведены в таблицах 1 и 2, где примеры 1-4 предлагаемый состав, а примеры 5-6 состав по прототипу. Механические и коррозионные свойства определялись после следующих режимов термообработки с имитацией термического цикла пайки: пайка при 1160°С + закалка и отпуск или пайка + закалка + обработка холодом + отпуск. Как видно из таблицы 2, у предлагаемой стали как для варианта листовой стали (для обшивки) – составы 1 и 2, так и для фольги (для сотового наполнителя) – составы 3 и 4 по сравнению с прототипом повышены: предел прочности и предел текучести: для листа: для фольги; значение ударной вязкости для листа после эксплуатационных нагревов 450°С, 100 ч выше по сравнению с прототипом в 1,7÷2,4 раза, что связано с подобранным фазовым составом стали, сопротивление малоцикловой усталости выше в 1,3 раза, сопротивление коррозионному растрескиванию в 2 раза. Таким образом, применение предложенной стали позволит создать детали внутреннего набора (стрингеры, гофры), детали обшивки или паяные сотовые панели и другие детали, являющиеся несущими конструкциями и повысить характеристики надежности – сопротивление малоцикловой усталости и коррозионному растрескиванию в летательных аппаратах нового поколения.
Формула изобретения
1. Коррозионно-стойкая сталь, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, алюминий, ниобий, церий, лантан, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что соотношение компонентов, определяющих содержание аустенита в стали, удовлетворяет следующему соотношению: КM=Cr+0,6Мо+1,5Ni+0,75Si+56С-0,1Аl=31÷32, где КM – коэффициент мартенситообразования. 3. Коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что соотношение компонентов, определяющих содержание аустенита в стали, удовлетворяет следующему соотношению: KM=Cr+0,6Мо+1,2Ni+0,75Si+56С-0,1Al=29÷31, где КM – коэффициент мартенситообразования. 4. Изделие из коррозионно-стойкой стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по любому из пп.1-3.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B=1000-1200 МПа, но имеет ограниченную температуру применения до 350°С, повышение температуры эксплуатации до 450°С приводит к значительному снижению ударной вязкости и к снижению характеристик надежности изделия, выполненного из этой стали.
5
=3 мес