Патент на изобретение №2169789

(54) КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ ЛИТЕЙНАЯ СТАЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих сталей криогенного назначения для изготовления силовых литых деталей энергетических установок, работающих при температурах от -196 до 300^oC. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств фасонных отливок сложной конфигурации за счет ускорения процессов объемной кристаллизации в тепловых узлах и уменьшения ликвационной неоднородности отливок. Заявленная сталь содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01 – 0,05; хром 10,0 – 13,5; никель 4,5 – 6,0; молибден 4,0 – 5,0; кобальт 8,0 – 10,0; марганец 0,2 – 0,9; кремний 0,2 – 0,75; азот 0,01 – 0,08; церий 0,001 – 0,05; ванадий 0,03 – 0,3; кальций 0,001 – 0,05; железо – остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высокопрочных коррозионностойких мартенситностареющих литых сталей криогенного назначения для изготовления силовых литых деталей энергетических установок, работающих при температурах от -196^o до 300^oC.

Известна матренситностареющая коррозионностойкая литейная сталь криогенного назначения следующего химического состава, мас.%:
углерод – 0,01-0,03
хром – 9,5-12,0
никель – 7,0-10,0
молибден – 0,5-1,9
кобальт – 3,9-6,0
кальций – 0,01-0,08
иттрий – 0,01-0,3
ванадий – 0,03-0,3
церий – 0,005-0,3
железо – Остальное
(автор. свидет. СССР N 1014970, кл. С 22 С 38/52).

Комплексное легирование церием совместно с иттрием и ванадием приводит к повышению ударной вязкости стали при криогенных температурах и понижению склонности к образованию горячих трещин при сварочных нагревах.

Однако известная сталь является недостаточно прочной (_в не более 120 кг/мм²) в связи с относительно низким ее легированием молибденом и кобальтом, поэтому не может быть применена в силовых конструкциях сложной конфигурации, работающих при высоких нагрузках.

Известна высокопрочная коррозионностойкая мартенситностареющая сталь криогенного назначения следующего химического состава, мас.%:
углерод – 0,01-0,05
хром – 10,0-13,0
никель – 14,0-6,6
молибден – 1,3-3,5
кобальт – 4,0-7,5
марганец – 0,2-0,5
кремний – 0,2-1,5
титан – 0,3-0,5
алюминий – 0,2-0,35
медь – 0,5-1,5
диспрозий – 0,03-0,1
неодим – 0,05-0,08
кальций – 0,05-0,08
церий – 0,01-0,05
железо – Остальное
(автор, свид. СССР N 1165719, С 22 С 38/52).

Данная сталь достаточно высоко легирована упрочняющими элементами и обеспечивает высокий уровень прочности и ударной вязкости в отливках простой конфигурации с равномерными стенками.

Однако в отливках сложной конфигурации типа крыльчаток имеет место резкое уменьшение прочностных и пластических свойств в зонах сопряжений лопаток со стенками (в тепловых узлах отливок). Это вызвано недопустимо высокой ликвацией легирующих элементов и образованием в тепловых узлах отливок повышенного количества ликвационного аустенита и охрупчивающих интерметаллидных фаз.

Задача изобретения – создание высокопрочной коррозионностойкой мартенситностареющей литейной стали для изготовления отливок сложной конфигурации, работоспособных при высоких нагрузках в интервале температур от – 196^oC до 300^oC.

Задача решена за счет того, что коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, дополнительно содержит ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод – 0,01-0,05
хром – 10,0-13,5
никель – 4,5-6,0
молибден – 4,0-5,0
кобальт – 8,0-10,0
марганец – 0,2-0,9
кремний – 0,2-0,75
кальций – 0,001-0,05
церий – 0,001-0,05
ванадий – 0,03-0,3
азот – 0,01-0,8
железо – Остальное
Дополнительное легирование ванадием и азотом ускоряет процесс объемной кристаллизации в тепловых узлах отливок за счет образования в них новых центров кристаллизации – нитридов ванадия (избирательный модифицирующий эффект). Это позволяет существенно уменьшить ликвацию легирующих элементов и обеспечить высокие и равномерные механические свойства по сечению фасонных отливок.

Технический результат – повышение механических свойств фасонных отливок сложной конфигурации за счет ускорения процессов объемной кристаллизации в тепловых узлах и уменьшения ликвационной неоднородности отливок.

Химические составы исследованных плавок предложенной стали приведены в табл.1.

Предложенная сталь после термической обработки по оптимальному режиму: гомогенизация, закалка, стабилизирующий отпуск, обработка холодом и старение, имеет свойства на образцах, вырезанных из тепловых узлов фасонных отливок, представленных в табл.2.

Анализ табл. 2 показал, что предложенная сталь имеет достаточно высокие механические свойства в тепловых узлах фасонных отливок, что обеспечивает высокую работоспособность этих отливок в условиях высоких нагрузок в интервале температур от -196 до 300^oC.

Формула изобретения

Коррозионностойкая мартенситностареющая литейная сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, марганец, кремний, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод – 0,01 – 0,05
Хром – 10,0 – 13,5
Никель – 4,5 – 6,0
Молибден – 4,0 – 5,0
Кобальт – 8,0 – 10,0
Марганец – 0,2 – 0,9
Кремний – 0,2 – 0,75
Азот – 0,01 – 0,08
Церий – 0,001 – 0,05
Ванадий – 0,03 – 0,3
Кальций – 0,001 – 0,05
Железо – Остальное

РИСУНКИ