Патент на изобретение №2184172
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии, а именно к созданию конструкционных высокопрочных коррозионно-стойких сталей. Предложена конструкционная сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1,4-1,55; кремний 1,25-2,0; марганец 0,1-0,35; хром 14-16; ванадий 3,0-4,5; молибден 1,5-2,0; церий 0,0015-0,005; кальций 0,0015-0,005; ниобий 0,1-0,15; бор 0,002-0,005 и железо – остальное. Из заявленной стали изготавливают различные изделия, в частности детали редукторов и гидроприводов топливной аппаратуры, работающей в среде обводненного авиационного топлива и в условиях влажной атмосферы. Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости и контактной прочности без химико-термической обработки. 2 с.п. ф-лы, 2 табл. Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию конструкционных высокопрочных коррозионно-стойких сталей для деталей агрегатов различного назначения, подвергаемых химико-термической обработке: редукторов, гидроприводов топливной аппаратуры (щестерни, валы, золотники и др. ), работающих в среде обводненного авиационного топлива, а также в условиях влажной атмосферы. Шестерни редукторов испытывают высокие контактно-усталостные нагрузки, которые приводят к износу, питтинговому выкрашиванию и коррозионным повреждениям. Известны высокопрочные конструкционные стали 1Х16Н2М, 95Х18 и американская мартенситная сталь типа Х15ФГС, предназначенные для деталей агрегатов топливной аппаратуры (Митом,1968 г., ГОСТ 5632-72 и заявка WO 9513403, 24.10.94 г.). Недостатком известной стали 95Х18 является низкая контактная прочность, низкие значения статической прочности при изгибе и вязкости разрушения. У стали 1Х16Н2М низкая коррозионная стойкость, износостойкость и ударная вязкость. Кроме того, сталь не технологична и требует длительной химико-термической обработки. Американская мартенситная сталь типа Х15ФГС уступает по коррозионной стойкости, вязкости разрушения и статической прочности при изгибе. Эти стали не позволяют изготавливать агрегаты системы автоматизированного управления (САУ) двигателей воздушного и морского транспорта с требуемым комплексом свойств. Наиболее близкой по химическому составу и назначению является высокопрочная конструкционная сталь Х6Ф6М следующего химического состава, мас.%: С – 1,6-2,1 Si – 0,1-0,4 Mn – 0,2-0,6 Cr – 5,5-9,0 Мо – 0,6-1,0 Ni – 0,5-1,5 Се – 0,0015-0,005 Са – 0,0015-0,005 V – 5,5-9,0 Железо – Основа (патент РФ 2040584, С 22 С 38/56). Недостатком стали, принятой за прототип, является недостаточная контактная прочность и вязкость разрушения. Кроме того, сталь не коррозионно-стойкая. Детали агрегатов, изготовленные из стали Х6Ф6М и сталей типа Х15ФГС, имеют коррозионные и питтинговые выкрашивания. Технической задачей данного изобретения является разработка состава коррозионно-стойкой износостойкой стали без химико-термической обработки, обеспечивающей изделиям, выполненным из нее, увеличение ресурса за счет высокой коррозионной стойкости и контактной прочности. Для решения поставленной задачи предлагается конструкционная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, молибден, церий, кальций и железо. Дополнительно предлагаемая сталь содержит ниобий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод – 1,4-1,55 Кремний – 1,25-2,0 Марганец – 0,1-0,35 Хром – 14-16 Ванадий – 3,0-4,5 Молибден – 1,5-2,0 Церий – 0,0015-0,005 Кальций – 0,0015-0,005 Ниобий – 0,1-0,15 Бор – 0,002-0,005 Железо – Остальное Из заявленной стали выполняют изделия различного назначения, а именно, детали редукторов и гидроприводов топливной аппаратуры и др. Изделия выполняют из конструкционной стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод – 1,4-1,55 Кремний – 1,25-2,0 Марганец – 0,1-0,35 Хром – 14-16 Ванадий – 3,0-4,5 Молибден – 1,5-2,0 Церий – 0,0015-0,005 Кальций – 0,0015-0,005 Ниобий – 0,1-0,15 Бор – 0,002-0,005 Железо – Остальное При разработке химического состава новой стали исходили из того, что сталь после закалки должна содержать в твердом растворе > 10% хрома для обеспечения высокой коррозионной стойкости и 0,4 – 0,45% углерода в твердом растворе для обеспечения заданной твердости ( > 58 HRC). В предлагаемой стали значительно увеличено содержание хрома и несколько снижено содержание углерода, увеличено содержание молибдена и кремния и дополнительно введены ниобий и бор. Оптимальное содержание в стали хрома, а также углерода, ванадия, молибдена, кремния позволяет сделать сталь коррозионно-стойкой, а также повысить основные механические свойства для шестерен, в том числе, контактную прочность. Содержание хрома в стали составляет 14 – 16%, а в твердом растворе 11,5 – 12%, что обеспечивает коррозионную стойкость на уровне стали 95Х18. При этом обеспечиваются высокие значения контактной долговечности. Содержание хрома в  -твердом растворе прототипа (1Х16Н2М) значительно ниже (5%), что и понижает ее коррозионную стойкость. При меньшем содержании хрома (<14%) понижается коррозионная стойкость стали, тогда как увеличение содержания хрома (>16%) способствует формированию значительного количества карбидной фазы, обеднению углеродом твердого раствора и снижению твердости.
Содержание углерода в стали ограничено: так с уменьшением содержания углерода (менее 1,4%) не обеспечивается заданная твердость (>58 HRC), а с увеличением содержания углерода >1,55% снижается коррозионная стойкость, так как уменьшается содержание хрома в альфа твердом растворе.
Ванадий повышает пластичность и ударную вязкость стали.
Молибден повышает ее коррозионную стойкость.
Кремний позволяет повысить коррозионную стойкость стали и упрочняет матрицу.
Микролегирование стали ниобием и бором позволяет измельчить величину зерна, повысить механические свойства и обеспечить стабильность свойств по ударной вязкости.
Таким образом, в результате комплексного легирования при строгом соотношении легирующих элементов в пределах предложенного состава достигаются необходимые характеристики коррозионной стойкости и контактно-усталостной прочности, что позволяет создать агрегаты топливной аппаратуры, работающие в условиях различных коррозионных сред.
В опытных лабораторных условиях проведено опробование предлагаемого состава стали в сравнении с известной сталью Х6Ф6М по оптимальным, предельным и запредельным значениям.
Химический состав и механические свойства приведены в табл. 1 и 2.
Оценка коррозионной стойкости проводилась по количеству коррозионных точек и в баллах после испытаний в течение 30 суток по методике ВИАМ.
Химический состав и механические свойства, приведенные в табл. 1 и 2, определялись на стандартном оборудовании после термической обработки по режимам: закалка 1050 -1100oС, масло, отпуск 250oС (Х6Ф6М), закалка 1100oС, масло, обработка холодом (-70oС) 2 часа, отпуск 180- 250oС, воздух.
Как видно из табл.2, у предлагаемой стали контактная долговечность повышается на 30%, ударная вязкость повышена на 35-40% и она обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью. Все это позволяет применять предлагаемую сталь в конструкциях и агрегатах, работающих в среде обводненного авиационного топлива, а также в условиях влажной атмосферы.
Таким образом, использование предлагаемой стали позволит создать универсальные агрегаты для двигателей воздушного и морского транспорта, обеспечить увеличение ресурса и снизить трудоемкость изготовления шестерен агрегатов на 30-40%.
Формула изобретения
Углерод – 1,4-1,55 Кремний – 1,25-2,0 Марганец – 0,1-0,35 Хром – 14-16 Ванадий – 3,0-4,5 Молибден – 1,5-2,0 Церий – 0,0015-0,005 Кальций – 0,0015-0,005 Ниобий – 0,1-0,15 Бор – 0,002-0,005 Железо – Остальное 2. Изделие из конструкционной стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %: Углерод – 1,4-1,55 Кремний – 1,25-2,0 Марганец – 0,1-0,35 Хром – 14-16 Ванадий – 3,0-4,5 Молибден – 1,5-2,0 Церий – 0,0015-0,005 Кальций – 0,0015-0,005 Ниобий – 0,1-0,15 Бор – 0,002-0,005 Железо – Остальное РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
