Результат интеллектуальной деятельности: ХЛАДОСТОЙКАЯ СТАЛЬ

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству хладостойких и жаропрочных сталей, и может быть использовано в энергомашиностроении для производства дисков и роторов газовых и паровых турбин.

Известна сталь, описанная в патенте Российской Федерации RU 2077602 С1, (опубликованном 20.04.1997), которая эксплуатируется при температурах от -70 до 300^oС. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,04-0,09
Хром - 12,5-15,0
Никель - 4,0-6,5
Марганец - 0,1-1,0
Молибден - 2,5-3,53
Азот - 0,02-0,1
Кремний - 0,3-1,6
Ниобий - 0,02-0,4
Кобальт - 3,5-6,0
Церий - 0,001-0,05
Кальций - 0,001-0,05
Железо - Остальное
при этом выполняется соотношение:

Уровень хладостойкости известной стали недостаточно высокий.

Изобретение направлено на решение задачи повышения хладостойкости путем повышения ударной вязкости разрушения при температуре от -60 до 20^oС, а также на повышение кратковременной, длительной и циклической прочности стали.

Для решения поставленной задачи предложенная хладостойкая сталь, содержащая углерод, хром, молибден, никель, кремний, марганец, ниобий и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,08-0,13
Хром - 11,0-13,0
Молибден - 1,5-1,75
Никель - 2,0-3,1
Ванадий - 0,2-0,35
Кремний - 0,3-0,1
Марганец - 0,05-0,1
Ниобий - 0,01-0,02
Церий - До 0,5
Железо - Остальное
при выполнении следующего соотношения:
(хром + молибден + ниобий + ванадий) - (1,5 никель + 30 углерод) = 4,2÷6,7.

Оптимальное содержание Si не превышает 0,05-0,07%. Содержание Si≅10[0] является технологически необходимым для связывания примесей О и S в округлые неметаллические включения в процессе кристаллизации стали.

Желаемое содержание Мл <0,05-0,10%, причем содержание Mn≅15[S] является технологически необходимым для связывания О и S в oкpyглые неметаллические включения в процессе кристаллизации стали. Церий вводится в случае выплавки в открытых агрегатах с целью регулирования распределения включений и связывания водорода.

Содержание S, О, Р не должно превышать 0,005% каждого, во избежание образования большего количества включений и накопления поверхностно-активных элементов на границах литого и границ аустенитного рекристаллизованного зерна.

Содержание остаточного алюминия не должно превышать 0,02%, чтобы обеспечить оптимальный состав оксидных включений.

Содержание Nb зависит от условий эксплуатации ротора или диска. При эксплуатации при температурах ниже 350^oС и запуске из холодного состояния содержание не должно превышать 0,02%.

Химический состав стали двух плавок (базовой и опытной) приведен в табл. 1.

Сопоставление результатов показывает, что предложенная сталь обладает существенно лучшим сочетанием свойств, особенно при отрицательных температурах (температура охрупчивания ниже, чем у известной стали, и при температурах эксплуатации предел длительной прочности выше).

Использование предлагаемой стали существенно повышает изотропность свойств, надежность эксплуатации энергомашин их долговечность. Кроме того, предлагаемая сталь может быть выплавлена не только методами ЭШП и ВДП, но и в установках типа печь-ковш, т. к. ее структура определяется не столько условиями кристаллизации, сколько составом металла.

Механические свойства стали (после термообработки по режиму 1050^oC, отпуск - 550 - 570^oC) представлены в табл. 2.

В табл. 3 представлены данные по коэффициентам анизотропии (соотношение свойств вдоль и поперек волокна) для промышленных дисков из предлагаемой стали.