Результат интеллектуальной деятельности: ЖАРОПРОЧНАЯ СТАЛЬ

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

Известна сталь по авт. св. СССР № 872592, опубликованному 15.10.1981 г., С 22 С 38/48, принятая в качестве прототипа. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,11-0,15

Кремний 0,9-1,2

Марганец 0,2-0,6

Хром 11,0-13,0

Никель 1,6 - 2,2

Молибден 1,2 -1,5

Ниобий 0,2-0,5

Азот 0,02-0,05

Алюминий 0,2 -0,4

Церий 0,2-0,3

Железо Остальное

Задачей изобретения является повышение ударной вязкости и вязкости разрушения при t = (-60) – (+20)°С кратковременной, длительной и циклической прочности при t=20...500°С.

Задача достигается тем, что жаропрочная сталь, содержащая углерод, хром, молибден, никель, кремний, марганец, алюминий, ниобий, азот 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 0,2-0,38

Кремний 0,03-0,1

Марганец 0,05-0,1

Алюминий Не более 0,02

Азот 0,01-0,1

Ниобий 0,05-0,09

Железо Остальное

при выполнении следующего соотношения:

[хром + молибден + ниобий + ванадий] - [1,5 никель + 30 (углерод + азот)] = 4,2-6,7.

Также жаропрочная сталь отличается тем, что она дополнительно содержит церий в количестве до 0,05 мас.%. В ней лимитировано содержание серы, фосфора и кислорода величиной не более 0,005 мас.% каждого.

Содержание Si<0,05...0,07%, при этом содержание Si=10[0], которое является технологически необходимым для связывания О и S в округлые неметаллические включения в процессе кристаллизации стали.

Желаемое содержание Мn <0,05 - 0,10%, причем содержание Мn≅15[S] является технологически необходимым для связывания О и S в округлые 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 аустенитного рекристаллизованного зерна.

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

Содержание Nb зависит от условий эксплуатации ротора или диска. При высокотемпературной эксплуатации содержание Nb должно быть в пределах 0,05-0,09%.

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

Сопоставление результатов показывает, что предложенная сталь обладает существенно лучшим сочетанием свойств, особенно при отрицательных температурах (температура охрупчивания на 60°С ниже, чем у известной стали) и при температурах эксплуатации (предел длительной прочности выше на 100 МПа).

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".

Механические свойства сталей (после термообработки по режиму 1050°С, отпуск - 550-570°С) представлены в таблице 2.

В таблице 3 представлены данные по коэффициентам анизотропии (соотношение свойств вдоль и поперек волокна для промышленных дисков из известной и предлагаемой стали одинакового способа производства).