Результат интеллектуальной деятельности: КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ

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 σ_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.

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: К_M=Cr+0,6Мо+1,5Ni+0,7Si+56С-0,1Al=31÷32

Для фольги: К_M=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 (К_M).

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: σ_B на 190÷230 МПа и σ_0,2 на 100÷340 МПа;

для фольги; σ_B на 280÷400 МПа и σ_0,2 на 200÷270 МПа;

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.