Сталь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке коррозионно-стойких экономнолегированных сталей аустенитно-ферритного класса. Известны коррозионно-стойкие стали 08Х22Н6ТИ 12X21Н5Т (ГОСТ 5549-75, ГОСТ 5582-75; Журавлев О.Н., Николаева О,И. Машиностроительные стали. Справочник. М., Ма шиностроение, 1981, с. 248), содержащие, мас.%: Эти стали относятся к аустенитно-ферритному классу, однако содержат значительное количество никеля, что не позволяет экономить этот остродефицитный элемент. Они обладают невысоким уровнем прочностных свойств (sв=600-700 МПа; sт= 320-450 МПа) и пластичности ( d=16-18%). Наиболее близкой по совокупности признаков и достигаемому результату к предлагаемой является сталь 08Х18Г8Н2Т (ГОСТ 7350-77. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные материалы. Справочник. М., Машиностроение, 1981, с. 248), содержащая, мас.%: Эта сталь относится также как и заявляемая к аустенитно-ферритному стр уктурному классу. Однако в составе стали содержится остродефицитный никель, и она обладает невысоким комплексом механических свойств sв=600 МПа; sт=350МПа; d=20%). В основу изобретения поставлена задача, разработать состав стали, в которой введение новых компонентов и их весовое соотношение позволят повысить прочность, пластичность и ударную вязкость, обеспечив при этом экономию остродефицитных компонентов. Для решения поставленной задачи в сталь, содержащую углерод, хром, марганец, кремний и железо согласно предлагаемому изобретению, дополнительно введены ванадий, алюминий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: В структуре известной стали 08Х18Г8Н2Т за счет повышенного содержания аустенитообразующих элементов - остродефицитного никеля (1,8-2,8%) и марганца (7-9%) аустенит обладает повышенной стабильностью и не обеспечивает необходимого упрочнения при нагружении в ходе испытаний свойств. В предложенном способе, в отличие от прототипа, из состава исключен никель, снижено содержание марганца и дополнительно содержатся ванадий, алюминий и кальций, что позволяет экономить остродефицитный никель, снизить стоимость стали, и получать в структуре метастабильный аустенит. Последний при нагружении в процессе испытаний превращается в более прочную фазу - мартенсит, что и обеспечивает значительное повышение предела прочности (sв) и, одновременно, пластических свойств (d, Ψ) и ударной вязкости (KCU). Дополнительное введение ванадия за счет образования карбидов VC упрочняет сталь и повышает предел текучести (s0,2), одновременно способствует измельчению зерна и увеличивает ударную вязкость стали (KCU). Введение в сталь алюминия и кальция обеспечивает рафинирование, снижает содержание вредных примесей на границах зерен, способствует коагуляции неметаллических включений и как результат способствует повышению механических свойств. Содержание углерода менее 0,08% связано со значительными технологическими трудностями выплавки стали, а более 0,12% вызывает чрезмерную стабилизацию аустенита и увеличение содержания карбидов в структуре, что снижает прочностные свойства и вязкость стали. При содержании хрома менее 17% в структуре стали появляется мартенсит, что снижает пластичность и вязкость стали. Содержания хрома более 23% вызывают получение преимущественно ферритной структуры, что не обеспечивает повышения прочности. Содержание в стали менее 4,0% марганца не обеспечивает достаточного количества метастабильного аустенита в ее структуре, что не позволяет повышать пластические и прочностные свойства. При его содержании более 6,5% в структуре стали увеличивается количество и степень стабильности аустенита, что не обеспечивает достаточного самоупрочнения при нагружении и повышения прочности. Легирование стали кремнием позволяет дополнительно упрочнять ферритную составляющую стр уктуры. Нижний предел содержания кремния 0,35% обусловлен ее раскислением - ферросилицием. Содержание кремния более 0,7% нецелесообразно, так как это снижает пластичность стали. Введение в сталь слишком малых количеств ванадия, менее 0,1% малоэффективно, а более 0,5% уже мало влияет на повышение свойств. Кроме того, последнее несколько увеличивает стоимость стали. При содержании менее 0,01% алюминия и кальция малоэффективно для рафинирования структуры, а более 0,05% уже не вызывает дальнейшего заметного повышения свойств. Стали заявленных составов были выплавлены в НИИ конструкционных материалов "Прометей" (г.Мариуполь). Стали выплавлялись в индукционной печи средней частоты тока ИСТ 04 с основной футеровкой и разливались в слитки, массой по 15 кг. После гомогенизационного отжига при 1150°С, они ковались на прутки различных сечений, из которых затем изготавливались образцы для испытаний и исследований. Термическую обработку (закалку) образцов осуществляли нагревом в камерной электропечи при температурах 1050-1100°С, охлаждение производили в масле. Химический состав сталей определяли методами спектрального анализа на квантометре ДФС-51, инфракрасной спектроскопии на газоанализаторе "LecoCS-244". Фазовый состав сталей определяли на рентгеновском дифрактометре УРС-50-ИМ в железном Кa излучении, магнитометрически и металлографически. Испытания механических свойств осуществляли на растяжение по ГОСТ 1497-73 на образцах диаметром рабочей части 6 мм; и динамический изгиб с Uобразным надрезом на маятниковом копре МК-30 А по ГОСТ 9454-78. Химический и фазовый анализы, термообработку и сравнительные испытания механических свойств предлагаемой стали и взятой за прототип проводили в лабораторных условиях концерна "Азовмаш" и Приазовского Государственного технического университета. Химический состав и механические свойства после закалки с 1050-1100°С предложенной взятой в качестве прототипа приведены в табл.1 и 2. Из табл.1 следует, что стали заявленного состава не содержат остродефицитный и дорогой никель. Из табл.2 следует, что по прочностным свойствам (sв, sт), пластическим характеристикам (d, Ψ) сталь №3 оптимального состава в 1,5-2 раза превосходит известную сталь 08X18Г8Н2Т, взятую за прототип. Причем разработанные стали отличаются высоким уровнем ударной вязкости (KCU). Эффективность предложенной стали заключается в ее экономичности и доступности производства, так как она не содержит остродефицитный никель, а также снижении расхода металла и повышении надежности деталей в связи с повышенным комплексом ее механических свойств.