SU1165719A1

SU1165719A1 - Maraging stainless steel

Info

Publication number: SU1165719A1
Application number: SU833683523A
Authority: SU
Inventors: Вера Владимировна Березовская; Юрий Генрихович Векслер; Николай Васильевич Звигинцев; Анатолий Сергеевич Рудычев; Павел Николаевич Галкин
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1985-07-07

Abstract

МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, содержаща углерод, хром, никель, кобальт, кремний, титан, алюминий, марганец, железо, отличающа с тем, что, с целью повьшени механических, технологических , кавитационно-коррозионных свойств, она дополнительно содержит медь, молибден, диспрозий, неодим, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 0,01-0,05 Углерод 10,0-13,0 Хром 4,0-6,6 Никель 4,0-7,5 Кобальт 0,2-1,5 Кремний 0,3-0,5 Титан 0,2-0,35 Алюминий 0,2-0,5 Марганец 0,5-1,5 Медь 1,0-3,5 Молибден 0,03-0,1 Диспрозий 0,05-0,08 Неодим (Л 0,05-0,08 Кальций 0,01-0,05 Церий Остальное ЖелезоMARTENSITIVE STAINLESS STEEL, containing carbon, chromium, nickel, cobalt, silicon, titanium, aluminum, manganese, iron, characterized in that, in order to increase the mechanical, technological, cavitational-corrosive properties, it additionally contains copper, molybdenum, and dysprosy, which additionally contains copper, molybdenum, and dysprosy, it also contains copper, molybdenum, corrosion properties, and additionally contains copper, molybdenum, and dysprosium. neodymium, calcium and cerium in the following ratio of components, wt.%: 0.01-0.05 Carbon 10.0-13.0 Chromium 4.0-6.6 Nickel 4.0-7.5 Cobalt 0.2- 1.5 Silicon 0.3-0.5 Titanium 0.2-0.35 Aluminum 0.2-0.5 Manganese 0.5-1.5 Copper 1.0-3.5 Molybdenum 0.03-0, 1 Dysprosium 0.05-0.08 Neodymium (L 0.05-0.08 Calcium 0.01-0.05 Cerium Ostal New Iron

Description

а: ел ч Изобретение относитс к металлургии , в частности к мартенситностарею щим стал м, предназначенным дл дета лей машин, работающих в агрессивных средах на предпри ти х цветной, химической, нефт ной и других отраслей промьгашенности (турбины насосов дл перекачивани кислот, конусы и роторы хлорных компрессоров и т.д. Особенностью работы подобных деталей вл етс совместное воздейст вие на них кавитации, коррозии, абра зивного износа. Известны высоколегированные корро зионностойкие аустенитные стали типа ОЗХ23Н28МЗДЗТ(ЭИ-943), которые используют дл изготовлени аппаратов, работающих в агрессивных средах как в услови х кавитации , так и в услови х статики ;1 J. Однако срок компрессоров из этих сталей невелик и определ етс неудовлетворительной стойкостью к кавитационно-эрозионному воздействию . Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс мартенситно стареюща нержавеюща сталь 2, содержаща , мас.%: Углерод . - 0,05 Хром12,5-17 Никель3,0-6,5 Кобальт6-Т2 Сумма никел и кобальта 11-15 Титан или алюминий 0 ,2 Кремний 1,5-3,0 Марганец 1 Железо Остальное Однако известна сталь имеет неудовлетворительный комплекс механических свойств. К стал м, работающим в услови х сильной кавитации и износ в агрессивнь1Х средах, предъ вл ютс б.олее высокие требовани по износостойкости , кавитационной и коррозион ной стойкости,, прочностным свойствам при сохранении высоких значений удар ной в зкости, пластичности, хорошей технологичности. Цель изобретени - повышение меха нических, технологических, кавитационно-коррозионных свойств стали. Указанна цель достигаетс тем, что мартенситностареюща нержавеюща сталь, содержаща углерод, хром, никель , кобальт, кремний. Титан, алюминий , марганец, железо, дополнительно содержит медь, молибден, диспрозий , неодим, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.% Углерод 0,01-0,05 Хром 10,0-13,0 Никель4,0-6,5 Кобальт4,0-7,5 Кремний0,2-1,5 Титан0,3-0,5 Апюминий 0,2-0,35 Марганец 0,2-0,5 Медь0,5-1,5 Молибден 1,0-3,5 Диспрозий 0,03-0,1 Неодим0,05-0,08 Кальций 0,05-0,08 Церий0,01-0,05 ЖелезоОстальное Выплавку предлагаемой и известной сталей провод т в вакуумно-индукционных печах емкостью 10 и 100 кг . Химический состав предлагаемой и известной сталей и базового сплава указан в табл. 1. Слитки после кристаллизации гомогенизируют при 1150°С 6 ч, подвергают механической обдирке, затем часть из них куют на заготовки и закаливают от в воду. Другую часть разрезают на заготовки под образцы и также закаливают от 1050°в воду. Часть готовых образцов подвергают старению при 480-520°С 1-5 ч. Механические испытани провод тс на машине ИМ-12А с диаграмной записью. Разрывные образцы изготавливают по ГОСТ 1497-61 (п тикратно). Ударна в зкость определ етс на ма тниковом копре типа МК-30 при т.20 С Образцы имеют стйндартные размеры по ГОСТ 9454-60. 1 Твердость измер ют на приборе Роквелла (шкала С). Величина погрешности при определении механических характеристик составл ет не более 3%. Механические свойства кованных сталей в закаленном от (в числителе ) и в состаренном (в знаменателе ) состо ни х приведены в табл. 2. Механические свойства литых сталей в,закаленном от 1050(в числителе и состаренном (в знаменателе) состо ни х приведена в табл. 3. Испытани накавитационно-коррозионную стойкость провод тс на установке дл испытани материалов на кавитационно-коррозионную стойкость с применением сопла 5 5 мм. Рассто ние от сопла до испытуемого образца 5 мм. Температура рабочей среды 5258 С , окружна скорость образцов 78 м/с, напор рабочей жидкости 0,28 кг/см. Испытани провод т в во допроводной воде в 10-, 75-, 92-, 98 процентных концентраци х растворов серной кислоты в течение 10 ч. Разме образцов 20x15x5 мм. Кавитационно-коррозионна стойкость предлагаемой и известной сталей , нержавеющей стали-эталона 10Х18Н9Т.приведена в табл. 4. Предлагаема сталь хорошо деформируетс в гор чем состо нии. Термомеханические параметры гор чей дефор мации: предельна температура нагрева , температура .конца обработки , охлаждение после ковки, прокатки на воздухе. Допустима степень деформации за один ход машиныоруди 80-85%, После ковки не допускаетс медленное охлаждение. Механические свойства предлагаемо и известной сталей при температурах гор чей деформации (средние значени приведены в табл. 5. Нагрев заготовок под высадку провод т до температуры не выше . Предлагаема сталь после закалки хорошо деформируетс в холодном состо нии . Холодна штамповка облегчает после отпуска при 600-650 °С длительностью 2,5-3,5 ч, охлаждени на воздухе, так как в этом случае увеличиваетс равномерное удлинение в 4 раза; После штамповки (последнег прохода) об зательна закалка. Показатели штампуемости листового материала в закаленном состо нии при ведены в табл. 6. Предлагаема сталь-свариваетс в термически упрочненном состо нии ручной и автоматической аргоно-дуговой сваркой с присадкой и безприсадКи , а также роликовой и точечной сваркой. Прочность сварного ива составл ет . 6 900-1000 МПа, угол изгиба 100-120. Допускаетс старение сварных соединений. До)ускаетс сварка в термически неупрочкенном состо нии с последующей термической обработкой. . Пайку деталей рекомендуетс выполн ть припоем ВПр13 (ПСрМцМН2). Пайка припоем ВПр13 проводитс при 950llOC и совмещаетс с закалкой При необходимости после пайки провод т закалку. Обрабатываемость резанием предлагаемой стали, как и. большинства мартен ситностареющих сталей, находитс на уровне обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса. Испытани на износ инструмента при точении провод т по известной методике с учетом величины начального износа в период приработки, котора прин та равной 0,2 мм. Исполь зуют инструмент из сплава ВК8 со еле-дующими параметрами заточки: главньпЧ угол в плане , задний угол вспомогательный угол в плане , передний угол . За критерий затуплени прин та величина фаски на задней поверхности, равна 0,4 мм. Исследовани провод г на закаленных стал х с твердостью 27 HRC. Зависимость стойкости инструмента Т (из сплава ВК8) от режимов резани при обработке сталей.приведена в табл. 7; Жидкотекучесть определ етс методом вакуумного всасывани в калиброванные кварцевые трубки, обеспечивающим относительный разброс данных не более ±3%. Склонность сталей к образованию усадочных раковин определ етс с помощью конусной пробы путем измерени относительного объема концентрации усадочной раковины (разброс данных ±10%). Чувствительность стали к образованию гор чих трещин (т15ещиностойкость) оцениваетс путем определени максимального усили , тормоз щего усадку стандартного образца, которое он выерживает без образовани - гор чих трещин. Точность определени 2 кгс.a: Invention The invention relates to metallurgy, in particular, to martensite-resistant steel, designed for machine parts working in corrosive environments in color, chemical, petroleum and other industries (pump turbines for pumping acids, cones and rotors of chlorine compressors, etc. A peculiarity of the work of such parts is the joint action of cavitation, corrosion, and abrasive wear on them. Highly alloyed corrosion-resistant austenitic steels of the type OZH23N28MZDZT (EI-943) are known, which used for the manufacture of devices operating in aggressive media under both cavitation and static conditions; 1 J. However, the life of compressors made from these steels is small and is determined by the unsatisfactory resistance to cavitation-erosion effects. The closest to the proposed technical essence and the effect achieved is martensitic aging stainless steel 2 containing, in wt.%: Carbon. - 0.05 Chromium 12.5-17 Nickel3.0-6.5 Cobalt6-T2 Sum of nickel and cobalt 11-15 Titanium or aluminum 0, 2 Silicon 1.5-3.0 Manganese 1 Iron Os However, steel is known to have an unsatisfactory complex of mechanical properties. Steel mills operating under conditions of strong cavitation and wear in aggressive media are subject to higher requirements for wear resistance, cavitation and corrosion resistance, strength properties while maintaining high values of impact strength, ductility, and good processability. The purpose of the invention is to improve the mechanical, technological, cavitation-corrosion properties of steel. This goal is achieved in that martensite-resistant stainless steel containing carbon, chromium, nickel, cobalt, silicon. Titanium, aluminum, manganese, iron, additionally contains copper, molybdenum, dysprosium, neodymium, calcium and cerium in the following ratio of components, wt.% Carbon 0.01-0.05 Chromium 10.0-13.0 Nickel4.0-6 , 5 Cobalt4.0-7.5 Silicon0.2-1.5 Titanium0.3-0.5 Apiuminium 0.2-0.35 Manganese 0.2-0.5 Copper0.5-1.5 Molybdenum 1.0 -3.5 Dysprosium 0.03-0.1 Neodymium 0.05-0.08 Calcium 0.05-0.08 Cerium 0.01-0.05 Iron Others The smelting of the proposed and known steels is carried out in vacuum-induction furnaces with a capacity of 10 and 100 kg. The chemical composition of the proposed and well-known steels and base alloys is listed in Table. 1. After crystallization, ingots are homogenized at 1150 ° C for 6 h, subjected to mechanical stripping, then some of them are hammered into blanks and quenched from water. Another part is cut into blanks for samples and also quenched from 1050 ° to water. A part of the finished samples are subjected to aging at 480-520 ° C for 1-5 hours. Mechanical tests are carried out on an IM-12A machine with chart recording. Explosive samples are made according to GOST 1497-61 (five times). Impact viscosity is determined on a MK-30 type rattler with a volume of 20 ° C. Samples have standard sizes according to GOST 9454-60. 1 Hardness is measured on a Rockwell instrument (scale C). The magnitude of the error in determining the mechanical characteristics is no more than 3%. The mechanical properties of forged steels in hardened from (in the numerator) and aged (in the denominator) states are given in Table. 2. Mechanical properties of cast steels in hardened from 1050 (in numerator and aged (in denominator) conditions) are given in Table 3. Test of cavitational and corrosion resistance is carried out at the apparatus for testing materials for cavitation and corrosion resistance using a nozzle 5 5 mm. The distance from the nozzle to the test specimen is 5 mm. The temperature of the working medium is 5258 C, the circumferential speed of the samples is 78 m / s, the pressure of the working fluid is 0.28 kg / cm. The tests are carried out in 10 m water in 10-, 75- , 92-, 98% concentrations of sulfuric acid solutions The dimensions of the samples are 20x15x5 mm. The cavitation-corrosion resistance of the proposed and known steels, 10X18H9TT standard stainless steel is given in Table 4. The proposed steel is well deformed in a hot state. Thermomechanical parameters of hot deformation: limit heating temperature, finish temperature, cooling after forging, rolling in air. The degree of deformation per machine is approx. 80-85% permissible. Slow cooling is not allowed after forging. The mechanical properties of the proposed and known steels at hot deformation temperatures (average values are given in Table 5. The heating of the billets for upsetting is carried out to a temperature not higher. The proposed steel after quenching is well deformed in a cold state. Cold stamping eases after tempering at 600 650 ° C with a duration of 2.5-3.5 hours, cooling in air, since in this case the uniform elongation increases by 4 times; After punching (the last pass), quenching is necessary. The knee condition is given in Table 6. The proposed steel is welded in a thermally hardened state by manual and automatic argon-arc welding with an additive and without a junction, as well as roller and spot welding. The strength of the welded willow is 6,900-1,000 MPa, bending angle 100-120. Aging of welded joints is allowed. Until), welding in a thermally non-reinforced state with subsequent heat treatment is reduced. . Soldering of parts is recommended to be performed with solder VPr13 (PSrMtsMN2). Soldering with VPR13 is carried out at 950llOC and is combined with quenching. If necessary, quenching is carried out after soldering. The machinability of the proposed steel, as well as. Most of the open-hearth martens are at the processability level of austenitic grade stainless steels. Tests for wear of tools during turning are carried out according to a known method, taking into account the value of the initial wear during the run-in period, which is assumed to be 0.2 mm. They use a tool made of VK8 alloy with the following sharpening parameters: main angle in plan, back angle auxiliary angle in plan, rake angle. For the criterion of blunting, the received chamfer on the rear surface is equal to 0.4 mm. Research wire g on hardened steel with a hardness of 27 HRC. The dependence of tool durability T (from the VK8 alloy) on the cutting conditions when machining steels is given in Table. 7; The fluidity is determined by vacuum suction into calibrated quartz tubes, providing a relative data spread of not more than ± 3%. The tendency of steels to form shrink holes is determined using a tapered probe by measuring the relative volume of the concentration of the shrink hole (data variation ± 10%). The sensitivity of steel to the formation of hot cracks (m. 15) is estimated by determining the maximum force that inhibits the shrinkage of the standard sample, which it pulls out without the formation of hot cracks. Accuracy of determination is 2 kgf.

;Таблица Ц; Table C

0,160,20.160.2

Известна Known

Х23Н28МЗДЗТ 7 3,0,0,6 0 ,7X23N28MZDZT 7 3.0.0.6 0, 7

0,80.8

ОЧ|00 ОЧ||RON | 00 RON ||

OIO OIOOIO OIO

) )

OIOOio

СО|чОSO | CHO

cNItcNIt

v |CNГчЦ-LOlr001ГО- (-|-v | CNГЧЦ-LOlr001GO- (- | -

r-ior-io

CNJiu-iOIOCNJiu-iOIO

0100 (SlniCNl inlro0100 (SlniCNl inlro

CIICNCIICN

r,J ..r, j ..

H «H "

1 OIO1 OIO

OIOOio

OIOOIOOIOOIO

0)0)

Ш AW A

л 1Л Hl 1L H

h Пh P

s s

uu

«a“A

« n"N

td td

sлsl

ss

0)ч0) h

OJOj

-4 -four

0)-V0) -V

cdcd

(tt 3(tt 3

«2“2

HH

n n

0) 0)

«"

D.п)D.p)

чD. t«hD. t "

H H

0)CO о0) CO o

п)оby

(U(U

exn оexn o

a, a,

сооsoo

G о сG o c

--о--about

Предла1 ,96-2,1 1,57-1.,6 0,07-0,080,2-0,23 гаема Извест1 ,92-2,0 1,5-1,55 на Prev1, 96-2.1 1.57-1., 6 0.07-0.080.2-0.23 gaem Izves1, 92-2.0 1.5-1.55 on

ТаблицабTable

1,6-2,11.6-2.1

(S - толщина лис та)(S is the thickness of the sheet)

Таблица7 0,06-0,080,20-0,221,6-2,0Table7 0.06-0.080.20-0.221.6-2.0

45 15, 45 15,

100 150 5 200100 150 5 200

1470 1470

45 40 146545 40 1465

18 15 13 1118 15 13 11

0,25 0.25

25 0,60 25 0.60

15 1,00 15 1.00

10 2,0010 2.00

77

5five

ТаблицавTables

1,85 1.85

120 120

2,00 2,00 115 2,152.00 2.00 115 2.15

Claims

Maraging stainless steel containing carbon, chromium, nickel, cobalt, silicon, titanium, aluminum, manganese, iron, characterized in that, in order to increase its mechanical, technological, cavitation and corrosion properties, it additionally contains copper, molybdenum, dysprosium, neodymium, calcium and cerium in the following ratio of components, wt.%:

Carbon 0.01-0.05 Chromium 10.0-13.0 Nickel 4.0-6.6 Cobalt 4.0-7.5 Silicon 0.2-1.5 Titanium 0.3-0.5 Aluminum 0.2-0.35 Manganese 0.2-0.5 Copper 0.5-1.5 Molybdenum Ι, θ-3,5 Dysprosium 0.03-0.1 Neodymium 0.05-0.08 Calcium 0.05-0.08 Joint venture Cerium 0.01-0.05 Iron The rest FROM