Вал, преимущественно, погружного насоса
Полезная модель представляет собой вал, преимущественно погружного насоса, подвергаемый длительному воздействию крутящего и изгибающего моментов в том числе импульсного характера в условиях действия агрессивных сред, и может быть использована в нефтедобывающей промышленности в качестве вала погружного насоса, вала газосепаратора, вала гидрозащиты и в других машинах и механизмов, работающих в подобных условиях. Технической задачей является уточнение расчетных характеристик вала, увеличение прочности и ударной вязкости материала для его изготовления. Решение поставленной задачи достигается тем, что при расчетах на прочность вала или при проверке правильности выбора материала для его изготовления диаметр вала в любом сечении удовлетворяет двум величинам предельно-допустимого напряжения, в качестве которых выбраны предел выносливости при кручении с изгибом в рабочей агрессивной жидкости и предел текучести при кручении материала вала, при этом крутящий момент в первом случае соответствует установившемуся режиму работы насоса, во втором -не менее чем 2,5 - кратной величине этого крутящего момента, и для изготовления вала используется малоуглеродистая, высокопрочная и вязкая нержавеющая сталь с соотношением компонентов, мас.%
и количеством Niэкв.=22,3±2,5-0,8 Сrэкв
Использование полезной модели позволяет повысить живучесть вала погружного насоса путем правильного выбора диаметра вала и материала для его изготовления.
Полезная модель представляет собой вал, преимущественно погружного насоса, подверженный воздействию переменного по величине крутящего и изгибающего моментов, предназначенный для долговременной эксплуатации в условиях действия агрессивной среды с присутствием водных растворов хлоридов, сероводорода, солей, нефтепродуктов, в сочетании с повышенной температурой и может быть использована в нефтедобывающей промышленности например, в качестве вала погружного насоса, вала газосепаратора, вала гидрозащиты, а также в других машинах и механизмах работающих в подобных условиях.
Известна конструкция вала, подвергаемая действию знакопеременной нагрузки, в качестве заготовки для которого используется прокат со специальной обработкой поверхности, с выточками на поверхности для расположения различных деталей (см «Лопастные насосы», Михайлов А.К., Малющенко В.В., «Машиностроение», 1977, стр.194-202)
Наиболее близким из выявленных аналогов, выбранным за прототип, является вал погружного насоса, подвергающийся длительному воздействию крутящего момента с изгибом и 2-3-кратными мгновенными перегрузками, с выточками на поверхности для размещения соединительных или фиксирующих деталей и шлицами (см. «Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования», Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович A.M. и др., М, «Недра», 1987, стр.35-44, 146-152).
Недостатком прототипа, как и аналога, является недостаточная надежность погружного насоса, обусловленная неточностью выбора
величины диаметра вала при расчете на прочность. Диаметр вала при расчете на прочность выбирают в зависимости от величины предела текучести материала вала, определенного при растяжении, тогда как вал работает на кручение с изгибом, с введением коэффициента запаса прочности для учета усталости металла. При выборе материала изделия предпочтение отдают стали с более высоким пределом выносливости по справочным данным, в лучшем случае - по результатам испытаний в стандартной агрессивной среде. Реальная рабочая среда значительно отличается от стандартной своей многокомпонентностью - присутствием солей, ионов хлора, растворенного сероводорода, углеводородов, величиной рН, и в разных месторождениях эти характеристики различны. Поэтому введение коэффициента запаса прочности для учета влияния усталости металла и агрессивности рабочей среды не позволяет правильно выбрать диаметр вала, т.к. при малом запасе может привести к недостаточной надежности вала в эксплуатации - преждевременному разрушению от усталости, при излишнем запасе - к перерасходу металла, снижению экономических характеристик насоса, т.к. увеличение диаметра вала на 8-10% снижает КПД насоса на 4-6% (см. «Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования», Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович A.M. и др., М., «Недра», 1987, стр.146). Вопросы, связанные с надежностью работы вала при импульсных нагрузках, не рассматриваются.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является уточнение расчетных характеристик вала, увеличение прочности и ударной вязкости стали для вала погружного насоса. Поставленная задача решается тем, что к валу погружного насоса, с ненадежностью которого при эксплуатации связано 40% отказов всего агрегата [см Кудряшов С.И. «Повышение надежности погружных систем УЭЦН» -«Нефтяное хозяйство», 2005, 6,1 26], отнеслись как к специальной технике, для надежной работы которой основным требованием является приближение условий испытаний материалов к
рабочим. В связи с этим, проектирование валов для погружных насосов или проверку правильности расчета и выбора материала вала, рассчитанного по общепринятой методике, проводят, используя результаты испытаний материала вала в условиях, наиболее приближенных к эксплуатационным. Исходят из того, что воздействие нагрузки на вал можно условно разделить на два этапа:
- при установившемся режиме работы насоса, когда вал длительно работает в условиях коррозионной усталости при кручении с изгибом,
- кратковременная работа при импульсных перегрузках крутящего момента.
На первом этапе надежность работы материала вала оценивают по величине предела выносливости, определенного на образцах при кручении с изгибом в температурно-коррозионных условиях рабочей жидкости.
Величина предела выносливости в значительной степени зависит от многочисленных параметров агрессивности рабочей жидкости, которые на разных месторождениях отличаются (см. Перекупка А.Г. и др. «Расчет коррозионной активности среды при проектировании промысловых трубопроводов», «Нефтяное хозяйство», 2005, 6, 130). Поэтому до накопления необходимого справочного материала, для соблюдения условий моделирования рабочих условий усталостные испытания следует проводить в рабочей жидкости того месторождения, для которого предназначен насос.
Предел выносливости значительно меньше предела текучести материала, и находясь в упругой области он является напряжением ниже которого не образуются очаги повреждаемости металла [см «Металловедение и термическая обработка стали» т.1, М. «Металлургия», 1983, стр.226-234]. Поэтому минимальный диаметр вала, определенный при расчете на прочность по пределу выносливости в качестве предельно допустимого напряжения
обеспечивает надежность вала на первом этапе работы и не требует коэффициентов запаса прочности.
На первом этапе - при установившемся режиме работы насоса крутящий момент рассчитывают по формуле:
Муст=Мн+М т,
где Мн - момент на валу при установившейся частоте вращения соответствующей максимальной мощности насоса и определяют по известной формуле, связанной с величиной напора и подачи жидкости через число ступеней насоса и мощности ступени (см. аналог):
Мн =974*Nmax*z/n, где
N max - мощность ступени насоса,
n - число оборотов вала при максимальной мощности насоса,
z - число ступеней насоса.
Мт - момент, затрачиваемый на преодоление сил трения в насосе.
Расчеты показывают что Мт на первом этапе работы насоса величина небольшая и равна 0,4-0,6 кГм.
На втором этапе, когда возникают импульсные кратковременные перегрузки крутящего момента при пуске насоса, при засорении рабочей жидкости частицами горных пород при размыве пласта и др. подобных воздействий вал работает на скручивание и диаметр вала определяют по предельно допустимому напряжению, в качестве которого выбран предел текучести при кручении, точнее, величина 0,9 тт, т.к. вал рассчитывают для работы в упругой области напряжения, а предел текучести соответствует началу пластической деформации, равной 0,3%. Крутящий момент при этом должен быть не ниже пускового момента насоса, который принят за нижний предел Мимп.
М пуск=Мс+(Мдмах -Мс)*Iн/I н+Iд, (см. Чичеров Л.Г. и др. «Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования, М, «Недра», 1987, 146-152), где
Mс - момент сопротивления насоса при частоте вращения вала соответствующего максимальному моменту электродвигателя;
Mс=(М н-Mт)(nm/n) 2+Мт, где
n m - частота вращения вала, соответствующая максимальному моменту электродвигателя; nm - 2000 об/мин.
n - частота вращения вала при максимальной мощности насоса;
n - 2820 об/мин.
Мдмах - максимальный момент на валу электродвигателя (паспортные данные)
I н - момент инерции насоса;
Iд - момент инерции ротора электродвигателя.
Расчеты показывают, что Мпуск2,5 Муст
Минимальный диаметр вала для каждого из этапов определяют по известным формулам для нахождения величины касательных и нормальных напряжений (см. Иванов М.Н. «Детали машин», М. Высшая школа, 1984, 261). При этом учитывают, что нормальные напряжения возникающие на шлицевых концах вала из-за несоосности сборки секций насоса, незначительны и ими можно пренебречь. Поэтому для первого этапа работы вала:
, где
Wp - полярный момент инерции вала;
Муст - крутящий момент, соответствующий установившемуся режиму работы насоса;
; ;
Для выточек и шлицев:
; , где
Д - диаметр вала,
d - диаметр выточки или средней диаметр шлицев.
т-1 - предел выносливости при кручении,
к - коэффициент чувствительности к концентрации напряжений в зависимости от радиуса закругления в выточках и шлицах и предела прочности материала вала (см. например, Золотаревский B.C. «Механические свойства металлов», М, Металлургия, 1983, 3.10).
Аналогично, для второго этапа работы вала - при импульсных перегрузках:
, где
; , где
Мимп2,5 Муст; тт - предел текучести при кручении.
Из двух величин минимального диаметра, полученных для усталостного нагружения при установившемся режиме работы насоса и для кручения при импульсной перегрузке крутящего момента, выбирается большая величина и проверяется коэффициент запаса прочности по отношению величин допускаемых напряжений к расчетным для каждого этапа, при этом выбранные допускаемые напряжения должны быть больше расчетных в любом сечении вала.
Для получения высоких значений предела выносливости в рабочей агрессивной жидкости и предела текучести при кручении важен выбор структуры и легирование стали. Основным материалом для валов погружных насосов более двадцати лет является вязкая нержавеющая сталь 03Х14Н7В с мартенситно-ферритной структурой, прочности которой, как показывает практика, оказывается недостаточно при увеличении глубины скважин и нагрузок импульсного характера.
Заявляемая в полезной модели нержавеющая сталь на структурной диаграмме Шеффлера (см. Гуляев А.П. Металловедение, М. Металлургия, 1977, 486), занимает область Сrэкв/Ni экв<1,7. Как известно (см. Werkstoffkunde Stahl.Band 2.1985, Springer - Verlag, 404), значения Сrэкв образуют все входящие в сталь ферритообразующие элементы с их коэффициентами эквивалентности в сравнении с Cr, а именно: Cr экв=Сr+1,5Si+1,4Мо+2Ti+2Al. Аналогично, значения Ni экв образуют все содержащиеся в стали аустенитообразующие элементы с их коэффициентами эквивалентности в сравнении с Ni:
Niэкв=Ni+30С+Сu+0,5Мn.
При содержании Niэкв=22,3±2,5-0,8Сr экв все стали с отношением Сrэкв/Ni экв<1,7 имеют мартенситно-аустенитную (М+А)
структуру с разным количеством мартенсита и аустенита. Это выражение представляет собой уравнение семейства прямых линий на структурной диаграмме, где величина 22,3±2,5 соответствует количеству в стали Ni экв при отсутствии ферритообразующих элементов, а коэффициент при Crэкв=0,8 является тангенсом угла наклона к оси абсцисс линий, ограничивающих область (М+А) сталей на диаграмме.
Мартенситно-аустенитная структура стали соответствует наибольшей вязкости и прочности стали, в зависимости от количества мартенсита и аустенита, т.к. пластины мартенсита с количеством углерода не более 0,03% оказываются окруженными тонкими вязкими прослойками аустенита, задерживающими развитие зародышевых трещин. При соотношении Сrэкв./Niэкв1,7 в стали появляется феррит и тем в большем количестве, чем больше величина этого соотношения. Присутствие феррита в мартенситной или (М+А) - структуре приводит к уменьшению прочностных характеристик и повышению критической температуры хрупкости, что ухудшает усталостную прочность и вязкость стали.
Мартенситная структура, особенно с выделениями дисперсных частиц интерметаллидных или избыточных фаз при старении стали, обусловливает высокую прочность. Для упрочнения мартенсита дисперсными интерметаллидными частицами в стали присутствуют Ti, Al, Mo, которые в присутствии Ni образуют фазы Ni3Ti, Ni 3Al, Ni3(Ti,Аl), Ni 3Mo. При указанных в формуле полезной модели нижних пределах содержания Ti, Al, Mo отсутствует влияние этих элементов на упрочнение. Верхние пределы содержания этих элементов соответствуют максимальной атомной концентрации этих элементов в интерметаллидных фазах, связывающих допустимое для сохранения необходимой вязкости стали количество никеля. Кроме того, наличие Ti и Al обеспечивают получение мелкозернистой структуры, т.к. при кристаллизации стали Al связывает азот в стойкие нитриды, а Ti образует устойчивые карбиды TiC, равномерно распределенные в
объеме зерен, и предохраняет сталь от межкристаллитной коррозии, обусловленной образованием неустойчивых карбидов хрома по границам зерен. Содержание Ti менее 0,01% недостаточно для связывания углерода в стали. Содержание Ti и Al более 0,8% является избыточным, т.к. связывает значительное количество Ni в интерметаллиды и приводит к снижению ударной вязкости.
Содержание углерода в стали для образования мартенсита повышенной вязкости должно быть как можно более низким. Верхняя граница количества углерода 0,03% определяется технологической возможностью выплавки стали. Кроме того, нержавеющая сталь с низким содержанием углерода менее склонна к межкристаллитной коррозии.
Никель является основным элементом, определяющим вязкость стали и формирующим аустенитную составляющую структуры в зависимости от количества ферритообразующих и аустенитообразующих элементов по соотношению Niэкв=22,3±2,5-0,8Сr экв. При количестве Ni менее 4% при соотношении Сr экв./Niэкв<1,7 получается мартенситная структура с незначительным количеством остаточного аустенита, с высокой прочностью, но с недостаточной вязкостью. При количестве Ni более 12% и соотношении Сrэкв./Ni экв.<1,7 образуется только аустенитная структура с высокой вязкостью и низкой прочностью.
Сталь для валов погружных насосов должна противостоять усталостному разрушению в коррозионной среде, поэтому минимальное содержание хрома или суммы (Сr+3,3Мо) должно быть выше порогового значения электродного потенциала, соответствующего 12%Сr при отсутствии молибдена. В присутствии Мо нижняя граница количества Сr по антикоррозионным характеристикам стали находятся на уровне 8%. При минимальном количестве Сr, вплоть до 12%, и минимальном количестве Ni сталь имеет мартенситную структуру с незначительным количеством остаточного
аустенита, с высокой прочностью и недостаточной вязкостью. При увеличении количества Ni доля аустенитной составляющей увеличивается, возрастает вязкость стали со снижением прочности. Верхняя граница количества Сr принята 17%, с превышением которой при минимальном количестве Ni в структуре стали появляется ферритная составляющая с уменьшением прочности. Появление ферритной составляющей в структуре крайне нежелательно, т.к. именно на ее границах возможно образование хрупкой - фазы и уменьшается сопротивление стали хрупкому разрушению, что особенно опасно при действии импульсной нагрузки. При увеличении количества Ni и верхнем предельном содержании Сr структура становится аустенитной с высокой вязкостью и низкой прочностью.
Молибден, как и хром, способствует появлению пассивирующей пленки, защищающей сталь от коррозии, особенно в присутствии меди, и участвует в образовании интерметаллидных упрочняющих фаз с никелем и кобальтом. При количестве Мо менее 0,05% его влияние практически отсутствует. Верхний предел 3% обусловлен снижением его влияния на упрочнение и антикоррозионную стойкость стали, а также высокой стоимостью молибдена.
Медь образует при старении дисперсные частицы избыточной упрочняющей фазы, а поля упругих напряжений при их образовании способствуют большей дисперсности интерметаллидных фаз типа Ni3(Ti, Al) и др. При нижнем пределе содержания меди 0,3% ее влияние практически отсутствует, верхний предел 5% соответствует ее максимальной растворимости в аустените.
Присутствие кобальта в составе стали способствует ее значительному упрочнению, т.к. Со образует с Мо дисперсные фазы СоМо, СоСr. В то же время Со способствует увеличению сил межатомной связи и задерживает диссоциацию карбидных и др. фаз, что положительно влияет на стойкость стали, в коррозионных средах с присутствием растворенного сероводорода. Нижний предел содержания кобальта 0,01% соответствует отсутствию его заметного
влияния. Верхний предел 5% обусловлен значительным удорожанием стали, т.к. Со дорог и требует увеличения количества Ni для обеспечения достаточного запаса вязкости стали.
Количество серы и фосфора поддерживается в стали на возможно более низком технологически достижимом уровне - менее 0,025%, чтобы обеспечить минимальное охрупчивание, связанное с этими примесями. Присутствие Si и Мn в остаточном количестве менее 0,8% обеспечивает достаточное раскисление стали.
В сталь может быть введен в небольшом количестве 0,005-0,2% азот, который как аустенизирующий элемент позволяет увеличить количество аустенита в стали и тем самым снизить содержание дорогостоящего никеля. Содержание азота менее 0,005% не оказывает влияния на структурообразование. Введение азота более 0,2% в присутствии Ti и Аl приводит к ухудшению пластичности из-за образования большого количества нитридов.
Для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии в сталь дополнительно вводят Nb, который, как и Ti, связывает углерод, образуя дисперсные, расположенные в объеме зерен частицы NbC, предохраняя границы зерен от обеднения хромом. Введение 0,5% Nb полностью связывает углерод. При содержании Nb менее 0,05% его влияние практически не ощущается.
Введение в сталь Са в количестве до 0,01% по расчету обеспечивает образование глобулярных соединений серы для улучшения обрабатываемости резанием.
Введение бора до 0,005% по расчету способствует уменьшению количества серы и фосфора по границам зерен с благоприятным влиянием на вязкость стали.
Пример использования полезной модели.
Произвели проверку правильности расчета диаметра вала и выбора материала для его изготовления в погружном насосе УЭЦН 5-50-2000, вышедшего из строя по причине среза шлицевого конца вала нижней секции насоса. Материал вала - сталь 03Х14Н7 В, диаметр вала
17 мм, внутренний диаметр шлицевого конца 14 мм, число шлицев 6. механические характеристики стали: т=85 кг/мм2 ; в=100 кг/мм2 ; =14%; =58%; KCU+20=15,8 кгм/см 2; предел текучести при кручении тт =52 кг/мм2; предел выносливости при кручении с изгибом на базе 107 циклов в рабочей жидкости месторождения Пурпе -1=24,5 кг/мм2 ;
Крутящий момент, действующий на вал насоса при установившемся режиме работы:
При установившемся режиме работы насоса вал работает на усталость. Касательные напряжения, возникающие в шлицевом конце вала.
На шлицевой конец вала из-за возможной несоосности сборки секций может действовать изгибающий момент, вызванный усилием до 60-100 кг. Напряжение изгиба на шлицевом конце вала:
Где L - расстояние от середины шлица до подшипника.
Эквивалентное напряжение при действии нормальных и касательных напряжений .
Таким образом при коррозионно-усталостном нагружении действуют только касательные напряжения, которые должны быть меньше допускаемого напряжения, в качестве которого использован предел выносливости стали в реальной среде:
т уст<[т]<т-1, т.е. 23,94 кГc/мм 2<24,5 кГс/мм2
Отсюда следует что шлицевой конец вала диаметром 17 мм из стали 03Х14Н7В выдерживает воздействие коррозионно-усталостного нагружения при установившемся режиме, но почти на пределе возможного, т.к. коэффициент запаса прочности.
При пуске насоса с учетом сопротивления действующих в насосе сил трения и суммарного момента инерции рабочих колес, вала, втулок и ротора электродвигателя вал испытывает динамическую нагрузку:
;
Момент сопротивления насоса
Момент инерции насоса
Iн =Iрк+Iв+I вт=7,0626 кГм*сек2
Момент инерции ротора электродвигателя:
После подстановки всех значений для УЭЦН 5-50-2000, получим;
Перегрузка при пуске насоса
Под действием импульсного крутящего момента с учетом
перегрузки при пуске вал работает на скручивание и должно соблюдаться условие:
тпуск<[т]<0,9т т
Запас прочности вала при пуске:
,
т.е. действующие при пуске касательные напряжения превышают допустимые.
Следовательно, пусковую перегрузку шлицевой конец вала не выдерживает и под действием касательных напряжений даже при пуске насоса может начаться пластическая деформация шлицев с
дальнейшим выходом вала из строя. Таким образом, вал диаметром 17 мм из стали 03Х14Н7В для насоса УЭЦН5-50-2000 рассчитан на прочность неправильно и не выдерживает импульсные перегрузки с кратностью более 2,3. Необходимо применять вал большего диаметра, либо использовать сталь с более высоким пределом текучести при кручении.
С целью оптимизации выбора стали для вала погружного насоса в соответствии с заявленным хим. составом и соотношением компонентов были выплавлены опытные плавки, составы которых приведены в таблице 1 вместе со сталью 03Х14Н7В. Сталь выплавляли в дуговой электропечи. Отливали слитки весом 1,15 тонны, которые обжимали на блюминге в квадрат 100 мм, а затем на непрерывном стане 250 прокатывали в прутки диаметром 19 мм. Прутки подвергали двукратному отпуску при температуре 740° и 540°C с выдержкой 3 часа. Из прутков вырезали образцы для определения механических свойств при растяжении по ГОСТ 1497-84, ударной вязкости по ГОСТ 9454-78, испытания на кручение по ГОСТ 3565-80 и усталость по ГОСТ 25.502-79. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Составы №2, 3, 4, 5, 7 - удовлетворяют требования заявляемой модели, а именно: KCU +20°>7 кГм/см2 и пределу текучести при разрыве 115-150 кГс/мм2. Оптимальным составом является №5. В составе №1 Сr введен несколько выше верхнего предела, из-за чего получилось соотношение Сr экв/Niэкв>1,7 и в стали сформировалась аустеритно-ферритно-мартенситная структура с невысокой прочностью, низкой ударной вязкостью и сопротивлением усталости. В составе №6 из-за высокого содержания Сr и Сu на верхнем пределе образуется (М+А) структура с большим количеством аустенита, низкой прочностью, высокой вязкостью и невысоким сопротивлением усталости. Состав №10 при высоком содержании Сr имеет Ni на нижнем пределе, соотношение Сrэкв/Niэкв>1,7, возникает структура мартенсита с аустенитом и ферритом с достаточно высокой прочностью, пониженной вязкостью и низкой усталостной стойкостью. Состав №9 имеет Ni ниже
нижнего предела и несмотря на невысокое содержание Сr получается соотношения Сr экв/Niэкв>1,7, сталь имеет пониженные характеристики прочности, вязкости и сопротивления усталости. Состав №8 имеет Сr на нижнем пределе, Ni на верхнем пределе, но содержание Ti и Аl выше верхнего предела, из-за чего Ni оказался связанным в интерметаллиды, в результате сталь имеет высокую прочность, но низкую вязкость.
Если в качестве материала вала диаметром 17 мм использовать один из опытных составов, например, недорогой состав №3, соответствующий стали 03Х14Н5Д4Б и подставить в расчетные формулы для оценки касательных напряжений значения механических свойств этого состава, получим:
т уст<[т]<т-1, т.е. 23,94 кГc/мм 2<32 кГс/мм2.
Коэффициент запаса прочности шлицевого конца вала из стали состава №3 при коррозионно-усталостном нагружении на стадии установившегося режима работы:
Куст=[т]/т уст=32/23,93=1,34.
Это значительно больше, чем имеет сталь 03Х14Н7В (Куст=1,024).
Касательные напряжения, возникающие в шлицевом конце вала из стали состава №3 с учетом перегрузки при импульсном нагружении, составляющей 2,5 Муст:
тимп =Мимп/Wр=2,5*15,94/0,666=59,83 кГс/мм2
Коэффициент запаса прочности в шлицевом конце вала из стали состава №3 при импульсном нагружении:
Кимп=[т]/тимп=0,9*72/59,83=1,083.
Это вполне удовлетворительный результат по сравнению с валом из стали 03Х14Н7В.
Таким образом, использование полезной модели, а именно, вала, рассчитанного на прочность по пределу выносливости при кручении в рабочей жидкости и по пределу текучести при кручении с применением в качестве материала вала стали мартенситно-аустенитного класса с ударной вязкостью не ниже 7 кГм/см2 и пределом текучести при
испытании на разрыв до 150 кГс/мм 2 позволяет увеличить живучесть вала как в условиях коррозионной усталости, так и при действии импульсных более чем 2,5 кратных перегрузок.
Таблица 1 | |||||||||||||||||||||
Химический состав, масс.% | Сr экв | Ni экв | |||||||||||||||||||
Состав | С | Mn | Si | Cr | Ni | Сu | Мо | Ti | Аl | Со | S | Р | |||||||||
1 | 0,02 | 0,5 | 0,4 | 17,5 | 7,0 | 0,3 | 1,0 | 0,2 | 0,5 | 0,01 | 0,02 | 0,022 | 20,9 | 8,15 | 2,56 | ||||||
2 | 0,03 | 0,6 | 0,5 | 12,0 | 8,0 | 1,8 | 0,8 | 0,2 | 0,2 | 2,0 | 0,015 | 0,02 | 16,05 | 10,7 | 1,5 | ||||||
3 | 0,02 | 0,5 | 0,4 | 14,5 | 5,0 | 4,5 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,017 | 0,02 | 14,7 | 9,2 | 1,59 | ||||||
4 | 0,02 | 0,6 | 0,4 | 10,0 | 7,0 | 2,5 | 1,8 | 0,6 | 0,01 | 1,0 | 0,02 | 0,02 | 14,34 | 10,31 | 1,39 | ||||||
5 | 0,02 | 0,4 | 0,4 | 11,0 | 11,0 | 0,05 | 2,0 | 0,4 | 0,01 | 5,0 | 0,015 | 0,023 | 14,85 | 11,8 | 1,16 | ||||||
6 | 0,02 | 0,6 | 0,3 | 16,5 | 5,0 | 5,0 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 1,0 | 0,02 | 0,02 | 16,95 | 10,75 | 1,57 | ||||||
7 | 0,03 | 0,6 | 0,6 | 13,0 | 7,0 | 2,0 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,022 | 0,022 | 14,0 | 10,2 | 1,37 | ||||||
8 | 0,02 | 0,6 | 0,4 | 8,0 | 8,0 | 1,5 | 2,5 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 0,02 | 0,02 | 15,7 | 10,4 | 1,51 | ||||||
9 | 0,02 | 0,6 | 0,5 | 12,0 | 3,8 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,01 | 0,015 | 0,023 | 12,6 | 5,2 | 2,42 | ||||||
10 | 0,02 | 0,6 | 0,4 | 16,2 | 4,0 | 2,2 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,015 | 0,02 | 17,1 | 7,1 | 2,4 | ||||||
03Х14Н7В | 0,02 | 0,6 | 0,4 | 13,2 | 6,1 | - | - | - | - | - | 0,017 | 0,02 | 14,1 | 6,9 | 2,04 | ||||||
Таблица 2 | |||||||||||||||||||||
Состав | Предел прочности, в, кГс/мм2 | Предел текучести т,кГс/мм2 | Относит. удлинение ,% | Относит. сужение ,% | Ударная вязкость KCU+20; кГм/см2 | Предел текучести при кручении т, кГс/мм2 | Предел коррозионной выносливости при кручении-1, кГс/мм2 | ||||||||||||||
1 | 120 | 105 | 9 | 35 | 6,5 | 68 | 25 | ||||||||||||||
2 | 137 | 130 | 10 | 52 | 8,0 | 91 | 40 | ||||||||||||||
3 | 125 | 115 | 12 | 65 | 12,0 | 72 | 32 | ||||||||||||||
4 | 135 | 130 | 10 | 50 | 8,0 | 90 | 38 | ||||||||||||||
5 | 155 | 150 | 10 | 50 | 7,0 | 105 | 50 | ||||||||||||||
6 | 95 | 80 | 13 | 60 | 15,0 | 50 | 32 | ||||||||||||||
7 | 130 | 125 | 10 | 58 | 8,0 | 88 | 37 | ||||||||||||||
8 | 170 | 165 | 5 | 25 | 3,0 | 110 | 20 | ||||||||||||||
9 | 110 | 90 | 12 | 58 | 7,0 | 56 | 25 | ||||||||||||||
10 | 125 | 117 | 12 | 54 | 6,5 | 75 | 28 | ||||||||||||||
03Х14Н7В | 100 | 85 | 14 | 58 | 15,5 | 52 | 24,5 |
1. Вал, преимущественно, погружного насоса, подвергаемый длительному воздействию крутящего и изгибающего моментов, в том числе импульсного характера, имеющий выточки для размещения соединительных и фиксирующих деталей и шлицы на концах, отличающийся тем, что его диаметр при расчете на прочность удовлетворяет двум величинам предельно допустимого напряжения, в качестве которых выбраны предел выносливости при кручении с изгибом в рабочей жидкости и предел текучести при кручении материала вала, при этом крутящий момент в первом случае соответствует установившемуся режиму работы насоса, во втором - не менее чем 2,5-кратной величине этого крутящего момента, а сталь, из которой изготовлен вал, содержит углерод, хром, никель, сопутствующие примеси - марганец, кремний, серу, фосфор и один или несколько элементов из группы - медь, титан, алюминий, молибден, кобальт в количестве, мас.%:
С | <0,03 |
Si | <0,8 |
Mn | <0,8 |
Cr | 8,0-17,0 |
Ni | 4,0-12,0 |
Cu | 0,3-5,0 |
Мо | 0,05-3,0 |
Ti | 0,01-0,8 |
Al | 0,01-0,8 |
Co | 0,01-5,0 |
S | <0,025 |
P | <0,025 |
Fe | остальное |
и имеет соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов с их коэффициентами эквивалентности
;
Niэкв.=22,3±2,5-0,8 Crэкв.
2. Вал, преимущественно, погружного насоса по п.1, отличающийся тем, что сталь, из которой он изготовлен, дополнительно содержит один или несколько компонентов из группы, мас.%:
Nb | 0,05-0,5 |
В | 0,005 |
N | 0,005-0,2 |
Са | 0,01 |