Коррозионно-стойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности, к составу коррозионностойкой высокопрочной стали, применяемой при изготовлении ответственных деталей, используемых в машиностроении и работающих в агрессивных средах. Коррозионностойкая высокопрочная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, железо, дополнительно содержит ванадий, германий, химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,35-0,45, кремний 0,80-1,10, марганец 0,40-0,60, хром 14,0-18,0, ванадий 0,15-0,25, германий 0,60-1,50, химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости 0,01-0,02, железо - остальное. В качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, используют свинец, или селен, или кальций, или теллур. 1 з.п. ф-лы, 12 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к составам сталей, применяемых при изготовлении ответственных деталей, используемых в машиностроении, преимущественно в агрессивных средах.

Известна сталь, содержащая компоненты, мас.

Углерод 0,27-0,34 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 2,30-2,70 Молибден 0,20-0,30 Ванадий 0,06-0,12 Железо Остальное Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан и железо при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,06-0,08 Кремний 0,40-0,80 Марганец 0,40-0,80
Хром 16,0-18,0
Титан 0,40-0,80
Железо Остальное
Недостаток указанной стали состоит в том, что она обладает относительно низкой прочностью и твердостью при удовлетворительной пластичности по всему сечению изделия, изготовленного из этой стали, как после традиционных методов упрочнения (закалка, отпуск), так и после низкотемпературного азотирования (химико-термической обработки), высокой стоимостью из-за дефицитности титана. Кроме того, возникает опасность появления склонности к отпускной хрупкости и межкристаллитной коррозии, а также к ухудшению обрабатываемости изделий, что приводит к снижению износостойкости режущих инструментов.

В основу настоящего изобретения поставлена задача повышения прочностных и вязкостных характеристик и устранения явления межкристаллитной коррозии, а также обеспечения улучшения обрабатываемости изделий.

Сущность изобретения состоит в том, что коррозионностойкая сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром и железо, дополнительно содержит ванадий, германий и химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости, при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,35-0,45
Кремний 0,80-1,10
Марганец 0,40-0,60
Хром 14,0-18,0
Ванадий 0,15-0,25
Германий 0,60-1,50
Химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости 0,01-0,02
Железо Остальное
Кроме того, в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, используют свинец, или селен, или кальций, или теллур.

Для изготовления опытной партии коррозионностойкой стали используют индукционную печь. Затем металл (сталь) прокатывают на заготовки (прутки) диаметром от 14 до 250 мм, которые подвергают закалке при температуре до 1100 ^oC и низкотемпературному отпуску при температуре 180-250 ^oC. После чего определяют стандартные механические характеристики: временное сопротивление разрыву (предел прочности _в ), предел текучести ₀₂, относительное удлинение , относительное сужение j, ударная вязкость КСU⁺²⁰ и твердость по Роквеллу поверхностного слоя HRC, обрабатываемость режущими инструментами поверхностей изделий из стали, а также коррозионные характеристики, особенно при межкристаллитной коррозии, характерной для высоколегированных сталей.

Механические характеристики и обрабатываемость поверхностей изделий определяют традиционными способами. Коррозионные свойства исследуют в лаборатории на цилиндрических образцах диаметром 10-20 мм и высотой 40 мм, используя гравиметрический метод или электрохимический метод с определением изменения потенциала стали. Исследования проводят ускоренно, то есть при усиленном воздействии отдельных факторов: температуры, концентрации и движения или перемешивания среды. При исследованиях используют поляризационные кривые, по которым вычисляют скорость коррозии стали. Производят также специальные лабораторные исследования, в результате которых устанавливают влияние механических нагрузок, давления, температуры, скорости потока. Эти испытания проводят с целью выявления межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением, коррозионной усталости, фрикционной коррозии и питтинговой коррозии. Основным показателем скорости коррозионного разрушения как при местной, так и при равномерной коррозии является глубина проникновения. В обоих случаях глубину коррозионного разрушения измеряют в миллиметрах в год. При равномерной коррозии с помощью глубины коррозионного проникновения (КП, мм/год) вычисляют потерю массы материала (ПМ, г/м²ч).

В табл. 1 приведены составы сталей с использованием свинца в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, в табл. 2
механические свойства сталей, приведенных в табл. 1, после термической обработки, а в табл. 3- характеристики коррозионной устойчивости сталей, приведенных в табл. 1, и коррозионной активности сред.

В соответствии с ГОСТ 13819-68 предлагаемые коррозионностойкие стали относятся к классу повышенной устойчивости, что соответствует 2-3 баллам по десятибалльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов.

Коэффициент обрабатываемости сталей с введением свинца принимает значение, равное К_об1,25, что на 25 лучше, чем для классической по обрабатываемости стали Ст.45.

В табл. 4 приведены составы сталей с использованием селена в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, в табл. 5
механические свойства сталей, приведенных в табл. 4, после термической обработки, а в табл. 6 характеристики коррозионной устойчивости сталей, приведенных в табл. 4 и коррозионной активности сред.

В соответствии с ГОСТ 13819-68 предлагаемые коррозионностойкие стали относятся к классу повышенной устойчивости, что соответствует двум-трем баллам по десятибалльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов.

Коэффициент обрабатываемости сталей с введением селена принимает значение, равное К_об=1,20, что на 20 лучше классической по обрабатываемости стали Ст-45.

В табл. 7 приведены составы сталей с использованием кальция в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, в табл. 8
механические свойства сталей, приведенных в табл. 7, после термической обработки, а в табл. 9 характеристики коррозионной устойчивости сталей, приведенных в табл. 7 и коррозионной активности сред.

В соответствии с ГОСТ 13819-68 предлагаемые коррозионностойкие стали относятся к классу повышенной устойчивости, что соответствуют двум-трем баллам по десятибалльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов.

Коэффициент обрабатываемости сталей с введением кальция приникает значение К_об=1,20, что на 20 лучше, чем у классической по обрабатываемости стали Ст-45.

В табл. 10 приведены составы сталей с использованием теллура в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, в табл. 11
механические свойства сталей, приведенных в табл. 10, после термической обработки, а в табл. 12 характеристики коррозионной устойчивости сталей, приведенных в табл. 10 и коррозионной активности сред.

В соответствии с ГОСТ 13819-68 предлагаемые коррозионностойкие стали относятся к классу повышенной устойчивости, что соответствует двум-трем баллам по десятибалльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов.

Коэффициент обрабатываемости сталей с введением теллура принимает значение, равное К_об= 1,19, что на 19 лучше классической по обрабатываемости стали СТ-45.

Применение предлагаемой коррозионностокой стали позволит повысить надежность и долговечность изготовленных из нее деталей машин, работающих в агрессивных средах, улучшит обрабатываемость изделий, изготовленных из этой стали, что позволит повысить износостойкость режущих инструментов, а также снизить себестоимость изготовленных из этой стали деталей машин.

Формула изобретения

1. Коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, германий, химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости, при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,35 0,45
Кремний 0,8 1,1
Марганец 0,4 0,6
Хром 14 18
Ванадий 0,15 0,25
Германий 0,6 1,5
Химический элемент, способствующий улучшению обрабатываемости 0,01 - 0,02
Железо Остальное
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве химического элемента, способствующего улучшению обрабатываемости, используют свинец, или селен, или кальций, или теллур.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9