Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса и изделие, выполненное из нее

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, обладающим высокой прочностью основного металла и сварных соединений, высокой усталостной прочностью основного металла и сварных соединений, хорошей свариваемостью, не требующих термообработки после сварки и имеющих высокое сопротивление коррозии под напряжением сварных соединений в состоянии термообработка + сварка.

Сталь предназначена для изготовления силовых сварных деталей в авиастроении, работающих при температурах от (-70)°С до 300°С.

Известна коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса ЭП 817 следующего химического состава (мас.%):

(авторское свидетельство СССР №380149).

Эта сталь способна свариваться без последующей термической обработки, сохраняя высокое сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением. Недостатком этой стали и изделий, выполненных из нее, является относительно невысокий уровень прочностных характеристик основного металла: σ_B≥1250 МПа; σ_0,2≥950 МПа.

Известна коррозионно-стойкая сталь переходного аустенитно-мартенситного класса 07Х16Н6М следующего химического состава (мас.%):

(патент РФ №1626709).

Эта сталь способна свариваться без последующей термической обработки, однако имеет недостаточный уровень прочности основного металла и сварных соединений: σ_в основного металла = 1250÷1400 МПа; σ_в сварного соединения в состоянии термообработка + сварка ≥ 700 МПа, что ограничивает применение этой стали в изделиях авиационной техники, в которых имеются замыкающие сварные швы.

Известна нержавеющая мартенситная сталь следующего химического состава (мас.%):

(патент Великобритании №2368849).

Недостатком этой стали является низкий уровень прочностных характеристик (σ_в˜1000 МПа), кроме того, большое содержание углерода в стали может приводить к трещинам при сварке силовых сварных деталей.

Известна мартенситная сталь для отливок следующего химического состава (мас.%):

(патент США №6030469).

Недостатком стали является невысокий уровень предела прочности σ_в≤1100 МПа.

Наиболее близкой к изобретению, взятой за прототип, является высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса следующего химического состава (мас.%):

(патент РФ №2077602).

Сталь после термической обработки имеет: предел прочности основного металла σ_в≥1400 МПа, предел прочности сварного соединения σ_в ^св≥1300 МПа; не склонна к коррозионному растрескиванию в камере соляного тумана в состоянии термообработка + сварка.

Недостатком стали является недостаточная прочность основного металла и сварных соединений, недостаточная усталостная прочность.

Кроме того, сталь склонна к образованию горячих трещин при сварке. Критическая скорость деформации, при которой образуются горячие трещины А_кр, не более 3 мм/мин. Все эти недостатки не позволяют получать сварные изделия авиационной техники с качественными, в том числе и замыкающими, сварными швами (без трещин).

Технической задачей настоящего изобретения является создание высокопрочной коррозионно-стойкой стали, которая обладала бы высокими механическими свойствами, в том числе сварных соединений, выполненных без последующей термообработки, обладающей хорошей свариваемостью без образования горячих трещин, особенно с замыкающими сварными швами, например мест приварки обшивки к силовым узлам фюзеляжа, высоким сопротивлением коррозионному растрескиванию во всеклиматических условиях, высокой усталостной прочностью. При этом прочность основного металла должна быть σ_в=1500-1700 МПа, прочность сварного соединения без последующей термической обработки - σ_в ^св≥1350 МПа, проба на склонность к образованию горячих трещин при сварке А_кр≥5 мм/мин.

Для достижения поставленной задачи предложена высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, марганец, азот, кремний, кобальт, ниобий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лантан и иттрий при следующем соотношении компонентов (мас.%):

и изделие, выполненное из нее.

В заявленном составе соотношение легирующих элементов позволяет получить структуру с заданным соотношением мартенсита и аустенита, не содержащей дельта-феррита, что обеспечивает высокий уровень механических и коррозионных свойств стали, в том числе сварных соединений, и изделия, выполненного из нее.

Легирование стали предлагаемого состава повышенным содержанием кремния позволяет получить высокий предел прочности основного металла и сварного соединения, а также высокую усталостную прочность, высокое сопротивление коррозионному растрескиванию во всеклиматических условиях.

Легирование лантаном и иттрием благодаря большому сродству к кислороду позволяет понизить склонность стали, содержащей кремний, к образованию горячих трещин при сварке за счет торможения образования окислов кремния и тем самым обеспечить высокую А_кр - критическую скорость деформации, при которой образуются горячие трещины.

Пример осуществления

В лабораторных условиях проведено опробование предлагаемого состава стали, выплавленной в открытой индукционной печи в сравнении с прототипом. Химический состав сталей приведен в таблице 1.

Сварные образцы были выполнены автоматической аргоно-дуговой сваркой без присадки. Сваривались термически упрочненные заготовки без последующей термической обработки.

Проба на склонность к горячим трещинам А_кр характеризует качество замыкающих сварных швов в изделии.

В таблице 2 приведены свойства предлагаемой стали и прототипа после термической обработки по оптимальному режиму: закалка, обработка холодом и отпуск.

Как видно из приведенных данных, при высоких значениях характеристик прочности, пластичности и вязкости основного металла сталь обладает хорошей свариваемостью (А_кр ≥ 5 мм/мин) и высокими свойствами сварных соединений, выполненных в состоянии термообработка + сварка.

Таким образом, применение предложенной стали позволит получить качественные изделия со сварными соединениями в состоянии термообработка + сварка с высокой прочностью и вязкостью, высокой усталостной прочностью и коррозионной стойкостью, эксплуатируемые при температурах от (-70)°С до 300°С во всеклиматических условиях, что позволит повысить ресурс и увеличить надежность изделий.

1. Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь мартенситного класса, содержащая железо, углерод, хром, никель, молибден, марганец, азот, кремний, ниобий, кобальт, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лантан и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Изделие из высокопрочной коррозионно-стойкой стали мартенситного класса, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п.1.