CS258893B1

CS258893B1 - Martenziticko-feritická korozivzdorná ocel na výkovky lopatek a způsob jejího zpracování

Info

Publication number: CS258893B1
Application number: CS867784A
Authority: CS
Inventors: Jan Radon; Bedrich Kopecky; Pavel Bouska; Jiri Herzan; Frantisek Kantor; Karel Protiva; Frantisek Kumel
Original assignee: Jan Radon; Bedrich Kopecky; Pavel Bouska; Jiri Herzan; Frantisek Kantor; Karel Protiva; Frantisek Kumel
Priority date: 1986-10-28
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS778486A1

Abstract

Martenziticko-feritická korozivzdorná ocel na výkovky lopatek á pro součásti pracující v agresivním prostředí, obsahujícím síranové a chloridové ionty, se zpracovává zpravidla mimopecně v pánvi. Obsahuje 0,09 až 0,13 % hmot. C, 0,3 až 0,7 % hmot. Mn, nejvýše 0,4 % hmot. Si, nejvýše 0,015 % hmot. P, nejvýše 0,010 % hmot. S, 15,5 až 16,5 % hmot. Cr, 2,3 až 2,8 % hmot'. Ni, 0,7 až 1,0 % hmot, Mo, nejvýše 0,10 % hmot. Cu, 0,02 až 0,04 % hmot. Al, nejvýše 0,4 1° hmot. N, 0,0005 až 0,001 % hmot. B a zbytek železo. Tepelné zpracování spočívá v kalení s ochlazením v oleji, načež se provádí vysoké nebo nízké Dopouštění.

Description

Vynález se týká martenziticko-feritické korozivzdorné oceli na výkovky lopatek pro axiální turbokompresory a turboexhaustory a součásti pracující v agresivním prostředí, obsahujícím síranové a chloridové ionty a určené pro mimopecaí zpracování v pánvi. Vynález se dále týká způsobu, jejího zpracování.

I pro výrobu lopatek axiálních turbokompresorů a turboexhaustorů pro práci v agresivních korozních prostředích se dosud používá většinou ocelí © chemickém složení 0,11 až 0,17 % hmot. uhlíku, nejvýše 0,8 % hmot. manganu, nejvýše 0,8.% hmot. křemíku, nejvýše 0,05 %hmot. fosforu, nejvýše 0,025 % hmot. síry, 16 až 18 % hmot < ohromu, 1,5 až 2,5 % hmot. niklu. Tepelné zpracování těeht© ocelí spočívá v kalení výkovků lopatek i jiných součástí z teplot v rozmezí 975 až 1040 °C s ochlazením v oleji a v popouštění, a sice vysokém popouštění při 600 až 630 ^GC, případně 650 až 720 °G, nebo nízkém popouštění při 275 až 350 °C.

Nevýhodou těchto ocelí, použitých za náročnějších podmínek, je relativně Snadné vyvolání zcitlivění k mezikrystalové korozi a celkově větší náchylnost kmezikry stolovému porušování působením různých vnějších vlivů. Tato náchylnost přím© souvisí s charakterem hranic delta ferit-martenzit a hranic primárního zrna, který je ovlivněn především průběhem reďistribučních procesů karbidické fáze při tepelně mechanických technologických cyklech. Přednostní vazba uhlíku na chrom a vysoký obsah chrómu v komplexních stabilních karbidech mají za následek odčerpávání chrómu z matrice, přilehlé tvořícím se precipitátům. Z toho důvodu může i při relativně vysokém nominálním obsahu chrómu ve shora uvedených ocelích snadno do258893

- 2 jít k lokální ztrátě pasivační schopnosti, což se za provozu v korozním prostředí projevuje strukturními formami koroze, především korozí mezikrystalovou.'

Nižší průměrný obsah chrómu v matrici u vysoko popuštěného stavu vede ve srovnání s nízkopopuštěným stavem ke snížení odolnosti k mezikrystalové korozi a za spolupůsobení doprovodných škodlivých prvků se výrazně snižuje i odolnost vůči bodové korozi. Dochází rovněž ke zmenšení vrubové houževnatosti U vysokopopuštěného stavu ve srovnání s nízkopopouštěným, čímž se použitelnost opět zmenšuje.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu martenziticko-feritická korozivzdorná ocel na výkovky lopatek pro turbokompresory a turboexhaustory a součásti pracující v agresivním prostředí, obsahujícím síranové a chloridové ionty a určená pro mimopecní zpracování v pánvi. Její podstata spočívá v tom, že obsahuje 0,09 až 0,15 % hmot. uhlíku, 0,5 až 0,7 % hmot. manganu, nejvýše 0,4 % hmot. křemíku, nejvýše 0,015 % hmot. fosforu, nejvýše 0,010 % hmot. síry, 15,5 až 16,5 .% hmot. chrómu, 2,5 až 2,8 % hmot. niklu, 0,7 až 1,0 % hmot. molybdenu, nejvýše 0,10 % hmot. mědi, 0,02 až 0,04 % hmot» hliníku, nejvýše 0,04 % hmot. dusíku, 0,0005 až 0,001 % hmot. boru a zbytek železo. Podle dalšího význaku vynálezu je výhodné, když‘součet % hmot. chrómu a dvojnásobku % hmot. kře-_ymíku a 1,5 násobku % hmot. molybdenu a 5,5 násobku % hmot. hliníku nepřesáhne hodnotu 17i4, je-li součet % hmot. niklu a 0,5 násobku % hmot. manganu a 50 násobku % hmot. uhlíku a 0,5 násobku % hmot. mědi a 25 násobku % hmot. dusíku nižší než hodnota 6,2. Podstata způsobu zpracování této oceli spočívá v.tom, že se podrobí kalení z teploty 1050 až 1090 °C d© oleje β následným nízkým popouštěním při teplotě 550 až 590 °C po dobu 4 hodin a oóhlazením na vzduchu. Alternativně je možno po kalení do oleje provést následné vysoké popouštění při teplotě 620 až 650 ^GC po dobu 4 hodin a ochlazením do oleje .

Výhodou marteaziticko-feritické oceli podle vynálezu je výrazné zlepšení odolnosti proti mezikrystalové korozi a kore258893 zi pod napětím, při zachování dostatečně vysokých mechanických vlastností a dále možnost zpracování na dvě hladiny pevností, což umožňuje konstruktérovi volbu varianty podle požadavku na vnitřní tlumení materiálu nebo například na obrobítelnost, aniž by došlo k výraznějšímu poklesu meze únavy.

Těchto výhod se dosahuje dokonalejším vyvážením obsahů feritotvorných a austenitotvorných prvků, přísadou molybdenu, omezením obsahu doprovodných prvků škodlivých, zejména síry a fosforu a rovněž povrchově aktivních stopových 'prvků a plynů. Souhrn uvedených prostředků vede ke zlepšení fyzikálně metalurgických charakteristik hranic delta ferit-martenzit a hranic primárního zrna a jejich vztahu k matrici.

Vynález je déle blíže popsán na konkrétních příkladech provedení.

Příklad 1 pr© výrobu lopatek pro axiální turbokompresory byla vyrobena v l,5t elektrické obloukové peci a atimopecně zpracovaná argonováním ocel o chemickém složení 0,11 % hmot. C, 0,47 % hmot. Mn, 0,25 % hmot. Si, 0,019 % hmot. P, 0,011 % hmot. S, 16,0 % hmot. Cr, 2,26 % hmot. Ni, 0,74 % hmot. Ho, 0,05 % hmot. Cti, 0,06 % htaot. Al, 0,028 % hmot. N, 0,0005 % hmot. B. Hodnota součtu % hmot. Ni a 0,5 násobku % hmot. Mn a 50 násobku % hmot. Ca 0,5 násobku % hmot. Cu a 25 násobku % hmot. N činila 6,51* Hodnota součtu % hmot. Cr a dvojnásobku % hmot.. Si a 1,5 násobku % hmot. Mo a 5,5 násobku % hmot. Al činila 17,9» Tato ocel byla tepelně zpracována kalením z teploty 1090 ®C s výdrží na teplotě 60 minut a ochlazením do oleje, a dále popouštěním při 580 °C po dobu 4 hodin s ©chlazením na vzduchu. Bylo dosažen© následujících mechanických vlastností:

mez pevnosti 1 255 MPa mez kluzu 965 HPa tažnost 19,9% kontrakce 60,2 % vrubová houževnatost 110 J/cm^

Odolnost proti mezikrystalové korozi daná výsledky potenpio258893

- 4 dynamické polarizační reaktivační zkoušky kritická pasivační proudové hustota kritická aktivační proudová hustota pasivační náboj aktivační náboj poměr aktivačního a pasivačního náboje

7,0 mA/cm²0,03 mA/cm²0,24 C/cm²0,002 C/cm²0,8 %

Příklad 2

Tatáž ocel byla tepelně zpracována kalením z teploty 1090 ⁰C s výdrží na teplotě 60 minut a 'ochlazením do oleje, a dále popouštěním při 640 °C po dobu 4 hodin s ochlazením do oleje. Bylo dosaženo následujících mechanických a korozních vlastností:

mez pevnosti 874 MPa mez kluzu 678 MPa tažnost 19,0 % kontrakce 63,0 % vrubová houževnatost 118 J/cm² kritická pasivační proudová hustota kritická aktivační proudová hustota pasivační náboj aktivační náboj poměr aktivačního a pasiváčního náboje

11,1 mA/cm²0,06 mA/cm²0,363 C/cm²,0,003 C/cm²0,8 %

V porovnání s dosud používanou ocelí na lopatky se dosáhlo při srovnatelných pevnostních vlastnostech stejných nebo , lepších plastických a rázových vlastností a výrazně lepší odolnosti proti mezikrystalové korozi a to v obou stavech tepelného zpracování dle vynálezu.

Rovněž porovnání výsledků zkoušek odolnosti korozi pod napětím v tahu mezi ocelí podle vynálezu, shora uvedené tavby a tepelného zpracování a ocelí dosud používanou prokazuje podstatné zlepšení daného parametru. Zkoušky byly provedeny na válcových vzorcích o průměru 4 mm při zatížení tahovým napětím \ Λ · na hladině 0,8 meze kluzu v prostředí vroucího rozteku o složení 110 g CUSO4 . 5 HgO +100 ml H2SO4 do 1 1 HgO. Zatímco u dosud používané oceli docházelo k přetržení vzorků průměrně do 10 hodin zkoušky, vydržely vzorky z oceli podle vynálezu 1 000 hodin zkoušky bez destrukce.

Jako další výhodná použití oceli podle vynálezu je možno uvést lopatky turbin, dále součástky e vyšší náročností na pevnost mající odolávat vodě, zvláště mořské vodě, pro čerpadla kyselých důlních vod a pro armatury v jaderné energetice.

Claims

1. Marténziticko-feritická korozivzdorné ocel na výkovky lopatek pro turbokompresory a turboexhaustory a součásti, pracující v agresivním prostředí, obsahujícím síranové a chloridové ionty a určená pro mimopecní zpracování v pánvi, vyznačená tím, že obsahuje 0,09 až 0,13 % hmot. uhlíku,

0,3 až 0,7 % hmot. manganu, nejvýše 0,4 % hmot. křemíku, nejvýše 0,015 % hmot. fosforu, nejvýše 0,010 % hmot. síry, 15,5 až 16,5 % hmot. chrómu, 2,3 áž 2,8% hmot. niklu,

0,7 až 1,0 % hmot. molybdenu, nejvýše 0,10 % hmot. mědi, 0,02 až 0,04 % hmot. hliníku, nejvýše 0,04 % hmot. dusíku, 0,0005 až 0,001 % hmot. bóru a zbytek železo.

2. Martenziticko-feritičká korozivzdorné ocel padle bodu vyznačená tím, že součet % hmot. chrómu a dvojnásobku %' hmot. křemíku a 1,5 násobku % hmót. molybdenu a 5,5 násobku % hmot, hliníku nepřesáhne hodnotu 17,4, je-li součet % hmot. niklu a 0,5 násobku % hmot. manganu a 30 násobku % hmot. uhlíku a 0,5 násobku % hmot. mědi a 25 násobku % hmot. dusíku nižší než hodnota 6,2/

3« Způsob zpracování martenziticko-feritické korozivzdorné z oceli podle bodů 1 a 2_Zvyznačující se tím, že se podrobí kalení z teploty 1050 °C až 1090 ®C do oleje s následným nízkým popouštěním při teplotě 350 °Caž 390 °C po dobu 4 hodin a ochlazením na vzduchu.

4. Způsob zpracování martenziticko-feritické korozivzdorné oceli podle bodů 1 a 2/vyznačující se tím, Že se podrobí kalení z teploty 1050 °C-až 1090 °C do oleje s následným vysokým popouštěním při teplotě 620 °C áž 650 ®G po dobu 4 hodin a ochlazením do pleje.