RU2198236C2

RU2198236C2 - Cold-resistant steel

Info

Publication number: RU2198236C2
Application number: RU2000120077/02A
Authority: RU
Inventors: А.М. Корчагин; Э.Ю. Колпишон; гин В.Р. Сул; В.Р. Сулягин; Ю.М. Батов; Е.Ф. Зорькин; Ю.В. Соболев; В.С. Дуб; В.П. Рабинович; П.А. Ломакин; Л.Ю. Гордюк
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ижорские заводы"
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: metallurgy; steels used in power- plant engineering; manufacture of disks and rotors for gas turbines. SUBSTANCE: cold-resistant steel includes the following components, mas.%: carbon, 0.08-0.13; chromium, 11.0-13.0; molybdenum, 1.5-1.75; nickel, 2.0-3.1; vanadium, 0.2-0.35; silicon, 0.03- 0.1; manganese, 0.05-0.1; niobium, 0.01-0.02; cerium, up to 0.5; and iron, the balance at the following ratio: (chromium+molybdenum+niobium+vanadium)-(1.5 nickel+30 carbon)= 4.2-6.7. Heat resistance of proposed steel is increased due to increase of impact strength at temperature of from -60 to 20 C. EFFECT: enhanced momentary, long-term and cyclic strength of steel. 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству хладостойких и жаропрочных сталей, и может быть использовано в энергомашиностроении для производства дисков и роторов газовых и паровых турбин. The invention relates to metallurgy, in particular to the production of cold-resistant and heat-resistant steels, and can be used in power engineering for the production of disks and rotors of gas and steam turbines.

Известна сталь, описанная в патенте Российской Федерации RU 2077602 С1, (опубликованном 20.04.1997), которая эксплуатируется при температурах от -70 до 300^oС. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Углерод - 0,04-0,09
Хром - 12,5-15,0
Никель - 4,0-6,5
Марганец - 0,1-1,0
Молибден - 2,5-3,53
Азот - 0,02-0,1
Кремний - 0,3-1,6
Ниобий - 0,02-0,4
Кобальт - 3,5-6,0
Церий - 0,001-0,05
Кальций - 0,001-0,05
Железо - Остальное
при этом выполняется соотношение:

Уровень хладостойкости известной стали недостаточно высокий.Known steel, described in the patent of the Russian Federation RU 2077602 C1 (published on 04/20/1997), which is operated at temperatures from -70 to 300 ^o C. Steel contains components in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.04-0.09
Chrome - 12.5-15.0
Nickel - 4.0-6.5
Manganese - 0.1-1.0
Molybdenum - 2.5-3.53
Nitrogen - 0.02-0.1
Silicon - 0.3-1.6
Niobium - 0.02-0.4
Cobalt - 3.5-6.0
Cerium - 0.001-0.05
Calcium - 0.001-0.05
Iron - Else
this satisfies the ratio:

The cold resistance level of known steel is not high enough.

Изобретение направлено на решение задачи повышения хладостойкости путем повышения ударной вязкости разрушения при температуре от -60 до 20^oС, а также на повышение кратковременной, длительной и циклической прочности стали.The invention is aimed at solving the problem of increasing cold resistance by increasing the fracture toughness at a temperature of from -60 to 20 ^o C, as well as to increase the short-term, long-term and cyclic strength of steel.

Для решения поставленной задачи предложенная хладостойкая сталь, содержащая углерод, хром, молибден, никель, кремний, марганец, ниобий и железо, дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,08-0,13
Хром - 11,0-13,0
Молибден - 1,5-1,75
Никель - 2,0-3,1
Ванадий - 0,2-0,35
Кремний - 0,3-0,1
Марганец - 0,05-0,1
Ниобий - 0,01-0,02
Церий - До 0,5
Железо - Остальное
при выполнении следующего соотношения:
(хром + молибден + ниобий + ванадий) - (1,5 никель + 30 углерод) = 4,2÷6,7.To solve this problem, the proposed cold-resistant steel containing carbon, chromium, molybdenum, nickel, silicon, manganese, niobium and iron, additionally contains vanadium in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.08-0.13
Chrome - 11.0-13.0
Molybdenum - 1.5-1.75
Nickel - 2.0-3.1
Vanadium - 0.2-0.35
Silicon - 0.3-0.1
Manganese - 0.05-0.1
Niobium - 0.01-0.02
Cerium - Up to 0.5
Iron - Else
when performing the following ratio:
(chromium + molybdenum + niobium + vanadium) - (1.5 nickel + 30 carbon) = 4.2 ÷ 6.7.

Оптимальное содержание Si не превышает 0,05-0,07%. Содержание Si≅10[0] является технологически необходимым для связывания примесей О и S в округлые неметаллические включения в процессе кристаллизации стали. The optimum Si content does not exceed 0.05-0.07%. The Si≅10 [0] content is technologically necessary for the binding of O and S impurities to rounded nonmetallic inclusions during the crystallization of steel.

Желаемое содержание Мл <0,05-0,10%, причем содержание Mn≅15[S] является технологически необходимым для связывания О и S в oкpyглые неметаллические включения в процессе кристаллизации стали. Церий вводится в случае выплавки в открытых агрегатах с целью регулирования распределения включений и связывания водорода. The desired content of Ml is <0.05-0.10%, and the content of Mn ]15 [S] is technologically necessary for the binding of O and S into circular non-metallic inclusions during the crystallization of steel. Cerium is introduced in the case of smelting in open aggregates in order to control the distribution of inclusions and the binding of hydrogen.

Содержание S, О, Р не должно превышать 0,005% каждого, во избежание образования большего количества включений и накопления поверхностно-активных элементов на границах литого и границ аустенитного рекристаллизованного зерна. The content of S, O, P should not exceed 0.005% of each, in order to avoid the formation of more inclusions and the accumulation of surface-active elements at the boundaries of cast and the boundaries of austenitic recrystallized grains.

Содержание остаточного алюминия не должно превышать 0,02%, чтобы обеспечить оптимальный состав оксидных включений. The residual aluminum content should not exceed 0.02% in order to ensure the optimal composition of oxide inclusions.

Содержание Nb зависит от условий эксплуатации ротора или диска. При эксплуатации при температурах ниже 350^oС и запуске из холодного состояния содержание не должно превышать 0,02%.The Nb content depends on the operating conditions of the rotor or disk. When operating at temperatures below 350 ^o C and starting from a cold state, the content should not exceed 0.02%.

Химический состав стали двух плавок (базовой и опытной) приведен в табл. 1. The chemical composition of the steel of two heats (base and experimental) is given in table. 1.

Сопоставление результатов показывает, что предложенная сталь обладает существенно лучшим сочетанием свойств, особенно при отрицательных температурах (температура охрупчивания ниже, чем у известной стали, и при температурах эксплуатации предел длительной прочности выше). A comparison of the results shows that the proposed steel has a significantly better combination of properties, especially at negative temperatures (the embrittlement temperature is lower than that of the known steel, and the long-term strength is higher at operating temperatures).

Использование предлагаемой стали существенно повышает изотропность свойств, надежность эксплуатации энергомашин их долговечность. Кроме того, предлагаемая сталь может быть выплавлена не только методами ЭШП и ВДП, но и в установках типа печь-ковш, т. к. ее структура определяется не столько условиями кристаллизации, сколько составом металла. The use of the proposed steel significantly increases the isotropy of the properties, the reliability of the operation of energy machines, their durability. In addition, the proposed steel can be smelted not only by ESR and VDP, but also in plants of the ladle-furnace type, because its structure is determined not so much by crystallization conditions as by the composition of the metal.

Механические свойства стали (после термообработки по режиму 1050^oC, отпуск - 550 - 570^oC) представлены в табл. 2.The mechanical properties of steel (after heat treatment according to the regime of 1050 ^o C, tempering - 550 - 570 ^o C) are presented in table. 2.

В табл. 3 представлены данные по коэффициентам анизотропии (соотношение свойств вдоль и поперек волокна) для промышленных дисков из предлагаемой стали. In the table. 3 presents data on the anisotropy coefficients (the ratio of properties along and across the fiber) for industrial disks of the proposed steel.

Claims

Cold-resistant steel containing carbon, chromium, molybdenum, nickel, silicon, manganese, niobium and iron, characterized in that it additionally contains vanadium in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.08-0.13
Chrome - 11.0-13.0
Molybdenum - 1.5-1.75
Nickel - 2.0-3.1
Vanadium - 0.2-0.35
Silicon - 0.03-0.1
Manganese - 0.05-0.1
Niobium - 0.01-0.02
Cerium - Up to 0.5
Iron - Else
when the following ratio is satisfied: (chromium + molybdenum + niobium + vanadium) - (1.5nickel + 30 carbon) = 4.2 ÷ 6.7.