RU2477335C1

RU2477335C1 - Сталь

Info

Publication number: RU2477335C1
Application number: RU2011142607/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Семенович Дуб; Елена Владимировна Макарычева; Александр Николаевич Ромашкин; Эдуард Юльевич Колпишон; Антон Николаевич Мальгинов; Евгений Львович Муханов
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-03-10

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления массивных изделий, в частности валов роторов турбогенераторов. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,20-0,23, кремний 0,01-0,07, марганец 0,3-0,4, хром 1,45-1,60, никель 3,2-3,5, молибден 0,6-0,8, ванадий 0,08-0,12, алюминий от 0,001 до менее 0,01, медь 0,005-0,08, ниобий 0,03-0,05, цирконий от 0,005 до менее 0,01, бор 0,0003-0,002, сера 0,001-0,004, фосфор 0,001-0,005, по меньшей мере один элемент из группы: селен, кальций и олово не более 0,002 каждого, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит не более 0,002 мас.% каждого элемента из группы: свинец, сурьма, мышьяк и висмут. Повышается отпускная хрупкость стали (снижается критическая температура хрупкости) и улучшается обрабатываемость при механической обработке, что позволяет использовать сталь для изготовления массивных валов роторов турбогенераторов с диаметром бочки до 3000 мм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к стали для изготовления массивных изделий, например для валов роторов турбогенераторов.

Известна сталь для изготовления центробежно-литых буммашин, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, бор, алюминий, титан, кальций, цирконий, ванадий, ниобий, церий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,18-0,20, кремний 0,10-0,50, марганец 1,20-1,60, хром 0,8-1,80, никель 0,20-0,60, медь 0,40-0,80, молибден 0,15-0,30, бор 0,001-0,003, алюминий 0,005-0,05, титан 0,001-0,02, кальций 0,005-0,06, цирконий 0,005-0,10, ванадий 0,04-0,15, ниобий 0,04-0,15, церий 0,005-0,06, железо остальное.

(RU 93050955 A, C22C 38/54, опубликовано 20.09.1996).

Однако известная сталь не обладает достаточными механическими характеристиками, склонна к охрупчиванию, что делает невозможным ее использование при изготовлении массивных валов турбогенераторов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, алюминий, медь, ниобий, цирконий, бор, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,27-0,32; кремний 0,01-0,1; марганец 0,2-0,5; хром 1,7-2,0; никель 3,45-4,0; молибден 0,55-0,7; ванадий 0,05-0,07; алюминий 0,0005-0,017; медь 0,01-0,2; ниобий 0,03-0,09; цирконий 0,03-0,07; бор 0,0005-0,002; кальций 0,0001-0,02; железо остальное.

(SU 1758081, C22C 38/54, опубликовано 30.08.1992).

Недостатком известного технического решения является склонность стали к отпускной хрупкости, ограничивающая применение стали для изготовления массивных валов роторов с диаметром бочки свыше 2250 мм и до 3000 мм.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение отпускной хрупкости стали (снижение критической температуры хрупкости) и улучшение обрабатываемости стали при механической обработке, позволяющее ее использование для массивных валов роторов турбогенераторов с диаметром бочки до 3000 мм.

Технический результат достигается тем, что сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, алюминий, медь, ниобий, цирконий, бор и железо, причем дополнительно содержит серу и фосфор, а также, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: селен, кальций и олово, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,20-0,23
Кремний	0,01-0,07
Марганец	0,3-0,4
Хром	1,45-1,60
Никель	3,2-3,5
Молибден	0,6-0,8
Ванадий	0,08-0,12
Алюминий	0,001-0,01
Медь	0,005-0,08
Ниобий	0,03-0,05
Цирконий	0,005-0,01
Бор	0,0003-0,002
Сера	0,001-0,004
Фосфор	0,001-0,005

Элемент из группы:

селен, кальций и олово

не более 0,002 каждого,

при содержании кремния, марганца, фосфора и, по меньшей мере, одного элемента из группы: селен, кальций и олово, отвечающем следующему соотношению (Si+Mn)(P+элемент из группы)×10⁴<100.

Технический результат также достигается тем, что сталь содержит примеси свинца, сурьмы, мышьяка и висмута в концентрации не более 0,002 мас.% каждого; содержание фосфора и меди отвечает следующему соотношению 10P+Cu≤0,13, а содержание фосфора, сурьмы, мышьяка и, по меньшей мере, одного элемента из группы: селен, кальций и олово, отвечает следующему соотношению (10P+5Sb+As+4 элемент из группы)×0,01<15 ppm.

Изобретение может быть проиллюстрировано примером.

Сталь по изобретению была получена в виде слитка массой 150 т после выплавки в электродуговой печи по стандартной технологии. Сталь содержала следующие компоненты, мас.%: углерод 0,22; кремний 0,06; марганец 0,34; хром 1,54; никель 3,38; молибден 0,72; ванадий 0,11; алюминий 0,0065; медь 0,05; ниобий 0,038; цирконий 0,006; бор 0,0012; серу 0,0018; фосфор 0,0017. Сталь также содержала два элемента из группы: кальций и олово, в концентрации 0,0012 мас.% и 0,0009 мас.% соответственно, а также примеси свинца, сурьмы, мышьяка и висмута в концентрациях 0,0015 мас.%, 0,0012 мас.%, 0,0009 мас.% и 0,0018 мас.% соответственно.

Соотношение (Si+Mn)(P+элемент из группы)×10⁴<100 составило 90,8. Содержание фосфора и меди отвечало соотношению 10P+Cu=0,057≤0,13, а содержание фосфора, сурьмы, мышьяка и элемента из группы: кальций и олово, отвечало соотношению (10P+5Sb+As+4 элемент из группы)×0,01=0,000314<15 ppm.

Для определения служебных характеристик стали были использованы образцы, взятые из слитка после ковки, имитирующие различные части массивного изделия - сварного ротора барабанного типа с диаметром бочки 2500 мм. Механические свойства определяли после термообработки, включающей аустенизацию при температуре 880-890°C в течение 4 часов, охлаждение с печью до температуры 140°C, отпуск при температуре 335±5°C и охлаждение до комнатной температуры. Образцы перед испытаниями подвергали механической обработке (токарной обработке, обработке фрезерованием). Механические свойства стали по изобретению представлены в таблице.

Использование дополнительных компонентов стали в заявленных пределах и соблюдение заявленных соотношений компонентов стали обеспечили стабильность химического состава стали в слитке до и после ковки, незначительную разницу механических свойств стали из различных частей массивного изделия и хорошую обрабатываемость на всех стадиях получения образцов. Соблюдение соотношения кремния, марганца, фосфора и олова (Si+Mn)(P+элемента из группы селен, кальций, олово)×10⁴<100 обеспечивает уменьшение склонности стали к отпускной хрупкости. Соблюдение соотношения фосфора и меди 10P+Cu≤0,13, а также соотношения содержания фосфора, сурьмы, олова и мышьяка (10P+5Sb+As+4 элемент из группы)×0,01<15 ppm, обеспечивает минимальное негативное влияние примесей.

Из представленных данных следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата.

Таблица
Условный предел текучести σ_0,2, Н/мм²		650-730
Временное сопротивление разрыву σ_в, Н/мм²		750
Относительное удлинение δ, %	не менее	15
Относительное сужение ψ, %		45
Ударная вязкость KCV, кДж/м²		810
Критическая температура хрупкости T₅₀, °C	не более	минус 40
Угол изгиба, градус		150

Claims

1. Сталь для изготовления вала ротора турбогенератора, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, алюминий, медь, ниобий, цирконий, бор, серу, фосфор, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы селен, кальций и олово, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,20-0,23 кремний 0,01-0,07 марганец 0,3-0,4 хром 1,45-1,60 никель 3,2-3,5 молибден 0,6-0,8 ванадий 0,08-0,12 алюминий от 0,001 до менее 0,01 медь 0,005-0,08 ниобий 0,03-0,05 цирконий от 0,005 до менее 0,01 бор 0,0003-0,002 сера 0,001-0,004 фосфор 0,001-0,005 по меньшей мере один элемент из группы селен, кальций и олово не более 0,002 каждого железо и примеси остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве примесей она содержит не более 0,002 мас.% каждого элемента из группы свинец, сурьма, мышьяк и висмут.

3. Сталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что для фосфора, сурьмы, мышьяка и по меньшей мере одного элемента из группы селен, кальций и олово соблюдается следующее соотношение содержаний:
(10P+5Sb+As+4(по меньшей мере один элемент из группы))×0,01<15 ppm.