RU2585591C1 - Heat-resistant steel of martensitic class - Google Patents

Heat-resistant steel of martensitic class Download PDF

Info

Publication number
RU2585591C1
RU2585591C1 RU2014148036/02A RU2014148036A RU2585591C1 RU 2585591 C1 RU2585591 C1 RU 2585591C1 RU 2014148036/02 A RU2014148036/02 A RU 2014148036/02A RU 2014148036 A RU2014148036 A RU 2014148036A RU 2585591 C1 RU2585591 C1 RU 2585591C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
heat
tungsten
rhenium
molybdenum
Prior art date
Application number
RU2014148036/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рустам Оскарович Кайбышев
Андрей Николаевич Беляков
Надежда Рузилевна Дудова
Валерий Александрович Дудко
Александра Эдуардовна Федосеева
Роман Владимирович Мишнев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2014148036/02A priority Critical patent/RU2585591C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2585591C1 publication Critical patent/RU2585591C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to heat-resistant chromium martensite steel used for manufacture of blades of turbine power plants. Steel contains components in following ratio, wt%: carbon 0.08-0.12, silicon less than 0.1, manganese 0.05-0.1, chromium 9.5-10.0, nickel not more than 0.2, tungsten 2.3-3.0, molybdenum 0.05-0.1, cobalt 2.5-3.5, vanadium 0.18-0.25, niobium 0.04-0.07, nitrogen no more than 0.003, boron 0.008-0.013, rhenium 0.1-0.2, sulphur no more than 0.006, phosphorus no more than 0.01, aluminium no more than 0.01, copper 0.05-0.3, titanium no more than 0.01, iron - balance.
EFFECT: higher long-term strength values, which allows using steel in heat engineering lift working temperature of thermal power plants to 630°C.
1 cl, 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, содержащим 5-13% Cr, применяемым в энергетической промышленности для изготовления оборудования тепловых и газовых турбин. Предлагаемая сталь может применяться для изготовления лопаток паровых турбин энергетических установок с рабочими температурами до 630°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heat-resistant chrome steels of the martensitic class, containing 5-13% Cr, used in the energy industry for the manufacture of equipment for heat and gas turbines. The proposed steel can be used for the manufacture of blades of steam turbines of power plants with operating temperatures up to 630 ° C.

В конструкциях лопаток применяются коррозионно-стойкие и жаропрочные стали по ГОСТ 18968-73, а также металлические сплавы на никелевой основе. Сталь марки 20X13 применяется для лопаток, работающих при температуре, достигающей 440°C. При более высоких температурах до 540°C для изготовления лопаток назначают сталь марки 15Х11МФ. При температурах до 580°C применяется сталь марки 15Х12 ВНМФ. Указанные стали относятся к мартенситно-ферритному и мартенситному классам. Химический состав данных сталей по ГОСТ 5632-72 показан в табл.1. In the construction of the blades, corrosion-resistant and heat-resistant steels are used in accordance with GOST 18968-73, as well as metal alloys based on nickel. Steel grade 20X13 is used for blades operating at temperatures up to 440 ° C. At higher temperatures up to 540 ° C, 15X11MF steel is prescribed for the manufacture of blades. At temperatures up to 580 ° C, steel grade 15X12 VNMF is used. These steels belong to the martensitic-ferritic and martensitic classes. The chemical composition of these steels according to GOST 5632-72 is shown in Table 1.

Таблица 1Table 1 Химический состав сталей мартенситного класса 20Х13, 15Х11МФ, 13Х11Н2 В2МФ, 20Х12 ВНМФ по ГОСТ 5632-72The chemical composition of steels of martensitic class 20X13, 15X11MF, 13X11H2 B2MF, 20X12 VNMF according to GOST 5632-72 ЭлементыItems Массовая доля элементов, масс. %Mass fraction of elements, mass. % 20Х1320X13 15Х11МФ15X11MF 15Х12 ВНМФ15X12 VNMF УглеродCarbon 0,160-0,2500.160-0.250 0,120-0,1900,120-0,190 0,12 - 0,180.12 - 0.18 КремнийSilicon не более 0,800no more than 0,800 не более 0,500no more than 0,500 не более 0,4no more than 0.4 МарганецManganese не более 0,800no more than 0,800 не более 0,700no more than 0,700 0,5 - 0,90.5 - 0.9 ХромChromium 12,000-14,00012,000-14,000 10,000-11,50010,000-11,500 11 - 1311 - 13 НикельNickel -- -- 0,4 - 0,80.4 - 0.8 ТитанTitanium -- -- не более 0,2no more than 0.2 АлюминийAluminum -- -- -- ВольфрамTungsten -- -- 0,7 - 1,10.7 - 1.1 МолибденMolybdenum -- 0,600-0,8000.600-0.800 0,5 - 0,70.5 - 0.7 НиобийNiobium -- -- -- ВанадийVanadium -- 0,250-0,4000.250-0.400 0,15 - 0,30.15 - 0.3 ЖелезоIron осн.main осн.main осн.main СераSulfur 0,0250,025 0,0250,025 не более 0,025no more than 0,025 ФосфорPhosphorus 0,0300,030 0,0300,030 не более 0,030no more than 0,030 МедьCopper -- -- не более 0,3no more than 0.3

Недостатками сталей 20Х13, 15Х11МФ, 15Х12 ВНМФ являются их низкая жаропрочность при температурах выше 580°C, а также ограниченная свариваемость, что делает невозможным их применение для изготовления лопаток турбин для работы при температурах выше 580°C. Для повышения температуры эксплуатации турбины необходимо изготавливать лопатки из аустенитных или жаропрочных никелевых сплавов. Следует отметить, что использование лопаток из сталей мартенситного класса, содержащих 9-12% хрома, имеет преимущество перед сталями аустенитного класса и жаропрочными никелевыми сплавами. Во-первых, роторы также изготавливаются из сталей мартенситного класса, поэтому коэффициент термического расширения будет близким для двух материалов и не будут требоваться конструктивные изменения для компенсации термического расширения. Во-вторых, в литературе имеется небольшое количество информации об опыте использования аустенитных и никелевых сталей для лопаток турбин электростанций, работающих на угле.The disadvantages of steels 20X13, 15X11MF, 15X12 VNMF are their low heat resistance at temperatures above 580 ° C, as well as limited weldability, which makes them impossible to use for the manufacture of turbine blades for operation at temperatures above 580 ° C. To increase the operating temperature of the turbine, it is necessary to produce blades from austenitic or heat-resistant nickel alloys. It should be noted that the use of blades made of martensitic steel steels containing 9-12% chromium has an advantage over austenitic steel steels and heat-resistant nickel alloys. Firstly, the rotors are also made of martensitic steel, therefore, the coefficient of thermal expansion will be close for the two materials and no structural changes will be required to compensate for thermal expansion. Secondly, in the literature there is little information about the experience of using austenitic and nickel steels for turbine blades of coal-fired power plants.

Наиболее близкой к предлагаемой стали является сталь, раскрытая в патенте RU2447184 (опубликован 10.04.2012]). Сталь содержит, масс. %:Closest to the proposed steel is the steel disclosed in patent RU2447184 (published on 04/10/2012]). Steel contains, mass. %:

углеродcarbon 0,080-0,1200,080-0,120 кремнийsilicon не более 0,100no more than 0,100 марганецmanganese 0,050-0,1000,050-0,100 хромchromium 9,500-10,0009,500-10,000 никельnickel не более 0,200no more than 0,200 вольфрамtungsten 1,800-2,2001,800-2,200 молибденmolybdenum 0,6-0,80.6-0.8 ванадийvanadium 0,180-0,2500.180-0.250 ниобийniobium 0,040-0,0700,040-0,070 азотnitrogen не более 0,003no more than 0,003 борboron 0,008-0,010.008-0.01 кобальтcobalt 2,5-3,52.5-3.5 сераsulfur не более 0,006no more than 0,006 фосфорphosphorus не более 0,010no more than 0,010 алюминийaluminum не более 0,010no more than 0,010 медьcopper не более 0,010no more than 0,010 титанtitanium не более 0,010no more than 0,010 железоiron остальноеrest

Содержание молибдена и вольфрама определяется как %W/2+%Mo<1,5. Данная сталь обладает высоким уровнем сопротивления ползучести до температуры 630°C. Это позволяет использовать ее для изготовления лопаток турбин энергетических установок, работающих при 600-620°C.The content of molybdenum and tungsten is defined as% W / 2 +% Mo <1.5. This steel has a high level of creep resistance up to a temperature of 630 ° C. This allows you to use it for the manufacture of turbine blades of power plants operating at 600-620 ° C.

Данные свойства стали достигаются благодаря формированию троостомартенситной структуры при термической обработке. В процессе среднего отпуска из мартенсита происходит выделение большей части углерода в виде карбидов, и процессы полигонизации и рекристаллизации не начинаются. Особенностью легирования стали является пониженное содержание азота. Известно, что повышенное содержание азота вызывает образование нитридов ванадия VN, которые при долговременной ползучести трансформируются в крупные частицы Z-фазы CrVN, что негативно влияет на жаропрочность стали. Основным недостатком данной стали является то, что при ползучести выделяется фаза Лавеса, Fe2(W,Mo). Этот процесс приводит к обеднению твердого раствора вольфрамом и уменьшает твердорастворное упрочнение. Частицы фазы Лавеса очень быстро коагулируют, поэтому повышение дисперсионного упрочнения за счет их выделения не компенсирует снижение твердорастворного упрочнения.These properties of steel are achieved due to the formation of a troostomartensitic structure during heat treatment. In the process of average tempering from martensite, most of the carbon in the form of carbides is released, and the processes of polygonization and recrystallization do not begin. A feature of alloying steel is a low nitrogen content. It is known that an increased nitrogen content causes the formation of vanadium VN nitrides, which with long-term creep transform into large particles of the Z phase of CrVN, which negatively affects the heat resistance of steel. The main disadvantage of this steel is that during creep, the Laves phase, Fe 2 (W, Mo), is released. This process leads to depletion of the solid solution by tungsten and reduces solid solution hardening. Particles of the Laves phase coagulate very quickly, therefore, an increase in dispersion hardening due to their release does not compensate for a decrease in solid solution hardening.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатка прототипа.The task of the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype.

Технический результат - предложенная сталь обладает повышенными характеристиками длительной прочности за счет повышенного сопротивления ползучести и в результате работоспособна при температуре 630°C, что на 20-40°C выше по сравнению с имеющимися аналогами.EFFECT: proposed steel has enhanced characteristics of long-term strength due to increased creep resistance and as a result is operable at a temperature of 630 ° C, which is 20-40 ° C higher compared to existing analogues.

Поставленная задача решается предлагаемой жаропрочной сталью мартенситного класса, в состав которой дополнительно введен рений, изменено количество молибдена и вольфрама, при следующем соотношении компонентов, масс. %:The problem is solved by the proposed heat-resistant steel of the martensitic class, the composition of which is additionally introduced rhenium, the amount of molybdenum and tungsten is changed, in the following ratio of components, mass. %:

углеродcarbon 0,080-0,1200,080-0,120 кремнийsilicon не более 0,100no more than 0,100 марганецmanganese 0,050-0,1000,050-0,100 хромchromium 9,500-10,0009,500-10,000 никельnickel не более 0,200no more than 0,200 вольфрамtungsten 2,300-3,0002,300-3,000 молибденmolybdenum 0,05-0,10.05-0.1 ванадийvanadium 0,180-0,2500.180-0.250 ниобийniobium 0,040-0,0700,040-0,070 азотnitrogen не более 0,003no more than 0,003 борboron 0,008-0,0130.008-0.013 кобальтcobalt 2,5-3,52.5-3.5 ренийrhenium 0,1-0,20.1-0.2 сераsulfur не более 0,006no more than 0,006 фосфорphosphorus не более 0,010no more than 0,010 алюминийaluminum не более 0,010no more than 0,010 медьcopper 0,050-0,30,050-0,3 титанtitanium не более 0,010no more than 0,010 железоiron остальноеrest

Состав предложенной стали содержит следующие известные признаки.The composition of the proposed steel contains the following known features.

Содержание углерода в количестве 0,08-0,12% повышает прокаливаемость стали, а также обеспечивает формирование карбидов типа Mе23C6. Содержание углерода менее 0,08% не обеспечивает необходимого уровня кратковременных механических свойств и длительной прочности. Повышение углерода свыше 0,12% нецелесообразно, т.к. ухудшает свариваемость стали.The carbon content in the amount of 0.08-0.12% increases the hardenability of steel, and also provides the formation of carbides of the type Me 23 C 6 . A carbon content of less than 0.08% does not provide the necessary level of short-term mechanical properties and long-term strength. An increase in carbon over 0.12% is impractical because degrades weldability of steel.

Молибден и вольфрам в суммарном количестве 2,0-3,0% упрочняют твердый раствор, а также входят в состав карбидов типа Mе23C6 и затрудняют их коагуляцию, что повышает жаропрочные свойства стали.Molybdenum and tungsten in a total amount of 2.0-3.0% harden the solid solution, and also are part of carbides of the type Me 23 C 6 and impede their coagulation, which increases the heat-resistant properties of steel.

Содержание ванадия в количестве 0,18-0,25% и ниобия до 0,07-0,1% обеспечивает упрочнение твердого раствора и получение более мелких карбонитридов, что повышает длительную прочность.The content of vanadium in the amount of 0.18-0.25% and niobium to 0.07-0.1% provides hardening of the solid solution and the production of finer carbonitrides, which increases the long-term strength.

Кобальт в количестве 2,5-3,5% повышает твердорастворное упрочнение. Как аустенитообразующий элемент, кобальт сдерживает образование дельта-феррита. При содержании кобальта менее 2,5% происходит образование дельта-феррита. При избыточном содержании кобальта более 3,5% происходит уменьшение пластичности стали.Cobalt in the amount of 2.5-3.5% increases solid solution hardening. As an austenite-forming element, cobalt inhibits the formation of delta ferrite. When the cobalt content is less than 2.5%, delta ferrite is formed. With an excess cobalt content of more than 3.5%, there is a decrease in the ductility of steel.

Титан в количестве не более 0,01% способствует формированию и стабилизации мелких карбонитридов MX, обогащенных ванадием и ниобием. При содержании титана свыше 0,01% происходит образование крупных карбонитридов, что снижает сопротивление ползучести.Titanium in an amount of not more than 0.01% contributes to the formation and stabilization of small MX carbonitrides enriched in vanadium and niobium. When the titanium content exceeds 0.01%, large carbonitrides are formed, which reduces the creep resistance.

Ограничение содержания фосфора до 0,01% и серы до 0,006% способствует получению более высоких характеристик пластичности стали.Limiting the content of phosphorus to 0.01% and sulfur to 0.006% contributes to higher ductility characteristics of steel.

Введение бора в количестве 0,008-0,013% повышает сопротивление деформации при ползучести. Бор сегрегирует по границам зерен, преимущественно бывшим аустенитным, что подавляет зернограничное проскальзывание и тем самым повышает время до разрушения. Бор в предлагаемой стали входит в состав карбидов типа Mе23C6 и уменьшает скорость их коагуляции при повышенных температурах, что повышает сопротивление деформации при ползучести. Кроме того, бор повышает сопротивление коррозии под напряжением и нивелирует неблагоприятное влияние повышенного содержания ванадия на окалиностойкость.The introduction of boron in an amount of 0.008-0.013% increases the resistance to deformation during creep. Boron segregates along grain boundaries, mainly former austenitic, which suppresses grain-boundary slippage and thereby increases the time to failure. Boron in the proposed steel is part of carbides of the type Me 23 C 6 and reduces the rate of their coagulation at elevated temperatures, which increases the resistance to deformation during creep. In addition, boron increases stress corrosion resistance and eliminates the adverse effect of high vanadium content on scale resistance.

В качестве раскислителей в состав стали введены марганец в количестве 0,05-0,1%, кремний в количестве не более 0,1%, никель в количестве не более 0,2% и алюминий в количестве не более 0,01%. При содержании марганца более 0,1% и кремния более 0,1% усиливается склонность к образованию дельта-феррита, который неблагоприятно сказывается на ударной вязкости. Марганец также способствует выделению карбидов M23C6. Никель улучшает прокаливаемость стали и вязкость, сдерживает образование дельта-феррита. Повышение содержания никеля свыше 0,2% нецелесообразно, так как уменьшает длительную прочность из-за ускорения укрупнения частиц. При содержании алюминия свыше 0,01% образуются нитриды, которые снижают длительную прочность.As deoxidizing agents, manganese in the amount of 0.05-0.1%, silicon in the amount of not more than 0.1%, nickel in the amount of not more than 0.2% and aluminum in the amount of not more than 0.01% were introduced into the composition of the steel. With a manganese content of more than 0.1% and silicon of more than 0.1%, the tendency to form delta ferrite increases, which adversely affects the toughness. Manganese also contributes to the release of carbides M 23 C 6 . Nickel improves hardenability of steel and toughness, inhibits the formation of delta ferrite. An increase in the nickel content of over 0.2% is impractical, since it reduces the long-term strength due to the acceleration of particle enlargement. When the aluminum content exceeds 0.01%, nitrides are formed, which reduce the long-term strength.

Предложенная сталь включает следующие новые, неизвестные из уровня техники, признаки:The proposed steel includes the following new, unknown from the prior art, features:

- в состав стали включен рений в количестве 0,1-0,2%, что обеспечивает твердорастворное упрочнение путем снижения скорости всех диффузионно-контролируемых процессов в стали и, соответственно, обеспечивает снижение интенсивности разупрочнения стали под воздействием температур и напряжений. Также рений снижает скорость выделения фазы Лавеса, обогащенной вольфрамом, Fe2W, что обеспечивает повышение сопротивления ползучести за счет сохранения большей части вольфрама в твердом растворе и, следовательно, показателей длительной прочности. При добавлении рения в количестве менее 0,05% эффект от этого элемента незначителен. При добавлении рения в количестве более 0,5% сталь переупрочняется и значительно снижаются характеристики пластичности и ударной вязкости;- rhenium in the amount of 0.1-0.2% is included in the composition of the steel, which provides solid-solution hardening by reducing the speed of all diffusion-controlled processes in steel and, accordingly, provides a decrease in the intensity of softening of steel under the influence of temperatures and stresses. Rhenium also reduces the rate of release of the Laves phase enriched in tungsten, Fe 2 W, which provides an increase in creep resistance due to the preservation of most of the tungsten in the solid solution and, therefore, indicators of long-term strength. When rhenium is added in an amount of less than 0.05%, the effect of this element is negligible. When rhenium is added in an amount of more than 0.5%, the steel is hardened and the ductility and toughness characteristics are significantly reduced;

- изменено количество молибдена до минимально возможного значения 0,05-0,10%, а количество вольфрама увеличено до 2,7-3,0% при условии сохранения молибденового эквивалента в пределах Moeq=Mo+0,5W=1,40÷1,60, что обеспечивает присутствие вольфрама в твердом растворе в течение длительных испытаний на ползучесть без образования фазы Лавеса и увеличивает жаропрочность стали;- the amount of molybdenum is changed to the minimum possible value of 0.05-0.10%, and the amount of tungsten is increased to 2.7-3.0%, provided that the molybdenum equivalent is kept within Mo eq = Mo + 0.5W = 1.40 ÷ 1.60, which ensures the presence of tungsten in the solid solution during lengthy creep tests without the formation of the Laves phase and increases the heat resistance of steel;

- введена медь в количестве 0,2-0,3%, что предотвращает образование дельта-феррита в процессе высокотемпературной деформации, а также способствует образованию мелкодисперсной фазы Лавеса на медных кластерах в процессе ползучести, что повышает сопротивление ползучести стали. Количество добавляемой меди определяется из баланса аустенит- и феррит-стабилизирующих элементов. Содержание меди ограничено не более 0,3%.- introduced copper in an amount of 0.2-0.3%, which prevents the formation of delta ferrite during high-temperature deformation, and also contributes to the formation of a finely dispersed Laves phase on copper clusters during creep, which increases the creep resistance of steel. The amount of copper added is determined from the balance of austenite and ferrite stabilizing elements. The copper content is limited to not more than 0.3%.

Пример осуществленияImplementation example

Были отлиты сплавы различных химических составов как в рамках заявленных интервалов, так и за их пределами (табл.2). Выплавка сплавов производилась в вакуумно-индукционной печи. В качестве шихты были использованы чистые шихтовые материалы, что позволило получить низкий уровень серы, фосфора и цветных металлов в полученных материалах. Слитки после обдирки были перекованы на заготовки в виде прутков квадратного сечения 20 мм методом свободной ковки в интервале температур от 1200°С до 900°С. Затем горячекованые прутки были подвергнуты нормализации при температуре 1050-1060°C и отпуску при 750-770°C в течение 3 часов.Alloys of various chemical compositions were cast both within the declared intervals and beyond (Table 2). Alloys were smelted in a vacuum induction furnace. As a charge, pure charge materials were used, which made it possible to obtain a low level of sulfur, phosphorus, and non-ferrous metals in the obtained materials. After stripping, the ingots were forged into billets in the form of bars of a 20 mm square cross section by free forging in the temperature range from 1200 ° C to 900 ° C. Then the hot-rolled bars were subjected to normalization at a temperature of 1050-1060 ° C and tempering at 750-770 ° C for 3 hours.

Таблица 2table 2 Химический состав предложенной стали по примерам 1-5 и стали-прототипаThe chemical composition of the proposed steel according to examples 1-5 and steel prototype СтальSteel CC SiSi MnMn CrCr NiNi CoCo MoMo WW VV NbNb NN BB ReRe AlAl SS PP CuCu Пример 1Example 1 0,110.11 0,060.06 0,10.1 1010 0,200.20 33 0,10.1 33 0,20.2 0,040.04 0,0030.003 0,0080.008 0,180.18 0,010.01 0,0060.006 0,0080.008 0,300.30 Пример 2Example 2 0,080.08 0,070,07 0,050.05 9,59.5 0,180.18 2,52.5 0,050.05 2,32,3 0,180.18 0,050.05 0,0030.003 0,0080.008 0,100.10 0,010.01 0,0040.004 0,0070.007 0,050.05 Пример 3Example 3 0,120.12 0,060.06 0,10.1 1010 0,150.15 3,53,5 0,10.1 33 0,250.25 0,070,07 0,0030.003 0,010.01 0,200.20 0,030,03 0,0060.006 0,0050.005 0,300.30 Пример 4Example 4 0,110.11 0,080.08 0,080.08 1010 0,200.20 2,92.9 0,010.01 22 0,240.24 0,060.06 0,0070.007 0,090.09 0,050.05 0,010.01 0,0050.005 0,0080.008 0,450.45 Пример 5Example 5 0,110.11 0,050.05 0,080.08 99 0,100.10 2,72.7 0,50.5 3,73,7 0,190.19 0,050.05 0,0030.003 0,0120.012 0,290.29 0,0150.015 0,0060.006 0,0070.007 0,300.30 Сталь-прототип Steel prototype 0,110.11 0,060.06 0,30.3 1010 0,20.2 33 0,70.7 2,12.1 0,20.2 0,040.04 0,0030.003 0,0080.008 -- 0,010.01 0,0010.001 0,0010.001 --

Необходимо отметить, что в первых трех примерах осуществления изобретения количество легирующих элементов входит в указанные пределы заявленной стали. Однако в последних двух примерах были допущены отклонения от заданного химического состава, а именно в примере 4 нарушено соотношение молибдена и вольфрама, а количество рения меньше нижнего допустимого предела содержания рения, а в примере 5 завышено значение молибденового эквивалента (выше 1,6) и количество рения выше верхнего предела содержания рения.It should be noted that in the first three embodiments of the invention, the number of alloying elements is within the specified limits of the declared steel. However, in the last two examples deviations from the given chemical composition were allowed, namely, in example 4, the ratio of molybdenum and tungsten was violated, and the amount of rhenium was less than the lower acceptable limit of the rhenium content, and in example 5 the molybdenum equivalent value was overestimated (above 1.6) and rhenium is above the upper limit of rhenium.

Испытания на длительную прочность проводились по ГОСТ 10145-62 (табл.3). Предел длительной прочности на базе 105 часов был рассчитан с помощью параметра Ларсена-Миллера. Испытания проведены на базе до 20 000 часов. Tests for long-term strength were carried out according to GOST 10145-62 (table 3). The tensile strength on the basis of 10 5 hours was calculated using the Larsen-Miller parameter. Tests were conducted on the basis of up to 20,000 hours.

Таблица 3Table 3 Испытания на ползучестьCreep tests Длительная прочность при ползучести, σ за 105 час, МПаLong-term creep strength, σ for 105 hour, MPa Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 Сталь-прототипSteel prototype Тиспытания=620°СT test = 620 ° C 140140 142142 140140 110110 107107 127127 Тиспытания=650°СT test = 650 ° C 110110 115115 105105 8585 8080 9999

Как видно из таблицы 3, механические свойства предлагаемой стали, легированной в указанных допустимых пределах содержания элементов, а именно примеров 1-3, выше по сравнению со сталью-прототипом. Длительная прочность на базе 100000 ч примеров 1-3 при температуре 620°С составляет в среднем 140±5 МПа, а при температуре 650°С - в среднем 110±5 МПа, что превышает длительную прочность стали-прототипа при обеих температурах. Однако при легировании стали не в заявленных пределах длительная прочность снижается, что связано с низким содержанием рения в примере 4, который при таком количестве не оказывает положительного эффекта, а также с нарушением молибденового эквивалента - он ниже 1,4, что снижает твердорастворное упрочнение. В примере 5 количество рения завышено, а также завышено значение молибденового эквивалента (выше 1,6), что приводит к переупрочнению стали, с одной стороны, а с другой, к избыточному выделению фазы Лавеса в процессе ползучести, вследствие чего величины пластичности и ударной вязкости снижаются, что приводит к падению длительной прочности.As can be seen from table 3, the mechanical properties of the proposed steel alloyed in the specified allowable limits for the content of elements, namely, examples 1-3, is higher in comparison with the steel prototype. Long-term strength on the basis of 100,000 h of examples 1-3 at a temperature of 620 ° C is on average 140 ± 5 MPa, and at a temperature of 650 ° C - on average 110 ± 5 MPa, which exceeds the long-term strength of the prototype steel at both temperatures. However, when alloying steel not within the declared limits, the long-term strength decreases, which is associated with the low rhenium content in Example 4, which does not have a positive effect with this amount, as well as with a violation of the molybdenum equivalent - it is below 1.4, which reduces solid-solution hardening. In example 5, the amount of rhenium is overestimated, as well as an overestimated value of the molybdenum equivalent (above 1.6), which leads to hardening of the steel, on the one hand, and, on the other hand, to excessive precipitation of the Laves phase during creep, as a result of which ductility and toughness decrease, which leads to a drop in long-term strength.

Как видно из таблицы 3, при легировании стали в указанных пределах показатели длительной прочности предлагаемой стали выше, чем у прототипа, что позволяет применять ее для изготовления лопаток паровых турбин и других элементов энергетических установок. Использование стали в теплоэнергетике позволит поднять рабочую температуру тепловых электростанций до 630°C.As can be seen from table 3, when alloying steel within the specified limits, the long-term strength of the proposed steel is higher than that of the prototype, which allows it to be used for the manufacture of blades for steam turbines and other elements of power plants. The use of steel in the power industry will increase the operating temperature of thermal power plants to 630 ° C.

Claims (1)

Жаропрочная сталь мартенситного класса, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, азот, бор, кобальт, серу, фосфор, алюминий, медь, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит рений при следующем соотношении компонентов, мас.%
углерод 0,08-0,12 кремний не более 0,1 марганец 0,05-0,1 хром 9,5-10,0 никель не более 0,2 вольфрам 2,3-3,0 молибден 0,05-0,1 ванадий 0,18-0,25 ниобий 0,04-0,07 азот не более 0,003 бор 0,008-0,013 кобальт 2,5-3,5 рений 0,1-0,2 сера не более 0,006 фосфор не более 0,010 алюминий не более 0,010 медь 0,05-0,3 титан не более 0,01 железо остальное
Heat-resistant steel of martensitic class containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, nitrogen, boron, cobalt, sulfur, phosphorus, aluminum, copper, titanium and iron, characterized in that it additionally contains rhenium in the following ratio of components, wt.%
carbon 0.08-0.12 silicon no more than 0.1 manganese 0.05-0.1 chromium 9.5-10.0 nickel no more than 0.2 tungsten 2.3-3.0 molybdenum 0.05-0.1 vanadium 0.18-0.25 niobium 0.04-0.07 nitrogen no more than 0,003 boron 0.008-0.013 cobalt 2.5-3.5 rhenium 0.1-0.2 sulfur no more than 0,006 phosphorus no more than 0,010 aluminum no more than 0,010 copper 0.05-0.3 titanium no more than 0,01 iron rest
RU2014148036/02A 2014-11-28 2014-11-28 Heat-resistant steel of martensitic class RU2585591C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148036/02A RU2585591C1 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Heat-resistant steel of martensitic class

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148036/02A RU2585591C1 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Heat-resistant steel of martensitic class

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585591C1 true RU2585591C1 (en) 2016-05-27

Family

ID=56096213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148036/02A RU2585591C1 (en) 2014-11-28 2014-11-28 Heat-resistant steel of martensitic class

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585591C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627529C1 (en) * 2016-12-06 2017-08-08 Юлия Алексеевна Щепочкина Steel
RU2655496C1 (en) * 2017-05-18 2018-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Heat-resistant steel of martensitic class
RU2660452C1 (en) * 2017-12-19 2018-07-06 Юлия Алексеевна Щепочкина Iron-based alloy
RU193363U1 (en) * 2018-10-30 2019-10-28 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") GASOTURBINE MOTOR FROM MARTENSITY-FERRITE STEEL
RU2757923C1 (en) * 2020-12-25 2021-10-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Heat-resistant steel of the martensitic class

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1041261A1 (en) * 1997-12-15 2000-10-04 Hitachi, Ltd. Gas turbine for power generation, and combined power generation system
EP1466993A1 (en) * 2003-04-04 2004-10-13 Hitachi, Ltd. Heat resisting steel, gas turbine using the steel, and components thereof
RU2447184C1 (en) * 2011-02-28 2012-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Refractory martensitic steel
US20130294959A1 (en) * 2006-02-06 2013-11-07 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Heat-resistant steel
RU2524465C1 (en) * 2013-05-30 2014-07-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Refractory martensitic steel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1041261A1 (en) * 1997-12-15 2000-10-04 Hitachi, Ltd. Gas turbine for power generation, and combined power generation system
EP1466993A1 (en) * 2003-04-04 2004-10-13 Hitachi, Ltd. Heat resisting steel, gas turbine using the steel, and components thereof
US20130294959A1 (en) * 2006-02-06 2013-11-07 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Heat-resistant steel
RU2447184C1 (en) * 2011-02-28 2012-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Refractory martensitic steel
RU2524465C1 (en) * 2013-05-30 2014-07-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Refractory martensitic steel

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627529C1 (en) * 2016-12-06 2017-08-08 Юлия Алексеевна Щепочкина Steel
RU2655496C1 (en) * 2017-05-18 2018-05-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Heat-resistant steel of martensitic class
RU2660452C1 (en) * 2017-12-19 2018-07-06 Юлия Алексеевна Щепочкина Iron-based alloy
RU193363U1 (en) * 2018-10-30 2019-10-28 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") GASOTURBINE MOTOR FROM MARTENSITY-FERRITE STEEL
RU2757923C1 (en) * 2020-12-25 2021-10-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Heat-resistant steel of the martensitic class

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2585591C1 (en) Heat-resistant steel of martensitic class
JP5574953B2 (en) Heat-resistant steel for forging, method for producing heat-resistant steel for forging, forged parts, and method for producing forged parts
CA2814293C (en) Steel for steam turbine blade with excellent strength and toughness
JP5574283B1 (en) Precipitation strengthened martensitic steel and method for producing the same
JP5362764B2 (en) Low alloy metal for geothermal power turbine rotor
US10000830B2 (en) Method for manufacturing martensite-based precipitation strengthening stainless steel
RU2447184C1 (en) Refractory martensitic steel
JPH1088291A (en) Heat resistant cast steel with high strength and high toughness
JPH10251809A (en) High toughness ferritic heat resistant steel
JPWO2017006843A1 (en) Thin plate and manufacturing method thereof
JP5265325B2 (en) Heat resistant steel with excellent creep strength and method for producing the same
RU2558738C1 (en) Refractory martensitic steel
JP2016065265A (en) Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade
JP2002047530A (en) Heat resistant steel, method for heat treating heat resistant steel and heat resistant steel parts
US10378072B2 (en) Maraging steel
RU2437956C1 (en) Heat resistant steel of martensite class
JP5981357B2 (en) Heat resistant steel and steam turbine components
JP2014208869A (en) Precipitation-strengthened martensitic steel
RU2598725C2 (en) Heat-resistant steel of martensitic class and preparation method thereof
RU2524465C1 (en) Refractory martensitic steel
RU2757923C1 (en) Heat-resistant steel of the martensitic class
JP5996403B2 (en) Heat resistant steel and method for producing the same
RU2404281C1 (en) Heat-resistant steel for power equipment
JPH11350076A (en) Precipitation strengthening type ferritic heat resistant steel
JP2948324B2 (en) High-strength, high-toughness heat-resistant steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201129