RU2600467C1 - Высокопрочная бериллийсодержащая сталь - Google Patents
Высокопрочная бериллийсодержащая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2600467C1 RU2600467C1 RU2015125065/02A RU2015125065A RU2600467C1 RU 2600467 C1 RU2600467 C1 RU 2600467C1 RU 2015125065/02 A RU2015125065/02 A RU 2015125065/02A RU 2015125065 A RU2015125065 A RU 2015125065A RU 2600467 C1 RU2600467 C1 RU 2600467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- beryllium
- units
- cobalt
- dysprosium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к составам нержавеющей дисперсионно-твердеющей стали, используемой при изготовлении деталей трения прецизионных приборов, агрегатов гидросистем и топливо-регулирующей аппаратуры авиационной техники, работающих в общеклиматических условиях. Сталь содержит углерод, хром, никель, молибден, кобальт, медь, бериллий, титан, лантан, ванадий, вольфрам, неодим, диспрозий, церий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,15-0,5, хром 12,0-14,5, никель 4,5-7,5, молибден 1,5-3,5, кобальт 6,0-7,5, медь 1,0-3,0, бериллий 0,5-1,2, ванадий 0,2-0,6, вольфрам 0,2-0,6, титан 0,1-0,6, лантан 0,005-0,1, неодим 0,005-0,05, диспрозий 0,005-0,03, церий 0,005-0,1, железо - остальное. Сталь обладает прочностью 2350-2375 МПа, модулем упругости 220-221 ГПа, твердостью HRC 62-63,5 ед., износостойкостью 2,21·10-8-2,29·10-8 ед., чистотой по неметаллическим включениям - нитридам и карбонитридам - 2-3 балла и отсутствием в структуре стали δ-феррита. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при изготовлении деталей трения прецизионных приборов и агрегатов гидросистем и топливо-регулирующей аппаратуры авиационной техники, работающих в общеклиматических условиях.
В системах гидроавтоматики авиационного двигателя используются пары трения (золотниковые детали). От их бесперебойной и надежной работы зависит ресурс узлов системы автоматического управления двигателем. Для изготовления таких деталей применяют материалы со специальными свойствами: высокой износо- и коррозионной стойкостью, высокой прочностью. Выпускаемые в настоящее время отечественные стали не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к деталям и узлам перспективных изделий авиационной техники, таким как: ресурсные показатели в агрессивной среде, точность и надежность работы систем топливорегулирующей аппаратуры и др. Введение в состав сталей бериллия существенно улучшает их свойства и в первую очередь износостойкость, коррозионную стойкость, модуль упругости и др.
В настоящее время бериллийсодержащие стали ЭИ928, ЭП354 и ВНС13 отечественной промышленностью не производятся, а сталь ВНС-32ВИ - наиболее современная из ранее созданных сталей.
Зарубежным аналогом приведенных выше отечественных материалов является сталь 440С (патент US 5002729, МПК С22С 38/52, С22С 38/30, опубл. 26.03.1991), имеющая при твердости готовых деталей после термообработки HRC - 59 ед., относительное удлинение δ - 2%, со следующим химическим составом, масс. %:
Углерод | 0,05-0,1 |
Хром | 11,0-15,0 |
Никель | 1,5-3,5 |
Молибден | 1,0-3,0 |
Кобальт | 3-8 |
Ванадий | 0,1-1,0 |
Марганец | 1,5 |
Кремний | 1,0 |
Азот | 0,04 |
Железо | Остальное |
Указанная сталь имеет существенный недостаток: при работе в условиях топливорегулирующей аппаратуры не обеспечивается точность и надежность работы при перепаде температур от -196 до +450°C.
Известна нержавеющая коррозионностойкая сталь (ас. №1671729, МПК С22С 38/58, опубл. 23.08.1991), при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Углерод | 0,39-0,45 |
Кремний | 0,8-1,4 |
Марганец | 1,5-1,9 |
Хром | 11,0-13,0 |
Титан | 0,1-0,2 |
Ванадий | 1,8-2,5 |
Кальций | 0,0003-0,01 |
Бор | 0,5-0,6 |
Никель | 4,1-4,9 |
Иттрий | 0,3-0,4 |
Алюминий | 0,1-0,2 |
Бериллий | 0,4-0,6 |
Железо | Остальное |
Недостатком данной стали является отсутствие кобальта в составе стали, что ведет к нестабильному поведению твердого раствора при повышенных температурах работы изделия и снижению долговечности его работы.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является отечественная нержавеющая дисперсионно-твердеющая сталь (ас. №541374, МПК С22С 38/52, опубл. 15.05.1991), при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Углерод | 0,15-0,5 |
Хром | 12,0-14,5 |
Никель | 4,5-7,5 |
Молибден | 1,5-3,5 |
Кобальт | 3,0-6,0 |
Медь | 1,0-3,0 |
Ниобий | 0,5-2,5 |
Титан | 0,1-0,6 |
Бериллий | 0,5-1,2 |
Лантан | 0,005-0,1 |
Железо | Оостальное |
Сталь обладает прочностью 2205 МПа, модулем упругости 210 ГПа, твердостью HRC 58 ед., износостойкостью 2,76·10-8 ед. при наличии δ-феррита в количестве 5-7%.
Недостатком данной стали является наличие хрупкого δ-феррита, выпадающего в процессе деформации, что приводит к потере технологической пластичности и появлению мелких поверхностных трещин, при этом снижается прочность, твердость и износостойкость стали, а также коррозионная стойкость к окислению, что приводит к потере эксплуатационных характеристик готовых изделий.
Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение ресурсных характеристик (износостойкости и твердости) высокопрочной бериллийсодержащей стали за счет легирования вольфрамом и ванадием, а также введением редкоземельных элементов диспрозия, церия и неодима, направленных на исключение из состава «мягкого» δ-феррита и повышение чистоты металла по неметаллическим включениям, тем самым повышая механические свойства (ударная вязкость, пластичность, твердость и износостойкость), причем отсутствие в составе стали ниобия, как наиболее ферритообразующего элемента, также ведет к уменьшению склонности стали к образованию δ-феррита.
Для достижения поставленного технического результата предлагается нержавеющая дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, медь, бериллий, титан, лантан, железо и дополнительно содержащая ванадий, вольфрам, неодим, диспрозий и церий при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Углерод | 0,15-0,5 |
Хром | 12,0-14,5 |
Никель | 4,5-7,5 |
Молибден | 1,5-3,5 |
Кобальт | 6,0-7,5 |
Медь | 1,0-3,0 |
Бериллий | 0,5-1,2 |
Ванадий | 0,2-0,6 |
Вольфрам | 0,2-0,6 |
Титан | 0,1-0,6 |
Лантан | 0,005-0,1 |
Неодим | 0,005-0,05 |
Диспрозий | 0,005-0,03 |
Церий | 0,005-0,1 |
Железо | Остальное |
и изделие, выполненное из этой стали.
Оптимальное легирование стали за счет увеличения аустенитообразующих элементов (кобальт), уменьшения (исключения) сильных ферритообразующих элементов (ниобий ) с введением вольфрама и ванадия в количестве 0,2-0,6% , гарантирует отсутствие фазы δ-феррита и обеспечивает высокий уровень механических свойств - введение вольфрама и ванадия в указанном соотношении приводят к повышению твердости и прочности стали, ванадий в значительной степени, измельчая структуру зерна, повышает пластичность стали. Добавкой кобальта 6,0-7,5% обеспечивается повышение вязкостных характеристик.
Введение бериллия в соотношении 0,5-1,2% за счет ограниченной и уменьшающейся с понижением температуры растворимостью вторичных бериллидов (FeBe2, NiBe2) приводит к сильному упрочнению стали вследствие дисперсионного твердения и выпадения бериллидов в виде тонкодисперсных зерен. При заявленном содержании бериллия твердость стали после термической обработки на мартенсит достигает значений выше 62 ед. HRC, что приводит к повышению в 1,2 раза износостойкости при испытаниях на трение. Благодаря введению в сплав никеля и кобальта в указанных соотношениях, за счет дисперсионного твердения, повышается прочность и твердость стали. Введение меди в заявленном соотношении позволяет повысить модуль упругости.
Сохранение никеля и хрома в заявленном соотношении усиливает эффект упрочняющего действия бериллия, препятствуя образованию диоксида углерода, приводя к повышению коррозионной стойкости стали (в том числе увеличивая срок работы в среде соляных растворов) и обеспечивая стабильность фазового состава стали. Титан в заявленном соотношении связывает газы (азот, кислород) и вредные примеси (серу) и выпадает в виде частиц, обладающих высокой термодинамической стабильностью и препятствующих укрупнению зерен и миграции границ зерна, позволяя получать высокие механические свойства.
Повышение пластичности и ударной вязкости осуществляется при помощи управления размером зерна и снижения количества приводящих к охрупчиванию паразитных фаз, что достигается дополнительными присадками редкоземельных металлов (РЗМ) диспрозия, неодима и церия, заметно уменьшающих содержание δ-феррита, неметаллических включений и повышающих пластичность металла при горячей деформации, обеспечивая рафинирование границ зерен и устраняя межзеренные ферритные прослойки (которые обычно приводят к ухудшению пластических характеристик сталей). Диспрозий, неодим и церий, соединяясь с вредными примесями (сера, фосфор, марганец и кремний), образуют легкоплавкие соединения, которые удаляются из расплава. Оставшаяся часть диспрозия, неодима и церия, обладая развитым поверхностным эффектом, измельчает зерно, изменяет природу, форму и распределение соединений с примесными элементами, уменьшает ликвацию по сере и фосфору, положительно влияет на перераспределение карбидной фазы по границам зерен, прерывая ее расположение в виде непрерывных полосок на отдельные глобули, которые располагаются на граничной поверхности аустенитных кристаллов. Без диспрозия, неодима и церия карбиды выделяются сплошными цепочками.
Использование предлагаемой высокопрочной бериллийсодержащей стали позволяет повысить ресурс деталей трения в 1,3-1,5 раза, прочность на 6-7%, модуль упругости на 5%, твердость на 6-8% и износостойкость на 17-20%, а получение металла нормированной чистоты по нитридам и карбонитридам позволяет повысить КИМ (коэффициент использования металла) за счет уменьшения брака при выплавке.
Полученная высокопрочная бериллийсодержащая сталь обладает прочностью 2350-2375 МПа, модулем упругости 220-221 ГПа, твердостью HRC 62-63,5 ед., износостойкостью 2,21·10-8-2,29·10-8 ед., чистотой по неметаллическим включениям - нитридам и карбонитридам - 2-3 балла и отсутствием в структуре стали δ-феррита.
Примеры осуществления изобретения
Шихтовую заготовку из предлагаемой стали различных составов и стали-прототипа, выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки стали в чугунные изложницы отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов предлагаемой стали и стали-прототипа приведены в таблице 1.
Содержание легирующих элементов, газов, примесей, таких как марганец, кремний, сера и фосфор определяли по стандартным методикам.
Затем после механической обработки полученные слитки стали подвергали горячей деформации с получением кованых прутков диаметрами 16-32 мм. Далее полученные кованые прутки подвергали термообработке и изготавливали образцы для механических испытаний на растяжение с определением модуля упругости, определением твердости и износа, а также исследованием чистоты металла по неметаллическим включениям.
Содержание легирующих элементов, газов и примесей определяли по ГОСТ 12351, ГОСТ 12352, ГОСТ 12353, ГОСТ 12354, ГОСТ 12355, ГОСТ 12356, ГОСТ 12356.7, ГОСТ 12349, ГОСТ 12344, ГОСТ 12345 и ГОСТ 17745.
Механические свойства предлагаемой стали с различным соотношением компонентов и стали-прототипа определяли на стандартных образцах по ГОСТ 1497, ГОСТ 9013.
Оценку неметаллических включений на шлифах производили методом сравнения с эталонными шкалами в соответствии с ГОСТ 1778, метод Ш4.
Механические свойства предлагаемой стали с различным соотношением компонентов и стали-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что механические свойства предлагаемой стали выше, чем свойства стали-прототипа: по пределу прочности при 20°C - на 6-7%, по модулю упругости при 20°C - на 5%, по твердости - на 6-8%, по износостойкости - на 17-20%.
Claims (2)
1. Нержавеющая дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, хром, никель, молибден, кобальт, медь, бериллий, титан, лантан, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, вольфрам, неодим, диспрозий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,15-0,5
Хром 12,0-14,5
Никель 4,5-7,5
Молибден 1,5-3,5
Кобальт 6,0-7,5
Медь 1,0-3,0
Бериллий 0,5-1,2
Ванадий 0,2-0,6
Вольфрам 0,2-0,6
Титан 0,1-0,6
Лантан 0,005-0,1
Неодим 0,005-0,05
Диспрозий 0,005-0,03
Церий 0,005-0,1
Железо Остальное
2. Изделие, выполненное из нержавеющей дисперсионно-твердеющей стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п. 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125065/02A RU2600467C1 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Высокопрочная бериллийсодержащая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015125065/02A RU2600467C1 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Высокопрочная бериллийсодержащая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2600467C1 true RU2600467C1 (ru) | 2016-10-20 |
Family
ID=57138798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015125065/02A RU2600467C1 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Высокопрочная бериллийсодержащая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2600467C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737903C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-12-04 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высокопрочная конструкционная сталь |
CN115896645A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-04 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种核能用含铍铁素体不锈钢及其制备方法 |
CN115896645B (zh) * | 2022-11-22 | 2024-05-31 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种核能用含铍铁素体不锈钢及其制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU541374A1 (ru) * | 1975-04-03 | 1991-05-15 | Ордена Ленина Предприятие П/Я Р-6209 | Нержавеюща дисперсионно-твердеюща сталь |
EP1085105A2 (en) * | 1999-09-03 | 2001-03-21 | Kiyohito Ishida | Free cutting alloy |
US20030066577A1 (en) * | 2001-03-05 | 2003-04-10 | Kiyohito Ishida, Dokuritsu Gyousei Houjin Sangyo Gijutsu Sougo, Kenkyusho, Katsunari Oikawa | Free-cutting tool steel |
RU2383649C2 (ru) * | 2007-09-25 | 2010-03-10 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Дисперсионно-твердеющая сталь (варианты) и изделие из стали (варианты) |
RU2497974C2 (ru) * | 2008-07-15 | 2013-11-10 | Обер Э Дюваль | Закаленная мартенситная сталь с низким содержанием кобальта, способ получения детали из этой стали и деталь, полученная этим способом |
-
2015
- 2015-06-25 RU RU2015125065/02A patent/RU2600467C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU541374A1 (ru) * | 1975-04-03 | 1991-05-15 | Ордена Ленина Предприятие П/Я Р-6209 | Нержавеюща дисперсионно-твердеюща сталь |
EP1085105A2 (en) * | 1999-09-03 | 2001-03-21 | Kiyohito Ishida | Free cutting alloy |
EP1431410A1 (en) * | 1999-09-03 | 2004-06-23 | Kiyohito Ishida | Free cutting alloy |
US20030066577A1 (en) * | 2001-03-05 | 2003-04-10 | Kiyohito Ishida, Dokuritsu Gyousei Houjin Sangyo Gijutsu Sougo, Kenkyusho, Katsunari Oikawa | Free-cutting tool steel |
RU2383649C2 (ru) * | 2007-09-25 | 2010-03-10 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Дисперсионно-твердеющая сталь (варианты) и изделие из стали (варианты) |
RU2497974C2 (ru) * | 2008-07-15 | 2013-11-10 | Обер Э Дюваль | Закаленная мартенситная сталь с низким содержанием кобальта, способ получения детали из этой стали и деталь, полученная этим способом |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737903C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-12-04 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Высокопрочная конструкционная сталь |
CN115896645A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-04 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种核能用含铍铁素体不锈钢及其制备方法 |
CN115896645B (zh) * | 2022-11-22 | 2024-05-31 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种核能用含铍铁素体不锈钢及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107904492B (zh) | 一种低硅高碳铬轴承钢及其热轧生产方法 | |
WO2005103314A1 (ja) | 高Cr高Niオーステナイト系耐熱鋳鋼及びそれからなる排気系部品 | |
KR20170026220A (ko) | 몰드용 강철 및 몰드 | |
KR20130137705A (ko) | 내반복 산화 특성이 우수한 내열 오스테나이트계 스테인리스강 | |
JP2010070812A (ja) | 冷間鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼線材とその製造方法 | |
EP2682491B1 (en) | Hot work tool steel having excellent toughness, and process of producing same | |
JP2021017623A (ja) | 熱伝導率に優れる熱間工具鋼 | |
KR102009630B1 (ko) | 강판 | |
JP6620490B2 (ja) | 時効硬化性鋼 | |
CN114480963A (zh) | 一种环保型低碳低硫含铋易切削钢 | |
JP5046398B2 (ja) | 高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼 | |
RU2600467C1 (ru) | Высокопрочная бериллийсодержащая сталь | |
JP4396561B2 (ja) | 高周波焼入れ用鋼 | |
JP2006328512A (ja) | 低温靭性に優れた耐摩耗鋼およびその製造方法 | |
JP6350340B2 (ja) | 耐摩耗鋼板およびその製造方法 | |
JP5474615B2 (ja) | 鍛造性に優れるマルテンサイト系ステンレス快削鋼棒線 | |
JP6477382B2 (ja) | 快削鋼 | |
JP7199231B2 (ja) | フェライト系s快削ステンレス鋼 | |
JP6814655B2 (ja) | フェライト系快削ステンレス線材 | |
JP4894296B2 (ja) | 耐摩耗鋼板 | |
JP6597450B2 (ja) | 耐摩耗鋼板及びその製造方法 | |
RU76647U1 (ru) | Вал (варианты) | |
JP2017057475A (ja) | 快削鋼 | |
JP2007231321A (ja) | 耐摩耗鋼板 | |
JPWO2018235342A1 (ja) | 鋼板 |