SU1741611A3

SU1741611A3 - Сплав на основе железа с эффектом пам ти формы

Info

Publication number: SU1741611A3
Application number: SU894613661A
Authority: SU
Inventors: Мория Ютака; Санпеи Тетсуя; Тагава Хисатоси
Original assignee: Нкк Корпорейшн (Фирма)
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1992-06-15
Also published as: EP0336175A1; CA1323511C; US4933027A; EP0336175B1

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, в частности сплавам на основе железа с эффектом пам ти формы Цель изобретени повышение кор розионной стойкости и жаростойкости при сохранении уровн восстанавливаемой деформации не менее 70% Сплав содержит (мас.%) 5-20 хрома 2.0-8,0 кремни , по меньшей мере одного элемента, выбранного-из группы, включающей в себ 0,1-14,&amp; марганца. 0,1-20 0 никел , 0 1-30,0 кобальта; 0.1-3,0 меди. О 001-0,400 азота, где N1 + 0.5 Мп + 0,4 Со + + 0,06 С + 0,002 N 0,67 (Сг + 1,2 Si)-3, остальное железо и случайные примеси 2 табл

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к сплавам на основе железа с эффектом пам ти формы

Цель изобретени - повышение коррозионной стойкости и жаростойкости при сохранении уровн восстанавливаемой деформации не менее 70%

Сплав включает, мас.% хром 5.0-20,0: кремний 2,0-8,0, по меньшей мере один элемент из группы, мае %. марганец 0,1-14,8, никель0.1-20,0; кобальт0.1-30,0 медьО,1- 3.0. азот 0,001-0.400, причем Ni + 0,5 Mi + + 0,4 Mo + 0.06 Си + 0.002N 0.67 (Cr + + 1,2 Si), а остальное железо.

При добавке в сплав определенного количества хрома можно уменьшить энергию дефектов упаковки аустенита увеличить предел текучести аустенита и улучшить кор- розионностойкость и сопротивление сплава окислению сплава при высоких температурах .

При добавке кремни в сплав в определенном количестве можно уменьшить энергию дефектов упакопки аустенита и улучшить сопротивление сплава окислению при высоких температурах.

При добавке в сплав по меньшей мере одного элемента, например марганца, никел кобальта, меди или азота, в заданном количестве можно гделать так, чтобы исходна фаза сплава до подвергани сплава пластической деформации состо ла исключительно из зустенита или главным образом, аустенито и небольшого количества f-мартенсита.

Посредством ограничени в определенных пределах отношени общего содержани марганца, никел , кобальта, меди и/или азота, которые вл ютс элементами, образующими аустенит и общему содержанию хрома и/или кремни , которые вл ютс элементами, образующими феррит, можно сделать так чтобы исходна фаза сплава, до подвергани сплавл пластической деформации содержала исключительно аустенит

(/

с

VJ

ь сЈ

с

или главным образом аустенит и небольшое количество к -мартенсита.

Насто щее изобретение основано на указанных результатах и сплав на железной основе с ЭЗФ имеет высокую коррозионную стойкость и жаростойкость и содержит, мас.%: хром 5,0-20,0, кремний 2,0-8,0, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, включающей в себ , мас.%: марганец 0,1-14,8, никель 0,1-20,0, кобальт 0,1-30.0, медь 0,1-3,0 и азот 0,001-0,400, где: Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 N 0.67 (Сг + 1,2 Si) - 3, остальное железо и случайные примеси.

Хром выполн ет функцию снижени энергии дефектов упаковки аустенита и улучшает коррозионную стойкость и сопротивление сплава окислению при высоких температурах. Кроме того, хром имеет другую функцию, а именно улучшение предела текучести аустенита. Однако при содержании хрома выше 5,0 мас.% требуемый эффект не может достигатьс . С другой стороны, содержание хрома свыше 20.0 мас.% не допускаетс последующим причинам . Поскольку хром вл етс элементом, образующим феррит, то повышенное содержание хрома преп тствует образованию аустенита. Поэтому дл образовани аустенита в сплав добавл ют по меньшей мере один элемент из группы: марганец, никель, кобальт и азот, которые вл ютс аустени- тобразующими элементами. Дл повышенного содержани хрома упом нутые аустенитобразующие элементы необходимо также добавл ть в большом количестве Однако добавка аустенитобразующих элементов в большом количестве вл етс нецелесообразной с экономической точки зрени . Кроме того, повышенное содержание хрома стремитс вызвать более простое образование д -фазы в сплаве. По этим при- чинам при содержании хрома свыше 20,0 мас.% необходимость высокого содержани аустенитобразующих элементов приводит к экономическим потер м, а образование d-фазы вызывает ухудшение свойства восстанавливать форму, обрабатываемость и пластичность сплава. Поэтому содержание хрома должно быть ограничено в пределах 5,0-20,0 мас.%.

Кремний снижает энергию дефектов упаковки аустенита и улучшает жаростойкость увеличивает предел текучести аустенита . Однако при содержании кремни ниже 2,0 мас.% не достигаетс требуемый эффект. С другой стороны, при содержании кремни свыше 8,0 мас.% пластичности сплава серьезно уменьшаетс и значительно ухудшаетс способность обработки в гор чем и холодном состо нии. Поэтому содержание кремни должно быть ограничено пределом от 2,0 до 8,0 мас.%.

Согласно изобретению в сплав добавл ют хром и кремний, которые вл ютс фер- ритобразующими элементами, и кроме того, в сплав добавл ют по меньшей мере один из следующих элементов: марганец, никель,

кобальт, медь и азот, вл ющиес аустени- тобразующими элементами, чтобы исходна фаза сплава до пластической деформации содержала исключительно аустенит или главным образом аустенит и небольшое количество к -мартенсита

Марганец вл етс сильным элементом , который образует аустенит и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложени пластической деформации к

сплаву, состо щую исключительно из аустенита и главным образом аустенита и небольшого количества к -мартенсита. Однако при содержании марганца ниже 0,1 мас.% требуемый указанный эффект не достигаетс . С

другой стороны, при содержании марганца свыше 14,8 мас.% коррозионна стойкость и жаростойкость ухудшаетс . Поэтому содержание марганца должно быть ограничено пределом 0,1-14,8 мас.%.

Эффект содержани марганца на удлинение при разрушении в сплаве на желез- ной основе, способном восстанавливать форму, был исследован посредством следующего испытани на разрыв. Содержание

марганца свыше 14,8 мас.% приводит к низкому удлинению при разрушении сплава в результате образовани д -фазы.

Никель вл етс сильным элементом, который образует аустенит и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до пластической деформации, содержащей исключительно аустенит и главным образом аустенит и небольшое количество f -мартенсита . Однако при содержании никел ниже

0,1 мае.% требуемый эффект не может быть достигнут. С другой стороны, при содержании никел свыше 20.0 мас.% точка превращени к -мартенсита (далее обозначена точка MS) смещаетс главным образом в

сторону низкотемпературной зоны и температура , при которой прилагаетс пластическа деформаци к сплаву, становитс очень низкой, поэтому содержание никел должно быть ограничено пределом 0,1-20,0 мас.%,

Кобальт представл ет аустенитобразующий элемент и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложени пластической деформации, исключительно состо щую из аустенита или главным образом , аустенита в небольшого количества Е- мартенсита. Кроме того, кобальт не снижает точку MS, тогда как марганец, никель, кобальт и азот снижают точку MS. Поэтому кобальт вл етс очень эффективным эле- ментом дл регулировани точки MS в требуемом температурном диапазоне. Однако при содержании кобальта ниже 0,1 мас.% требуемый эффект не достигаетс . С другой стороны, при содержании кобальта свыше 30,0 мас.% не достигаетс особенное улучшение упом нутого эффекта. Поэтому содержание кобальта должно быть ограничено пределом 0,1-30,0 мас.%.

Медь вл етс аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложени пластической деформации, исключительно состо щей из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества ( - мартенсита. Кроме того, медь имеет функцию улучшить коррозионную стойкость сплава. Однако при содержании сплава ниже 0.1 мас.% требуемый эффект не достигаетс . С другой стороны, при содержании меди свыше 3,0 мае % образование г -мартенсита исключаетс . Причиной вл етс то, что медь увеличивает энергию дефектов упаковки аустенита Таким образом содержание меди должно быть ограничено пред- елом 0,1-3,0 мас.%

Азот вл етс аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложени пластической деформации, исключительно состо щую из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества f - мартенсита. Кроме того, азот улучшает коррозионную стойкость сплава и увеличивает предел текучести аустенита. Однако при содержании азота ниже 0001 мас.% требуемый эффект не достигаетс С другой стороны, при содержании азота свыше 0,400 мас.% упрощаетс образование нитридов хрома и кремни и ухудшаетс свой- ство восстанавливать форму сплава. Поэтому содержание азота должно быть ограничено пределом 0,001-0.400 мае %.

Отношение общего содержани аусте- нитобразующих элементов к общему содер- жанию ферритобразующих элементов.

Необходимо, чтобы исходна фаза до приложени пластической деформации сплава при определенной температуре состо ла исключительно из аустенита или в основном из аустенита и небольшого количества Ј -мартенсита. Поэтому согласно насто щему изобретению должны быть удовлетворены следующие формулы помимо упом нутых ограничений химического состава предложенного сплава:

Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0.06 Си + 0,002 N 0.67(Сг+ 1,2 Si)-3

Способность аустенитобразующих элементов образовывать аустенит выражена следующим образом в значени х эквивалента никел : эквивалент никел NI + +0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 N.

Эквивалент никел вл етс индикатором способности образовывать аустенит.

Способность ферритобразующих элементов , содержащихс в сплаве, образовывать феррит выражена следующим образом в значени х эквивалента хрома: эквивалент хрома Сг + 1,2 Si. Эквивалент хрома вл етс индикатором способности образовывать феррит.

Если удовлетвор етс данна формула, то исходна фаза сплава до приложени пластической деформации к сплаву при определенной температуре может исключительно состо ть из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества ( -мартенсита

Содержание углерода, фосфора и серы, которые вл ютс примес ми, должно предпочтительно составл ть: до 1 мас.% углерода . 0,1 мае % фосфора и 0.1 мае % серы

Пример Легированные стали согласно насто щему изобретению, с химическим составом указанным в табл 1. плавили в плавильной печи при атмосферном давлении или в вакууме,затем отливали в слитки. Затем полученные слитки нагревали до температуры в интервалах 1000-1250°С и прокатывали в гор чем состо нии до толщины 12 мм дл приготовлени образцов предлагаемых легированных сталей и сравнительных образцов.

После этого определ ли свойство восстанавливать форму, коррозионную стойкость и жаростойкость дл каждого предлагаемого образца предложенного сплава и образца сравнительных сплавов посредством описанных ниже испытаний.

Результаты этих испытаний представлены в табл.2

Свойство восстанавливать форму исследовано испытанием на разрыв, которое заключалось в следующем: отрезали образец в виде круглого прутка-диаметром 6 мм и расчетной длины 30 мм от каждого образца К каждому образцу прилагали деформацию раст жени 4% при температуре, указанной в табл 2, затем каждый образец нагревали до определенной температуры выше точки Af и близкой к точке Af, затем измер ли расчетную длину каждого образца

после приложени раст гивающего усили и нагрева, и вычисл ли степень восстановлени формы на основе результата измерени расчетной длины дл оценки свойства сплава восстанавливать форму дл каждого образца. Результат испытани на раст жение также показан в табл. 2.

Степень восстановлени формы вычислили согласно следующей формуле:

Степень восстановлени формы, % Li -L2

Li -Lo

х 100,

где Lo начальна расчетна длина образца;

Li - расчетна длина образца после приложени раст гивающего усили ,

L2 - расчетна длина после нагрева

Дл определени коррозионной стойкости каждого образца примен ли испытание воздействием воздуха в течение года После завершени испытани оценивали состо ни возникновени ржавчины через визуальный осмотр каждого образца

Результат этого испытани также показан в табл.2.

Критери ми оценки возникновени ржавчины были следующие: О - ржавчина не наблюдалась, о - до некоторой степени отмечалась ржавчина, х - отмечалась серьезна ржавчина.

Жаростойкость исследована испытанием на высокотемпературное окисление, которое заключаетс в нагреве каждого образца до 6QO°C на открытом воздухе, и визуального контрол состо ни окислени поверхности каждого образца после нагрева дл оценки стойкости каждого образца к окислению при высоких температурах.

Критерии оценки состо ни окислени следующие: О - окисление не отмечалось,

о - окисление до некоторой степени, х - отмечено серьезное окисление.

Как было описано, сплав на железной основе, способный восстанавливать форму, коррозионную стойкость и жаростойкость,

можно примен ть дл соединени труб, различных крепежных устройств и т.п., а также в качестве биоматериала, причем он позвол ет снизить производственные расходы и, следовательно, получить эффекты, полезные дл промышленности.

Claims

Формула изобретени Сплав на основе железа с эффектом пам ти формы, содержащий кремний и хром, отличающийс тем, что. с целью повышени коррозионной стойкости и жаростойкости при сохранении уровн восстанавливаемой деформации не менее 70%. сплав дополнительно содержит по меньшей мере один компонент из группы: марганец, никель, кобальт, медь и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром5,3-20,0

Кремний2,4-7,6

По меньшей мере один элемент из группы Марганец0,1-14,8

Никель1,1-20,0

Кобальт1,0-30,0

Медь0,6-2,8

Азот0.002-0,378

ЖелезоОстальное

причем Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + + 0,002 N 0,67 (Сг -1 1,2 Si) - 3.

Si

61

76 2 8 5.8 6 1 5.8 2,4 6.2 2 7 5,9 58 5.9 4.0 5 7

Таблица 1

20.0

л ,. 1L,

„„ .,1

0.005 0005

Примечание. Критери ми оценки свойства восстанавливать форму были следующие показатели: О - степень восстановлени : формы по крайней мере 70%; о - степень восстановлени , формы от 30 до ниже 70%. х- степень восстановлени формы ниже 30%.

Таблица 2