Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

Механические свойства стали 1Х11МФ при высоких температу­ рах приведены в табл. 20. После закалки на воздухе с 1050° С и отпуска при 540° С условный предел ползучести [1 • ІО7 мм/(мм-ч)] при температуре 550° С составляет 9 кгс/мм2, длительная прочность для 100 000 ч равна 13—16 кгс/мм2. При 600° С предел ползучести для тех же условий снижается до 5 кгс/мм2. Пластичность этой стали при длительном разрыве весьма высока.

20. Механические свойства стали 1Х11МФ различной прочности при высоких температурах

Были проведены длительные испытания на усталость гладких

инадрезанных образцов из стали 1Х11МФ. А. И. Чижик отмечает, что с увеличением базы испытаний усталостная прочность гладких

инадрезанных образцов становится примерно одинаковой. При температуре 550° С предел выносливости стали 1X11МФ, нормали­

зованной с 1080— 1100° С и отпущенной при 720—740° С в течение 2 ч, который определен на базе 100 млн. циклов нагрузки, соста­ вил для гладких образцов 25 кгс/мм2, а для надрезанных образцов 17 кгс/мм2. Эта сталь обладает высоким декрементом затухания колебаний. При напряжении 15 кгс/мм2 значение ф - ІО4 составляет при комнатной температуре —230, а при 500° С ~ 135; при 550° С декремент повышается до 200.

Детали, изготовленные из стали 1X11МФ, можно сваривать. Для ручной дуговой сварки применяют электроды КТИ-9. Для этих электродов используют сварочную проволоку из стали 08X11, 08Х11МФ или 1Х11МФН. Содержание (в%) основных элементов химического состава в металле шва следующее:

Степень изменения свойств в зоне теплового влияния сварки может быть различной в зависимости от предшествовавшей терми­ ческой обработки свариваемых деталей. Для сварки стали 1X1ІМФ желательно, чтобы температура отпуска, которому ранее подвер-

144

галось после закалки каждое из свариваемых изделий, была не ниже 700° С. Степень разупрочнения участка высокого отпуска сварного соединения при этом будет сравнительно небольшой и длительная прочность соединения приблизится к свойственной основному металлу. Чем выше в хромистых сталях содержание углерода, тем больше их склонность к образованию трещин при сварке. Поэтому для сварки следует выбирать детали из стали 1X11МФ с содержанием углерода 0,12%, соответствующим его нижнему пределу в химическом составе данной марки или близким к нему. Свариваемые изделия необходимо подогревать до ~300° С. После окончания сварки изделие подвергают отпуску при 710— 720° С с охлаждением вместе с печью. Соблюдение указанных ре­ комендаций позволяет получить надежные в эксплуатации сварные соединения. В. Н. Земз-ин приводит следующие значения предела длительной прочности при 550° С изделия, сваренного из стали 15Х11МФ:

Длительная прочность

Сталь 1X11МФ (15X11МФ) можно сваривать со многими ста­ лями. При сварке ее со сталями других марок, содержащими 12% Сг, рекомендуется применять сварочные материалы, пред­ назначаемые для той из сталей, которая менее легирована. Если необходимо поверхностное упрочнение изделий из этой стали (например, лопаток для защиты от эрозии), то можно применять азотирование, аналогичное рекомендуемому для сталей 1X13 и 2X13.

Стали 1Х12ВНМФ (ЭИ802), 15Х12ВНМФ и 2Х12ВНМФ (ЭП428).

Сталь 1Х12ВНМФ, как и сталь 1Х11МФ, относится к мар­ тенсито-ферритному классу. Она является более сложно легиро­ ванной упрочненной хромистой сталью, в которую в качестве ком­ плекса повышающих жаропрочность элементов введены молибден, ванадий, вольфрам и никель. Марочный состав (в %) стали 1Х12ВНМФ следующий:

Сталь 2Х12ВНМФ имеет несколько измененный состав по сравнению с приведенным: 0,17—0,23% С; 10,5— 12,5% Сг; 0,5—0,9% Ni; содержание остальных элементов соответствует указанному выше. Основные физические свойства стали 1Х12ВНМФ приведены в табл. 21.

21.Изменение физических свойств стали 1Х12ВНМФ *

взависимости от температуры

турных особенностей и характеристик сталей, содержащих 12% Сг с различными упрочняющими легирующими элементами в разных сочетаниях и количествах. Кроме элементов,выбранных для ре­ комендованного состава стали, было изучено влияние ниобия, титана, бора и азота (для его введения в сталь был применен азо­ тированный феррохром). Л. Я- Либерман и А. В. Боева отмечают, что лучшие характеристики жаропрочности были зафиксированы в тех вариантах сталей, структура которых не имела свободного феррита или его количество было ограничено 10—20%. Там же, где количество обособленного феррита превышало 30%, исследо­ ватели наблюдали резкое разупрочнение стали и потерю стабиль­ ности свойств. Совместное легирование стали вольфрамом и молиб­ деном более эффективно повышает жаропрочность, чем легирова­ ние одним из этих упрочняющих элементов в эквивалентных коли­ чествах. Отмечено также, что введение ниобия и титана в сталь, со­ держащую вольфрам, молибден и ванадий, способствует увеличе­ нию количества обособленного феррита и снижению жаропроч­ ности.

Сталь 1Х12ВНМФ широко применяют для изготовления лопа­ ток мощных паровых турбин. Критические точки для этой стати

состоит из закалки с 1010— 1060° С в масле и отпуска при 660— 770° С с охлаждением на воздухе. Механические свойства стали, применяемой для лопаток, должны удовлетворять следующим тре­

1Х12ВНМФ необходимо ограничивать не только минимальными, но и максимально допустимыми значениями. Разработаны реко­ мендации, предусматривающие, что для термически обработанной стали 1Х12ВНМФ, применяемой для нагруженных лопаток, ра-

146

ботающих при высоких температурах, значения предела текучести должны составлять 67—80 кгс/мм2.

22. Механические свойства стали 1Х12ВНМФ

Отметим, что у стали 15Х12ВНМФ с повышенным содержанием углерода обычно наблюдается более равномерная структура с меньшим содержанием свободного феррита. Ее механические свойства в связи с этим более стабильны, а ударная вязкость выше, чем у стали 1Х12ВНМФ с меньшим содержанием углерода. В табл. 22 приведены механические свойства, полученные при кратковременных испытаниях на растяжение в условиях различ­ ных температур сортовой ( 0 40— 120 мм) стали 1Х12ВНМФ сле­ дующего химического состава (в %):

Значения пределов длительной прочности и ползучести (для деформации 1%) за 100 000 ч при температурах 450—580° С стали 1Х12ВНМФ с различными исходными величинами предела те­ кучести приведены в табл. 23.

23. Характеристики жаропрочности стали 1Х12ВНМФ

По данным Центрального котлотурбинного института им. И. И. Ползунова, предел выносливости стали 1Х12ВНМФ, определенный на базе 10 млн. циклов нагрузки, при комнатной температуре составляет 38—42 кгс/мм2, при 550° С равен 27 кгс/мм2 и при 580° С снижается до 24 кгс/мм2. Декремент затухания коле­ баний стали ниже, чем у сталей 1X13 и 1Х11МФ (15X11МФ). При напряжении 15 кгс/мм2 значение ф • 104 для стали 1ХІ2ВНМФ со­ ставляет в условиях комнатной температуры —120, при 500° С —• примерно 65. При 600° С декремент заметно повышается и для всех напряжений от 5 до 25 кгс/мм2 (особенно для напряжений, пре­ вышающих 10 кгс/мм2) превосходит декремент затухания колеба­

Для них применяют проволоку из стали 08Х11, 08Х11ВФ (ЭИ798), 08X11МФ (ЭИ797), Х11МФН или Х11ВМФН.

Содержание (в %) основных элементов в наплавленном ука­ занными электродами металле следующее:

580° С для основного металла составляет 12— 15 кгс/мм2, наплав­

ствляют с подогревом до 300—450° С (в зависимости от содержания углерода и других элементов в свариваемых деталях). Сварные изделия подвергают отпуску при температуре 680—700° С с охла­ ждением вместе с печью.

Сталь 18Х1ШФБ (ЭП291). Эта сталь создана также на базе нержавеющей стали, содержащей 12% хрома. В качестве упроч­ няющих металлов применены молибден, ванадий, ниобий и никель. Сталь 18X11МФБ характеризуется высокой жаропрочностью и предназначена для длительной службы при температурах до 580— 600° С. Химический состав (в %) этой стали следующий:

Физические свойства стали 18X11МФБ приведены в табл. 24. В процессе создания этой стали было изучено влияние на жаро­ прочность хромистой стали молибдена и вольфрама (по 0,5 % и 1%), повышенного содержания ванадия и небольших примесей ниобия. А. И. Чижик, Е. А. Хейн и И. С. Жаковская отмечают, что химический состав стали был выбран с учетом следующих резуль­ татов проведенных экспериментов: введение ниобия в количествах,

148