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

65. Механические свойства стали 20Х1М1Ф1ТР

ности их и при более продолжительных нагревах. После выдержки при 565° С наблюдается некоторое разупрочнение, которое ста­ новится более ощутимым после воздействия температуры 600° С. Механические свойства этой стали в условиях кратковременных испытаний при температурах 20, 450, 500, 565 и 580° С приве­ дены в табл. 65, а свойства, характеризующие ее жаропрочность, — в табл. 66.

При начальном напряжении 30 кгс/мм2 и температуре 565° С остаточное напряжение в стали 20Х1М1Ф1ТР через 10 000 ч составляет -—14,5 кгс/мм2. Более высокая твердость стали спо­ собствует повышению релаксационной стойкости. Повторное на­ гружение (подтягивание) способствует заметному повышению величины остаточных напряжений (до 20—25%). После закалки при температуре 980° С и последующего отпуска сталь не прояв­ ляет чувствительности к надрезу. Однако при повышении темпе­ ратуры закалки до 1050° С чувствительность к надрезу становится отчетливо выраженной, и образцы с надрезом при испытаниях на

245

длительную прочность разрушаются значительно скорее, чем гладкие. С учетом этого обстоятельства оптимальной температурой закалки следует считать ~980° С. Пластичность этой стали при длительности испытаний до 10 000 ч при температурах 565 и 580° С составляет не менее 5— 10%.

Сталь 20ХМФБР (ЭП44). Для высокотемпературных крепеж­ ных деталей паротурбинных установок сверхкритического давле­ ния применяют сталь 20ХМФБР на основе хрома, молибдена и ванадия с дополнительным легированием ниобием, церием и бором.

Оптимальное соотношение содержания V : С г» 4, которое пре­ дусмотрено в стали 20ХМФБР, как и в стали 20Х1М1Ф1ТР, создает условия для образования термически устойчивых карбидов ѴС. В сочетании с дополнительным легированием ниобием, бором и церием это обеспечивает высокую жаропрочность и релаксацион­ ную стойкость стали. Критические точки стали 20ХМФБР: Асх — = 810° С; Ас3 = 950° С; А гх - 690° С; Аг3 = 800° С.

Рекомендуемый режим термической обработки этой стали — нормализация с 1030— 1050° С и последующий ступенчатый отпуск при 600° С в течение 3 ч и при 700—720° С в продолжение 6 ч. Межведомственными нормалями и техническими условиями пре­ дусмотрено обеспечение при такой обработке следующих значе­ ний механических свойств, определяемых при кратковременных

>6 кгс-м/см2; НВ 255—286.

Винтервале температур 20—600° С коэффициент линейного расширения а-10е стали 20ХМФБР составляет 14,5 см/см-°С.

ции с 1040° С и ступенчатого отпуска при 600° С в течение 3 ч и при 725° С в продолжение 6 ч сталь 20ХМФБР характеризуется показателями кратковременной прочности, длительной прочности и пластичности, релаксационной стойкости и чувствительности к надрезу, приведенными в табл. 67.

Термическую обработку, состоящую из нормализации и сту­ пенчатого отпуска, по данным проведенных исследований можно рассматривать как наиболее эффективную для снижения чув­ ствительности стали 20ХМФБР к надрезу. Укрупнение аустенит-

246

67. Механические свойства стали 20ХМФБР

ного зерна снижает длительную пластичность хромомолибдено­ ванадиевых перлитных сталей при температурах около 550° С. Это следует учитывать при установлении режимов термической обработки каждой конкретной плавки и выбирать температуру нормализации с таким расчетом, чтобы она не приводила к замет­ ному росту аустенитного зерна. При этом, однако, необходимо добиваться оптимального сочетания свойств релаксационной

плуатируемых при высоких температурах, разработана сталь на основе 12% Сг, дополнительно легированная молибденом, воль­ фрамом, ванадием, ниобием и бором. Химический состав (в %) по ГОСТ 5632—61 модифицированной нержавеющей высокохроми­ стой стали 2Х12ВМБФР следующий:

подвергают термической обработке, состоящей обычно из закалки с 1030—1150° С в масле и отпуска при 650—720° С с охлаждением на воздухе. Межведомственными техническими условиями реко­ мендован следующий режим термообработки стали: закалка с 1030—1050° С в масле и последующий отпуск при 680—720° С с охлаждением на воздухе. Механические свойства этой стали, полученные на продольных образцах из прутков диаметром 90— 100 мм после закалки с 1050° С и отпуска при различных темпе­ ратурах, приведены в табл. 68.

Коэффициент линейного расширения стали ос-ІО6 в интервале температур 20—600° С составляет 12,15 см/(см-°С), теплопровод­ ность при 500—600° С равна 0,0655—0,085 кал/(см-с-°С). По этим показателям сталь 2Х12ВМБФР близка к другим высоко­ хромистым нержавеющим сталям мартенситного и мартенсито­ ферритного классов. Поэтому для цилиндров из таких сталей

247

68. Механические свойства стали 2Х12ВМБФР после закалки с 1050° С в масле при различных температурах отпуска

применяют крепежные детали из стали 2Х12ВМБФР. В гл. Ill были освещены достоинства упрочненных хромистых нержавею­ щих сталей, к категории которых относится и сталь 2Х12ВМБФР.

Однако в условиях длительного воздействия высоких темпе­ ратур наблюдается некоторая нестабильность структуры данной стали, влияние этой нестабильности на надежность работы стали 2Х12ВМБФР в качестве материала для крепежа может быть оценено по данным опыта эксплуатации. Сталь 2Х12ВМБФР при­ менена для крепежных деталей разъема внутреннего цилиндра высокого давления турбины К-300-240.

Характеристики жаропрочности стали 2Х12ВМБФР для дли­ тельности службы 100 000 ч при температурах 560 и 590° С сле­ дующие:

П р и м е ч а н и е . Значения остаточных напряжений после 10 000 ч получены экстраполяцией.

248

Для изготовления гаек, работающих с болтами и шпильками из стали 2Х12ВМБФР, могут быть использованы стали 15X11МФ и 1Х12ВНМФ. Можно применить для указанного назначения и сталь 2Х12ВМБФР, термически обработав ее на меньшую (при­ мерно на НВ 30—50) твердость, чем для болтов и шпилек.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

В качестве металла для болтов и шпилек, работающих при тем­ пературах до 650° С, применяют сталь ХН35ВТ (ЭИ612). Хими­ ческий состав (в %) этой стали следующий:

После закалки с 1080—1100° С в воде и двойного старения при температурах последовательно 850—900 и 700° С эта сталь обла­ дает благоприятным сочетанием релаксационной стойкости, дли­ тельной прочности и низкой чувствительности к концентраторам напряжений. Данные, характеризующие релаксационную стой­ кость стали ХН35ВТ при различных температурах и начальных напряжениях, приведены в табл. 70. Значения пределов ползу­ чести и длительной прочности стали ХН35ВТ для 10 000 и 100 000 ч при различных температурах следующие:

Сталь ХН35ВТ обладает высокой ударной вязкостью; после длительной выдержки стали при 650—700° С ударная вязкость несколько снижается, но ее уровень продолжает оставаться до­ статочно высоким. При использовании стали ХН35ВТ в качестве металла крепежных деталей необходимо учитывать присущие ей, как и другим аустенитным сталям, повышенное значение коэффи­ циента линейного расширения и низкую теплопроводность. Для нормальной работы фланцевого соединения необходимо, чтобы металлы сопрягаемых деталей обладали такой же способностью к термическому расширению, как и металл болтов и шпилек.

Сталь ХН35ВТ применена в качестве металла крепежных дета­ лей в предвключенной паровой турбине СКР-100 с начальными параметрами пара 300 ат (абсолютное давление) и 650° С.

В качестве металла крепежных деталей применяют также сталь ХН35ВТК, отличающуюся от стали ХН35ВТ по химическому со-

249