RU76647U1 - SHAFT (OPTIONS) - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к изделиям из стали преимущественно мартенситной структуры, которые предназначены для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой. Изделие из дисперсионно-твердеющей стали, согласно полезной модели, выполнено в виде прутка, например, в виде вала погружного электродвигателя или гидрозащиты, из дисперсионно-твердеющей стали, содержащей химические элементы, в мас.%:The utility model relates to ferrous metallurgy, in particular to steel products of predominantly martensitic structure, which are intended for the manufacture of highly loaded parts working for torsion and bending under dynamic load. The product of precipitation hardening steel, according to the utility model, is made in the form of a bar, for example, in the form of a shaft of a submersible electric motor or hydroprotection, from dispersion hardening steel containing chemical elements, in wt.%:

СFROM ≤0,15, ≤0.15, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 по крайней мере, один из элементов: медь, ванадий, ниобийat least one of the elements: copper, vanadium, niobium 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5 железо и примесиiron and impurities остальное,rest,

при разработанных в полезной модели условиях, ограничивающих содержание в свободном виде суммарного содержания меди, ниобия и ванадия в зависимости от содержания никеля, а для корозионно-стойких сталей в зависимости от содержания никеля и хрома. Изделие изготовлено при помощи термо- и механической обработки. Техническим результатом является изделие из дисперсионно-твердеющей стали, обладающее повышенной прочностью при удовлетворительной пластичности и ударной вязкости с одновременным повышением стабильности механических свойств стали во время эксплуатации, за счет оптимально подобранных соотношений компонентов стали и, как следствие, оптимального использования механизмов карбидного и дисперсионного упрочнения стали. 3 н.п. ф-лы, 7 з.п. ф-лы.under conditions developed in a utility model that limit the free content of the total content of copper, niobium and vanadium, depending on the nickel content, and for corrosion-resistant steels, depending on the nickel and chromium content. The product is made using thermal and mechanical processing. The technical result is a product made of precipitation hardening steel, which has increased strength with satisfactory ductility and toughness while increasing the stability of the mechanical properties of steel during operation, due to optimally selected ratios of the components of the steel and, as a result, the optimal use of carbide and dispersion hardening mechanisms of steel . 3 n.p. f-ly, 7 z.p. f-ly.

Description

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к изделиям из стали преимущественно мартенситной структуры, которые предназначены для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой.The utility model relates to ferrous metallurgy, in particular to steel products of predominantly martensitic structure, which are intended for the manufacture of highly loaded parts working for torsion and bending under dynamic load.

Известно изделие из стали следующего состава, в мас.%:A steel product of the following composition is known, in wt.%:

углерод - 0,06-0,08,carbon - 0.06-0.08,

хром - 13,5-15,3,chrome - 13.5-15.3,

никель - 8,5-9,5,nickel - 8.5-9.5,

алюминий - 0,7-1,0,aluminum - 0.7-1.0,

марганец - 0,3-0,8,Manganese - 0.3-0.8,

ванадий - 0,05-0,1,vanadium - 0.05-0.1,

лантан - 0,05-0,1,lanthanum - 0.05-0.1,

железо - остальное. (см. SU №836193, 07.06.1981 г., 3 С22С 38/46)iron is the rest. (see SU No. 836193, 06/07/1981, 3 C22C 38/46)

Из уровня техники также известны изделия из дисперсионно-твердеющей стали, содержащей углерод, кремний, хром, никель, кобальт, молибден, ванадий, ниобий, железо, и дополнительно содержащей вольфрам, церий, лантан, кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:The prior art also known products of precipitation hardening steel containing carbon, silicon, chromium, nickel, cobalt, molybdenum, vanadium, niobium, iron, and additionally containing tungsten, cerium, lanthanum, calcium and nitrogen in the following ratio, wt. %:

Углерод 0,12-0,19,Carbon 0.12-0.19,

Кремний 0,1-0,6,Silicon 0.1-0.6,

Марганец 0,1-0,6,Manganese 0.1-0.6,

Хром 14-15,Chrome 14-15,

Никель 2,3-3,3,Nickel 2.3-3.3,

Кобальт 1,0-4,0,Cobalt 1.0-4.0,

Молибден 1,5-2,3,Molybdenum 1.5-2.3,

Ванадий 0,1-0,2,Vanadium 0.1-0.2,

Вольфрам 0,5-0,8,Tungsten 0.5-0.8,

Ниобий 0,06-0,12,Niobium 0.06-0.12,

Церий 0,005-0,05,Cerium 0.005-0.05,

Лантан 0,005-0,05,Lanthanum 0.005-0.05,

Кальций 0,005-0,05,Calcium 0.005-0.05,

Азот 0,05-0,1,Nitrogen 0.05-0.1,

Железо Остальное.Iron The rest.

(RU 2296177 C1, 27.03.2007, МПК С22С 38/52 (2006.01)).(RU 2296177 C1, 03/27/2007, IPC С22С 38/52 (2006.01)).

Из уровня техники также известно изделия из высокопрочной нержавеющей стали. Нержавеющая сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,01-0,07; Мn 0,3-1,8; Si до 1,0; Cr 14-18; Ni 2,0-5,0; Сu 1,0-4,0; Nb 0,01-1,0; N 0,01-0,12; Al+Ti 0,01-2; Fe и сопутствующие примеси - остальное. По меньшей мере, один из компонентов: алюминий, титан, образует интерметаллидные соединения с никелем. Дальнейшее повышение прочностных свойств и коррозионной стойкости стали достигается введением бора (RU 2263155 C1, 27.10.2005, МПК 7 С22С 38/50, С22С 38/54, С22С 38/58).High-strength stainless steel products are also known in the art. Stainless steel contains components in the following ratio, wt.%: C 0.01-0.07; Mn 0.3-1.8; Si up to 1.0; Cr 14-18; Ni 2.0-5.0; Cu 1.0-4.0; Nb 0.01-1.0; N, 0.01-0.12; Al + Ti 0.01-2; Fe and related impurities - the rest. At least one of the components: aluminum, titanium, forms intermetallic compounds with nickel. A further increase in the strength properties and corrosion resistance of steel is achieved by the introduction of boron (RU 2263155 C1, 10.27.2005, IPC 7 C22C 38/50, C22C 38/54, C22C 38/58).

Недостаток известных изделий из стали состоит в недостаточном сочетании прочности и пластичности, нестабильности структуры стали, в результате чего со временем при эксплуатации механические свойства изделия из стали могут ухудшаться.A disadvantage of the known steel products is the insufficient combination of strength and ductility, instability of the steel structure, as a result of which, during operation, the mechanical properties of the steel product may deteriorate.

Задачей, решаемой полезной моделью, является создание изделия из дисперсионно-твердеющей стали, обладающего повышенной прочностью при удовлетворительной пластичности и ударной вязкости с одновременным повышением стабильности механических свойств стали во время эксплуатации.The problem to be solved by the utility model is the creation of a product from precipitation hardening steel, which has increased strength with satisfactory ductility and toughness while increasing the stability of the mechanical properties of steel during operation.

Указанная задача в части первого варианта изделия решается тем, что изделие из дисперсионно-твердеющей стали, согласно полезной модели, выполнено в виде прутка из дисперсионно-твердеющей стали, содержащей химические элементы, в мас.%:The specified problem in terms of the first variant of the product is solved in that the product of precipitation hardening steel, according to a utility model, is made in the form of a bar of precipitation hardening steel containing chemical elements, in wt.%:

СFROM ≤0,15,≤0.15, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 по крайней мере, один изat least one of 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5

элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium,

ниобийniobium

железо и примесиiron and impurities остальное,rest,

при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios:

Cu+V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni, где V_эф=V-4,2· - содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, например, в виде вала погружного электродвигателя или гидрозащиты.Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni, where V _eff = V-4.2 - the content of vanadium in free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff Nb-7.8 · С≥0 - the content of niobium in free form left after the formation of carbides, for example, in the form of a shaft of a submersible electric motor or hydraulic protection.

Указанная задача в части второго варианта изделия решается за счет того, что изделие из дисперсионно-твердеющей стали, согласно полезной модели, выполнено в виде прутка из дисперсионно-твердеющей стали, содержащей химические элементы, в мас.%:This problem in part of the second variant of the product is solved due to the fact that the product of precipitation hardening steel, according to a utility model, is made in the form of a bar of precipitation hardening steel containing chemical elements, in wt.%:

СFROM ≤0,15,≤0.15, СrCr 11,5÷17,0,11.5 ÷ 17.0, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 По крайней мере, один изAt least one of 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5

элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium,

ниобийniobium

железо и примесиiron and impurities остальное,rest,

при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios:

Сu+V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni и Ni+30-C_св+0,3·Cu=K₁-K₂·(Cr+V_эф+Nb_эф), где V_эф=V-4,2· - содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, С_св=С-Nb/7,8-V/4,2 - содержание углерода, оставшееся после образования карбидов ванадия и ниобия, a K₁=17,5±2,0; К₂=0,68±0,1, например, в виде вала погружного насоса, газосепаратора или гидрозащиты.Cu + V + Nb _{eff eff} ≤2,5 + 0,3 · Ni and Ni + 30-C _binding + 0,3 · Cu = K ₁ -K ₂ · (Cr + V + Nb _{eff eff),} where V _eff = V-4,2 - vanadium content in free form, remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7,8 · S≥0 - niobium content in free form, remaining after the formation of the carbides, C = _binding C-Nb / 7,8-V / 4 , 2 - carbon content remaining after the formation of vanadium and niobium carbides, a K ₁ = 17.5 ± 2.0; K ₂ = 0.68 ± 0.1, for example, in the form of a shaft of a submersible pump, gas separator or hydroprotection.

Указанная задача в части третьего варианта изделия решается тем, что изделие из дисперсионно-твердеющей стали, согласно полезной модели, выполнено в виде прутка из дисперсионно-твердеющей стали, содержащей химические элементы, в мас.%:The specified problem in the third version of the product is solved by the fact that the product of precipitation hardening steel, according to the utility model, is made in the form of a bar of precipitation hardening steel containing chemical elements, in wt.%:

СFROM ≤0,15,≤0.15, СrCr 11,5÷17,0,11.5 ÷ 17.0, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 SiSi 0,2÷1,0,0.2 ÷ 1.0 MnMn 0,2÷3,0,0.2 ÷ 3.0 MoMo 0,01÷5,0,0.01 ÷ 5.0 Al+TiAl + Ti 0,001÷0,9,0.001 ÷ 0.9, ВAT ≤0,01,≤0.01 CаCa ≤0,02,≤0.02, СеXie ≤0,02,≤0.02, SS ≤0,03,≤0.03, PP ≤0,03,≤0.03, NN 0,005÷0,15,0.005 ÷ 0.15, по крайней мере, один изat least one of 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5

элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium,

ниобийniobium

железо и примесиiron and impurities остальное,rest,

при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios:

Сu+V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni и Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni and

Ni+30^.C_св+0,3^.Cu=K₁-K₂·(Cr+Mo+V_эф+Nb_эф), где V_эф=V-4,2· - содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, С_св.=С-Nb/7,8-V/4,2 - содержание углерода, оставшееся после образования карбидов ванадия и ниобия, a K₁=17,5 Ni + 30 ^. C _sv +0.3 ^. Cu = K ₁ —K ₂ · (Cr + Mo + V _eff + Nb _eff ), where V _eff = V-4.2 · - the content of vanadium in the free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · С≥0 - the content of niobium in the free form remaining after the formation of carbides, _St. = C-Nb / 7.8-V / 4.2 is the carbon content remaining after the formation of vanadium and niobium carbides, and K ₁ = 17.5

±2,0; К₂=0,68±0,1, например, в виде вала погружного насоса, газосепаратора или гидрозащиты.± 2.0; K ₂ = 0.68 ± 0.1, for example, in the form of a shaft of a submersible pump, gas separator or hydroprotection.

Изделие может быть изготовлено с помощью термообработки при температуре (200÷600)°С с выдержкой (1÷7) часов.The product can be manufactured by heat treatment at a temperature of (200 ÷ 600) ° C with an exposure of (1 ÷ 7) hours.

Изделие может быть изготовлено при помощи механической обработки резанием поверхности изделия, которое произведено до или после термической обработки.The product can be made by machining by cutting the surface of the product, which was produced before or after heat treatment.

Изделие может иметь предел текучести (90÷165) кг/мм² и ударную вязкость не менее 7 кг см/см².The product may have a yield strength (90 ÷ 165) kg / mm ² and impact strength of at least 7 kg cm / cm ² .

Окончательная обработка поверхности изделия может быть произведена методом шлифования или/и полирования.The final surface treatment of the product can be performed by grinding or / and polishing.

Изделие может быть выполнено из стали, содержащей, по крайней мере, один из следующих дополнительных компонентов: барий, редкоземельные металлы, цирконий, иттрий, магний, мышьяк, селен, тантал. Каждый дополнительный компонент содержится в количестве 0,001÷0,1 мас.%.The product can be made of steel containing at least one of the following additional components: barium, rare earth metals, zirconium, yttrium, magnesium, arsenic, selenium, tantalum. Each additional component is contained in an amount of 0.001 ÷ 0.1 wt.%.

Изделие может быть выполнено из стали, которая дополнительно содержит кобальт в количестве не более 5 мас.%.The product can be made of steel, which additionally contains cobalt in an amount of not more than 5 wt.%.

Техническим результатом является изделие из дисперсионно-твердеющей стали, обладающее повышенной прочностью при удовлетворительной пластичности и ударной вязкости с одновременным повышением стабильности механических свойств стали во время эксплуатации, за счет оптимально подобранных соотношений компонентов стали и, как следствие, оптимального использования следующих механизмов упрочнения стали:The technical result is a product of precipitation hardening steel, which has increased strength with satisfactory ductility and toughness while increasing the stability of the mechanical properties of steel during operation, due to optimally selected ratios of steel components and, as a result, the optimal use of the following steel hardening mechanisms:

Высокая прочность достигается за счет двух механизмов упрочнения стали:High strength is achieved through two steel hardening mechanisms:

1) Карбидное упрочнение - в результате выделения карбидов ванадия и ниобия, которые выделяются равномерно по объему зерна, препятствуют движению дислокации и, таким образом, придают повышенную прочность стали.1) Carbide hardening - as a result of the precipitation of vanadium and niobium carbides, which are uniformly distributed over the grain volume, impede the movement of dislocations and, thus, give increased strength to steel.

Степень карбидного упрочнения определяется содержанием углерода в стали. С увеличением содержания углерода растет степень упрочнения стали, но одновременно ухудшаются пластические свойства и ударная вязкость. Превышение содержание углерода более 0,15 мас.% приведет к значительному снижению пластичности и ударной вязкости, что является неблагоприятным для условий работы изделий при динамических нагрузках.The degree of carbide hardening is determined by the carbon content in the steel. With increasing carbon content, the degree of hardening of steel increases, but at the same time, the plastic properties and toughness deteriorate. Exceeding the carbon content of more than 0.15 wt.% Will lead to a significant decrease in ductility and toughness, which is unfavorable for the working conditions of the products under dynamic loads.

Для изделий эксплуатирующихся в условиях значительных динамических нагрузок, необходимо получить высокую пластичность и ударную вязкость стали. В этом случае стремятся к минимальному содержанию углерода в стали, которые определяется конкретными условиями металлургического процесса выплавки стали.For products operating under conditions of significant dynamic loads, it is necessary to obtain high ductility and toughness of steel. In this case, they strive for a minimum carbon content in steel, which is determined by the specific conditions of the metallurgical process of steel smelting.

В сталях образуются карбиды типа NbC, VC в соотношениях Nb=7,8·С, V=4,2·С, по которым можно определить количество Nb и V, связанных в карбидах.In steels, carbides of the NbC, VC type are formed in the ratios Nb = 7.8 · C, V = 4.2 · C, by which it is possible to determine the amount of Nb and V bonded in carbides.

2) Дисперсионное упрочнение происходит в мартенситной структуре стали в результате выделения интерметаллидов типа Ni₃Cu, Ni₃V, Ni₃Nb в процессе термической обработки («старения»).2) Dispersion hardening occurs in the martensitic structure of steel as a result of the precipitation of intermetallic compounds of the type Ni ₃ Cu, Ni ₃ V, Ni ₃ Nb during heat treatment (“aging”).

Степень упрочнения стали при дисперсионном старении будет определяться количеством выделившейся интерметаллидной фазы.The degree of hardening of steel during dispersion aging will be determined by the amount of precipitated intermetallic phase.

С точки зрения увеличения упрочнения стали необходимо стремиться ввести большее количество Сu, Nb и V. При избыточном легировании Сu, Nb и V эти элементы будут находиться в свободном виде. В этом случае может наблюдаться снижение пластических свойств, особенно ударной вязкости.From the point of view of increasing the hardening of steel, it is necessary to strive to introduce a larger amount of Cu, Nb and V. With excessive doping of Cu, Nb and V, these elements will be in free form. In this case, a decrease in plastic properties, especially toughness, may be observed.

Cu+ V_эф +Nb_эф≤2,5+0,3·Ni, где V_эф=V-4,2· - содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов.Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni, where V _eff = V-4.2 - the content of vanadium in the free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · С≥0 - the content of niobium in the free form remaining after the formation of carbides.

Указанное выше выражение ограничивает предельное содержание в стали Сu, Nb и V в зависимости от содержания Ni, и, как следствие, ограничивает их содержание в свободном виде.The above expression limits the limiting content in Cu, Nb, and V steel depending on the Ni content, and, as a consequence, limits their free content.

Содержание никеля определяется из условий достижения требуемого сочетания прочности и пластичности стали. При повышении содержания никеля можно ввести в сталь больше количества меди, ниобия и ванадия тем самым, получив высокую прочность.Nickel content is determined from the conditions for achieving the desired combination of strength and ductility of steel. With an increase in the nickel content, more copper, niobium and vanadium can be introduced into the steel, thereby obtaining high strength.

При содержании никеля более 9 мас.% и суммарного содержания меди, ванадия, ниобия более 4,5 мас.% сталь приобретет высокую прочность, но пониженную пластичность и ударную вязкость.When the nickel content is more than 9 wt.% And the total content of copper, vanadium, niobium is more than 4.5 wt.%, The steel will gain high strength, but reduced ductility and toughness.

При содержании никеля менее 2,5 мас.% железо-никелевый состав стали претерпевает фазовые изменения, переходя из мартенситного состояния в ферритную фазу. В этом случае происходит значительное снижение прочности стали.When the nickel content is less than 2.5 wt.%, The iron-nickel composition of the steel undergoes phase changes, passing from the martensitic state to the ferrite phase. In this case, there is a significant decrease in the strength of steel.

В случае эксплуатации изделий в агрессивных средах сталь должна обладать коррозионной стойкостью. Для этого в сталь вводится хром в количестве не менее 11,5 мас.%. С повышением содержания хрома коррозионные свойства стали повышаются. При содержании хрома более 17,5 мас.% получение мартенситной структуры становится невозможным, сталь переходит в двухфазное аустенитно-ферритное состояние с пониженной прочностью.In the case of operation of products in aggressive environments, the steel must have corrosion resistance. To do this, chromium is introduced into the steel in an amount of not less than 11.5 wt.%. With an increase in the chromium content, the corrosion properties of steel increase. When the chromium content is more than 17.5 wt.% Obtaining a martensitic structure becomes impossible, the steel goes into a two-phase austenitic-ferritic state with reduced strength.

Для обеспечения мартенситной структуры ограничивают предельное содержание в стали Сu, Nb и V в зависимости от содержания Ni и Сr, то есть обеспечивают выполнение следующих соотношений легирующих элементов:To ensure a martensitic structure, the limiting content in the steel Cu, Nb and V is limited depending on the content of Ni and Cr, that is, they ensure the fulfillment of the following ratios of alloying elements:

Ni+30·C_св+0,3·Cu=K₁-K₂·(Cr+ V_эф+Nb_эф), где V_эф=V-4,2· - содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, C_cв.=C-Nb/7,8-V/4,2 - содержание углерода, оставшееся после образования карбидов ванадия и ниобия, a K₁=17,5 Ni + 30 · C _sv + 0.3 · Cu = K ₁ -K ₂ · (Cr + V _eff + Nb _eff ), where V _eff = V-4.2 · - the content of vanadium in the free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · С≥0 - the content of niobium in the free form remaining after the formation of carbides, C _St. = C-Nb / 7.8-V / 4.2 is the carbon content remaining after the formation of vanadium and niobium carbides, and K ₁ = 17.5

±2,0; К₂=0,68±0,1, - коэффициенты, определенные эмпирическим путем, в мас.%, введенные для ограничения пределов содержания в стали Сu, Nb и V в зависимости от содержания Ni и Сr для обеспечения мартенситной структуры стали.± 2.0; To ₂ = 0.68 ± 0.1, are the coefficients determined empirically, in wt.%, Introduced to limit the content limits in the steel Cu, Nb and V depending on the content of Ni and Cr to ensure the martensitic structure of the steel.

С целью повышения прочности стали в нее дополнительно вводят Аl и Ti, которые образуют, дополнительно, интерметаллиды типа Ni₃ (Al;Ti).In order to increase the strength of steel, Al and Ti are additionally introduced into it, which additionally form intermetallic compounds of the type Ni ₃ (Al; Ti).

При содержании Аl и Ti в сумме менее 0,001 мас.% прочностные свойства стали будут снижаться, с повышением концентрации Аl и Ti прочностные свойства возрастают, при этом снижается ударная вязкость стали.When the content of Al and Ti in the amount of less than 0.001 wt.%, The strength properties of steel will decrease, with an increase in the concentration of Al and Ti, the strength properties increase, while the toughness of steel decreases.

При содержании Аl и Ti в сумме более 0,9 мас.% массы ударная вязкость будет иметь неудовлетворительно низкое значение. Сталь будет невозможно использовать в изделиях работающих при значительных динамических нагрузках.When the content of Al and Ti in the amount of more than 0.9 wt.% Mass, the toughness will have an unsatisfactory low value. Steel will be impossible to use in products operating under significant dynamic loads.

Молибден вводится в сталь в указанных пределах с целью повышения коррозионной стойкости, повышения твердости, а также для предотвращения отпускной хрупкости 2 рода, которая наблюдается при медленном охлаждении стали в процессе термообработки при температурах около 500°C.Molybdenum is introduced into steel within the specified limits in order to increase corrosion resistance, increase hardness, and also to prevent tempering brittleness of the second kind, which is observed during slow cooling of steel during heat treatment at temperatures of about 500 ° C.

Допускается замена молибдена вольфрамом из расчета три весовых части вольфрама на одну весовую часть молибдена. В этом смысле эти элементы эквивалентны.It is allowed to replace molybdenum with tungsten at the rate of three weight parts of tungsten for one weight part of molybdenum. In this sense, these elements are equivalent.

Введение в сталь бора в количестве менее 0,010 мас.% способствует некоторому улучшению ударной вязкости за счет очищения границ зерен от вредных примесей. Легирование стали бором в количестве более 0,010 мас.% может привести к ухудшению пластических свойств.The introduction of boron in an amount of less than 0.010 wt.% Contributes to some improvement in toughness due to the purification of grain boundaries from harmful impurities. Alloying steel with boron in an amount of more than 0.010 wt.% Can lead to a deterioration in plastic properties.

Для улучшения обрабатываемости стали режущим инструментом дополнительно вводится кальций и цезий количестве не более 0,02 мас.% каждого элемента.To improve the workability of the steel with a cutting tool, calcium and cesium are additionally introduced in an amount of not more than 0.02 wt.% Of each element.

Введение в сталь азота способствует образованию более сложных карбонитридов ниобия, ванадия и способствует дополнительному приросту прочности.The introduction of nitrogen into steel promotes the formation of more complex carbonitrides of niobium, vanadium and contributes to an additional increase in strength.

Содержание азота менее 0,005 мас.% практического влияния на образование карбонитридов не оказывает.A nitrogen content of less than 0.005 wt.% Has no practical effect on the formation of carbonitrides.

При содержании азота более 0,15 мас.% возникает повышенное количество неметаллических включений нитридов алюминия, титана и др., приводящее к снижению ударной вязкости.When the nitrogen content is more than 0.15 wt.% There is an increased amount of non-metallic inclusions of aluminum nitrides, titanium, etc., leading to a decrease in toughness.

Сера и фосфор - вредные примеси в стали. Их содержание в стали стараются понизить до технологически приемлемого уровня - 0,03 мас.%.Sulfur and phosphorus are harmful impurities in steel. They are trying to lower their content in steel to a technologically acceptable level of 0.03 wt.%.

Марганец и кремний в пределах от 0,2 мас.% до 1,0 мас.% каждый используется в качестве технологических добавок для раскисления стали, причем марганец в пределах от 0,2 мас.% до 3,0 мас.% используется не только для раскисления, но и для улучшения физических свойств стали, таких как ударная вязкость и твердость. При содержании марганца более 3,0 мас.% недопустимо снижается ударная вязкость.Manganese and silicon in the range from 0.2 wt.% To 1.0 wt.% Each are used as technological additives for the deoxidation of steel, and manganese in the range from 0.2 wt.% To 3.0 wt.% Is used not only for deoxidation, but also for improving the physical properties of steel, such as toughness and hardness. When the manganese content of more than 3.0 wt.% Unacceptably reduced toughness.

Пример.Example.

Сталь для изделия выплавляли в основной дуговой электропечи. Разливка стали осуществлялась в слитки 1,15 т. Слитки прокатывались на блюминге на заготовки квадрат 100 мм. Заготовки прокатывались на мелкосортном стане на прутки диаметром 20 мм и длиной 5400 мм.Steel for the product was smelted in the main arc furnace. Steel was cast into 1.15 t ingots. The ingots were rolled in blooming onto billets of 100 mm square. The billets were rolled in a small mill on bars with a diameter of 20 mm and a length of 5400 mm.

Прутки подвергались термической обработке по режиму: нагрев до 600°С, выдержка четыре часа с последующим охлаждением на воздухе.The rods were subjected to heat treatment according to the regime: heating to 600 ° C, holding for four hours, followed by cooling in air.

На готовых изделиях в виде прутков определялись механические свойства.On finished products in the form of rods, mechanical properties were determined.

Испытания механических свойств проводили по ГОСТ 1497-84, ударной вязкости по ГОСТ 9454-78.Testing of mechanical properties was carried out according to GOST 1497-84, impact strength according to GOST 9454-78.

Стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде проводили по методике стандарта NACE ТМ 0177-96 (США). Образец помещался в среду водного раствора сероводорода и к нему прикладывалось растягивающее усилие, которое создавало напряжение в металле равное 70% от предела текучести стали. Стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде The resistance of steel to stress corrosion cracking in a hydrogen sulfide medium was carried out according to the method of NACE standard TM 0177-96 (USA). The sample was placed in an aqueous solution of hydrogen sulfide and a tensile force was applied to it, which created a stress in the metal equal to 70% of the yield strength of steel. Resistance to stress corrosion cracking in hydrogen sulfide medium

определялось как время, прошедшее с начала испытаний до полного разрушения образца. Химический состав стали, выплавленной с различным содержанием компонентов, результаты испытаний механических свойств и коррозионных испытаний приведены в таблицах 1, 2.was defined as the time elapsed from the start of the test to the complete destruction of the sample. The chemical composition of steel smelted with different component contents, the results of mechanical properties and corrosion tests are shown in tables 1, 2.

Таблица 1Table 1 Химический состав стали изделияThe chemical composition of the steel product Хим. составChem. structure 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 СFROM 0,020.02 0,200.20 0,150.15 0,050.05 0,050.05 0,100.10 0,050.05 0,150.15 0,050.05 0,150.15 СrCr -- -- -- 16,016,0 16,016,0 16,016,0 16,016,0 11,011.0 11,011.0 11,011.0 NiNi 9,09.0 7,07.0 2,32,3 4,54,5 4,04.0 8,008.00 2,02.0 2,52,5 4,54,5 9,09.0 SiSi 0,20.2 0,20.2 0,30.3 0,40.4 0,50.5 0,600.60 0,80.8 0,90.9 1,01,0 1,01,0 MnMn 0,20.2 0,30.3 0,50.5 0,80.8 1,01,0 1,401.40 1,81.8 2,22.2 3,03.0 3,03.0 МоMo -- -- -- -- -- -- -- 0,010.01 5,05,0 5,05,0 Al+TiAl + Ti -- -- -- -- -- -- -- 0,10.1 0,90.9 0,90.9 ВAT -- -- -- -- -- -- -- 0,0050.005 0,0050.005 0,0050.005 СаSa -- -- -- -- -- -- -- 0,010.01 0,020.02 0,020.02 СеXie -- -- -- -- -- -- -- 0,020.02 0,020.02 0,020.02 SS 0,010.01 0,020.02 0,010.01 0,020.02 0,010.01 0,020.02 0,010.01 0,020.02 0,010.01 0,010.01 РR 0,020.02 0,020.02 0,030,03 0,020.02 0,020.02 0,020.02 0,030,03 0,020.02 0,030,03 0,030,03 NN 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 0,030,03 СuCu 1,501,50 0,500.50 1,001.00 1,001.00 1,501,50 1,001.00 2,002.00 1,501,50 1,001.00 1,001.00 VV 0,500.50 1,001.00 0,500.50 1,001.00 2,002.00 1,501,50 0,000.00 1,501,50 1,001.00 1,501,50 NbNb 0,500.50 1,001.00 1,001.00 0,500.50 1,001.00 2,002.00 0,500.50 1,001.00 1,001.00 2,002.00 Cu+V+NbCu + V + Nb 2,52,5 2,52,5 2,52,5 2,52,5 4,54,5 4,54,5 2,52,5 4,04.0 3,03.0 4,54,5 Cu+V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·NiCu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3Ni ++ ++ ++ ++ -- ++ ++ ++ ++ ++ Ni+30·C_св+0,3·Cu=K₁-K_2·(Cr+Mo+ V_эф+Nb_эф) Ni + 30 · C _sv + 0.3 · Cu = K ₁ -K _{2 ·} (Cr + Mo + V _eff + Nb _eff)       ++ ++ -- ++ ++ ++ -- Таблица 2table 2 Механические и коррозионные свойства изделия из сталиMechanical and corrosive properties of steel products СвойстваThe properties 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 Предел текучести, кг/мм² Yield strength, kg / mm ² 120120 130130 7070 125125 127127 9090 8888 130130 165165 9292 Временное сопротивление разрывуTensile strength 128128 135135 8585 132132 134134 9898 9595 136136 169169 9898 Относительное сужение, %Relative narrowing,% 5858 5555 6565 5656 5555 5555 4848 5454 50fifty 5555 Относительное удлинение, %Relative extension, % 14fourteen 11eleven 18eighteen 1313 1212 1212 99 1212 1010 1212 Ударная вязкость, Дж/см² Impact strength, J / cm ² 110110 6060 180180 100one hundred 7070 8080 7070 9090 8080 8080 Коррозионная стойкость стали под напряжением, часCorrosion resistance of live steel, hours       880880 880880 930930 800800 920920 930930 930930

Химический состав стали изделия №1 соответствует первому варианту формулы полезной модели, сталь имеет удовлетворительные механические характеристики. Состав стали изделия №2 имеет повышенное содержание углерода, ударная вязкость пониженная. Состав стали изделия №3 имеет пониженное содержание никеля, низкие прочностные свойства.The chemical composition of the steel of product No. 1 corresponds to the first embodiment of the utility model formula, steel has satisfactory mechanical characteristics. The composition of the steel product No. 2 has a high carbon content, impact strength is reduced. The composition of the steel product No. 3 has a low nickel content, low strength properties.

Состав стали изделия №4 соответствует второму варианту формулы полезной модели, сталь имеет удовлетворительные механические и коррозионные характеристики. Состав стали изделия №5 имеет избыточное содержание Сu, V, Nb, и, как следствие, пониженное значение ударной вязкости. Состав стали изделия №6 - повышенное содержание никеля, что в совокупности с другими элементами приводит к нарушению выполнения соотношений, указанных в формуле и, как следствие, приводит к низким прочностным свойствам изделия из стали из-за избыточного содержания аустенита. Состав стали изделия №7 - содержание никеля ниже расчетного по формуле, сталь имеет низкие прочностные свойства и ударную вязкость.The composition of the steel of product No. 4 corresponds to the second embodiment of the utility model formula; steel has satisfactory mechanical and corrosion characteristics. The composition of the steel of product No. 5 has an excessive content of Cu, V, Nb, and, as a consequence, a lower value of impact strength. The composition of the steel of product No. 6 is an increased nickel content, which in combination with other elements leads to a violation of the ratios specified in the formula and, as a result, leads to low strength properties of the steel product due to the excess austenite content. The composition of the steel product No. 7 - the nickel content is lower than calculated by the formula, the steel has low strength properties and impact strength.

Состав стали изделия №8 соответствует третьему варианту формулы полезной модели, сталь имеет удовлетворительные механические характеристики. Состав стали изделия №9 соответствует третьему варианту формулы полезной модели, за счет повышенного содержания Аl и Ti имеет более высокую прочность, повышенное содержание Мо обеспечивает лучшую коррозионную стойкость. Состав стали изделия №10 - повышенное содержание никеля и хрома, что в совокупности с другими элементами превышает допустимое ограничение соотношения, указанного в третьем варианте формулы и, как следствие, приводит к низким прочностным свойствам стали из-за избыточного содержания аустенита.The composition of the steel of product No. 8 corresponds to the third embodiment of the utility model formula, the steel has satisfactory mechanical characteristics. The composition of the steel of product No. 9 corresponds to the third embodiment of the utility model formula, due to the increased content of Al and Ti, has a higher strength, the increased content of Mo provides better corrosion resistance. The composition of the steel of product No. 10 is an increased content of nickel and chromium, which, in combination with other elements, exceeds the allowable limitation of the ratio specified in the third version of the formula and, as a result, leads to low strength properties of the steel due to the excess austenite content.

Составы стали изделий №№1, 4, 8, 9 соответствуют полезной модели.The compositions of the steel products No. 1, 4, 8, 9 correspond to the utility model.

Claims (10)

1. Вал, например, погружного электродвигателя или гидрозащиты, характеризующийся тем, что он выполнен из прутка из дисперсионно-твердеющей стали и содержит химические элементы, мас.%:1. A shaft, for example, of a submersible electric motor or hydroprotection, characterized in that it is made of a bar of precipitation hardening steel and contains chemical elements, wt.%: CC ≤0,15,≤0.15, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 по крайней мере, один изat least one of   элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium,   ниобийniobium 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5 железо и примесиiron and impurities остальное,rest, при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios: Cu+ V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni, Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni, где V_эф=V-4,2·

- содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов,where V _eff = V-4,2

- the content of vanadium in the free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · С≥0 - the content of niobium in the free form remaining after the formation of carbides, причем изделие изготовлено при помощи термо- и механической обработки.moreover, the product is made using thermal and mechanical processing. 2. Вал, например, погружного электродвигателя или гидрозащиты, характеризующийся тем, что он выполнен из прутка из дисперсионно-твердеющей стали и содержит химические элементы, мас.%:2. A shaft, for example, of a submersible electric motor or hydraulic protection, characterized in that it is made of a bar of precipitation hardening steel and contains chemical elements, wt.%: CC ≤0,15,≤0.15, CrCr 11,5÷17,0,11.5 ÷ 17.0, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 по крайней мере, один изat least one of   элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium, 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5 железо и примесиiron and impurities остальное,rest, при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios: Cu+ V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni и Ni+30·C_св+0,3·Cu=K₁-K₂·(Cr+V_эф+Nb_эф),Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni and Ni + 30 · C _cv + 0.3 · Cu = K ₁ -K ₂ · (Cr + V _eff + Nb _eff ), где V_эф=V-4,2·

- содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0 - содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, C_св=C-Nb/7,8 -V/4,2 - содержание углерода, оставшееся после образования карбидов ванадия и ниобия, a K₁=17,5±2,0; K₂=0,68±0,1,where V _eff = V-4,2

- free vanadium content remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · С≥0 - free niobium content remaining after the formation of carbides, C _St. = C-Nb / 7.8 -V / 4 , 2 — carbon content remaining after the formation of vanadium and niobium carbides, a K ₁ = 17.5 ± 2.0; K ₂ = 0.68 ± 0.1, причем изделие изготовлено при помощи термо- и механической обработки.moreover, the product is made using thermal and mechanical processing. 3. Вал, например, погружного электродвигателя или гидрозащиты, характеризующийся тем, что он выполнен из прутка из дисперсионно-твердеющей стали и содержит химические элементы, мас.%:3. A shaft, for example, of a submersible electric motor or hydroprotection, characterized in that it is made of a bar of precipitation hardening steel and contains chemical elements, wt.%: CC ≤0,15,≤0.15, CrCr 11,5÷17,0,11.5 ÷ 17.0, NiNi 2,5÷9,0,2.5 ÷ 9.0 SiSi 0,2÷1,0,0.2 ÷ 1.0 MnMn 0,2÷3,0,0.2 ÷ 3.0 MoMo 0,01÷5,0,0.01 ÷ 5.0 Al+TiAl + Ti 0,001÷0,9,0.001 ÷ 0.9, ВAT ≤0,01,≤0.01 CaCa ≤0,02,≤0.02, CeCe ≤0,02,≤0.02, SS ≤0,03,≤0.03, PP ≤0,03,≤0.03, NN 0,005÷0,15,0.005 ÷ 0.15, по крайней мере, один изat least one of   элементов: медь, ванадий,elements: copper, vanadium,   ниобийniobium 0,01÷4,5,0.01 ÷ 4.5 железо и примесиiron and impurities остальное,rest, при условии выполнения следующих соотношений:subject to the following ratios: Cu+ V_эф+Nb_эф≤2,5+0,3·Ni и Cu + V _eff + Nb _eff ≤2.5 + 0.3 · Ni and Ni+30·С_св+0,3·Cu=K₁-K₂·(Cr+Mo+V_эф+Nb_эф),Ni + 30 · _Cb + 0.3 · Cu = K ₁ -K ₂ · (Cr + Mo + V _eff + Nb _eff ), где V_эф=V-4,2·

содержание ванадия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов, Nb_эф=Nb-7,8·С≥0- содержание ниобия в свободном виде, оставшееся после образования карбидов C_св=C-Nb/7,8-V/4,2 - содержание углерода, оставшееся после образования карбидов ванадия и ниобия, a K₁=17,5±2,0; K₂=0,68±0,1,where V _eff = V-4,2

the content of vanadium in the free form remaining after the formation of carbides, Nb _eff = Nb-7.8 · C≥0- the content of niobium in the free form remaining after the formation of carbides C _b = C-Nb / 7.8-V / 4.2 - carbon content remaining after the formation of carbides of vanadium and niobium, a K ₁ = 17.5 ± 2.0; K ₂ = 0.68 ± 0.1, причем изделие изготовлено при помощи термо- и механической обработки.moreover, the product is made using thermal and mechanical processing. 4. Вал по п.3, отличающийся тем, что он изготовлен с помощью термообработки при температуре 200÷600°С с выдержкой 1÷7 ч.4. The shaft according to claim 3, characterized in that it is made by heat treatment at a temperature of 200 ÷ 600 ° C with a shutter speed of 1 ÷ 7 hours 5. Вал по п.4, отличающийся тем, что он изготовлен при помощи механической обработки резанием поверхности прутка, который произведен до или после термической обработки.5. The shaft according to claim 4, characterized in that it is made by machining by cutting the surface of the bar, which is produced before or after heat treatment. 6. Вал по п.3, отличающийся тем, что окончательная обработка поверхности вала произведена методом шлифования или/и полирования.6. The shaft according to claim 3, characterized in that the final surface treatment of the shaft is made by grinding or / and polishing. 7. Вал по п.4, отличающийся тем, что он имеет предел текучести 90÷165 кг/мм² и ударную вязкость не менее 7,0 кгс·м/см².7. The shaft according to claim 4, characterized in that it has a yield strength of 90 ÷ 165 kg / mm ² and impact strength of at least 7.0 kgf · m / cm ² . 8. Вал по п.3, отличающийся тем, что он выполнен из стали, содержащей, по крайней мере, один из следующих дополнительных компонентов: барий, редкоземельные металлы, цирконий, иттрий, магний, мышьяк, селен, тантал.8. The shaft according to claim 3, characterized in that it is made of steel containing at least one of the following additional components: barium, rare earth metals, zirconium, yttrium, magnesium, arsenic, selenium, tantalum. 9. Вал по п.8, отличающийся тем, что каждый дополнительный компонент содержится в количестве 0,001÷0,1 мас.%.9. The shaft according to claim 8, characterized in that each additional component is contained in an amount of 0.001 ÷ 0.1 wt.%. 10. Вал по п.3, отличающийся тем, что оно выполнено из стали, которая дополнительно содержит кобальт в количестве не более 5 мас.%.10. The shaft according to claim 3, characterized in that it is made of steel, which additionally contains cobalt in an amount of not more than 5 wt.%.