1. Стали перлитного класса

Достоинствами перлитных жаропрочных сталей являются: малое содержание легирующих элементов, хорошая теплопро­водность, низкий коэффициент линейного расширения, техноло­гичность и относительно невысокая стоимость поковок.

Общим признаком легирования этой группы сталей является наличие в них 1-3% хрома, 0,5-1,0% молибдена (в качестве главного упрочняющего элемента твердого раствора) и ванадия (в качестве карбидообразователя). В отдельные марки стали вве­дены дополнительные компоненты (например, вольфрам), благо­приятно влияющие на механическую прочность металла при повы­шенных температурах.

Из сталей перлитного класса наиболее жаропрочной является сталь ЭИ415, широко используемая в турбостроении для про­изводства дисков, роторов и других деталей. По показателям жаропрочности эта сталь предназначена для работы при темпе­ратуре до 550 в течение длительного срока (100 000 ч) и при температуре от 550 до 580°С в течение ограниченного времени. Сталь ЭИ415 обладает большой способностью к термическому улучшению и хорошей прокаливаемостью.

Применительно к поковкам дисков с высотой ступицы 300 мм без центрального отверстия механические свойства стали ЭИ415 характеризуются следующими значениями (на тангенциальных образцах): предел текучести = 7078 кГмм², предел проч­ности _в = 8086 кПмм², относительное удлинение = 1618%, относительное сужение поперечного сечения =5060%, ударная вязкость а_н = 810 кГм/см². Проведенными работами выявлена возможность обработки дисков и на более высокие свой­ства прочности при вполне приемлемых показателях пластич­ности.

Большой опыт производства поковок дисков и других деталей разнообразных форм и размеров из стали ЭИ415 на Невском ма­шиностроительном заводе им. В. И. Ленина (НЗЛ) неизменно под­тверждает ее технологичность при горячей обработке и надежный уровень механических свойств.

Высокие механические свойства и большая их однородность по сечению поковки отмечены также и в крупном роторе с диаметром бочки около 900 мм [1 ]. При = 6065 кГ/мм² и _в =7078 кГ1мм² показатели пластичности = 1617%, = 5060%, а_н = 1012 кГм/см². Разница в пределах текуче­сти на периферии бочки и в зоне, близкой к центральному отвер­стию диаметром 100-120 мм, составляет около 5%.

В условиях длительного разрыва сталь ЭИ415, обработанная на 65 кГ/мм², обладает высокой пластичностью. Деформа­ция стали для деталей, рассчитанных на 100 000 ч службы, допу­скается в пределах 1%. Допустимая деформация в состоянии об­работки на 75 кПмм² в связи с более низкой пластич­ностью ограничивается величиной 0,5%.

Роторная сталь Р2, разработанная лабораторией Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), по совокупности характеристик жаропрочности и стабильности свойств может быть использована для турбинных деталей с рабочими температурами до 535° С. Большими преимуществами этой стали являются от­сутствие склонности к тепловой хрупкости и удовлетворитель­ная пластичность в условиях повышенных температур.

При 20°С сталь Р2 в улучшенном состоянии характеризуется высоким уровнем механических свойств. Серия дисков в количе­стве 6 шт. с высотой ступицы 100 мм показала следующие зна­чения механических свойств: = 80,388,0 кГ/мм², = 89,897,0 кГ/ мм², = 15,217,6%; = 46,770,0%; а_н = 6,013,7 кГ м/см².

Крупные поковки роторов из стали Р2 по рекомендации ла­боратории ЛМЗ подвергаются не улучшению, а одинарной или двойной нормализации с последующим высоким отпуском. В таком состоянии поковки роторов имеют следующие показатели меха­нических свойств: = 5055 кГ/мм², _в = 7075 кГ/мм², = 1518%, = 4060%, а_н = 410 кГм/см^г. При разрезке ротора диаметром более 800 мм установлена высокая однородность свойств в объеме поковки. В интервале температур 450-550° С предел текучести а_{0 2} имеет устойчивые значения на уровне 41-45 кГ/мм².

Удовлетворительная пластичность стали Р2 при испытании на длительный разрыв при температуре 500-550°С допускает деформацию в пределах 1%.

Более высокой жаропрочностью обладает роторная сталь Р2М с повышенным содержанием молибдена (до 0,8 - 1,0%). По данным ЛМЗ, повышение содержания молибдена благо­приятно сказывается на уровне механических свойств при ком­натной температуре и обеспечивает удовлетворительную дефор­мационную способность в условиях длительного разрыва. Сталь Р2М используется для крупных роторов с параметрами пара до 580° С и 240 ата.

Сталь 15Х1М1Ф применяется для поковок фланцев, па­трубков, тройников и других деталей корпусов паровых турбин, работающих при температуре до 565° С. В состоянии после норма­лизации с высоким отпуском поковки фланцев типа дисков высо­той 170 мм имеют (на тангенциальных образцах) следующие зна­чения механических свойств: = 33-36 кГ/мм², = 5256 кГ/мм², = 2631 %, =7578%, а_н = 1829 кГм/см². Увеличение высоты поковки до 340 мм приводит к снижению пре­дела текучести до 30-34 кПмм².

Всесторонние исследования опытных поковок из стали 15Х1М1Ф с механическими испытаниями различных зон, прове­денные лабораторией ЛМЗ, показали достаточную однородность их свойств по сечению.

По данным ЛМЗ, механические свойства поковок в закаленноотпущенном состоянии характеризуются следующим уровнем: = 4050 кГ/мм², = 5765 кГ/мм², δ = 2023%, ψ=6570%, а_н = 715 кГм/см².

Рассмотренная группа перлитных жаропрочных сталей имеет весьма благоприятный комплекс технологических свойств, поз­воляющий изготовлять высокоответственные поковки без суще­ственных металлургических затруднений.