Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 81
Текст из файла (страница 81)
СН~ 02 Аг Рз !ч2 ЪЬ Н2 Не „, С ...... -16! -!83 -!85 -188 -!96 -246 -253 -269 Основные требования к сталям и сплавам, работающим прн низких температурах, следующие: малая чувствительносп к хрупкому разрушению при низких температурах, определяемая запасом пластичности и вязкости; высокая прочность при 20 С, которая определяет надежность и металлоемкость конструкций, а также количество хладагента, требуемого длл их захолаживаннл; технологичносп при металлургическом и машиностроительном переделе.
При решении вопроса о пригодности материала по механическим свойствам обычно предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение н сужение определяют на гладких образцах, а ударную вязкость, порог хладноломкости, критерии Ирвина К„ и б„, критическое раскрытие трещины — на образцах с концентратором напряжений в вилл надреза нли трещины. В зависимости от назначения к стали и сплаву могут предъявлять требования по коррозионной стойкости, магнитности или немаппггности, значению коэффициента линейного расширения, теплопроводности, вакуумплотности и т.д.
о„сод, МПа Чг;Ьз) % го б 8 10 12 И1, %(мас.) б 8 !О 12 И1, %(мас.) б 8 10 12 И1, %(мас.) Рне. 6.31. Механические свойства сталей, содержмцих 0,03 % С, 18 % Сг н 8-12,5 % И1, нрн 20 (а), -196 (6) н -253 С (в) (термнческая обработка — закалка с 1050 С в воде; за- атрнхованные области — возможное содержание никеля) (40) В криогенной технике широко используют стали различных классов, а также сплавы на основе алюминия, меди, реже титана. Стали, Среди сталей аустеннтного класса наибольшее распространение получили стали 08Х18Н9Т, 12Х18Н9Т, 12Х!8Н1ОТ, 08Х18Н1ОТ, ОЗХ18Н11, 12Х18Н9 (химический состав по ГОСТ 5 632 — 72).
Механические свойства материалов этой группы изме- няются в зависимости от содержания никеля (рис. 6.21). Влияние никеля на структуру стали в диапазоне от 20 до -253 С выражается в стабилизации аустенита относительно (у — 5)-превращения при нагреве под закалку, а также относительно мартенситного превращения при охлаждении и пластической деформации.
Стали 12Х18Н9Т, 12Х18Н!ОТ, ОЗХ18Н11 используют для создания широкой номенклатуры изделий, работающих при температурах от 800 до — 269 С, изготовляемых методами горячей и холодной пластической деформации с применением различных видов сварки и пайки. Термическую обработку сварных и паяных соединений, как правило, не проводят. Сталь 12Х18Н9 используют для изготовленна упругочувствительных элементов, работающих нри криогенных температурах (пружины, мембраны, снльфоны и т.
д.)", эта сталь хорошо шлифуется и полируется, однако ее сварные и паяные соединения почти всегда требуют термической обработки во избежание снижения пластичности и охрупчивания при криогенных температурах. Механические свойства наиболее типичных полуфабрикатов из стали 12Х18Н10Т даны в табл, 6,93 и 6,94. Таблица 6.93. Механические свействе ируткев из стали 12Х18Н10Т ири 20 С и етрицетельиых температурах 140) Табл~ща б.94. Механические свействв теикелистовей стали 12Х18Н10Т ири 20 С н етрицательимх температурах 140! Сталь 07Х21Н5АГ7 (химический состав по ГОСТ 5632-72) предназначена для изготовления сварных и несварных изделий, работающих при температурах от 400 С до о -253 С: подвесок в кислородных установках, крепежа, цепей, шпинделей, тонкостенных сварных и паяных конструкций, получаемых методами горячей и холодной деформации. По сравнению с рассмотренными выше сталь 07Х21Н5АГ7 обладает более высокой прочностью.
После закалки с 1000-1050 С она имеет аустенитную структуру с 5-! 5 % Ьферрита. При нагреве до 600 — 800 С в аустените преимущественно по границам зерен выделяется карбидная фаза типа СгззСе Присутствие карбидюй сетки оказывает отрицательное влияние на ударную вязкость, особенно при низких температурах.
В связи с этим к изделиям, которые в процессе технологических операций подверглись нагреву в интервале 600 — 800 С, следует применять термическую обработку — закалку с 1000 — 1050 С в воде. Механические свойства стали 07Х21Н5АГ7 представлены в табл. 6.95. Таблиеа б.95. Механические свействя стели 07Х21Н5АГ7 ири 20 С и отрицательных темиеретурах 140) 466 Влияние степени холодной пластической деформации а на механические свойства стали 07Х21Н5АТ7 характеризуют следующие данные !401: О !О 20 40 60 е % а„МПа 766 830 1 !04 ! 250 ! 365 акз, МПа 5,% 59 42 20 12 7 Сталь 07Х21Н5АГ7 технологична при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом с присадкой и без нее, при сварке плавящимся электродом в среде гелия высокой чистоты, при автоматической сверке под флюсом АН-26.
В качестве присадочного материала применяют проволоку марок Св-10Х16Н25АМ6 и Св-08Х15Н2337Г7М2; сталь удовлетворительно сваривается со сталями 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т, 07Х16Н6 н других. Сталь ОЗХ20Н16АГ6 предназначена для изготовления сварных крупногабаритных емкостей и резервуаров, находящихся длительное время под давлением при периодическом изменении температур от 20 до — 269 С; допускается применение стали при температурах от 600 до -259 С без ограничения давления. Химический состав этой стали следующий, % (мас.): < 0,025 С'„< 0,6 81; 6-7„5 Мп; 20-25 Сг; 15 — 16,5 %; 0,15 — 0,28 Х; < 0,02 8; < 0,025 Р.
Для стали ОЗХ2ОН16АГ6 характерна стабильно аустенитная структура во всем диапазоне температур: от нагрева под горячую пластическую обработку до температуры сжиженного гелия (-269 С). Пластическая деформация при 20 С и криогенных температурах также не вызывает фазовых превращений мартенситного типа. По указанным причинам сталь остается немагнитной. Единственной фазовой реакцией, протекающей в стали, является выделение кар- Табаща 6.96.
Мехаиичеекие евейетва стали ОЗХ20Н16АГб ири 20 С и етрииательиых темиературая (термичеекая ебрабетка — закалка с 1000 С в вале) 1401 467 бидной и нитридной фаз (СгззСе и СгМ) при нагреве в интервале 600-850 С. Первые выделения этих фаз по границам зерен обнаруживаются после выдержки 1 ч, что приводит к снижению ударной вязкости при криогенных температурах. Легирование стали азотом и наличие стабильного аустенита дает возможность получить одновременно достаточно высокую для аустенитной стали прочность при 20 С, а также высокий запас пластичности и вязкости при низких температурах (табл, 6.96), Ниже показано влияние степени холодной пластической деформации а на механические свойства стали ОЗХ20Н16АГЬ, закаленной с 1 000 С в воде [401: 0 10 20 40 60 еб а„МПв.
675 7$0 830 ! 060 1200 370 590 820 950 ! 160 ао,2 МПа 52 38 !3 3 5 35,% Таблииа 6.97. Механические свейства стали 07Х16Нб при 20 С в етрицательиых температурах 1401 а Тф аая аа а а к„, 1(2 Мпа.м (гсу ксР (гст а а(аа с,'с МДм(м Прутки диаметрам (5мм' 20 -70 -100 -196 -253 1230 1340 1420 ! 690 1920 1040 2100 1150 2350 1230 2440 1490 2890 1760 3 000 1240 1230 1280 1500 920 !05 !38 1,0 0,92 0,90 0,89 0,50 21 20 25 23 12 67 63 66 66 50 ЗО 35 26 27 8 1,30 1,10 0,96 0,$0 0,70 1,00 0,34 0,80 0,60 0,50 0,35 0,64 0,60 0,35 0,25 126 130 Прутии диаметрам (б мм ° 2 10 17 15 67 5$ 51 20 -196 -253 1270 1!ОО 1730 1430 2060 1830 2030 2740 2190 асиим ТО: заахав г 9ва 'с. эоаа»+ вариацию ходоаом при -~а 'с, ~ ч, аааск урн й~а 'с, 1 ч, воздух.
Раким ТО: закалка с 1000 С, вола + обработка холодом ври -70 С, 3 ч+ отпуск при410 С, 1ч. Сталь ОЗХ20Н16АГ6 сваривается ручной дуговой сваркой, ручной и автоматической аргонодуговой, автоматической сваркой под флюсом. Стойкость стали к образованию трещин удовлетворительная. Сталь 07Х16Н6 аустенитио-мартенситного класса (химический состав по ГОСТ 5632-72) применяется для изготовления нагруженных деталей, работающих от 20 до -253 С.
Максимальная температура эксплуатации стали при кратковременной и длительной выдержке составляет 500 и 400 С соответственно. После нагрева до 1000 С и охлаждения в воде или на воздухе до 20 С в структуре стали содержится 10-50 % мартеисита (остальное аустенит). Охлаждение предваритель- 0 но нормализованной или закаленной стали до — 70 С в течение 2 ч повышает содержание мартенситной составляющей до 70-80 %; охлаждение до более низких температур, о например до -196 С, к дополнительному 7 -+ а-превращению не приводит. Обратное превращение а -а 7 начинается в стали примерно при 500 С.
В интервале 600 — $00 С по границам аусгенитных зерен выделяются карбиды хрома СгззС4. Карбидная реакция может начаться уже при медленном охлаждении в данном интервале температур, тем более при изотермической выдержке. Образование карбидной сетки приводит к снижению пластичности и ударной вязкости при криогенных температурах, Механические свойства стали 07Х16Н6 приведены в табл. 6.97. Сталь 07Х16Н6 обладает хорошей технологичностью при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом без присадки и с присадкой, плавяцшмся электродом в среде гелия н смеси аргона с 15 — 20 % СОз. Для выполнения сварных соединений, подвергаемых упрочняющей термической обработке, в качестве присадочного материала применяют сварочную проволоку 07Х16Нб; при этом минимальная температура эксплуатации сварных соединений составляет -253 С.
Сталь ОН9 широко применяют за рубежом и в меньшей степени у нас. Она предназначена для изготовления крупногабаритных и других сварных резервуаров, используемых для хранения и транспортирования сжиженных газов с температурой кипения не ниже — 196 С. Ее химический состав следующий, % (мвс.): < 0,10 С; 0,3 — 0,60 Мп; 0,15- 0,35 81; 8,5-10,0 %; < 0,15 3; < 0,02 Р. После нормализация с температуры Асз + 30 С сталь ОН9 имеет структуру мартенсита с 10-15 % аустенита. Ее термическую обработку можно осуществлять по двум режимам: 1) двойная нормализация с 900 н 790 С и высокий отпуск при 550 — 600 С; 2) закалка с 810 — 830 С в воде и высокий отпуск при 550-600 С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
