Влияние климатических факторов на коррозионную стойкость и сопротивление коррозионному растрескиванию высокопрочных сталей с высокой вязкостью разрушения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Согласно стратегическим направлениям развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года, одобренным на заседании Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии при Правительстве Российской Федерации [1-3], одним из направлений является создание коррозионностойких свариваемых сталей с высокой вязкостью разрушения [4]. ФГУП «ВИАМ» успешно справляется с поставленной задачей. В последние годы нашим институтом разработаны коррозионностойкие азотосодержащие стали: ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75.

Сталь ВНС-73 (10Х13Н4К4М3С2А-Ш) мартенситного класса предназначена для изготовления сварных, не требующих обязательной термообработки после сварки, и несварных силовых деталей самолетов, длительно работающих при температурах от -70 до + 200°С [5]. В ВИАМе разработаны и полностью освоены технологии аргонно-дуговой (АрДЭС) и электроннолучевой сварки (ЭЛС) [6], а также сварка трением (СТ) данной стали. Сталь ВНС-73 разработана взамен стали ВНС-2, обладает, по сравнению с последней, более высокой прочностью основного металла и сварных соединений: восн мет?1370 МПа, Всв=1245 МПа (термообработка + сварка АрДЭС с присадкой 08Х14Н7КВМ).

Экономнолегированная сталь ВНС-74 (05Х16Н5АБ) мартенситного класса с прочностью в?1400 МПа отличается тем, что содержит повышенное количество азота (более 0,10% масс.) и не имеет дорогостоящих элементов кобальта и молибдена; обладает высокой технологической пластичностью, в том числе в холодном состоянии, предназначена для изготовления крепежа, получаемого горячей или холодной высадкой, эксплуатирующегося при температурах от -70 до +200°С.

Сталь ВНС-75 (17Х13Н4К6САМ3ч) переходного класса предназначена для высоконагруженных деталей планера и шасси; благодаря подобранному фазовому составу, состоящему из мартенсита, 10-15% остаточного аустенита и без дельта-феррита, а также легированию редкоземельными металлами, снижающими содержание неметаллических включений, сталь ВНС-75 обладает высоким комплексом механических свойств: в=1760 МПа, 0,2=1320 МПа, КСV=80-90 Дж/см2 (образец с V-образным надрезом rн=0,25 мм), МЦУ на базе 2105 циклов с концентратором напряжений Кt=2,2 max=730 МПа.

Помимо высокого комплекса механических характеристик данные стали должны обладать высокой коррозионной стойкостью и сопротивлением коррозионному растрескиванию (КР), т.к. предназначены для эксплуатации во всеклиматических условиях.

Целью настоящей работы являлось исследование влияние климатических факторов на общую коррозионной стойкость и сопротивление коррозионному растрескиванию сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75.

Объекты и методы исследования.

Исследования проводили на металле промышленной плавки, выплавленном в открытой печи с последующим электрошлаковым переплавом на ОАО «Металлургический завод «Электросталь»» (сталь ВНС-73 и ВНС-74) и металле, выплавленном на производственно-экспериментальной базе ФГУП «ВИАМ» (сталь ВНС-75).

Для оценки общей коррозионной стойкости были изготовлены:

- из стали ВНС-73 образцы-шайбы диаметром 32 мм, толщиной 2 мм с двумя видами обработки поверхности: шлифование и виброгалтовка;

- из стали ВНС-74 образцы-шайбы диаметром 27 мм, толщиной 3 мм с двумя видами обработки поверхности: шлифование и пескоструйная обработка;

- из стали ВНС-75 образцы размером 24х24х2,5 мм с двумя видами обработки поверхности: шлифование и пескоструйная обработка.

Для оценки склонности к КР были изготовлены:

- из стали ВНС-73 образцы-пластины основного металла размером 98Ч15Ч2 мм с пескоструйной обработкой поверхности и образцы-пластины из сварных соединений, выполненных аргонно-дуговой электросваркой (АрДЭС) с присадкой 08Х14Н7КВМ, электроннолучевой сваркой (ЭЛС) и сваркой трением (СТ) также с пескоструйной обработкой поверхности;

- из стали ВНС-74 образцы-пластины основного металла размером 98Ч15Ч2 мм с пескоструйной обработкой поверхности, а также опытная партия болтов М6 и М8 горячей высадки с двумя видами обработки поверхности головки и призонной части: шлифование и пескоструйная обработка;

- из стали ВНС-75 образцы-пластины основного металла размером 98х15х2 мм с пескоструйной обработкой поверхности.

Испытания образцов на склонность к КР проводили в соответствии с ОСТ 1 90212 при постоянной деформации изгибом. Величины приложенных напряжений составляли 980, 880 и 780 МПа. Испытания болтов на склонность к КР проводили в соответствии с методическими материалом, разработанном в ВИАМе: «Методика испытания болтовых соединений из коррозионностойких сталей на сопротивление коррозионному растрескиванию». Болты испытывали без перекоса и с перекосом до 8 градусов. Величины приложенных напряжений составляли 0,7 от Мразр (63 Н/м) и 0,5 от Мразр (45 Н/м), где Мразр - величина разрушающего момента.

Для исследования влияния климатических факторов на общую коррозионную стойкость были проведены коррозионные испытания образцов в натурных условиях умеренно теплого климата приморской зоны Геленджикского Центра Климатических Испытаний (ГЦКИ), натурных условиях умеренного климата промышленной зоны Московского Центра Климатических Испытаний (МЦКИ) в соответствии с ГОСТ 9.909 и коррозионные испытания ускоренными методами в камере тропического климата (КТК) в соответствии со стандартом, разработанном в ВИАМе, и камере солевого тумана (КСТ) в соответствии с ГОСТ 9.308 (метод 1). Для исследования влияния климатических факторов на сопротивление КР образцы испытывали в ГЦКИ, МЦКИ и КСТ. Болты испытывали в ГЦКИ и КСТ. Длительность коррозионных испытаний составила 12 месяцев.

Оценку общей коррозионной стойкости сталей проводили в соответствии с ГОСТ 9.908 по потере массы на единицу площади. Оценку склонности сталей к КР проводили в соответствии с ОСТ 1 90212 по времени до начала растрескивания.

Результаты исследования.

Данные по удельной потере массы образцов из сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75 после коррозионных испытаний в ГЦКИ, МЦКИ, КТК и КСТ представлены в таблице 1.

коррозионный сталь солевой туман

Таблица 1. Изменение удельной массы образцов из сталей ВНС-73, ВНС-74, ВНС-75 после коррозионных испытаний в различных условиях

* Примечание: в числители приведены значения после 6 месяцев испытаний, в знаменателе - после 12 месяцев испытаний.

Анализируя данные таблицы 1 можно сказать, что для стали ВНС-73 наименьшие потери массы образцов наблюдаются при испытаниях в МЦКИ. Различная обработка поверхности образцов из стали ВНС-73 не оказывает значительного влияния на общую коррозионную стойкость при испытаниях в натурных климатических условиях, однако при испытаниях в КСТ потери массы образцов со шлифованной поверхностью большем на 0,8 г/м2, чем на образцах с виброгалтованной поверхностью.

Наименьшие потери массы образцов из стали ВНС-74, аналогично стали ВНС-73, наблюдаются при испытаниях в МЦКИ. Потери массы образцов при испытаниях в ГЦКИ превышают значения потерь массы образцов, испытанных в КСТ. Пескоструйная обработка поверхности образцов из стали ВНС-74 ухудшает общую коррозионную стойкость в сравнении со шлифованной поверхностью.

Изменение массы образцов из стали ВНС-75 после 6 месяцев экспозиции МЦКИ и КТК не зафиксировано. Также как и для стали ВНС-74, пескоструйная обработка поверхности образцов из стали ВНС-75 ухудшает общую коррозионную стойкость и приводит к увеличению убыли массы.

Данные по склонности сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75 к коррозионному растрескиванию приведены в таблицах 2-4. Основной металл указанных сталей за 12 месяцев испытаний не проявил склонности к КР независимо от условий экспозиции и приложенных напряжений. Испытанные в КСТ сварные соединения стали ВНС-73, выполненные АрДЭС и ЭЛС, не проявили склонности к КР при напряжении 980 МПа, а сварные соединения, выполненные СТ - при напряжениях 880 и 780 МПа. На болтовых соединениях из стали ВНС-74, прошедших экспозицию в ГЦКИ и КСТ, также отмечается отсутствие трещин. Стойкость болтовых соединений не зависит от наличия перекоса и вида обработки поверхности головки и призонной части.

Таблица 2. Склонность сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75 к КР при испытаниях в различных условиях

Таблица 3. Склонность сварных соединений из стали ВНС-73 к КР при испытаниях в КСТ

Таблица 4. Склонность болтовых соединения из стали ВНС-74 к КР при испытаниях в ГЦКИ и КСТ

Выводы:

1. Повышенное содержание в атмосфере хлор-ионов при испытаниях в камере солевого тумана и натурных условиях умеренно теплого климата приморской зоны приводит к значительному снижению общей коррозионной стойкости сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75. В натурных условиях умеренного климата промышленной зоны указанные стали показывают более высокую общую коррозионную стойкость так, например, за 6 месяцев испытаний потери массы на образцах со шлифованной поверхностью не зафиксированы. Испытания в камере тропического климата не оказывают влияния на общую коррозионную стойкость стали ВНС-75, однако приводят к значительным потерям массы на образцах из стали ВНС-74;

2. Различные условия коррозионных испытаний не влияют на склонность основного металла сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75 к КР при напряжениях 980, 880 и 780 МПа. За 12 месяцев испытаний случаев КР обнаружено не было. Сварные соединения из стали ВНС-73, выполненные АрДЭС с присадкой 08Х14Н7КВМ, ЭЛС и СТ без последующей термической обработки, обладают высокой стойкостью к КР при испытаниях в камере солевого тумана. Случаев КР также не было обнаружено. Опытная партия болтов М6 и М8 горячей высадки, изготовленная из стали ВНС-74, за 12 месяцев испытаний в камере солевого тумана и натурных условиях умеренно теплого климата приморской зоны не проявила склонность к КР;

3. При эксплуатации деталей из сталей ВНС-73, ВНС-74 и ВНС-75 в составе изделий всеклиматического исполнения для повышения общей коррозионной рекомендуется применять дополнительную защиту, например, лакокрасочные покрытия.

Литература

1. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Ломберг Б.С. Стратегические направления развития конструкционных материалов и технологий их переработки для авиационных двигателей настоящего и будущего // Автоматическая сварка. - 2013. - №10-11. - С. 23-32.

2. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - №S. - С. 7-17.

3. Каблов Е.Н. Современные материалы - основа инновационной модернизации России // Металлы Евразии. - 2012. - №3. - С. 10-15.

4. Тонышева О.А., Вознесенская Н.М. Перспективные высокопрочные коррозионностойкие стали, легированные азотом (сравнительный анализ) // Авиационные материалы и технологии. - 2014. - №3. - С. 27-32.

5. Белоус В.Я., Варламова В.Е., Никитин Я.Ю., Вознесенская Н.М., Тонышева О.А. Исследование влияния климатических факторов на механические свойства и коррозионную стойкость высокопрочной стали ВНС-73 // Сталь. - 2015. - №1. - С. 80-83.

6. Лукин В.И., Ковальчук В.Г., Голев Е.В., Ходакова Е.А. Cварка высокопрочных коррозионностойких сталей // Труды ВИАМ. - 2015. - №5. - Ст. 04.

Размещено на Allbest.ru