Жаропрочная стальная поковка 10Х11Н20Т3Р: аустенитная штамповка для высокотемпературных узлов
Поковка из стали 10Х11Н20Т3Р (ЭИ696А) — деформируемый полуфабрикат из аустенитного дисперсионно-твердеющего сплава на железоникелевой основе, получаемый горячей пластической деформацией слитка или проката. Марка регламентируется ГОСТ 5632 и поставляется по ГОСТ 1133, ГОСТ 25054, ОСТ 1 92077. Основное назначение — изготовление деталей, работающих длительно при 600–750 C в окислительных средах и кратковременно до 800 C.
Химический состав и структура
Основа — железо с 19–22 % никеля и 10–12,5 % хрома. Упрочнение обеспечивают титан (2,6–3,2 %) и алюминий (0,5–0,9 %) за счёт выделения интерметаллидной -фазы Ni(Ti,Al) при старении. Молибден и бор микролегируют границы зёрен, повышая сопротивление ползучести. Структура после закалки — аустенит с карбидами; после старения — аустенит с равномерно распределённой -фазой.
Механические свойства при 20 C и в нагретом состоянии
После термической обработки (закалка 1080–1120 C, старение 700–750 C) поковка обеспечивает предел прочности не менее 930 МПа при 20 C и 550–600 МПа при 700 C. Предел длительной прочности за 100 ч при 700 C — не менее 340 МПа. Пластичность сохраняется: относительное удлинение — 20–25 %, ударная вязкость KCU — не менее 60 Дж/см.
| Параметр | 20 C | 600 C | 700 C | 750 C |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности, МПа | 930 | 640 | 550 | 480 |
| Предел текучести, МПа | 620 | 440 | 380 | 340 |
| Относительное удлинение, % | 20 | 14 | 12 | 10 |
| Длительная прочность за 100 ч, МПа | — | 480 | 340 | 240 |
Технология ковки и термообработки
Деформацию ведут в интервале 1150–900 C с суммарной степенью не менее 30 % для проработки литой структуры. Нагрев под ковку — в газовых или электрических печах с защитной атмосферой либо с обмазкой, предотвращающей обезуглероживание. После ковки обязательна закалка в воде или на воздухе в зависимости от сечения, затем двухступенчатое старение. Поковки проходят ультразвуковой контроль по ГОСТ 24507 и испытания на длительную прочность.
Области применения
- Диски, рабочие лопатки и кольца газотурбинных двигателей и энергетических ГТУ.
- Крепёж горячего тракта: шпильки, болты фланцевых соединений паропроводов.
- Детали арматуры высокого давления для установок каталитического крекинга и пиролиза.
- Элементы теплообменников и коллекторов систем регенерации на НПЗ.
- Оснастка для горячей штамповки и прессования в металлургическом производстве.
- Детали камер сгорания и выхлопных трактов авиационных и судовых двигателей.
Обрабатываемость и сварка
Материал склонен к наклёпу, обрабатывается твёрдосплавным инструментом на пониженных режимах резания с обильным охлаждением. Сварка возможна аргонодуговым способом с последующей термообработкой сварного соединения для восстановления свойств зоны термического влияния.
Вопросы и ответы
Какой стандарт регламентирует поставку поковок из 10Х11Н20Т3Р?
Поставка осуществляется по ГОСТ 1133 и ГОСТ 25054, марка включена в ГОСТ 5632. Для авиационных деталей применяют ОСТ 1 92077 с дополнительными требованиями по макро- и микроструктуре.
До какой температуры сохраняется работоспособность поковки?
Длительная эксплуатация — 600–750 C, кратковременная — до 800 C. Выше 800 C интенсивно развивается окисление и падает длительная прочность.
Требуется ли термообработка после механической обработки?
Нет, если поковка поставлена в термообработанном состоянии. Старение проводят до финишной обработки, поскольку оно сопровождается незначительной усадкой.
Чем 10Х11Н20Т3Р отличается от 12Х18Н10Т?
Сталь 10Х11Н20Т3Р — дисперсионно-твердеющий железоникелевый сплав с -фазой, обеспечивающий длительную прочность при 700 C. 12Х18Н10Т — аустенитная коррозионностойкая сталь без дисперсионного упрочнения, не предназначенная для длительной работы при таких температурах.
