Сталь высокопрочная мартенситостареющая 03Н18К9М5ТР (ЭП637, ВКС-210)

Химический состав в %
Ni Co Mo Ti Fe Si Mn S P Al C
не более
17,7-19,0 8,5-9,5 4,6-5,5 0,5-0,8 Основа 0,1 0,1 0,01 0,01 0,15 0,03
Примечание: Бор и цирконий вводятся по расчету: бор не более 0,003%; цирконий не более 0,06%.
Механические свойства по ТУ (не менее)
Вид
полуфабриката
ТУ Состояние полуфабриката
или контрольных образцов
Направление
волокна
σ0,2 σв δ
ψ ан
кгс/мм2 % кгс·м/см2
Прутки
кованые
и катаные
ТУ14-
131-33-72

Термически обработанные по режиму:  
- закалка с 820°С (1 час)
на воздухе, старение
при 490±10°С 3 часа,
охлаждение на воздухе
Продольное 185 195 7 45 4
- закалка с 1200+20°С (1 час)
в воде, последующая
3-кратная закалка с
940±10°С (1 час) в воде,
старение при 520±10°С,
охлаждение на воздухе
Продольное 185 195 7 45 4
Поперечное 185 195 5 30 2
Листы ТУ14-1
-1094-74
Термически обработанные
по режиму: закалка с 820±20°С
(40 мин) на воздухе,
старение при 480°С, 3 часа
Поперечное - 195 5 - -
Серебрянка
диаметром
4,35-5,15 мм
ТУ14-
130-12-72
Полунагартованная Продольное ≤110 ≤115 12 70 -
Термически обработанные
по режиму: закалка с 820±20°С
(1 час) на воздухе,
старение при 480°С, 3 часа
Продольное 185 195 7 45 -

Примечания:
1) Механические свойства факультативны.
2) Из стали поставляются шлифованные прутки диаметром 4-10 мм (ТУ14-131-142-74), сварочная проволока диаметром 1,0-5,0 мм (ТУ14-1-1104-74).

Механические свойства стали 03Н18К9М5ТР-ВД
Вид
полуфабриката
Состояние Направление
волокна
σ0,2 σв σнв* ψ ан Nциклы
max=117
кгс/мм2)
K1c
кгс/мм2 % кгс·м/см2 кгс/мм3/2
Прутки
диаметром
180 мм
Термически обработанные
по режиму:
 
- закалка с 1200°С (2 часа)
в воде, 3-кратная закалка
с 940°С (1 час) в воде,
закалка с 820°С (1 час) 
в воде, старение при 520°С,
3 часа
Продольное 198 205 272 45 3,5 23900** 260
Поперечное 198 205 - 18 - - 235
- закалка с 1200°С (2 часа)
в воде, 3-кратная закалка
с 
940°С (1 час) в воде,
старение при 520°С, 3 часа
 Продольное 190-194 195-199 280 55-48 3,5-3,0 26600 220
Поперечное  195-197 198-202 - 35-41 2,5-2,0 - 214

* Образцы с надрезом (d0=5,5 мм; dн=4,0 мм; rн=0,1 мм; угол надреза 60°).
** Гладкие образцы, шлифованные.

Механические свойства при различных температурах
Вид полу-
фабриката
Состояние Темпе-
ратура
испыта-
тания, °С
Е σ0,2 σв σнв* τср σ-1***
δ5 ψ ан N****
кгс/мм2 % кгс·м/см2 циклы
Прутки
кованые
и катаные
диаметром
до 40 мм
Термически
обработанные 

по режимам:
 
закалка с 820°С
(1 час) 
на воздухе
20 - 100 110 - - - 14 70 20 -
закалка с 820°С (1 час)
на воздухе, старение 
при 480-
520°С (3 часа)
-196 - - 263 - - - 5 40 2,5 -
-70 - - 223 280 - - 6 45 3,8 -
20 18400 204 210 276 119 70 8 52 4 15000**
200 - 190 192 - - - 8 48 - -
300 - 180 183 - - - 9 48 - -
400 15800 170 180 - - - 7,5 47 - -
450 - 153 169 - - - 7,5 46 - -
500 - 136 141 - - - 13 64 - -
* Образцы с надрезом (d0=10 мм; dн=7 мм; rн=0,1 мм).
** Шлифованные образцы с надрезом (d0=10 мм; dн=8 мм; rн=0,75 мм).
*** На базе 107 циклов.
**** σmax = 81,5 кгс/мм2.

Физические свойства
Плотность: 8010 кг/м3
Коэффициент термического линейного расширения
Температура, °С
20-100 20-200 20-300 20-400 20-500
α·106 1/град 10,0 10,3 10,5 10,7 10,9
Температура, °С
100-200 200-300 300-400 400-500
α·106 1/град 10,6 11,0 11,3 11,5
Коэффициент теплопроводности
Температура, °С 100 200 300 400 500 600 700 800 900
λ вт/м·град 23,4 25,1 26,4 27,6 28,5 28,0 27,6 26,4 25,5
Удельная теплоемкость
Температура, °С 100 200 300 400 500
с кдж/кг·град 0,419 0,460 0,502 0,544 0,607
Критические точки
α→γ-превращение начинается при 500°С через 3 часа; Ас3 720°С, Мн и Мк - в зависимости от режима закалки:
Температура
закалки
Время
выдержки
Мн Мк Количество
остаточного
аустенита
°С мин °С %
750 5 170 - 38
30 140 - 14
60 155 50 5
800 5 130 - 5
30 150 - 0
60 155 50 0
900 5 170 110 0
60 195 - 0
950 5 170 110 0
60 195 - 0
1000 60 205 - 0
Технологические данные
Обработка давлением

Сталь хорошо деформируется в горячем состоянии в интервале температур 1200—800°С (допускается деформация до 80% за один ход машины — орудия).

При ковке прутков малого диаметра температура начала деформации не должна превышать 1050°С.

После горячей деформации не допускается медленное охлаждение (в колодцах, штабелях, термостатах).

При горячей прокатке прутков диаметром до 40 мм температура конца деформации не должна превышать 900°С.

После ковки, горячей штамповки и прокатки термическая обработка перед механической обработкой не требуется.

Метод выплавки

Сталь выплавляется в открытых дуговых и индукционных печах с последующим вакуумно-дуговым или электронно-лучевым переплавом. Вакуумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым или электронно-лучевым переплавом позволяет получать сталь с наибольшей пластичностью.

Обработка резанием
Сталь удовлетворительно обрабатывается резанием.
Рекомендуемая термическая и химико-термическая обработка стали 03Н18К9М5ТР-ВД

Режимы термической обработки: для заготовок из горячекатаных прутков диаметром до 40 мм — закалка с 820°С (1 час) на воздухе или в воде; старение при 480—520°С, 3 час;

- для штамповок и поковок весом до 8 кг, в также заготовок из кованых прутков диаметром 20—60 мм и горячекатаных прутков диаметром свыше 40 мм (для деталей, работающих в долевом или хордовом направлениях) — 3-кратная закалка с 940±10°C (1 час) на воздухе или в воде, закалка с 820°С (1 час) на воздухе или в воде; старение при 520°С, 3 час;

- для поковок и штамповок весом свыше 8 кг и прутков диаметром свыше 60 мм — закалка с 1200°С в воде, 3-кратная закалка с 940±10°С (1 час) на воздухе или в воде, закалка с 820±10°С (1 час) на воздухе или в воде; старение при 520°С, 3 часа (для деталей, работающих в долевом или хордовом направлениях); закалка с 1200+20°С в воде, 3-кратная закалка с 940±10°С (1 час) в воде или на воздухе, окончательная механическая обработка, поверхностный наклеп (вибронаклеп, алмазное выглаживание), старение при 520°С, 3 часа, обдувка корундом (для деталей, работающих в поперечном или высотном направлениях).

Режим азотирования: 520°С, 50 часов.

Перед азотированием детали рекомендуется подвергать следующей обработке: закалка с 1200+20°С в воде, 3-кратная закалка с 920—940°С в воде или на воздухе, механическая обработка с припуском под шлифование, стабилизирующий отпуск при 560—570°С, 3 часа, шлифование. Детали, которые невозможно шлифовать перед азотированием, допускается не подвергать стабилизирующему отпуску. В этом случае производится закалка с 1200+20°С (1 час) в воде, 3-кратная закалка с 920—940°С (1 час) в воде или на воздухе.

Шлифование после азотирования не допускается ввиду малой глубины азотированного слоя.

Свойства азотированной стали
(Пруток диаметром 12-15 мм)
Режим
предварительной
обработки
Режим
азотирования
Свойства сердцевины Глубина
азотированного
слоя, мм
HV
азотированного
слоя, кгс/мм2
σв σнв ψ ан
кгс/мм2 % кгс·м/см2
Закалка с 1200°С в воде,
3-кратная закалка 
с 920°С
(1 час) в воде, 
отпуск при
560°С (1 час), охлаждение
на воздухе
520°С 
(50 часов) 
183 203 21 2,5 0,2-0,24 ≥700
Свариваемость

Сталь хорошо сваривается. Для сварки деталей с толщиной свариваемых стенок до 5 мм рекомендуется однопроходная аргонодуговая сварка присадочной проволокой Св-03Н18К9М5ТР. При толщинах свыше 5 мм следует применять электронно-лучевую сварку.

Сварке подвергаются только термически упрочненные элементы. После сварки детали термической обработке не подвергаются. Во избежание старения сварных швов запрещается нагрев сварных деталей до температур выше 300°С.

Механические свойства сварных соединений
(Образцы из плиты толщиной 14 мм)
Состояние
сварных
соединений
Вид
сварки
σв δ5 ψ ан
кгс/мм2 % кгс·м/см2
Термически обработанные
до сварки по режиму: закалка
с 820°С 
(1 час), старение при
480°С, 3 часа
Ручная
АрДЭС
110 11,5 66 15

Применение

Высоконагруженные механически обрабатываемые сварные и несварные детали и узлы, длительно работающие при температурах до 280°С; болты, работающие на срез при температурах до 250°С; групповые болты, работающие на растяжение в изделиях разового действия при температурах до 250°С; детали разового действия (без кадмиевого покрытия), работающие при температурах до 300°С.

Кинетика упрочнения стали 03Н18К9М5ТР при температурах 400-500 градусов
Влияние температуры старения на механические свойства стали 03Н18К9М5ТР
Stal 03H18K9M5TR 3
Ползучесть и длительная прочность стали 03Н18К9М5ТР при высоких температурах
Кривые выносливости стали 03Н18К9М5ТР при консольном изгибе
Изменение прочности образцов из стали 03Н18К9М5ТР в зависимости от длины поверхностной трещины
Замедленное разрушение образцов с трещиной под пленкой воды
Коррозионное растрескивание стали 03Н18К9М5ТР, состаренной по различным режимам
Влияние температуры закалки на склонность к коррозионному растрескиванию состаренной при 480 градусов, 3 часа стали 03Н18К9М5ТР

Uslovn obozn 1

Uslovn obozn 2

Uslovn obozn 2 1

Uslovn obozn 3