Сплав 10Х15Н27Т3МР-ВД

Сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД (ЭП700-ВД) — общая характеристика

Сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД (ЭП700-ВД) — высоколегированная коррозионностойкая жаропрочная сталь аустенитного класса, выплавляемая методом вакуумно-дугового переплава (ВД). Основа сплава — железо, ключевые легирующие элементы — хром, никель, титан и молибден. Микролегирование бором обеспечивает повышенную жаропрочность за счёт упрочнения границ зёрен.

Сплав разработан для деталей авиакосмического машиностроения и специальной техники, работающих при температурах до 600–700 °С. Вариант без суффикса «-ВД» — сталь 10Х15Н27Т3МР (ЭП700) — имеет идентичный химический состав, но выплавляется открытым способом.

Обозначения и альтернативные маркировки

Химический состав стали 10Х15Н27Т3МР-ВД по ТУ 14-1-4481-88

Химический состав стали 10Х15Н27Т3МР-ВД (ЭП700-ВД) и 10Х15Н27Т3МР (ЭП700) нормирован единым документом — ТУ 14-1-4481-88. Основа сплава — железо (Fe). Бор и кальций вводятся расчётно по технологическим инструкциям; их остаточное содержание химическим анализом не определяется.

* Бор и кальций вводятся по расчёту и их остаточное содержание в металле химическим анализом не определяется.

Влияние легирующих элементов на свойства сплава ЭП700-ВД

Высокое содержание никеля (25–28%) стабилизирует аустенитную структуру сплава и обеспечивает работоспособность при повышенных температурах. Хром (14–16%) формирует защитную оксидную плёнку, обусловливающую коррозионную стойкость. Титан (2,6–3,2%) является основным упрочнителем — при старении он образует интерметаллидную γ’-фазу типа Ni₃(Ti,Al), ответственную за высокую жаропрочность. Молибден (1,0–1,6%) дополнительно упрочняет твёрдый раствор и повышает стойкость к высокотемпературной ползучести. Бор в микроколичествах укрепляет границы зёрен, снижая склонность к межзёренному разрушению при длительной работе в условиях высоких температур.

Механические свойства стали 10Х15Н27Т3МР-ВД

Механические свойства сплава 10Х15Н27Т3МР-ВД определяются режимом термической обработки. Ниже приведены нормируемые значения по действующим техническим условиям.

Свойства прутков по ТУ 14-1-4481-88

Режим термообработки образцов: закалка с 1000 °С (выдержка 3 ч, охлаждение в масле) + первое старение при 750 °С (выдержка 16 ч, охлаждение в масле) + второе старение при 650 °С (выдержка 10 ч, охлаждение на воздухе).

Свойства готовых термообработанных деталей по ОСТ 1 90005-91

Сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД относится к дисперсионно-твердеющим аустенитным сплавам. Высокая прочность достигается за счёт двухступенчатого старения, в ходе которого из пересыщенного твёрдого раствора выделяется упрочняющая γ’-фаза. Вакуумно-дуговой переплав обеспечивает пониженное содержание газов и неметаллических включений, что положительно влияет на однородность механических свойств и усталостную прочность.

Термическая обработка сплава ЭП700-ВД

Стандартный режим термической обработки стали 10Х15Н27Т3МР-ВД по ТУ 14-1-4481-88 включает три последовательные операции.

Закалка при 1000 °С растворяет упрочняющие фазы и формирует однородный аустенитный твёрдый раствор. Двухступенчатое старение обеспечивает оптимальное распределение дисперсных частиц γ’-фазы: первая ступень (750 °С) формирует основной объём выделений, вторая (650 °С) дополнительно упрочняет сплав за счёт более мелкодисперсных частиц.

По ТУ 14-1-4481-88 прутки поставляются без термической обработки — конечную термообработку выполняет потребитель на готовых деталях или заготовках.

Коррозионная стойкость стали 10Х15Н27Т3МР-ВД

Сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД относится к коррозионностойким материалам. Хром формирует на поверхности пассивную оксидную плёнку Cr₂O₃, обеспечивающую стойкость в окислительных средах. Высокое содержание никеля дополнительно повышает стойкость к межкристаллитной коррозии и воздействию ряда агрессивных сред. Молибден усиливает сопротивление питтинговой коррозии.

Сочетание коррозионной стойкости и жаропрочности позволяет применять сплав для деталей, работающих при повышенных температурах в агрессивных газовых средах, в том числе в продуктах сгорания топлива.

Применение сплава 10Х15Н27Т3МР-ВД (ЭП700-ВД)

Сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД предназначена для изготовления деталей авиакосмического машиностроения и специальной техники, работающих при температурах до 600–700 °С. Типичные изделия из сплава ЭП700-ВД: крепёжные детали (болты, гайки, шпильки), диски компрессоров, рабочие и направляющие лопатки, уплотнительные кольца трубопроводов и другие ответственные элементы горячего тракта газотурбинных двигателей.

Вакуумно-дуговой переплав обеспечивает повышенную чистоту металла по газам и неметаллическим включениям, что критично для деталей, испытывающих знакопеременные нагрузки при высоких температурах. По этой причине для наиболее ответственных применений используется именно вариант 10Х15Н27Т3МР-ВД, а не сталь открытой выплавки.

Родственный сплав 10Х11Н23Т3МР-ВД (ЭП33-ВД) имеет схожую систему легирования, но с пониженным содержанием хрома и никеля — он также применяется для жаропрочных деталей авиационных двигателей.

Формы поставки стали 10Х15Н27Т3МР-ВД

Основные виды полуфабрикатов из стали 10Х15Н27Т3МР-ВД (ЭП700-ВД):

Требования к макроструктуре прутков по ТУ 14-1-4481-88: на поперечных протравленных темплетах не допускаются видимые невооружённым глазом следы усадочных раковин, пузырей, трещин и шлаковых включений.

Конкретные размеры, допуски и дополнительные требования к полуфабрикатам определяются при заказе. Помимо указанных в таблице форм, по согласованию могут быть изготовлены и другие виды проката.

Нормативные документы на сталь 10Х15Н27Т3МР-ВД

При выборе сплава для ответственных конструкций рекомендуется также ознакомиться с каталогом жаропрочных сталей и сплавов, представленных в наличии.