Обоснование выбора марки материала 06Х15Н6МВФБ-Ш (ВНС16-Ш)

 

Ранее для изготовления коллектора использовался материал 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962).

В соответствии с действующими нормативными документами материал 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) не разрешен к применению при проектировании новых изделий.

В связи с этим для отработки процесса ремонта коллекторов предварительно был выбран материал 06Х15Н6МВФБ-Ш (ВНС-16Ш).

Сравнение свойств материалов 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) и 06Х15Н6МВФБ-Ш (ВНС-16Ш) приведено в таблицах 1, 2, 3, 4.

 

Таблица 1 – Химический состав стали ВНС16-Ш, в % (по ТУ 14-1-3405-2007)

Химический состав, %
C	Cr	Ni	Mo	W	V	Nb	Fe	Si	Mn	S	P
								Не более
Сталь 06Х15Н6МВФБ-Ш
0,05-0,08	13,5-15,0	5,2-5,7	0,8-1,0	0,7-1,0	0,15-0,25	0,08-0,15	основа	0,6	0,6	0,015	0,02-0,025
Сталь 11Х11Н2В2МФ
0,09-0,13	10,5-12,0	1,5-1,8	0,35-0,5	1,6-2,0	0,18-0,3	-	основа	0,6	0,6	0,025	≤0,030

 

Таблица 2 – Коэффициент термического линейного расширения

Коэффициент термического линейного расширения	Температура, °С
20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	100-200	200-300	300-400	400-500
Сталь 06Х15Н6МВФБ-Ш
α x 106 1/град	11,3	11,5	11,6	11,8	12,1	11,9	12,15	12,45	13,05
Сталь 11Х11Н2В2МФ
α x 106 1/град	11,0	11,3	11,6	12,0	12,3	11,7	12,2	13,3	13,3

 

Таблица 3 – Коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплопроводности,λ	Температура, ° С
Сталь 06Х15Н6МВФБ-Ш
вт/м • град	17,2	18,4	19,7	21,3	22,2	23,0
Сталь 11Х11Н2В2МФ
вт/м • град		22,2	23,9	25,6	27,2	28,1

 

Таблица 4 – Удельная теплоемкость

Удельная теплоёмкость, λ	Температура, ° С
Сталь 06Х15Н6МВФБ-Ш
кдж/кг • град	0,460	0,502	0,544	0,586	0,668
Сталь 11Х11Н2В2МФ
кдж/кг • град	0,419	0,461	0,503	0,587	0,671

 

Механические свойства полуфабрикатов из стали 06Х15Н6МВФБ-Ш и 11Х11Н2В2МФ приведены в таблицах 5, 6.

 

Таблица 5 – Механические свойства полуфабрикатов из стали ВНС16-Ш

Вид полуфабрикатов	Предел прочности, σв, кгс/мм2	Предел текучести, σ 0,2, кгс/мм2	Относительное удлинение, δ5, %	Относительное сужение, ψ, %	Ударная вязкость KCU, кгс·м/см2
Не менее
Лист 0,8..3,9 ТУ 14-1-3405-2007				-	-
Поковки ТУ 14-1-1444-75

 

 

Таблица 6 – Механические свойства полуфабрикатов из стали ЭИ962

Вид полуфабриката	Термическая обработка	Температура испытания, °С	σ0,2, кгс/мм2	δ, %
Лист, толщина 0,8…4,0 мм	Закалка с 1000°С на воздухе, отпуск 650-680°С		85-100
	75-95
	72-80
	60-75
	45-65

 

При выборе материала учитывались следующие факторы:

- преимущество химических, физических и механических свойств материала 06Х15Н6МВФБ-Ш относительно материала 11Х11Н2В2МФ;

- существующий опыт использования материала 06Х15Н6МВФБ-Ш при изготовлении подобных деталей камер в жидкостных ракетных двигателей отечественных аналогах двигателя НК-33;

- наличие отработанной технологии по работе с материалом 06Х15Н6МВФБ-Ш у потенциальных изготовителей камер для двигателя НК-33;

- отсутствие ограничений на использование материала 06Х15Н6МВФБ-Ш.

Для окончательного выбора материала и подтверждения возможности использования при ремонте и изготовлении деталей камеры двигателя НК-33 была проведена исследовательская работа по определению свойств материала ВНС-16Ш, а именно:

- исследование механических свойств листовой стали 06Х15Н6МВФБ-Ш с использованием различных видов сварки и термообработки применительно к деталям коллектора двигателя

НК-33 – определение предела прочности и угла изгиба сварных соединений;

- определение влияния температуры нагрева на снятие остаточных напряжений в сварных соединениях, полученных разными видами сварки и с разным исходным состоянием материала, применительно к деталям коллектора;

- исследование коррозионной стойкости материала

06Х15Н6МВФБ-Ш под напряжением.

Результаты проведенных работ показали, что используемые в технологии изготовления коллекторов виды сварки и режимы термической обработки для материала 06Х15Н6МВФБ-Ш позволяют получить высокий уровень прочности и пластичности сварных соединений.

Проведенные исследования на образцах свидетельствуют об удовлетворительной коррозионной стойкости материала 06Х15Н6МВФБ-Ш под напряжением, при этом скорость образования коррозии на образцах из материала 06Х15Н6МВФБ-Ш ниже, чем у образцов из материала 11Х11Н2В2МФ.