В связи с повышением рабочих температур паросиловых установок и осевых компрессоров газотурбинных установок сверхзвуковых самолетов возникла необходимость в улучшении жаропрочных свойств нержавеющих 12%-ных хромистых сталей.
В результате ряда исследований предложено несколько хромистых сталей, дополнительно легированных молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием и др., для изготовления рабочих и направляющих лопаток, дисков паровых турбин и газотурбинных установок различного назначения.
Стали этого типа обладают характерными особенностями малоуглеродистых 12%-ных хромистых сталей: нержавеющими свойствами, высокой прокаливаемостью в толстых сечениях, способностью к закалке на воздухе, невысокими коэффициентами расширения и более высокими жаропрочными свойствами. Если 12%-ные хромистые стали имеют достаточно высокие механические свойства при температурах до 450° С, то стали сложноле-гпрованные на этой основе обладают высокими характеристиками при 550—600 и до 650° С при кратковременных сроках службы.
Повышенное содержание углерода (>0,20%) в 12%-ных хромистых сталях для указанных назначений нежелательно, так как во время охлаждения деталей на воздухе (при технологических операциях, сварке) это способствует очень сильной подкалке и растрескиванию. Содержание углерода должно быть в пределах 0,10—0,17% и кремния <0,50%. В легированные хромистые стали иногда вводят небольшое количество никеля (<3%).
3%-ная хромистая сталь с присадками 0,5% Мо, 0,5% W и 0,70% V (сталь типа ЭИ415) имеет среди низколегированных сталей наиболее высокие свойства, что подтверждается применением ее для турбинных дисков, крепежа, колец. В связи с этим были сделаны попытки модифицировать ее повышением содержания хрома с 3% до 10—12%.
Оказалось, что сталь с 12% Сг при таком же легировании ванадием, молибденом и вольфрамом обладает значительно меньшей жаропрочностью, чем сталь типа HGT3.
Более подробное исследование сложнолегированных сталей с 12% Сг позволило установить, что для обеспечения высокой жаропрочности при 550—600° С требуется иное соотношение легирующих элементов и снижение содержания ванадия до 0,3%.
В 3 %-ных хромистых сталях увеличение отношения способствует повышению жаропрочности, а в 12%-ных хромистых сталях увеличение содержания углерода с 0,15 до 0,3% при отношении 3,25 ухудшает жаропрочные свойства. Ванадий в 12%-ных хромистых сталях входит в карбидную фазу в меньших количествах, чем в 3%-.ной хромистой стали типа ЭИ415.
Исследование воздействия легирующих элементов на физические свойства нержавеющей стали с 12% Сг дало возможность установить, что комплексное легирование более действенно в отношении повышения жаропрочности, чем раздельная присадка легирующих элементов.