аустенитная коррозионно-стойкая сталь
Классы МПК: | C22C38/50 с титаном или цирконием |
Автор(ы): | Карзов Георгий Павлович (RU), Бережко Борис Иванович (RU), Коровкин Евгений Николаевич (RU), Романов Олег Николаевич (RU), Капустин Александр Игоревич (RU), Стольный Виктор Иванович (RU), Попов Олег Григорьевич (RU), Дурынин Виктор Алексеевич (RU), Батов Юрий Матвеевич (RU), Баландин Сергей Юрьевич (RU), Кислицына Галина Афанасьевна (RU) |
Патентообладатель(и): | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" (ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU), ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ОБЪЕДИНЕННЫЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ-СПЕЦСТАЛЬ" (ООО "ОМЗ-СПЕЦСТАЛЬ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-04-29 публикация патента:
27.09.2006 |
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов легированных аустенитных сталей, используемых в различных отраслях промышленности для деталей ответственного назначения. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержит компоненты в следующем соотношении, в мас.%: углерод 0,04-0,08; кремней 0,30-0,70; марганец 0,50-0,90; хром 10,00-13,00; никель 18,00-20,00; титан 1,50-2,50; алюминий 0,15-0,70; азот 0,002-0,01; церий 0,01-0,05; железо - остальное. При этом Cr:(C+N) 158 и (Ti+Al)=1,80÷2,70. Содержание примесей ограничено: Pb 0,003; Sn 0,005; Sb 0,005; Zn 0,005; Bi 0,0002 и (Pb+Sn+Sb+Zn)/Ce 0,8. Техническим результатом изобретения является повышение технологической пластичности при горячем деформировании и сварочно-технологических свойств, а также стойкости к межкристаллитной коррозии. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 0,04-0,08 |
Кремней | 0,30-0,70 |
Марганец | 0,50-0,90 |
Хром | 10,00-13,00 |
Никель | 18,00-20,00 |
Титан | 1,50-2,50 |
Алюминий | 0,15-0,70 |
Азот | 0,002-0,01 |
Церий | 0,01-0,05 |
Железо | Остальное |
2. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что отношение содержания хрома к суммарному содержанию углерода и азота должно быть выше 158;
Cr:(C+N) 158.
3. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что сумма содержания титана и алюминия должна быть в пределах 1,80-2,70; (Ti+Al)=1,80÷2,70.
4. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь по п.1, отличающаяся тем, что содержание свинца, олова, сурьмы, цинка, висмута не должно превышать следующих значений в мас.%:
Свинец | 0,003 |
Олово | 0,005 |
Сурьма | 0,005 |
Цинк | 0,005 |
Висмут | 0,0002 |
5. Аустенитная коррозионно-стойкая сталь по п.1 или 4, отличающаяся тем, что отношение суммарного содержания свинца, олова, сурьмы и цинка к содержанию церия не должна превышать 0,8;
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии легированных аустенитных сталей, используемой в различных отраслях промышленности для деталей и узлов машин и оборудования ответственного назначения.
Известны применяемые в настоящее время марки коррозионно-стойкой стали, приведенные в технической литературе Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы.М.: Металлургия, стр. 137-143, 215-230, ГОСТ 5632-72. Основным недостатком указанных марок стали является низкая технологическая пластичность их при горячем деформировании.
Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой стали является сталь марки 08Х10Н20Т2 ГОСТ 5632-72, стр. 12, 14, содержащая мас.%:
Углерод | 0,08 |
Кремней | 0,80 |
Марганец | 2,00 |
Хром | 10,00-12,00 |
Никель | 18,00-20,00 |
Титан | 1,50-2,50 |
Алюминий | 1,0 |
Серу | 0,030 |
Фосфор | 0,035 |
Железо | Остальное |
Известная сталь обладает высокими механическими свойствами, однако, имеет недостаточно высокую технологическую пластичность при горячем деформировании и сварочно-технологические свойства, а также пониженную стойкость к межкристаллитной коррозии.
Техническим результатом изобретения является повышение технологической пластичности при горячем деформировании и сварочно-технологических свойств, а также стойкости к межкристаллитной коррозии.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий и железо дополнительно введены азот и церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 0,04-0,08 |
Кремний | 0,30-0,70 |
Марганец | 0,50-0,90 |
Никель | 18,00-20,00 |
Хром | 10,00 -13,00 |
Титан | 1,50-2,50 |
Алюминий | 0,15-0,70 |
Азот | 0,002-0,01 |
Церий | 0,01-0,05 |
Железо | Остальное |
при этом отношение содержания хрома к суммарному содержанию углерода и азота должно быть больше или равно 158 [Cr:(C+N) 158], а суммарное содержание титана и алюминия должна быть в пределах 1,80-2,70, [(Ti+Al)]=1,80-2,70.
Содержание свинца, олова, сурьмы, цинка и висмута не должно превышать следующих значений мас.%:
Свинец | 0,003 |
Олово | 0,005 |
Сурьма | 0,005 |
Цинк | 0,005 |
Висмут | 0,0002 |
а отношение содержания суммы свинца, олова, сурьмы и цинка к содержанию церия не должна превышать 0,8;
Снижение содержания алюминия по сравнению с известным составом стали до 0,70% значительно уменьшает количество неметаллических включений в стали, что способствует повышению ее технологической пластичности в горячем состоянии.
Ограничение суммарного содержания титана и алюминия в пределах 1,80-2,70 мас.% способствует получению металла со стабильными свойствами.
При суммарном содержании титана и алюминия более 2,70 мас.% наблюдается снижение технологической пластичности в горячем состоянии металла заявляемой стали и сварочно-технологические свойства за счет образования скоплений окислов титана и алюминия при выплавке стали.
Суммарное содержание титана и алюминия менее 1,80 мас.% недостаточно для упрочнения металла заявляемой стали, что приводит к снижению ее прочностных свойств и их стабильности, так как титан и алюминий способствует упрочнению стали за счет выделения в ней мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Ni 3Ti и Ni3Al в процессе дисперсионного твердения при температуре отпуска.
Ограничение отношения содержания хрома к суммарному содержанию углерода и азота не менее 158 способствует получению в металле заявляемой стали стабильной стойкости к межкристаллитной коррозии.
При отношении содержания хрома к суммарному содержанию углерода и азота менее 158 наблюдается снижение стойкости стали к межкристаллитной коррозии за счет образования большего количества карбидов и нитридов хрома и обеднения хромом границ зерен металла стали.
Введение церия в количестве 0,01-0,05% способствует повышению технологической пластичности металла заявляемой стали при температурах горячей деформации слитков и заготовок и сварке за счет очищения границ зерен от легкоплавких примесей цветных металлов.
Церий связывает легкоплавкие цветные металлы свинец, олово, сурьму, висмут и цинк, образуя тугоплавкие интерметаллиды типа Ce2Pb с температурой плавления 1380°С, Ce 2Sn с температурой плавления 1400°С, Се4 Bi3 с температурой плавления 1630°С.
Введение церия более 0,05% приводит к затягиванию отверстия стаканчика ковша при разливке стали и к невозможности полностью разлить плавку.
Введение церия менее 0,01% недостаточно для полного связывания легкоплавких цветных металлов, ответственных за технологическую пластичность при горячей деформации и сварке.
Содержание свинца не должно превышать 0,003%, висмута - 0,0002%, а олова, сурьмы и цинка каждого - 0,005%, так как более высокое их содержание приводит к резкому снижению пластичности при горячем деформировании вследствие образования легкоплавкой эвтектики и к охрупчиванию заявляемой стали.
При этом отношение содержания сумма свинца, олова, сурьмы и цинка к содержанию церия не должна превышать 0,8;
При отношении содержания суммы свинца, олова, сурьмы и цинка к содержанию церия более 0,8 резко снижается технологическая пластичность при горячем деформировании и сварке.
Введение азота в пределах 0,002-0,01 обеспечивает металлу заявляемой стали повышение технологической пластичности.
При содержании азота выше 0,01 мас.% происходит падение технологической пластичности металла в горячем состоянии за счет образования больших скоплений нитридов титана.
При содержании азота менее 0,002 мас.% влияние азота на технологическую пластичность металла в горячем состоянии и заявляемой стали сказывается слабо.
Пример конкретного выполнения.
Авторами проведена выплавка в открытой индукционной печи трех 100-килограммовых слитков заявляемой и одного такого же слитка известной стили.
Выплавленные слитки были прокованы на заготовки размером 50×100×200 мм и прутки диаметром 40 мм. Заготовки затем были прокатаны на пластины толщиной 10 мм. Пластины и прутки заявляемой и известной марок стали были подвергнуты аустенизации при температуре 950°С в течение 1,5 час с последующим охлаждением в воде. Затем проводился отпуск (дисперсионное старение) при температуре 670°С в течение 5 часов с последующим охлаждением на воздухе.
Из термообработанного металла были изготовлены образцы для испытания на статическое растяжение, а также крешера диаметром 30 мм и высотой 40 мм с четырьмя острыми надрезами глубиной 4 мм с углом раскрытия 60°.
Испытания на статическое растяжение образцов проводились при комнатной температуре по стандартной методике.
Крешера подвергались нагреву до температур 1200°С и 1150°С, выдерживались при этих температурах в течение 1800 секунд и быстро осаживались под молотом за один удар бойка. При этом за каждый удар бойка обеспечивали осадку каждого крешера с различной степенью деформации до появления первой трещины заявляемой и известной марок стали при каждой температуре. По появлению первой трещины судили о критической (допустимой) степени деформации при данной температуре.
Сопротивляемость межкристаллитной коррозии определяли на плоских образцах толщиной 2 мм, подвергнутых дополнительному провоцирующему нагреву по методу AM ГОСТа 6032-89.
Химический состав заявляемой и известной марок стали приведены в таблице 1, результаты испытаний - в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, заявляемая сталь обладает более высокой пластичностью при горячем деформировании и сварочно-технологическими свойствами, а также более высокой стойкостью к межкристаллитной коррозии.
Ожидаемый технико-экономический эффект от использования заявляемой стали выразится в повышении выхода годного металла при горячем деформировании и при проведении сварочных работ, а также в увеличении срока службы и надежности изделий.
Класс C22C38/50 с титаном или цирконием