EA027733B1 - Duplex stainless steel casting and method of its manufacture - Google Patents
Duplex stainless steel casting and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- EA027733B1 EA027733B1 EA201001571A EA201001571A EA027733B1 EA 027733 B1 EA027733 B1 EA 027733B1 EA 201001571 A EA201001571 A EA 201001571A EA 201001571 A EA201001571 A EA 201001571A EA 027733 B1 EA027733 B1 EA 027733B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- casting
- stainless steel
- duplex stainless
- obtaining
- high machinability
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к отливке, выполненной из нержавеющей стали, которая содержит дуплексную феррито-аустенитную микроструктуру и которая обладает высокой структурной стабильностью и улучшенным сочетанием свойств, в частности обрабатываемостью и свариваемостью. Изобретение также относится к использованию продукта и к способу изготовления отливки.The present invention relates to a casting made of stainless steel, which contains a duplex ferritic-austenitic microstructure and which has a high structural stability and an improved combination of properties, in particular machinability and weldability. The invention also relates to the use of the product and to a method for manufacturing a casting.
Отливки из феррито-аустенитных или дуплексных нержавеющих сталей в общем определяют как сплавы, содержащие смесь феррита и аустенита почти в равной пропорции, в противоположность аустенитным отливкам, которые в основном содержат до 10-15% феррита. Для дуплексных отливок в соответствии со стандартом ΑδΤΜ А890 содержание феррита не определено, но перечисленные сплавы содержат приблизительно от 30 до 60% феррита, причем остальное представляет собой аустенит. При двухфазной структуре могут быть получены интересные сочетания свойств. Первые дуплексные нержавеющие стали были получены почти 80 лет назад и, наиболее вероятно, они появились на основе аустенитных отливок, в микроструктуре которых определенное количество феррита оказалось преимущественным. Фактически, дуплексные композиции обычно показывают лучшие литейные свойства, чем аустенитные. Другими полезными свойствами дуплексных материалов являются высокая механическая прочность, повышенная усталостная прочность, хорошая износостойкость и хорошая коррозионная стойкость. Поэтому как литые, так и кованые продукты находят множество привлекательных применений. Были описаны некоторые композиции на основе дуплексных сплавов с различными оптимизациями. Во многих случаях также литые изделия включены в качестве изделий в патентах, защищающих дуплексные композиции. В последние годы, в связи с сильно возросшей стоимостью сырьевых материалов, особое внимание уделяют снижению содержания никеля и молибдена в сплавах, сохраняя при этом приемлемые свойства.Castings of ferritic-austenitic or duplex stainless steels are generally defined as alloys containing a mixture of ferrite and austenite in almost equal proportions, as opposed to austenitic castings, which mainly contain up to 10-15% ferrite. For duplex castings in accordance with the ΑδΤΜ A890 standard, the ferrite content is not determined, but the listed alloys contain approximately 30 to 60% ferrite, the rest being austenite. With a two-phase structure, interesting combinations of properties can be obtained. The first duplex stainless steels were obtained almost 80 years ago and, most likely, they appeared on the basis of austenitic castings, in the microstructure of which a certain amount of ferrite was predominant. In fact, duplex compositions typically exhibit better casting properties than austenitic ones. Other useful properties of duplex materials are high mechanical strength, increased fatigue strength, good wear resistance and good corrosion resistance. Therefore, both cast and forged products find many attractive applications. Some duplex alloy compositions with various optimizations have been described. In many cases, cast products are also included as products in patents protecting duplex compositions. In recent years, due to the greatly increased cost of raw materials, special attention has been paid to reducing the content of nickel and molybdenum in alloys, while maintaining acceptable properties.
Полезные свойства дуплексных нержавеющих сталей могут быть достигнуты при соотношении фаз феррита и аустенита от 30 до 70%. Взаимодействия основных легирующих элементов, в частности хрома, азота, никеля и молибдена, являются довольно сложными. Чтобы достичь стабильной дуплексной структуры, которая хорошо переносит обработку и изготовление изделий, необходимо обращать особое внимание на то, чтобы получить правильное содержание каждого из этих элементов. Кроме соотношения фаз, образование вредных интерметаллических фаз при повышенных температурах является второй главной заботой, связанной с дуплексной нержавеющей сталью. Сигма и хи фазы образуются в нержавеющих сталях с высоким содержанием хрома, молибдена и выпадают предпочтительно в феррите. Добавление азота изменяет равновесие фаз благоприятным образом, чтобы избежать образования таких фаз.Useful properties of duplex stainless steels can be achieved with a ratio of the phases of ferrite and austenite from 30 to 70%. The interactions of the main alloying elements, in particular chromium, nitrogen, nickel and molybdenum, are quite complex. In order to achieve a stable duplex structure that tolerates processing and manufacturing of products, it is necessary to pay special attention to obtaining the correct content of each of these elements. In addition to the phase ratio, the formation of harmful intermetallic phases at elevated temperatures is the second main concern associated with duplex stainless steel. Sigma and chi phases are formed in stainless steels with a high content of chromium, molybdenum and precipitate preferably in ferrite. The addition of nitrogen alters the phase balance in a favorable manner to avoid the formation of such phases.
υδ 4500351 относится к литой дуплексной нержавеющей стали, где микроструктура отливки включает ферритную матрицу, содержащую по меньшей мере приблизительно 30% аустенита после обработки твердого раствора при температуре 1200°С и быстрого охлаждения при закалке водой, чтобы избежать образование сигма фазы. Отливка содержит, мас.%: приблизительно 0,02 углерода, 24 хрома, приблизительно 9,5 никеля, приблизительно 6 молибдена, приблизительно 0,5 марганца, приблизительно 0,02 кремния и приблизительно 0,25 азота. Отливки по υδ 4500351 используют в деталях насосов, таких как рабочее колесо насоса и корпус, и в деталях клапанов, таких как седло и затвор.υδ 4500351 refers to cast duplex stainless steel, where the casting microstructure includes a ferrite matrix containing at least about 30% austenite after processing the solid solution at a temperature of 1200 ° C and rapid cooling during quenching with water to avoid the formation of a sigma phase. The casting contains, wt.%: Approximately 0.02 carbon, 24 chromium, approximately 9.5 nickel, approximately 6 molybdenum, approximately 0.5 manganese, approximately 0.02 silicon and approximately 0.25 nitrogen. Castings according to υδ 4500351 are used in parts of pumps, such as a pump impeller and casing, and in parts of valves, such as a seat and a valve.
Дуплексная нержавеющая сталь, обладающая хорошим сочетанием свойств в состоянии непосредственно после литья и стойкая к термическому превращению в мартенсит, описана в υδ 4828630. Сталь содержит, мас.%: до 0,07 углерода, от 17 до 21,5 хрома, от 1 до 4 никеля, от 4 до 8 марганца, от 0,05 до 0,15 азота, менее 2 кремния, менее 2 молибдена и менее 1,5 меди. Сталь по этому патенту содержит от 30 до 60% феррита и особенно подходит для тонкостенных отливок для элементов нижней части кузова транспортных средств. Сталь обладает свойствами непосредственно после литья, включающими минимальное удлинение 10, 0,2% предел текучести более 350 Н/мм2 (50 тыс. фунтов на кв.дюйм), шероховатость по меньшей мере 30 Н-м (20 футо-фунтов) при температуре 0°С и отсутствие пористости, измеряемой по адсорбции азота.Duplex stainless steel, which has a good combination of properties immediately after casting and is resistant to thermal conversion to martensite, is described in υδ 4828630. Steel contains, wt.%: Up to 0.07 carbon, from 17 to 21.5 chromium, from 1 to 4 nickels, from 4 to 8 manganese, from 0.05 to 0.15 nitrogen, less than 2 silicon, less than 2 molybdenum and less than 1.5 copper. Steel according to this patent contains from 30 to 60% ferrite and is particularly suitable for thin-walled castings for elements of the lower body of vehicles. Steel has properties immediately after casting, including a minimum elongation of 10, 0.2% yield strength of more than 350 N / mm 2 (50 thousand pounds per square inch), a roughness of at least 30 Nm (20 foot pounds) at temperature 0 ° С and the absence of porosity, measured by nitrogen adsorption.
υδ 6033497 относится к стойким к питтинговой коррозии сплавам из дуплексной стали улучшенной обрабатываемости, содержащим, помимо железа, мас.%: менее 0,1 углерода, 25-27 хрома, 5-7,5 никеля, менее 0,5 молибдена, менее 0,15 азота, менее 1,5 кремния, менее 2,0 марганца, 1,5-3,5 меди. В разделе этого документа, относящемся к предшествующему уровню техники, указано, что обрабатываемость аустенитных нержавеющих сталей может быть улучшена добавлением легирующих элементов, таких как сера и селен, но они могут ухудшить коррозионные свойства. Более того, указано, что добавление меди без молибдена позволяет очень медленно, регулируемым образом, охлаждать сплав дуплексной нержавеющей стали в герметически закрытой печи для термической обработки, чтобы минимизировать вредные остаточные напряжения при растяжении, при сохранении превосходной пластичности и коррозионной стойкости.υδ 6033497 refers to pitting corrosion-resistant alloys of duplex steel of improved machinability, containing, in addition to iron, wt.%: less than 0.1 carbon, 25-27 chromium, 5-7.5 nickel, less than 0.5 molybdenum, less than 0 15 nitrogen, less than 1.5 silicon, less than 2.0 manganese, 1.5-3.5 copper. The prior art section of this document indicates that the workability of austenitic stainless steels can be improved by the addition of alloying elements such as sulfur and selenium, but they can degrade the corrosion properties. Moreover, it is indicated that the addition of copper without molybdenum allows very slowly, in a controlled manner, cooling of the duplex stainless steel alloy in a hermetically sealed heat treatment furnace in order to minimize harmful residual tensile stresses while maintaining excellent ductility and corrosion resistance.
В соответствии с υδ 6033497 сорт стали обрабатывают путем ускоренной термообработки в форме после литья, без использования стадии отдельной и медленной термообработки. Сорт стали согласно патенту особенно подходит для отливки центробежным литьем полых цилиндров, и его используют, например, для рубашки отсасывающего вала бумагоделательной машины. Термообработка в форме включает регулирование скорости охлаждения отливки в диапазоне температур от приблизительно 260°С доIn accordance with υδ 6033497, the steel grade is processed by accelerated heat treatment in the mold after casting, without using a separate and slow heat treatment step. The steel grade according to the patent is particularly suitable for centrifugal casting of hollow cylinders, and it is used, for example, for a shirt of a suction shaft of a paper machine. Heat treatment in the mold includes controlling the cooling rate of the casting in the temperature range from about 260 ° C to
- 1 027733 приблизительно 1090°С и поддержание температуры сплава в форме в пределах приблизительно на 450°С выше температуры снаружи формы. Сорт стали обладает улучшенной обрабатываемостью, при обработке в форме после литья путем ускоренной термообработки, по сравнению с таким же составом сплава, который медленно охлаждают регулируемым образом в герметически закрытой печи для термической обработки. Сплав без обработки в форме имеет остаточное напряжение при растяжении номинального внутреннего диаметра 24 МПа, тогда как соответствующая величина для сплава, обработанного в форме после отливки, составляет 52 МПа.- 1 027733 approximately 1090 ° C and maintaining the temperature of the alloy in the mold within approximately 450 ° C above the temperature outside the mold. The steel grade has improved machinability when machining in the mold after casting by accelerated heat treatment, compared with the same alloy composition, which is slowly cooled in a controlled manner in a hermetically sealed heat treatment furnace. An alloy without treatment in the mold has a residual tensile stress of nominal internal diameter of 24 MPa, while the corresponding value for the alloy machined in the mold after casting is 52 MPa.
В ЕР 1327008 описана феррито-аустенитная нержавеющая сталь с микроструктурой, которая в основном содержит 35-65 об.% феррита и 35-65 об.% аустенита. Смесь этого сорта стали содержит в качестве основных легирующих элементов, мас.%: 0,02-0,007 углерода, 19-23 хрома, 1,1-1,7 никеля, 0,15-0,30 азота, 3-8 марганца, при необходимости, молибдена и/или меди менее 1. Сталь по этому патенту выпускает Ои1окитри под торговой маркой ЬОХ 2101® и кованые продукты хорошо востребованы на рынке.EP 1327008 describes ferritic-austenitic stainless steel with a microstructure, which mainly contains 35-65 vol.% Ferrite and 35-65 vol.% Austenite. The mixture of this steel grade contains as the main alloying elements, wt.%: 0.02-0.007 carbon, 19-23 chromium, 1.1-1.7 nickel, 0.15-0.30 nitrogen, 3-8 manganese, if necessary, the molybdenum and / or copper is less than 1. Steel according to this patent produces Oi1okitri under the trademark Lox 2101® and forged products are well in demand on the market.
Отливки из дуплексной нержавеющей стали в основном проявляют хорошие литейные свойства. Однако существует риск образования пор, заполненных газообразным азотом, в ходе затвердевания, вследствие ограниченной растворимости азота в ферритовой фазе, которая обычно затвердевает из расплава стали с составом сплава дуплексной нержавеющей стали. В общем можно утверждать, что большинство отливок из нержавеющей стали подвергают различным видам механической обработки, которые включены в систему, где предполагают применение отливок. В этом отношении дуплексные нержавеющие стали считаются более трудно обрабатываемыми, чем, например, аустенитные нержавеющие стали. Такое поведение объясняется более высоким уровнем прочности сталей дуплексного типа. Добавление углерода и азота увеличивает прочность и степень деформационного упрочнения стали и, поэтому, следует сохранять низкие концентрации этих компонентов для достижения хорошей обрабатываемости. Однако современные дуплексные нержавеющие стали сплавляют при высоком содержании азота для хорошей свариваемости, и наилучшие свойства свариваемости достигают за счет ухудшения обрабатываемости.Duplex stainless steel castings generally exhibit good casting properties. However, there is a risk of the formation of pores filled with gaseous nitrogen during solidification, due to the limited solubility of nitrogen in the ferrite phase, which usually solidifies from molten steel with the composition of an alloy of duplex stainless steel. In general, it can be argued that most stainless steel castings are subjected to various types of machining, which are included in the system where castings are intended to be used. In this regard, duplex stainless steels are considered more difficult to handle than, for example, austenitic stainless steels. This behavior is explained by a higher strength level of duplex steel. The addition of carbon and nitrogen increases the strength and strain hardening of steel and, therefore, low concentrations of these components should be maintained to achieve good machinability. However, modern duplex stainless steels are alloyed with a high nitrogen content for good weldability, and the best weldability is achieved due to deterioration of machinability.
Одним из практических применений, в которых используют литые или кованные дуплексные нержавеющие стали, является стальная оболочка отсасывающего вала бумагоделательной машины. Одним из важных свойств материала для этого применения также является обрабатываемость, поскольку литые или кованные стальные оболочки подвергают значительной механической обработке для получения конечных отсасывающих валов. Как указано в связи с И8 6033497, одним из способов улучшения обрабатываемости является добавление серы или селена, однако эти элементы снижают коррозионные свойства.One of the practical applications that use cast or forged duplex stainless steels is the steel sheath of the suction roll of a paper machine. One of the important material properties for this application is also machinability, since cast or forged steel shells are subjected to significant machining to produce final suction rolls. As indicated in connection with I8 6033497, one of the ways to improve workability is to add sulfur or selenium, however, these elements reduce the corrosion properties.
В \УО 2006/041344 описана стальная оболочка для вала насоса бумагоделательной машины, в которой кованую сталь марки ЬОХ 2101® по ЕР 1327008 используют без добавления серы. Более того, не выполняют никакой обработки, улучшающей обрабатываемость, и возможное добавление меди и молибдена заметно меньше по сравнению с И8 6033497.In UO 2006/041344 a steel shell is described for the pump shaft of a paper machine in which forged steel of the Lox 2101® grade according to EP 1327008 is used without adding sulfur. Moreover, they do not perform any processing that improves machinability, and the possible addition of copper and molybdenum is noticeably less compared to I8 6033497.
§сйтатт с1 а1. в опубликованном докладе Ьеап Оир1ех 5>1ат1е58 δίοοίκ Гог Ритр Аррйсайоиз, δίαίη1е88 81ее1 \Уог1б 2007 СоиГегеисе, МаазМсШ. 6-8 ЫоуетЬет 2007, представили результаты изучения низколегированных дуплексных материалов для конкретного применения в насосах. На основе сплава отливка 2101 изготавливали литые бруски со следующим составом, мас.%: 0,028 углерода, 0,97 кремния, 5,04 марганца, 0,011 фосфора, 0,004 серы, 20,73 хрома, 0,31 молибдена, 1,73 никеля, 0,20 азота и 0,30 меди. В результате для сплава отливка 2101 после отпуска на твердый раствор и закаливания в воде §сйтатт е1 а1. указывают, например, значения 473 МПа для 0,2% предела текучести и 37,3% для удлинения А5. Что касается коррозионных свойств, §сйтатт е1 а1. указывают, что сплав отливка 2101 имеет потенциал возникновения питтинговой коррозии ниже, чем для сплава 2304 со следующим составом, мас.%: 0,024 углерода, 0,64 кремния, 1,32 марганца, 0,015 фосфора, 0,001 серы, 22,50 хрома, 0,28 молибдена, 4,92 никеля, 0,09 азота и 0,26 меди. Однако §сйтатт е1 а1. не сообщают никакой информации по применимости этого сплава отливка 2101 в требуемой области применения.§Sitatt c1 a1. in the published report Leap Oir1ex 5> 1at1e58 δίοοίκ Gog Riter Arriesayoiz, δίαίη1е88 81е1 \ Wog1b 2007 SoiGegeis, Maazmsh. 6-8 Year 2007, presented the results of a study of low-alloy duplex materials for specific pump applications. Based on the alloy, casting 2101 made cast bars with the following composition, wt.%: 0.028 carbon, 0.97 silicon, 5.04 manganese, 0.011 phosphorus, 0.004 sulfur, 20.73 chromium, 0.31 molybdenum, 1.73 nickel, 0.20 nitrogen and 0.30 copper. As a result, for alloy 2101 casting after tempering on a solid solution and quenching in water §sitatt e1 a1. indicate, for example, 473 MPa for 0.2% yield strength and 37.3% for elongation A5. With regard to corrosive properties, §sitatt e1 a1. indicate that the alloy casting 2101 has a potential for pitting corrosion lower than for alloy 2304 with the following composition, wt.%: 0.024 carbon, 0.64 silicon, 1.32 manganese, 0.015 phosphorus, 0.001 sulfur, 22.50 chromium, 0 , 28 molybdenum, 4.92 nickels, 0.09 nitrogen and 0.26 copper. However, §sitatt e1 a1. do not provide any information on the applicability of this alloy casting 2101 in the desired application.
Целью настоящего изобретения является устранение некоторых недостатков известного уровня техники и получения отливки из дуплексной нержавеющей стали, которая по способу изготовления отливки является достаточно стабильной в отношении образования вредных выпадающих в осадок фаз, таких как интерметаллическая фаза, и которая по свойствам обладает сочетанием высокой прочности и хорошей коррозионной стойкости, хорошими литейными свойствами и высокой обрабатываемостью. Существенные признаки изобретения представлены в прилагаемой формуле изобретения.The aim of the present invention is to eliminate some of the disadvantages of the prior art and to obtain a casting of duplex stainless steel, which by the manufacturing method of the casting is sufficiently stable with respect to the formation of harmful precipitating phases, such as intermetallic phase, and which by properties has a combination of high strength and good corrosion resistance, good casting properties and high machinability. The essential features of the invention are presented in the attached claims.
Настоящее изобретение относится к продукту из нержавеющей стали, предпочтительно к отливке из нержавеющей стали высокой обрабатываемости, включающему, мас.%: до 0,07 углерода, до 2 кремния, более 3 и до 8 марганца, более 19 и до 23 хрома, более 0,5 и до 1,7 никеля и более 0,15 и до 0,30 азота. Сплавы, используемые при получении отливки из дуплексной нержавеющей стали с указанными выше пределами концентраций элементов могут содержать небольшое количество других элементов или примесей и возможно такие элементы, как медь - до 1%, молибден и/или вольфрам в общем количестве до 1%, при соотношении (Мо+1/2^) менее 1%, причем остальное представляет собой железо и неизбеж- 2 027733 ные примеси. Микроструктура отливки из дуплексной нержавеющей стали по изобретению содержит 30-70 об.% феррита и 30-70 об.% аустенита. Также изобретение относится к способу литья для получения отливки и к применению отливки.The present invention relates to a stainless steel product, preferably to a high machinability stainless steel casting, including, wt.%: Up to 0.07 carbon, up to 2 silicon, more than 3 and up to 8 manganese, more than 19 and up to 23 chromium, more than 0 5 and up to 1.7 nickel and more than 0.15 and up to 0.30 nitrogen. The alloys used in the production of duplex stainless steel castings with the above concentration limits for elements may contain a small amount of other elements or impurities and possibly elements such as copper - up to 1%, molybdenum and / or tungsten in a total amount of up to 1%, at a ratio (Mo + 1/2 ^) less than 1%, the rest being iron and inevitable impurities. The microstructure of a duplex stainless steel casting according to the invention contains 30-70 vol.% Ferrite and 30-70 vol.% Austenite. The invention also relates to a casting method for producing a casting and to the use of casting.
При изготовлении крупных отливок из нержавеющей стали важно получить микроструктуру, которая является достаточно устойчивой в отношении образования вредных выделяющихся фаз, таких как интерметаллическая фаза, поскольку такие фазы отрицательно влияют на свойства. Для этой цели предпочтительной является низколегированный, сбалансированный дуплексный состав отливки по изобретению. Предпочтительно микроструктура дуплексной нержавеющей стали изобретения содержит 50 об.% феррита и 50 об.% аустенита.In the manufacture of large stainless steel castings, it is important to obtain a microstructure that is sufficiently stable with respect to the formation of harmful precipitating phases, such as the intermetallic phase, since such phases adversely affect the properties. For this purpose, a low alloy, balanced duplex composition of the casting of the invention is preferred. Preferably, the microstructure of the duplex stainless steel of the invention contains 50 vol.% Ferrite and 50 vol.% Austenite.
Другим важным свойством стальных отливок является простота выполнения ремонтной сварки. Помимо хороших литейных свойств, отливка по изобретению обычно имеет весьма хорошую сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке. Если необходима ремонтная сварка, в большинстве случаев необходимо осуществлять термическую обработку после сварки, так как металл сварного шва и зона теплового воздействия легко подвергаются быстрому охлаждению, из-за того, что небольшая сварочная зона окружена большим участком отливки. Это может привести к микроструктуре с высоким содержанием феррита, которая является чувствительной к образованию трещин, и снижению свойств, поэтому необходимо проводить термообработку. По этой причине предпочтительным является состав дуплексной нержавеющей стали по изобретению, имеющий высокую степень преобразования аустенита в ходе быстрых термических циклов, таких как сварка. Для получения такой особенности целесообразно иметь высокое содержание азота в отливке из дуплексной нержавеющей стали по изобретению.Another important property of steel castings is the ease of repair welding. In addition to good casting properties, the casting according to the invention usually has a very good resistance to hot cracking during welding. If repair welding is necessary, in most cases it is necessary to carry out heat treatment after welding, since the weld metal and the heat affected zone are easily subjected to rapid cooling, due to the fact that the small welding zone is surrounded by a large casting area. This can lead to a microstructure with a high ferrite content, which is susceptible to cracking, and a decrease in properties, so heat treatment is necessary. For this reason, the duplex stainless steel composition of the invention is preferred having a high degree of austenite conversion during fast thermal cycles such as welding. To obtain such a feature, it is advisable to have a high nitrogen content in the duplex stainless steel casting according to the invention.
Отливка из дуплексной нержавеющей стали по изобретению преимущественно содержит, мас.%: предпочтительно до 0,05 углерода и более предпочтительно до 0,03 углерода, предпочтительно до 1 кремния, предпочтительно более 4 и до 6 марганца, предпочтительно более 21 и до 22 хрома, предпочтительно более 1,1 и до 1,7 никеля и более предпочтительно от 1,35 до 1,7 никеля и предпочтительно более 0,20 и до 0,26% азота и, при необходимости, до 1 меди, до 1 молибдена и/или вольфрама, при соотношении (Мо + 1/2^) менее 1%, причем остальное представляет собой железо и неизбежные примеси.The duplex stainless steel casting according to the invention advantageously contains, wt.%: Preferably up to 0.05 carbon and more preferably up to 0.03 carbon, preferably up to 1 silicon, preferably more than 4 and up to 6 manganese, preferably more than 21 and up to 22 chromium, preferably more than 1.1 and up to 1.7 nickel and more preferably from 1.35 to 1.7 nickel and preferably more than 0.20 and up to 0.26% nitrogen and, if necessary, up to 1 copper, up to 1 molybdenum and / or tungsten, with a ratio of (Mo + 1/2 ^) less than 1%, the rest being iron and inevitable impurities .
Изобретение описано далее более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где:The invention is described below in more detail with reference to the accompanying drawings, where:
на фиг. 1 представлены результаты сравнительных испытаний обрабатываемости отливки по изобретению и аустенитной нержавеющей стали известного уровня техники, на фиг. 2 представлена микроструктура после имитационной ремонтной сварки отливки по изобретению.in FIG. 1 shows the results of comparative tests of the machinability of a casting according to the invention and austenitic stainless steel of the prior art; FIG. 2 shows the microstructure after simulation repair welding of a casting according to the invention.
Отливку из дуплексной нержавеющей стали по изобретению испытывали на обрабатываемость и свариваемость, особенно при ремонтной сварке.The duplex stainless steel casting of the invention was tested for machinability and weldability, especially during repair welding.
Для испытаний по обрабатываемости изготавливали отливку со следующим химическим составом в мас.%, представленным в табл. 1.For tests on machinability, a casting was made with the following chemical composition in wt.%, Presented in table. one.
Таблица 1Table 1
Литую заготовку квадратного сечения 140 мм подвергали различным испытаниям в состоянии непосредственно после литья без какой-либо предварительной обработки. Механические свойства отливки представлены в табл. 2.A 140 mm square cast billet was subjected to various tests in the state immediately after casting without any pretreatment. The mechanical properties of the casting are presented in table. 2.
Таблица 2table 2
Уровень прочности намного выше, чем у литых аустенитных изделий, которые обычно имеют предел текучести приблизительно 200 МПа и предел прочности на растяжение приблизительно 500 МПа. Испытания на обрабатываемость проводили путем токарной обработки цилиндрических испытательных образцов, и результаты представлены на фиг. 1. На чертеже представлена допустимая скорость резания для ресурса стойкости инструмента 15 мин при токарной обработке. Режущая пластина инструмента была твердосплавного типа. Обрабатываемость отливки согласно изобретению превосходит обрабатываемость аустенитных сталей типа 304Ь. Это является неожиданным результатом, поскольку считается, что аустенитная сталь обладает лучшей обрабатываемостью.The strength level is much higher than that of molten austenitic products, which usually have a yield strength of approximately 200 MPa and a tensile strength of approximately 500 MPa. Machinability tests were performed by turning cylindrical test specimens, and the results are shown in FIG. 1. The drawing shows the allowable cutting speed for a tool life of 15 minutes during turning. The tool insert was carbide type. The machinability of the casting according to the invention is superior to the machinability of austenitic steels of type 304b. This is an unexpected result, since it is believed that austenitic steel has better machinability.
Дальнейшие испытания осуществляли с отливкой по настоящему изобретению, которую изготавливали со следующим химическим составом, в мас.%, представленным в табл. 3.Further tests were carried out with the casting of the present invention, which was made with the following chemical composition, in wt.%, Are presented in table. 3.
Таблица 3Table 3
- 3 027733- 3 027733
Из отливки толщиной сечения 140 мм вырезали квадратные образцы 30 мм толщиной и образцы подвергали имитационной ремонтной сварке с использованием дуговой сварки плавящимся электродом в защитной атмосфере. Базовый металл находился в состоянии непосредственно после литья. На образце были сделаны канавки и затем их заполняли с помощью сварки с использованием наполнителя, подходящего для данного сплава. Энергия дуги составляла от 0,7 до 0,8 кДж/мм. На полученных сварочных швах отсутствовали трещины и они имели нормальную микроструктуру также в зоне теплового воздействия. Это показано на фиг. 2.Square samples 30 mm thick were cut from a casting with a section thickness of 140 mm and the samples were subjected to simulated repair welding using an arc welding with a consumable electrode in a protective atmosphere. The base metal was in a state immediately after casting. Grooves were made on the sample and then filled by welding using a filler suitable for the alloy. Arc energy ranged from 0.7 to 0.8 kJ / mm. There were no cracks on the welds obtained and they had a normal microstructure also in the heat affected zone. This is shown in FIG. 2.
Отливки в соответствии с настоящим изобретением могут быть отлиты с помощью различных способов литья, таких как центробежное литье, литье в кокиль, литье в матрицу, литье по выплавляемым моделям, литье под давлением, литье в постоянные формы, литье в землю и вакуумное литье. Литейные свойства являются хорошими, при отсутствии склонности к образованию трещин и пор, несмотря на высокое содержание азота. Это происходит благодаря высокому содержанию марганца, 3-8%, в стали и предпочтительно можно использовать содержание марганца в диапазоне 4-6%. Отливки предпочтительно отпускают на твердый раствор при температуре от 1020 до 1100°С с последующим быстрым охлаждением. Однако сечение тонкого профиля может быть использовано в состоянии непосредственно после литья. Хотя микроструктура не является свойством, которое легко точно измерить, настоящее изобретение обеспечивает приблизительно равное количество аустенита и феррита, причем приемлемый диапазон содержания фаз составляет от 30 до 70%. Более того, микроструктура обладает высоким сопротивлением выпадению интерметаллических фаз, что, в свою очередь, дает низкую чувствительность к охрупчиванию. Отливки по настоящему изобретению показывают превосходную обрабатываемость в состоянии после литья, а также в условиях отпуска на твердый раствор.Castings in accordance with the present invention can be cast using various casting methods, such as centrifugal casting, die casting, die casting, lost wax casting, injection molding, permanent casting, earth casting and vacuum casting. Casting properties are good in the absence of a tendency to form cracks and pores, despite the high nitrogen content. This is due to the high manganese content, 3-8%, in steel, and it is preferable to use a manganese content in the range of 4-6%. The castings are preferably cast onto a solid solution at a temperature of from 1020 to 1100 ° C. followed by rapid cooling. However, the cross section of a thin profile can be used in the state immediately after casting. Although the microstructure is not a property that is easy to accurately measure, the present invention provides approximately equal amounts of austenite and ferrite, with an acceptable range of phase contents ranging from 30 to 70%. Moreover, the microstructure has a high resistance to precipitation of intermetallic phases, which, in turn, gives low sensitivity to embrittlement. The castings of the present invention show excellent machinability in the post-cast state as well as in the conditions of tempering for the solid solution.
Таким образом, дуплексные отливки по настоящему изобретению являются желательной и недорогой альтернативой аустенитным литым материалам, благодаря их высокой обрабатываемости, высокой прочности и хорошей свариваемости. Отливки по настоящему изобретению могут быть особенно полезны при использовании в различных конструкциях и деталях для насосов, клапанов, колес насосов, где требуется сочетание высокой обрабатываемости, высокой прочности и хорошей свариваемости отливок, в условиях непосредственно после литья или после какой-либо дополнительной обработки, такой как отпуск на твердый раствор и закалка.Thus, the duplex castings of the present invention are a desirable and inexpensive alternative to austenitic cast materials, due to their high machinability, high strength and good weldability. Castings of the present invention can be especially useful when used in various designs and parts for pumps, valves, pump wheels, where a combination of high machinability, high strength and good weldability of castings is required, in conditions immediately after casting or after any additional processing, such as tempering and hardening.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20080360A FI125458B (en) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | Stainless steel product, use of product and process for its manufacture |
| PCT/FI2009/050397 WO2009138570A1 (en) | 2008-05-16 | 2009-05-14 | Stainless steel product, use of the product and method of its manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201001571A1 EA201001571A1 (en) | 2011-06-30 |
| EA027733B1 true EA027733B1 (en) | 2017-08-31 |
Family
ID=39523028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201001571A EA027733B1 (en) | 2008-05-16 | 2009-05-14 | Duplex stainless steel casting and method of its manufacture |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110064601A1 (en) |
| EP (1) | EP2279276B1 (en) |
| JP (1) | JP5613152B2 (en) |
| KR (1) | KR20100133487A (en) |
| CN (2) | CN102027147A (en) |
| AU (1) | AU2009247934B2 (en) |
| BR (1) | BRPI0912807B1 (en) |
| CA (1) | CA2722236C (en) |
| EA (1) | EA027733B1 (en) |
| ES (1) | ES2797953T3 (en) |
| FI (1) | FI125458B (en) |
| MX (1) | MX343938B (en) |
| PL (1) | PL2279276T3 (en) |
| SI (1) | SI2279276T1 (en) |
| TW (1) | TWI490345B (en) |
| WO (1) | WO2009138570A1 (en) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102251194A (en) * | 2010-05-18 | 2011-11-23 | 宝山钢铁股份有限公司 | Two-phase stainless steel cold-rolled sheet with good surface corrosion resistance, and preparation method thereof |
| JP2012107593A (en) * | 2010-11-19 | 2012-06-07 | Hitachi Ltd | Steam turbine valve |
| KR101306262B1 (en) * | 2012-01-31 | 2013-09-09 | 한국기계연구원 | High-nitrogen nickel-free duplex stainless steels with an excellent Eco-index and pitting corrosion resistance |
| JP5789342B2 (en) * | 2012-01-31 | 2015-10-07 | コリア インスティチュート オブ マシーナリー アンド マテリアルズ | High functional high nitrogen duplex stainless steel with excellent pitting corrosion resistance |
| KR101306263B1 (en) * | 2012-01-31 | 2013-09-09 | 한국기계연구원 | High-nitrogen low-nickel duplex stainless steels with an excellent pitting corrosion resistance |
| DE102012100908A1 (en) | 2012-02-03 | 2013-08-08 | Klaus Kuhn Edelstahlgiesserei Gmbh | Duplex steel with improved notched impact strength and machinability |
| CN103074552A (en) * | 2013-01-14 | 2013-05-01 | 浙江大学 | Economical type high-performance duplex stainless steel and preparation method thereof |
| US9499889B2 (en) | 2014-02-24 | 2016-11-22 | Honeywell International Inc. | Stainless steel alloys, turbocharger turbine housings formed from the stainless steel alloys, and methods for manufacturing the same |
| WO2016049328A1 (en) * | 2014-09-24 | 2016-03-31 | The Nanosteel Company, Inc. | High ductility steel alloys with mixed microconstituent structure |
| CN105821346B (en) * | 2015-01-06 | 2017-11-03 | 宝钢特钢有限公司 | A kind of economical diphase stainless steel wire rod and its manufacture method |
| CN105349906B (en) * | 2015-11-02 | 2018-08-10 | 四川维珍高新材料有限公司 | The sleeping spiral shell centrifugal separator drum centrifugal casting process of super-duplex stainless steel |
| CN107779788A (en) * | 2017-10-31 | 2018-03-09 | 福州大学 | A kind of two phase stainless steel and its solid solution treatment process |
| CN109487172B (en) * | 2019-01-14 | 2021-02-19 | 东北大学 | Duplex stainless steel with excellent thermoplasticity and preparation method thereof |
| US11492690B2 (en) | 2020-07-01 | 2022-11-08 | Garrett Transportation I Inc | Ferritic stainless steel alloys and turbocharger kinematic components formed from stainless steel alloys |
| CN113025891B (en) * | 2021-02-08 | 2022-07-22 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | Duplex stainless steel S32101 steel plate and manufacturing method thereof |
| WO2022239883A1 (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 한국재료연구원 | High-strength and low-alloy duplex stainless steel and manufacturing method therefor |
| CN114807756A (en) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | Stainless steel wire for thick-wall deep-drawing shell and manufacturing method and application thereof |
| KR102658835B1 (en) | 2023-04-03 | 2024-04-18 | 터보파워텍(주) | Mold for stainless steel pressure casting |
| KR102658836B1 (en) | 2023-04-03 | 2024-04-18 | 터보파워텍(주) | Stainless steel pressure casting equipment |
| KR102658837B1 (en) | 2023-04-03 | 2024-04-18 | 터보파워텍(주) | Stainless steel pressure casting method and packing ring for turbine manufactured according to the method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4500351A (en) * | 1984-02-27 | 1985-02-19 | Amax Inc. | Cast duplex stainless steel |
| EP1327008B1 (en) * | 2000-09-27 | 2006-02-15 | Outokumpu Stainless AB | Ferritic-austenitic stainless steel |
| WO2006041344A1 (en) * | 2004-09-07 | 2006-04-20 | Outokumpu Oyj | A steel shell for a suction roll and a method of producing a steel product |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4617485A (en) * | 1983-12-19 | 1986-10-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Rotor of alternator mounted on vehicle |
| US4828630A (en) | 1988-02-04 | 1989-05-09 | Armco Advanced Materials Corporation | Duplex stainless steel with high manganese |
| JPH0790471A (en) * | 1993-09-17 | 1995-04-04 | Nippon Steel Corp | High mn and high n austenitic stainless steel cast slab and its production |
| DE4333917C2 (en) * | 1993-10-05 | 1994-06-23 | Hans Prof Dr Ing Berns | Edge embroidery to create a high-strength austenitic surface layer in stainless steels |
| US5456818A (en) * | 1993-11-03 | 1995-10-10 | Ingersoll-Rand Company | Method for preventing fretting and galling in a polygon coupling |
| US5862992A (en) * | 1997-02-14 | 1999-01-26 | Sterling Deaerator Company | Adjustable dual cone spray pattern valve apparatus and related methods |
| US6033497A (en) | 1997-09-05 | 2000-03-07 | Sandusky International, Inc. | Pitting resistant duplex stainless steel alloy with improved machinability and method of making thereof |
| US6375412B1 (en) * | 1999-12-23 | 2002-04-23 | Daniel Christopher Dial | Viscous drag impeller components incorporated into pumps, turbines and transmissions |
| CN1201028C (en) * | 2001-04-27 | 2005-05-11 | 浦项产业科学研究院 | High manganese deplex stainless steel having superior hot workabilities and method for manufacturing thereof |
| WO2003038136A1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-08 | Ati Properties, Inc. | Duplex stainless steels |
| DE102006030699B4 (en) * | 2006-06-30 | 2014-10-02 | Daimler Ag | Cast steel piston for internal combustion engines |
| JP5072285B2 (en) * | 2006-08-08 | 2012-11-14 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Duplex stainless steel |
| DE102006038670B4 (en) * | 2006-08-17 | 2010-12-09 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | High silicon steel material for the production of piston rings and cylinder liners |
| ES2365284T3 (en) * | 2007-01-12 | 2011-09-28 | Rovalma Sa | STEEL TOOLS FOR COLD WORK WITH EXCEPTIONAL SOLDABILITY. |
-
2008
- 2008-05-16 FI FI20080360A patent/FI125458B/en active IP Right Grant
-
2009
- 2009-05-14 JP JP2011508964A patent/JP5613152B2/en active Active
- 2009-05-14 ES ES09745895T patent/ES2797953T3/en active Active
- 2009-05-14 MX MX2010012226A patent/MX343938B/en active IP Right Grant
- 2009-05-14 WO PCT/FI2009/050397 patent/WO2009138570A1/en active Application Filing
- 2009-05-14 AU AU2009247934A patent/AU2009247934B2/en active Active
- 2009-05-14 CA CA2722236A patent/CA2722236C/en active Active
- 2009-05-14 CN CN2009801177006A patent/CN102027147A/en active Pending
- 2009-05-14 SI SI200932070T patent/SI2279276T1/en unknown
- 2009-05-14 PL PL09745895T patent/PL2279276T3/en unknown
- 2009-05-14 EP EP09745895.4A patent/EP2279276B1/en active Active
- 2009-05-14 US US12/991,899 patent/US20110064601A1/en not_active Abandoned
- 2009-05-14 EA EA201001571A patent/EA027733B1/en not_active IP Right Cessation
- 2009-05-14 BR BRPI0912807-7A patent/BRPI0912807B1/en active IP Right Grant
- 2009-05-14 KR KR1020107025472A patent/KR20100133487A/en active Search and Examination
- 2009-05-14 CN CN201510326076.8A patent/CN104988427A/en active Pending
- 2009-05-15 TW TW098116115A patent/TWI490345B/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4500351A (en) * | 1984-02-27 | 1985-02-19 | Amax Inc. | Cast duplex stainless steel |
| EP1327008B1 (en) * | 2000-09-27 | 2006-02-15 | Outokumpu Stainless AB | Ferritic-austenitic stainless steel |
| WO2006041344A1 (en) * | 2004-09-07 | 2006-04-20 | Outokumpu Oyj | A steel shell for a suction roll and a method of producing a steel product |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20080360A (en) | 2009-11-17 |
| BRPI0912807A2 (en) | 2015-10-13 |
| FI125458B (en) | 2015-10-15 |
| CA2722236A1 (en) | 2009-11-19 |
| ES2797953T3 (en) | 2020-12-04 |
| US20110064601A1 (en) | 2011-03-17 |
| EP2279276A4 (en) | 2012-03-28 |
| MX2010012226A (en) | 2010-12-07 |
| JP5613152B2 (en) | 2014-10-22 |
| WO2009138570A1 (en) | 2009-11-19 |
| AU2009247934B2 (en) | 2014-11-06 |
| JP2011523679A (en) | 2011-08-18 |
| BRPI0912807B1 (en) | 2019-08-20 |
| CN102027147A (en) | 2011-04-20 |
| EP2279276B1 (en) | 2020-03-25 |
| SI2279276T1 (en) | 2020-08-31 |
| EP2279276A1 (en) | 2011-02-02 |
| TW200951232A (en) | 2009-12-16 |
| AU2009247934A1 (en) | 2009-11-19 |
| CN104988427A (en) | 2015-10-21 |
| KR20100133487A (en) | 2010-12-21 |
| TWI490345B (en) | 2015-07-01 |
| CA2722236C (en) | 2019-12-24 |
| PL2279276T3 (en) | 2020-10-19 |
| MX343938B (en) | 2016-11-29 |
| EA201001571A1 (en) | 2011-06-30 |
| FI20080360A0 (en) | 2008-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA027733B1 (en) | Duplex stainless steel casting and method of its manufacture | |
| JP4031992B2 (en) | High manganese duplex stainless steel with excellent hot workability and method for producing the same | |
| JP5562825B2 (en) | Heat-resistant cast steel, method for producing heat-resistant cast steel, cast component for steam turbine, and method for producing cast component for steam turbine | |
| EP1867743B9 (en) | Austenitic stainless steel | |
| CN109642291B (en) | Austenitic stainless steel | |
| KR102037086B1 (en) | Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same | |
| US5779821A (en) | Rotor for steam turbine and manufacturing method thereof | |
| EP1141432A1 (en) | Corrosion resistant austenitic stainless steel | |
| EP3318651B1 (en) | Austenitic heat-resistant alloy and welded joint | |
| EP1001044B1 (en) | Use of a heat-resisting cast steel | |
| RU2690059C1 (en) | Steel material and steel pipe for oil wells | |
| TW200406495A (en) | Steel and mould tool for plastic materials made of the steel | |
| EP2204462A1 (en) | Ni-based alloy for a forged part of a steam turbine with excellent high temperature strength, forgeability and weldability, rotor blade of a steam turbine, stator blade of a steam turbine, screw member for a steam turbine, and pipe for a steam turbine | |
| JP5046398B2 (en) | High nitrogen martensitic stainless steel | |
| EP0109221B1 (en) | High-strength austenitic steel | |
| KR20180095676A (en) | Steel, consumables for welding, casting products, forged or whole products, welding methods, welding products and heat treatment methods | |
| EP0835946B1 (en) | Use of a weldable low-chromium ferritic cast steel, having excellent high-temperature strength | |
| JP2001247933A (en) | Steel | |
| JPH07228950A (en) | Austenitic heat resistant cast steel, excellent in strength at high temperature and machinability, and exhaust system parts made of the same | |
| JPH09272956A (en) | Seawater resistant precipitation hardening type high alloy steel and its production | |
| JP7335017B2 (en) | Compacts for cryogenic applications, especially for liquid hydrogen | |
| JPH07228948A (en) | Austenitic heat resistant cast steel, excellent in castability and machinability, and exhaust system parts made of the same | |
| JP3417636B2 (en) | Austenitic heat-resistant cast steel with excellent castability and machinability and exhaust system parts made of it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |