EA036004B1 - High chromium martensitic heat-resistant steel with combined high creep rupture strength and oxidation resistance - Google Patents
High chromium martensitic heat-resistant steel with combined high creep rupture strength and oxidation resistance Download PDFInfo
- Publication number
- EA036004B1 EA036004B1 EA201990013A EA201990013A EA036004B1 EA 036004 B1 EA036004 B1 EA 036004B1 EA 201990013 A EA201990013 A EA 201990013A EA 201990013 A EA201990013 A EA 201990013A EA 036004 B1 EA036004 B1 EA 036004B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- steel
- seamless tubular
- content
- article according
- seamless
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
- C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
- C21D9/085—Cooling or quenching
-
- 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
- C22C38/02—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
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- 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
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- 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
- C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
- C22C38/105—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt containing Co and Ni
-
- 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
- C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
-
- 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
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- 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
-
- 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
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
-
- 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
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- 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
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
-
- 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
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- 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
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/008—Martensite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
- C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к мартенситным высокохромистым жаропрочным маркам стали для компонентов, функционирующих при повышенных температурах, например, от 550 до 750°С, и при высоких напряжениях. Сталь согласно настоящему изобретению может быть использована в отрасли производства энергии, химической и нефтегазохимической отрасли.The present invention relates to martensitic high-chromium high-temperature steels for components operating at elevated temperatures, for example, 550 to 750 ° C, and at high voltages. The steel of the present invention can be used in the power generation, chemical and petrochemical industries.
Уровень техникиState of the art
Материалы на основе ферритной/мартенситной высокохромистой стали широко используются на современных электростанциях в качестве материалов для труб промежуточного пароперегревателя/пароперегревателя и паропроводящих труб. Для дополнительного улучшения общего коэффициента полезного действия теплоэлектростанций необходимо повысить параметры пара, давление и температуру. Следовательно, осуществление более эффективных циклов электростанции будет требовать более прочных материалов с улучшенным сопротивлением окислению со стороны пара. Известные попытки создать новую мартенситную высокохромистую сталь, которая сочетает в себе отличные свойства длительной прочности и превосходное сопротивление окислению, до сих пор не имели успеха в результате образования так называемой Z-фазы. Z-фаза представляет собой комплексный нитрид, который быстро укрупняется, тем самым поглощая окружающие упрочняющие осадки MX, M представляет собой: Nb, V, a X представляет собой C, N.Ferritic / martensitic high chromium steel materials are widely used in modern power plants as materials for reheater / superheater tubes and steam conduits. To further improve the overall efficiency of thermal power plants, it is necessary to increase the steam parameters, pressure and temperature. Consequently, more efficient power plant cycles will require stronger materials with improved steam oxidation resistance. Known attempts to create a new martensitic high-chromium steel that combines excellent long-term strength properties and excellent oxidation resistance have so far failed as a result of the formation of the so-called Z-phase. The Z-phase is a complex nitride that rapidly coarsens, thereby absorbing the surrounding hardening sediments MX, M is: Nb, V, and X is C, N.
Выражение материал на основе высокохромистой стали обычно означает марки стали, содержащие более 9% хрома по весу. Тем не менее, повышенное содержание хрома, т.е. содержание хрома более 9% по весу, которое является необходимым для надлежащего сопротивления окислению в парах воды, ускоряет образование Z-фазы и также повышает скорость укрупнения осадков карбида хрома. Вместе с потерей эффекта стабилизации микроструктуры осадков MX и карбида хрома они в результате приводят к снижению долговременной длительной прочности марок мартенситной высокохромистой жаропрочной стали. Следовательно, основной задачей для дальнейших разработок стали является решение очевидного противоречия между длительной прочностью и сопротивлением окислению.The expression high chromium steel material usually refers to steel grades containing more than 9% chromium by weight. However, the increased chromium content, i.e. a chromium content of more than 9% by weight, which is necessary for proper resistance to oxidation in water vapor, accelerates the formation of the Z-phase and also increases the rate of coarsening of chromium carbide precipitates. Together with the loss of the stabilization effect of the microstructure of the MX and chromium carbide deposits, they result in a decrease in the long-term long-term strength of the martensitic high-chromium heat-resistant steel grades. Therefore, the main challenge for future steel development is to resolve the apparent tension between long term strength and oxidation resistance.
В настоящее время для использования в условиях высокой температуры, т.е. использования в условиях рабочих температур выше 550°С, широко используются марки 91 и 92 по ASTM, содержащие 9% хрома по весу, с длительной прочностью более 105 ч. при 600°С при 90 и 114 МПа соответственно. Основным отличием между двумя марками стали является то, что марка 92 содержит W в пределах 1,8 вес.% и меньшее количество Mo в пределах 0,4 вес.% по сравнению с 1%-ным содержанием в случаем марки 91. Кроме того, марка 92 содержит небольшие количества В, составляющие менее 0,005 вес.%.Currently for use in high temperature environments, i.e. use at operating temperatures above 550 ° С, grades 91 and 92 according to ASTM, containing 9% chromium by weight, with a long-term strength of more than 10 5 hours at 600 ° С at 90 and 114 MPa, are widely used. The main difference between the two steel grades is that grade 92 contains W in the range of 1.8 wt% and less Mo in the range of 0.4 wt%, compared to 1% in the case of grade 91. In addition, grade 92 contains small amounts of B, less than 0.005 wt.%.
Обе марки стали характеризуются недостаточным сопротивлением окислению в атмосферах пара при температурах выше 600°С, что значительно ограничивает диапазон температур применения. Особенно в компонентах котлоагрегата с теплопередачей окалина выполняет функцию теплоизоляционного материала, тем самым увеличивая температуру металла и в результате уменьшая срок службы соответствующих компонентов. Кроме того, откалывание окалины во время работы или ее попадание в паровую турбину на лопасти турбины и направляющие лопатки приведет к эрозионному разрушению последующих компонентов переноса пара. Отколотая окалина может привести к закупориванию трубы, особенно в области сгибов, препятствуя потоку пара, часто приводя в результате к локальному перегреванию и катастрофическому разрушению.Both steel grades are characterized by insufficient resistance to oxidation in vapor atmospheres at temperatures above 600 ° C, which significantly limits the temperature range of use. Especially in the components of a heat transfer boiler, the scale acts as a thermal insulating material, thereby increasing the metal temperature and, as a result, reducing the service life of the corresponding components. In addition, scale chipping off during operation or entering the steam turbine onto the turbine blades and guide vanes will erode downstream steam transport components. Chipped scale can clog the pipe, especially in the bend area, obstructing steam flow, often resulting in localized overheating and catastrophic failure.
X20CrMoV11-1 представляет собой надежную высокохромистую ферритную/мартенситную сталь для использования в условиях высокой температуры, содержащую 0,20% C по весу, 10,5-12% Cr по весу, 1% Mo по весу и 0,2% V по весу. Данная сталь демонстрирует лучшие свойства окисления, чем у марок стали 91 и 92 по ASTM, вследствие более высокого содержания Cr, но худшую длительную прочность (длительная прочность более 105 ч. при 600°С составляет приблизительно 59 МПа). Кроме того, обрабатываемость в горячем состоянии и свариваемость ухудшаются вследствие высокого содержания C, составляющего 0,20% по весу. Марка 122 по ASTM содержит 10-12% Cr, 1,8% W, 1% Cu, а также добавления V, Nb и N, чтобы вызвать осаждение упрочняющих частиц MX. Длительная прочность значительно ниже, чем у марки 92 по ASTM, которая демонстрирует длительную прочность 98 МПа при более 105 ч. при 600°С.X20CrMoV11-1 is a robust high chromium ferritic / martensitic steel for high temperature applications containing 0.20% C by weight, 10.5-12% Cr by weight, 1% Mo by weight and 0.2% V by weight ... This steel exhibits better oxidation properties than grades 91 and 92 according to ASTM due to the higher Cr content, but poorer creep rupture strength (creep strength over 105 hours at 600 ° C is approximately 59 MPa). In addition, hot workability and weldability deteriorate due to the high C content of 0.20% by weight. ASTM Grade 122 contains 10-12% Cr, 1.8% W, 1% Cu, and additions of V, Nb and N to induce precipitation of MX hardener particles. The long-term strength is significantly lower than that of grade 92 according to ASTM, which demonstrates the long-term strength of 98 MPa at more than 10 5 hours at 600 ° C.
Обрабатываемость в горячем состоянии также является спорной вследствие повышенного содержания Cu.Hot workability is also controversial due to the increased Cu content.
Существует другая сталь с содержанием Cr 11-12% по весу. Она в основном используется для тонкостенной трубы и называется сталью VM12-SHC, которая сочетает в себе надлежащее сопротивление окислению со стороны пара и длительную прочность на уровне марки 91 по ASTM. Понятие такой стали известно из заявки на патент WO 02081766, в которой раскрыта сталь для использования при высоких температурах, содержащая по весу: от 0,06 до 0,20% С, от 0,10 до 1,00% Si, от 0,10 до 1,00% Mn, не более 0,010% S, от 10,00 до 13,00% Cr, не более 1,00% Ni, от 1,00 до 1,80% W, Mo таким образом, что (W/2+Mo) составляет не более 1,50%, от 0,50 до 2,00% Co, от 0,15 да 0,35% V, от 0,040 до 0,150% Nb, от 0,030 до 0,12% N, от 0,0010 до 0,0100% B и необязательно вплоть до 0,0100% Ca, остальная часть химической композиции состоит из железа и примесей или остатков, полученных после подготовительных процессов или стального литья или необходимых для них. Содержание химических компонентов предпочтительно подтверждает взаимосвязь, что сталь после нормализации термообработки в диапазоне отThere is another steel with a Cr content of 11-12% by weight. It is mainly used for thin-walled pipe and is called VM12-SHC steel, which combines proper vapor side oxidation resistance and ASTM 91 grade creep rupture strength. The concept of such a steel is known from patent application WO 02081766, which discloses a steel for use at high temperatures, containing by weight: from 0.06 to 0.20% C, from 0.10 to 1.00% Si, from 0, 10 to 1.00% Mn, not more than 0.010% S, from 10.00 to 13.00% Cr, not more than 1.00% Ni, from 1.00 to 1.80% W, Mo so that ( W / 2 + Mo) is no more than 1.50%, from 0.50 to 2.00% Co, from 0.15 to 0.35% V, from 0.040 to 0.150% Nb, from 0.030 to 0.12% N, from 0.0010 to 0.0100% B, and optionally up to 0.0100% Ca, the remainder of the chemical composition consists of iron and impurities or residues obtained from or required by preparatory processes or steel casting. The content of chemical components preferably confirms the relationship that the steel after normalization of heat treatment in the range from
- 1 036004- 1 036004
1050 до 1080°С и отпуска имеет структуру отпущенного мартенсита, не содержащую или практически не содержащую дельта-феррита. По сравнению с этой сталью длительная прочность может еще быть улучшена при условии сохранения нетронутыми других свойств, таких как коррозионная стойкость и механические свойства.1050 to 1080 ° C and tempering has a tempered martensite structure with no or practically no delta ferrite. Compared with this steel, the creep rupture strength can still be improved while maintaining intact other properties such as corrosion resistance and mechanical properties.
Цель настоящего изобретения и решение технической задачиThe purpose of the present invention and the solution of the technical problem
Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение бесшовного трубчатого изделия из мартенситной жаропрочной стали с существенно лучшей длительной прочностью, чем у марки стали 92 по ASTM, для патрубков и труб, и с характеристиками высокотемпературной коррозии и окисления в парах воды, сравнимыми или лучше, чем у сталей X20CrMoV11-1 и VM12-SHC, описанных в уровне техники.Thus, it is an object of the present invention to provide a seamless martensitic refractory steel tubular product with substantially better long term strength than ASTM 92 steel for fittings and pipes, and with high temperature corrosion and water vapor oxidation characteristics comparable to or better than for steels X20CrMoV11-1 and VM12-SHC described in the prior art.
Дополнительной целью настоящего изобретения является получение стали, демонстрирующей мартенситную микроструктуру с ограничением содержания дельта-феррита, также известного как 8-феррит, до 5% по объему в среднем.It is an additional object of the present invention to provide a steel exhibiting a martensitic microstructure while limiting the content of delta ferrite, also known as 8-ferrite, to 5% by volume on average.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение стали, которая подходит для изготовления бесшовных трубчатых изделий малого или большого диаметра, таких как бесшовные трубы или бесшовные патрубки, и стали, пригодной для изготовления сварных труб и патрубков, штампованных изделий и плит с использованием известных и надежных производственных процессов.Another object of the present invention is to provide a steel that is suitable for the manufacture of seamless tubular products of small or large diameter, such as seamless pipes or seamless pipes, and steel suitable for the manufacture of welded pipes and pipes, stampings and plates using known and reliable manufacturing processes. ...
Сталь подходит в качестве производственного материала для целого ряда компонентов, работающих под напряжением при повышенных температурах, в частности, таких как бесшовные и сварные трубы/патрубки, штампованные изделия и плиты в отрасли производства энергии, химической и нефтегазохимической отрасли. Кроме того, сталь согласно настоящему изобретению является стойкой против отпуска, после длительного отпуска вплоть до 30 ч при 800°С предел текучести превышает или равен 440 МПа, напряжение при растяжении превышает или равно 620 МПа и ударная вязкость при 20°С превышает или равна 40 Дж при испытании в продольном направлении и 27 Дж при испытании в поперечном направлении.Steel is suitable as a manufacturing material for a variety of high-temperature energized components such as seamless and welded pipes / tubes, stampings and plates in the power generation, chemical and petrochemical industries. In addition, the steel according to the present invention is resistant to tempering, after prolonged tempering up to 30 hours at 800 ° C, the yield strength is greater than or equal to 440 MPa, the tensile stress is greater than or equal to 620 MPa, and the toughness at 20 ° C is greater than or equal to 40 J when tested in the longitudinal direction and 27 J when tested in the transverse direction.
В соответствии с настоящим изобретением цель может быть достигнута с помощью бесшовного трубчатого изделия для использования в условиях высокой температуры из стали, имеющей следующий химический состав, вес.%: C от 0,10 до 0,16%, Si от 0,20 до 0,60%, Mn от 0,30 до 0,80%, P<0,020%, S<0,010%, Al<0,020%, Cr от 10,50 до 12,00%, Мо от 0,10 до 0,60%, V от 0,15 до 0,30%, Ni от 0,10 до 0,40%, B от 0,008 до 0,015%, N от 0,002 до 0,020%, Со от 1,50 до 3,00%, W от 1,50 до 2,50%, Nb от 0,02 до 0,07%, Ti: от 0,001 до 0,020%, остальную часть указанной стали составляют железо и неизбежные примеси.In accordance with the present invention, the object can be achieved by using a seamless tubular product for use under high temperature conditions made of steel having the following chemical composition, wt%: C 0.10 to 0.16%, Si 0.20 to 0 , 60%, Mn from 0.30 to 0.80%, P <0.020%, S <0.010%, Al <0.020%, Cr from 10.50 to 12.00%, Mo from 0.10 to 0.60 %, V from 0.15 to 0.30%, Ni from 0.10 to 0.40%, B from 0.008 to 0.015%, N from 0.002 to 0.020%, Co from 1.50 to 3.00%, W 1.50 to 2.50%, Nb 0.02 to 0.07%, Ti: 0.001 to 0.020%, the rest of this steel is iron and inevitable impurities.
Предпочтительно соотношение бора и азота является таким B/N 13Preferably the ratio of boron to nitrogen is B / N 13
Для достижения обрабатываемости в горячем состоянии. Предпочтительно следующее уравнение удовлетворено (вес.%)To achieve hot workability. Preferably the following equation is satisfied (wt%)
1,00% < Mo+0,5W < 1,50%1.00% <Mo + 0.5W <1.50%
В другом предпочтительном варианте осуществления следующее уравнение удовлетворено (вес.%): В ~ “ lO-CV2^) ) - (14/48) ’ - °'007·In another preferred embodiment, the following equation is satisfied (.% By weight): In ~ "lO-CV ^ 2)) - (14/48) '- °' 007 ·
В другом предпочтительном варианте осуществления следующее уравнение удовлетворено (вес.%): 2,6 < 4 (Ni + Со + 0,5 Мп) - 20 (С + N) < 11,2.In another preferred embodiment, the following equation is satisfied (wt%): 2.6 <4 (Ni + Co + 0.5 Mn) - 20 (C + N) <11.2.
В предпочтительном варианте осуществления содержание углерода составляет от 0,13 до 0,16%.In a preferred embodiment, the carbon content is 0.13 to 0.16%.
В другом предпочтительном варианте осуществления содержание Mo составляет от 0,20 до 0,60%. Предпочтительно содержание B составляет от 0,0095 до 0,013%.In another preferred embodiment, the Mo content is 0.20 to 0.60%. Preferably, the B content is 0.0095 to 0.013%.
В предпочтительном варианте осуществления содержание Ti составляет от 0,001 до 0,005%.In a preferred embodiment, the Ti content is 0.001 to 0.005%.
В другом предпочтительном варианте осуществления микроструктура содержит в среднем по меньшей мере 95% отпущенного мартенсита, остальную часть составляет дельта-феррит.In another preferred embodiment, the microstructure contains on average at least 95% tempered martensite, the remainder being delta ferrite.
В еще более предпочтительном варианте осуществления микроструктура содержит в среднем по меньшей мере 98% отпущенного мартенсита, остальную часть составляет дельта-феррит.In an even more preferred embodiment, the microstructure contains, on average, at least 98% tempered martensite, the remainder being delta ferrite.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления микроструктура является мартенситной и не содержит дельта-феррита.In a most preferred embodiment, the microstructure is martensitic and does not contain delta ferrite.
Настоящее изобретение также относится к способу получения, включающему следующие этапы: литье стали с химическим составом согласно настоящему изобретению, горячее формование указанной стали, нагревание указанной стали и выдерживание указанной стали в течение периода времени, составляющего от 10 до 120 мин, в температурном диапазоне от 1050 до 1170°С, охлаждение указанной стали до комнатной температуры, повторное нагревание указанной стали до температуры отпуска ТТ и выдерживание указанной стали при данной температуре, которая составляет от 750 до 820°С, в течение по меньшей мере одного часа, охлаждение указанной стали до комнатной температуры.The present invention also relates to a production method comprising the following steps: casting a steel with a chemical composition according to the present invention, thermoforming said steel, heating said steel, and holding said steel for a period of 10 to 120 minutes in a temperature range of 1050 to 1170 ° C, cooling said steel to room temperature, reheating said steel to tempering temperature TT and holding said steel at this temperature, which is from 750 to 820 ° C, for at least one hour, cooling said steel to room temperature temperature.
- 2 036004- 2 036004
Предпочтительно этап охлаждения осуществляют посредством охлаждения воздухом или охлаждения водой.Preferably, the cooling step is carried out by air cooling or water cooling.
Этап охлаждения после этапа повторного нагревания может быть осуществлен посредством охлаждения водой.The cooling step after the reheating step can be carried out by water cooling.
Этап охлаждения после этапа нагревания может быть осуществлен посредством охлаждения водой.The cooling step after the heating step can be carried out by water cooling.
Настоящее изобретение также может относиться к изготовлению сварной трубы, патрубка или плиты с использованием такой же стали, как сталь для бесшовного трубчатого изделия согласно настоящему изобретению или в способе согласно настоящему изобретению.The present invention may also relate to the manufacture of a welded pipe, branch pipe, or plate using the same steel as steel for a seamless tubular article according to the present invention or in a method according to the present invention.
На чертеже показана схема прироста массы вследствие окисления, нанесенного на график в зависимости от содержания хрома.The drawing shows a diagram of the weight gain due to oxidation plotted against the chromium content.
Сущность настоящего изобретенияThe essence of the present invention
В соответствии с настоящим изобретением мартенситную высокохромистую жаропрочную сталь создают со следующим химическим составом:In accordance with the present invention, a martensitic high-chromium heat-resistant steel is produced with the following chemical composition:
(1) C: от 0,10 до 0,16%, необходимо добавить С до по меньшей мере 0,10% для получения достаточного выделения карбидов. Кроме того, C также является аустенитным стабилизирующим элементом. Содержание C ниже 0,10% подразумевает большее количество δ-феррита в микроструктуре. Верхний предел для углерода составляет 0,16%, поскольку избыточное добавление C ограничивает свойства ударной вязкости и свариваемости.(1) C: 0.10 to 0.16%, it is necessary to add C to at least 0.10% to obtain sufficient carbide precipitation. In addition, C is also an austenitic stabilizing element. A C content below 0.10% implies more δ-ferrite in the microstructure. The upper limit for carbon is 0.16%, as the excessive addition of C limits the toughness and weldability properties.
(2) Si: от 0,20 до 0,60%,(2) Si: 0.20 to 0.60%,
Si используется для раскисления в ходе способа получения стали. Кроме того, это один из ключевых элементов, который определяет характеристики окисления в сталях. Для достижения эффекта улучшения полного окисления добавок Si необходимо количество по меньшей мере 0,20%. Верхний уровень Si следует предпочтительно ограничить до 0,60%, поскольку чрезмерное добавление Si ускоряет укрупнение осадков и снижает ударную вязкость. Предпочтительно нижний предел составляет 0,25%.Si is used for deoxidation in the steelmaking process. In addition, it is one of the key elements that determines the oxidation characteristics of steels. To achieve the effect of improving the complete oxidation of Si additives, an amount of at least 0.20% is required. The upper level of Si should preferably be limited to 0.60%, since an excessive addition of Si accelerates precipitation coarsening and decreases toughness. Preferably, the lower limit is 0.25%.
(3) Mn: от 0,30 до 0,80%,(3) Mn: 0.30 to 0.80%,
Mn является эффективным элементом для раскисления. Он связывает серу и снижает образование δ-феррита. Можно добавить по меньшей мере 0,30% Mn. Верхний предел должен составлять 0,8%, поскольку чрезмерные добавки снижают длительную прочность сталей при повышенных температурах.Mn is an effective deoxidizing element. It binds sulfur and reduces the formation of δ-ferrite. You can add at least 0.30% Mn. The upper limit should be 0.8%, as excessive additives reduce the long-term strength of steels at elevated temperatures.
(4) P < 0,020%,(4) P <0.020%,
P является активным элементом границы зерна, который снижает свойства ударной вязкости сталей. Содержание следует ограничить до 0,020% для избежания негативного влияния P на свойства ударной вязкости. P может присутствовать в количестве, равном или превышающем 0,00%, поскольку он может быть неизбежной примесью.P is an active grain boundary element that reduces the toughness properties of steels. The content should be limited to 0.020% to avoid negative influence of P on the toughness properties. P may be present in an amount equal to or greater than 0.00% since it may be an unavoidable impurity.
(5) S < 0,010%,(5) S <0.010%,
S образует сульфиды и снижает свойства ударной вязкости и обрабатываемости в горячем состоянии сталей. Ограничение верхнего предела содержания S до 0,010 предотвращает образование дефектов в ходе горячей обработки и негативное влияние на ударную вязкость. S может присутствовать в количестве, равном или превышающем 0,00%, поскольку она может быть неизбежной примесью.S forms sulfides and reduces the toughness and hot workability of steels. Limiting the upper limit of the S content to 0.010 prevents the formation of defects during hot working and negatively affects the toughness. S may be present in an amount equal to or greater than 0.00% since it may be an unavoidable impurity.
(6) Al < 0,020%,(6) Al <0.020%,
Al является эффективным элементом для раскисления, используемым в ходе способа получения стали. Чрезмерное добавление Al выше 0,02% может вызвать образование AlN, тем самым снижая количество упрочняющих нитридных осадков MX (M представляет собой Nb, V, a X представляет собой C, N) в стали и в результате свойства длительной прочности. Al может присутствовать в количестве, равном или превышающем 0,00%, поскольку он может быть неизбежной примесью.Al is an effective deoxidizing element used in the steelmaking process. Excessive addition of Al above 0.02% can cause the formation of AlN, thereby reducing the amount of reinforcing nitride deposits MX (M is Nb, V, and X is C, N) in the steel and as a result of the creep properties. Al may be present in an amount equal to or greater than 0.00% since it may be an unavoidable impurity.
(7) Cr: от 10,5 до 12,00%,(7) Cr: 10.5 to 12.00%,
Cr образует карбиды, которые образуются на границах мартенситной микроструктуры. Карбиды хрома являются важными для стабилизации мартенситной микроструктуры во время воздействия повышенных температур. Cr улучшает характеристики высокотемпературного окисления сталей. Необходимо содержание по меньшей мере 10,5% для раскрытия улучшающего эффекта полного окисления добавок Cr. Содержание Cr выше 12% приводит к увеличенному образованию δ-феррита.Cr forms carbides that form at the boundaries of the martensitic microstructure. Chromium carbides are important for stabilizing the martensitic microstructure during exposure to elevated temperatures. Cr improves the high temperature oxidation characteristics of steels. A content of at least 10.5% is required to reveal the enhancing effect of the complete oxidation of Cr additives. Cr contents above 12% lead to increased formation of δ-ferrite.
(8) Mo: от 0,10 до 0,60%,(8) Mo: 0.10 to 0.60%,
Mo является важным элементом для улучшения длительной прочности, который также отвечает за упрочнение твердого раствора. Этот элемент также содержится в карбидах и интерметаллических фазах. Содержание Mo может составлять 0,10%. Добавки Mo выше 0,60% будут ухудшать ударную вязкость и вызывать увеличение содержания δ-феррита. Следует отметить, что содержание M и W должно удовлетворять отношению (вес.%) 1<Mo+0,5xW<1,5, чтобы гарантировать достаточное выделение карбидов и интерметаллических фаз.Mo is an essential element for improving long-term strength, which is also responsible for solid solution hardening. This element is also found in carbides and intermetallic phases. The Mo content can be 0.10%. Mo additions above 0.60% will degrade toughness and cause an increase in the δ-ferrite content. It should be noted that the content of M and W must satisfy the ratio (wt.%) 1 <Mo + 0.5xW <1.5 to ensure sufficient precipitation of carbides and intermetallic phases.
(9) V: от 0,15 до 0,30%,(9) V: from 0.15 to 0.30%,
V в сочетании с N образует когерентные нитриды MX (M представляет собой: Nb, V, a X представляет собой C, N), что способствует улучшению свойств долговременной длительной прочности. Содер- 3 036004 жания ниже 0,15% не достаточно для достижения данного эффекта улучшения свойства долговременной длительной прочности, тогда как содержание 0,30% снижает ударную вязкость и увеличивает риск содержания δ-феррита выше 5% в среднем объеме.V in combination with N forms coherent nitrides MX (M is: Nb, V, and X is C, N), which improves the properties of long-term creep. A content of 3 036004 below 0.15% is not sufficient to achieve this effect of improving the long-term creep strength property, while a content of 0.30% reduces toughness and increases the risk of δ-ferrite content above 5% on average.
(10) Ni: от 0,10 до 0,40%,(10) Ni: 0.10 to 0.40%,
Ni является важным элементом, улучшающим ударную вязкость. Таким образом, необходимо минимальное содержание 0,10%. Тем не менее, он снижает температуру Ac1 и имеет тенденцию к снижению длительной прочности при добавлении в содержании более 0,40%.Ni is an important element for improving toughness. Thus, a minimum content of 0.10% is required. However, it lowers the temperature A c1 and tends to decrease creep rupture strength when added at more than 0.40%.
(11) B: от 0,008 до 0,015%,(11) B: 0.008 to 0.015%,
В является решающим элементом, отвечающим за стабилизацию карбидов M23C6 и отсрочку восстановления мартенситной микроструктуры. Он упрочняет границы зерен и улучшает долгосрочную стабильность длительной прочности. Кроме того, В отвечает за существенное улучшение деформируемости при длительной прочности. Для достижения максимального эффекта упрочнения необходимы добавки в количестве по меньшей мере 0,008%. Содержание выше 0,015%, однако, существенно снижает максимальную температуру обработки сталей и рассматривается как убыточное. Добавки B и N удовлетворяют соотношению B/N<1,5 для обеспечения преобразования посредством известных способов горячей обработки. Более того, это соотношение B/N позволяет изготавливать бесшовные и сварные трубы, патрубки и плиты малого или большого диаметра с помощью способа получения согласно настоящему изобретению. Предпочтительно содержание В должно быть в диапазоне от 0,0095 до 0,0130 (вес.%).B is a decisive element responsible for stabilizing M 23 C 6 carbides and delaying the restoration of the martensitic microstructure. It strengthens the grain boundaries and improves the long-term stability of long-term strength. In addition, B is responsible for a significant improvement in long-term deformability. To achieve the maximum hardening effect, additives are required in an amount of at least 0.008%. Content above 0.015%, however, significantly reduces the maximum processing temperature of steels and is considered unprofitable. Additives B and N satisfy a B / N ratio of <1.5 to allow conversion by known hot working methods. Moreover, this B / N ratio allows small or large diameter seamless and welded pipes, tubes and slabs to be fabricated using the production method of the present invention. Preferably, the B content should be in the range of 0.0095 to 0.0130 (wt%).
(12) N: от 0,002 до 0,020%.(12) N: 0.002 to 0.020%.
Азот необходим для образования нитридов и карбонитридов MX (M представляет собой: Nb, V, a X представляет собой С, N), отвечающих за достижение длительной прочности. По меньшей мере 0,002% может быть добавлено. Однако чрезмерные добавки N, т.е. выше 0,020%, приводят к повышенному образованию BN, тем самым уменьшая эффект упрочнения добавок В.Nitrogen is required for the formation of nitrides and carbonitrides MX (M is: Nb, V and X is C, N), which are responsible for achieving long-term strength. At least 0.002% can be added. However, excessive N additions, i.e. higher than 0.020%, lead to increased formation of BN, thereby reducing the strengthening effect of additives B.
Предпочтительно содержание В и N (вес.%) удовлетворяет следующему соотношению:Preferably, the content of B and N (wt%) satisfies the following ratio:
В - I 11/1Д 11 N - 10-^/2,45) (^8+6,81) _ [ 14/] .Ti ] > Q QQ7 I 7 14 И I 74о / / (13) Co: от 1,50 до 3,00%,B - I 11 / 1D 11 N - 10 - ^ / 2.45) (^ 8 + 6.81) _ [14 /]. Ti ]> Q QQ7 I 7 14 And I 7 4о / / (13) Co: from 1.50 to 3.00%,
Co является очень эффективным аустенитообразующим элементом и используется для ограничения образования δ-феррита. Более того, он лишь слабо влияет на температуру Ac1. Кроме того, именно этот элемент улучшает свойства длительной прочности путем уменьшения размера начальных осадков после термообработки. Следовательно, следует добавить минимальное количество 1,50%. Предпочтительно минимальное содержание составляет 1,75%. Тем не менее, чрезмерные добавки Co могут вызвать охрупчивание в результате повышенного выделения интерметаллических фаз во время работы при высоких температурах. В это же время Co очень дорогой. Следовательно, ограничение добавок до 3,00%, предпочтительно до 2,50% является необходимым.Co is a very effective austenite-forming element and is used to limit the formation of δ-ferrite. Moreover, it only weakly affects the temperature A c1 . In addition, it is this element that improves the long-term strength properties by reducing the size of the initial precipitation after heat treatment. Therefore, a minimum amount of 1.50% should be added. Preferably, the minimum content is 1.75%. However, excessive addition of Co can cause embrittlement as a result of increased precipitation of intermetallic phases during operation at high temperatures. At the same time, Co is very expensive. Therefore, limiting additives to 3.00%, preferably to 2.50%, is necessary.
Предпочтительно, чтобы содержание Ni, Co, Mn, C и N (вес.%) соответствовало следующему уравнению: 2,6<4x(Ni+Co+0,5xMn)-20x(C+N)<11,2.It is preferable that the content of Ni, Co, Mn, C and N (wt%) corresponds to the following equation: 2.6 <4x (Ni + Co + 0.5xMn) -20x (C + N) <11.2.
(14) W: от 1,50 до 2,50%,(14) W: 1.50 to 2.50%,
W известен как эффективное средство для повышения концентрации раствора. В это же время он содержится в карбидах и образует фазу Лавеса C14, который также может способствовать повышению длительной прочности. Таким образом, необходимо минимальное содержание 1,50%. Тем не менее, этот элемент дорогостоящий, сильно расслаивается во время процесса получения и литья стали и образует интерметаллические фазы, которые приводят к значительному охрупчиванию. Следовательно, верхний предел для добавок W может быть установлен до 2,50%. Следует отметить, что содержание Mo и W (вес.%) должно удовлетворять соотношению 1,00<Mo+0,5W<1,50, чтобы гарантировать достаточное выделение карбидов и интерметаллических фаз.W is known to be effective in increasing the concentration of a solution. At the same time, it is contained in carbides and forms the C14 Laves phase, which can also contribute to an increase in long-term strength. Therefore, a minimum content of 1.50% is required. However, this element is expensive, delaminates strongly during the steel making and casting process, and forms intermetallic phases that lead to significant embrittlement. Therefore, the upper limit for W additives can be set up to 2.50%. It should be noted that the Mo and W content (wt%) must satisfy the ratio 1.00 <Mo + 0.5W <1.50 in order to ensure sufficient precipitation of carbides and intermetallic phases.
(15) Nb: от 0,02 до 0,07%.(15) Nb: 0.02 to 0.07%.
Nb образует стабильные карбонитриды MX, важные не только для свойств длительной прочности, а также для контроля размера аустенитного зерна. Может быть добавлено минимальное количество 0,02%. Содержание Nb выше 0,07% приводит к образованию укрупненных карбидов Nb, которые могут снизить свойства длительной прочности. Следовательно, верхний предел установлен до 0,07%.Nb forms stable MX carbonitrides, important not only for creep rupture properties but also for austenite grain size control. A minimum amount of 0.02% can be added. Nb contents above 0.07% lead to the formation of coarse Nb carbides, which can reduce creep rupture properties. Therefore, the upper limit is set to 0.07%.
(16) Ti: 0,001-0,020%(16) Ti: 0.001-0.020%
Ti является сильным нитридообразующим элементом. Он способствует защите B в свободной форме посредством образования нитридов. Для этой цели необходимо минимальное содержание 0,001%. Однако чрезмерное содержание Ti выше 0,020% может снизить свойства ударной вязкости в результате образования крупных блокирующих осадков TiN.Ti is a strong nitride-forming element. It promotes free-form protection of B through the formation of nitrides. For this purpose, a minimum content of 0.001% is required. However, an excessive Ti content above 0.020% can reduce the toughness properties as a result of the formation of large TiN blocking deposits.
Остальная часть стали содержит железо и обычные остаточные элементы, полученные из процесса получения и литья стали. Только используемые технологии литья известны специалисту в данной области техники. Под примесями имеются ввиду элементы, такие как тантал, цирконий и любые другие элементы, которых невозможно избежать. Следует отметить, что тантал и цирконий ненамеренно добавля- 4 036004 ют в сталь, однако могут присутствовать в количестве менее 50 ppm в целом в качестве неизбежных примесей.The remainder of the steel contains iron and common residuals obtained from the steel making and casting process. Only the casting techniques used are known to the person skilled in the art. Impurities are elements such as tantalum, zirconium and any other elements that cannot be avoided. It should be noted that tantalum and zirconium are inadvertently added to steel, but may be present in amounts less than 50 ppm overall as unavoidable impurities.
В одном варианте осуществления стали неизбежные примеси могут включать в себя одно или более из меди (Cu), мышьяка (As), олова (Sn), сурьмы (Sb) и свинца (Pb).In one embodiment of the steel, unavoidable impurities may include one or more of copper (Cu), arsenic (As), tin (Sn), antimony (Sb), and lead (Pb).
Cu может присутствовать в количестве, равном или меньше 0,20%.Cu may be present in an amount equal to or less than 0.20%.
Элемент As может присутствовать в количестве, равном или меньше 150 ppm; Sn может присутствовать в количестве, равном или меньше 150 ppm; Sb может присутствовать в количестве, равном или меньше 50 ppm; Pb может присутствовать в количестве, равном или меньше 50 ppm, и общее содержание As+Sn+Sb+Pb равно или меньше 0,04 мас.%.The As element may be present in an amount equal to or less than 150 ppm; Sn may be present in an amount equal to or less than 150 ppm; Sb may be present in an amount equal to or less than 50 ppm; Pb may be present in an amount equal to or less than 50 ppm, and the total As + Sn + Sb + Pb content is equal to or less than 0.04 wt%.
Сталь нормализуют в течение периода от приблизительно 10 до приблизительно 120 мин в температурном диапазоне от 1050 до 1170°С и охлаждают на воздухе или в воде до комнатной температуры, и затем отпускают в течение по меньшей мере одного часа в температурном диапазоне от 750 до 820°С.The steel is normalized for a period of about 10 to about 120 minutes in the temperature range from 1050 to 1170 ° C and cooled in air or water to room temperature, and then tempered for at least one hour in the temperature range from 750 to 820 ° FROM.
Было обнаружено, что полученная в результате сталь характеризуется значимой и абсолютно превосходной прочностью при повышенной температуре и превосходным сопротивлением окислению в парах воды. Более того, было обнаружено, что при соотношении Сгэкв,/Мэкв. менее 2,3 среднее содержание δ-феррита может быть ограничено до менее 5% по объему для избежания проблем с ударной вязкостью, при этом Сгэкв. и №экв. определены как Cr+6Si+4Mo+1,5W+11V+5Nb+8Ti и 40C+30N+2Mn+4Ni+2Co+Cu соответственно. Неожиданно было обнаружено, что соотношение B/N, равное или меньше 1,5, необходимо поддерживать для обеспечения горячей обработки посредством известных способов преобразования.The resulting steel was found to have significant and absolutely superior strength at elevated temperatures and excellent resistance to oxidation in water vapor. Moreover, it was found that when the ratio Cg eq , / M eq . less than 2.3 the average content of δ-ferrite can be limited to less than 5% by volume to avoid problems with toughness, while Cg eq . and number equivalents. defined as Cr + 6Si + 4Mo + 1.5W + 11V + 5Nb + 8Ti and 40C + 30N + 2Mn + 4Ni + 2Co + Cu, respectively. Surprisingly, it has been found that a B / N ratio equal to or less than 1.5 needs to be maintained to provide hot working by known conversion methods.
Содержание дельта-феррита не должно превышать 5% по объему, поскольку содержание выше 5% по объему ухудшит свойства ударной вязкости.The delta ferrite content should not exceed 5% by volume, since a content higher than 5% by volume will impair the toughness properties.
Под способами горячего формования подразумевают горячую прокатку, пилигримовую прокатку, горячее волочение, штамповку, прокатку труб на оправке, способ проталкивания на реечных станах, где прошивной шток толкает удлиненное углубление через несколько расположенных в линию рабочих клетей для получения полой непрерывной прокатки, также известны другие способы прокатки. Из стали согласно настоящему изобретению могут быть сформованы трубы и патрубки. Многочисленные попытки предпринимались для получения марок стали, демонстрирующих удовлетворительные свойства, такие как характеристики окисления, длительная прочность, но на основе этих марок стали не удалось создать удовлетворительное изделие посредством этих способов горячего формования. В частности, иногда даже было невозможно получить бесшовные трубы или патрубки. Сталь согласно настоящему изобретению обеспечивает получение бесшовных трубчатых изделий с удовлетворительными свойствами и возможность получения бесшовных трубчатых изделий или плит посредством способов горячего формования, причем эти изделия соответствуют требованиям соблюдения размеров.Hot forming methods mean hot rolling, pilgrim rolling, hot drawing, stamping, mandrel rolling, racking mill pushing, where a piercing rod pushes an elongated recess through several in-line working stands to obtain continuous hollow rolling; other methods are also known. rolling. The steel of the present invention can be formed into pipes and pipes. Numerous attempts have been made to produce steel grades showing satisfactory properties such as oxidation characteristics, creep rupture strength, but these steel grades have failed to create a satisfactory product by these hot forming methods. In particular, it was sometimes even impossible to obtain seamless pipes or pipes. The steel according to the present invention provides seamless tubular products with satisfactory properties and the ability to produce seamless tubular products or plates by hot forming processes, these products meeting dimensional requirements.
ПримерыExamples of
Преимущества стали по настоящему изобретению будут объяснены более детально на основе следующих примеров. Стали в соответствии с настоящим изобретением (сталь 1, сталь 2, сталь 3) и также сравнительные иллюстративные стали (сталь 4, сталь 5), имеющие химический состав, указанный в табл. 1, отливали в 100-кг литейных формах посредством вакуумной индукционной плавильной печи, затем подвергали горячей прокатке с получением плит (толщиной 13-25 мм) и затем нормализовали и отпускали. Нормализующую термообработку осуществляли в температурном диапазоне от 1060 до 1100°С в течение 30 мин с последующим охлаждением воздухом до комнатной температуры. Отпуск осуществляли при 780°С в течение 120 мин снова с последующим охлаждением воздухом.The advantages of the steel of the present invention will be explained in more detail based on the following examples. Steels in accordance with the present invention (steel 1, steel 2, steel 3) and also comparative illustrative steels (steel 4, steel 5) having the chemical composition indicated in table. 1 was cast in 100 kg molds by means of a vacuum induction melting furnace, then hot rolled to obtain plates (13-25 mm thick) and then normalized and tempered. Normalizing heat treatment was carried out in the temperature range from 1060 to 1100 ° C for 30 min, followed by air cooling to room temperature. The tempering was carried out at 780 ° C for 120 min again, followed by cooling with air.
Сравнительные иллюстративные стали 4 и 5 имеют содержание В ниже 0,008 и тем самым не соответствуют настоящему изобретению.Comparative illustrative steels 4 and 5 have a B content below 0.008 and thus do not correspond to the present invention.
В случае стали 4 добавки Ni, Co, Mn, C и N не удовлетворяют уравнению (вес.%).In the case of steel 4, the additions of Ni, Co, Mn, C and N do not satisfy the equation (wt%).
2,6 < 4 (Ai + Со + 0,5 Мп) - 20 (С + N) < 11,22.6 <4 (Ai + Co + 0.5 Mn) - 20 (C + N) <11.2
Сталь 5 не удовлетворяет следующей формуле:Steel 5 does not satisfy the following formula:
В ~ (11/14)(;V “ 10-α/2^)·^Β-^) - (14/48) Ti) > 0,007 (в % по весу) также.B ~ (11/14) (; V "10-α / 2 ^) · ^ Β - ^) - ( 14/48) Ti)> 0,007 (in% by weight) as well.
Таблица 1Table 1
- 5 036004- 5 036004
*)Сравнительные марки стали*) Comparative steel grades
Для двух иллюстративных сталей (сталь 1, сталь 2, сталь 3) результаты, представленные в табл. 2, были получены при комнатной температуре для прочности на разрыв, напряжения при текучести, растяжения, относительного уменьшения поверхности и энергии разрушения образца Шарпи с V-образным надрезом.For two illustrative steels (steel 1, steel 2, steel 3), the results are presented in table. 2 were obtained at room temperature for tensile strength, yield stress, tensile strength, surface reduction, and fracture energy of a Charpy V-notch specimen.
Таблица 2table 2
Сталь 1 Сталь 2 Сталь 3 Р92Steel 1 Steel 2 Steel 3 R92
Испытания на длительную прочность, проведенные в соответствии с ISO DIN EN 204, на образцах двух иллюстративных сталей дополнительно демонстрировали значительное улучшение длительной прочности. Это отображено во времени разрушения, которое по меньшей мере почти в два раза больше, чем время для сталей из уровня техники, таких как Р91, Р91, VM12-SHC, P122 и X20CrMoV11-1, в ходе длительного испытания на длительную прочность при 130 МПа и 100 МПа. Результаты показаны в табл. 3. Также сравнительные иллюстративные стали не достигли длительной прочности сталей в соответствии с настоящим изобретением.Creep rupture tests carried out in accordance with ISO DIN EN 204 on samples of two illustrative steels additionally showed a significant improvement in creep rupture strength. This is reflected in the fracture time, which is at least almost double the time for prior art steels such as P91, P91, VM12-SHC, P122 and X20CrMoV11-1 in a long-term creep test at 130 MPa and 100 MPa. The results are shown in table. 3. Also, comparative illustrative steels did not achieve the creep rupture strength of steels according to the present invention.
Таблица 3Table 3
*) Средние значения, рассчитанные на основе значений прочности, указаны в листе технических данных ECCC ** ) K. Kimura et al. Процедура конференции по PVP ASME (PVP2012), 2012, Торонто, Канада*) Average values calculated on the basis of strength values are indicated on the ECCC data sheet **) K. Kimura et al. ASME PVP Conference Procedure (PVP2012), 2012, Toronto, Canada
На чертеже показана схема прироста массы вследствие окисления в атмосфере водяного пара при повышенных температурах, нанесенного на график в зависимости от содержания хрома. Основой для построения схемы являются испытания на окисление в атмосфере водяного пара, осуществленные согласно ISO 21608:2012.The drawing shows a diagram of the weight gain due to oxidation in an atmosphere of water vapor at elevated temperatures, plotted against the content of chromium. The basis for the construction of the scheme is the oxidation test in an atmosphere of water vapor, carried out according to ISO 21608: 2012.
На чертеже три области, отображающие разные характеристики окисления в парах воды, определены следующим образом:In the drawing, three areas representing different oxidation characteristics in water vapor are defined as follows:
(I) Характеристика при отсутствии защиты для прироста массы более 10 мг/см2 при более 5000 ч.(I) Performance in the absence of protection for a mass gain of more than 10 mg / cm 2 at more than 5000 h.
/_2 (II) Промежуточная характеристика для прироста массы в диапазоне 5-10 мг/см2 (III) Характеристики при наличии защиты для значений прироста массы менее 5 мг/см2./ _2 (II) Intermediate characteristic for weight gain in the range of 5-10 mg / cm 2 (III) Characteristics with protection for weight gain values less than 5 mg / cm 2 .
Соответственно классификация различных высокохромистых мартенситных жаропрочных сталей относительно характеристик окисления выполнена в табл. 4 ниже. Области I, II и III соответствуют значениям прироста массы, как показано на фиг. 1. Две иллюстративные стали явно превосходят Р91, Р92, Р122 и X20CrMoV11-1 относительно сопротивления окислению в парах воды. Сталь согласно настоящему изобретению демонстрирует характеристики, сравнимые с характеристиками VM12-SHC.Accordingly, the classification of various high-chromium martensitic heat-resistant steels with respect to oxidation characteristics is made in table. 4 below. Regions I, II and III correspond to the weight gain values as shown in FIG. 1. Two illustrative steels clearly outperform P91, P92, P122 and X20CrMoV11-1 in terms of resistance to oxidation in water vapor. The steel according to the present invention exhibits characteristics comparable to those of VM12-SHC.
- 6 036004- 6 036004
Таблица 4Table 4
Прирост массыMass gain
Температура при (мг/см2)Temperature at (mg / cm 2 )
VM12-SHC IIIIIIVM12-SHC IIIIII
Р92 IIP92 II
X20CrMoVll-l IIIIX20CrMoVll-l IIII
Р122 (одна фаза) IIIIIP122 (one phase) IIIII
Сталь согласно щщ настоящему изобретению___________________Steel according to the present invention ___________________
Согласно настоящему изобретению возможно обеспечить высокохромистую мартенситную жаропрочную сталь с улучшенными свойствами длительной прочности и сопротивлением окислению в парах воды, которая может использоваться для изготовления труб, штампованных изделий, патрубков и плит, эксплуатируемых при высокой температуре в отрасли производства энергии, химической и нефтегазохимической отрасли.According to the present invention, it is possible to provide a high-chromium martensitic creep-resistant steel with improved creep rupture strength and water vapor oxidation resistance, which can be used to make pipes, stampings, pipes and plates for high temperature service in the power generation, chemical and petrochemical industries.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP16179114.0A EP3269831B1 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | High chromium martensitic heat-resistant seamless steel tube or pipe with combined high creep rupture strength and oxidation resistance |
PCT/EP2017/067613 WO2018011301A1 (en) | 2016-07-12 | 2017-07-12 | High chromium martensitic heat-resistant steel with combined high creep rupture strength and oxidation resistance |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201990013A1 EA201990013A1 (en) | 2019-05-31 |
EA036004B1 true EA036004B1 (en) | 2020-09-11 |
Family
ID=56409540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201990013A EA036004B1 (en) | 2016-07-12 | 2017-07-12 | High chromium martensitic heat-resistant steel with combined high creep rupture strength and oxidation resistance |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190203313A1 (en) |
EP (2) | EP3269831B1 (en) |
JP (1) | JP7016343B2 (en) |
KR (1) | KR102475025B1 (en) |
CN (1) | CN109689901A (en) |
AU (1) | AU2017297766B2 (en) |
BR (1) | BR112019000376B1 (en) |
CA (1) | CA3025133A1 (en) |
EA (1) | EA036004B1 (en) |
ES (1) | ES2846875T3 (en) |
MX (1) | MX2019000517A (en) |
PL (1) | PL3269831T3 (en) |
UA (1) | UA124766C2 (en) |
WO (1) | WO2018011301A1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10772147B2 (en) | 2016-12-22 | 2020-09-08 | Intel Corporation | Methods and apparatus for connection attempt failure avoidance with a wireless network |
CN109594019A (en) * | 2018-12-27 | 2019-04-09 | 天津理工大学 | A kind of 9Cr martensite heat resisting cast steel and eliminate the ferritic method of δ-in the cast steel |
US11772206B2 (en) | 2019-09-20 | 2023-10-03 | Lincoln Global, Inc. | High chromium creep resistant weld metal for arc welding of thin walled steel members |
US11772207B2 (en) | 2019-09-20 | 2023-10-03 | Lincoln Global, Inc. | High chromium creep resistant weld metal for arc welding of thick walled steel members |
CN111057827B (en) * | 2019-11-27 | 2022-04-05 | 中国科学院金属研究所 | Method for regulating and controlling distribution state of boron element in 9Cr3W3CoB heat-resistant steel for ultra-supercritical unit |
CN111041179B (en) * | 2019-12-03 | 2021-12-14 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | Method for eliminating high-temperature ferrite of high-Cr-equivalent P92 heat-resistant steel and preparation method of high-Cr-equivalent P92 heat-resistant steel |
CN116949260B (en) * | 2023-09-20 | 2023-12-19 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | Steel ingot for P91 seamless steel tube and thermal deformation method thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994008063A1 (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-14 | Buck Robert F | Creep resistant, precipitation-dispersion-strengthened, martensitic stainless steel and method thereof |
JPH1192881A (en) * | 1997-09-22 | 1999-04-06 | Natl Res Inst For Metals | Ferritic heat resistant steel having lath martensitic structure and its production |
DE19941411A1 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | Japan Vertreten Durch Den Gene | Heat resistant steel, especially for use in the electrical power generating, nuclear and chemical industries, has a ferritic or tempered martensitic structure with palladium- and-or platinum-containing intermetallic compound phases |
US20040109784A1 (en) * | 2001-04-04 | 2004-06-10 | Alireza Arbab | Steel and steel tube for high- temperature use |
US20120160376A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-06-28 | The Japan Steel Works, Ltd. | Heat resistant cast steel, manufacturing method thereof, cast parts of steam turbine, and manufacturing method of cast parts of steam turbine |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11350031A (en) * | 1998-06-11 | 1999-12-21 | Nippon Steel Corp | Production of high cr heat resistant steel excellent in low temperature toughness and creep strength |
JP4614547B2 (en) * | 2001-01-31 | 2011-01-19 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Martensitic heat resistant alloy with excellent high temperature creep rupture strength and ductility and method for producing the same |
JP2002235154A (en) | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Sumitomo Metal Ind Ltd | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTANT STEEL |
JP4188124B2 (en) * | 2003-03-31 | 2008-11-26 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Welded joints of tempered martensitic heat-resistant steel |
JP4386364B2 (en) | 2005-07-07 | 2009-12-16 | 株式会社日立製作所 | Steam turbine piping, its manufacturing method, main steam piping and reheat piping for steam turbine and steam turbine power plant using the same |
CN104313278B (en) * | 2014-10-23 | 2016-08-17 | 北京科技大学 | Delta ferrite level control method in a kind of martensite type refractory steel |
-
2016
- 2016-07-12 ES ES16179114T patent/ES2846875T3/en active Active
- 2016-07-12 PL PL16179114T patent/PL3269831T3/en unknown
- 2016-07-12 EP EP16179114.0A patent/EP3269831B1/en active Active
-
2017
- 2017-07-12 KR KR1020197004185A patent/KR102475025B1/en active IP Right Grant
- 2017-07-12 CN CN201780039089.4A patent/CN109689901A/en active Pending
- 2017-07-12 EP EP17743278.8A patent/EP3485046B1/en active Active
- 2017-07-12 BR BR112019000376-2A patent/BR112019000376B1/en active IP Right Grant
- 2017-07-12 JP JP2019500645A patent/JP7016343B2/en active Active
- 2017-07-12 CA CA3025133A patent/CA3025133A1/en active Pending
- 2017-07-12 EA EA201990013A patent/EA036004B1/en not_active IP Right Cessation
- 2017-07-12 AU AU2017297766A patent/AU2017297766B2/en active Active
- 2017-07-12 UA UAA201900275A patent/UA124766C2/en unknown
- 2017-07-12 US US16/314,205 patent/US20190203313A1/en active Pending
- 2017-07-12 MX MX2019000517A patent/MX2019000517A/en unknown
- 2017-07-12 WO PCT/EP2017/067613 patent/WO2018011301A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994008063A1 (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-14 | Buck Robert F | Creep resistant, precipitation-dispersion-strengthened, martensitic stainless steel and method thereof |
JPH1192881A (en) * | 1997-09-22 | 1999-04-06 | Natl Res Inst For Metals | Ferritic heat resistant steel having lath martensitic structure and its production |
DE19941411A1 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | Japan Vertreten Durch Den Gene | Heat resistant steel, especially for use in the electrical power generating, nuclear and chemical industries, has a ferritic or tempered martensitic structure with palladium- and-or platinum-containing intermetallic compound phases |
US20040109784A1 (en) * | 2001-04-04 | 2004-06-10 | Alireza Arbab | Steel and steel tube for high- temperature use |
US20120160376A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-06-28 | The Japan Steel Works, Ltd. | Heat resistant cast steel, manufacturing method thereof, cast parts of steam turbine, and manufacturing method of cast parts of steam turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112019000376A2 (en) | 2019-04-24 |
KR102475025B1 (en) | 2022-12-07 |
UA124766C2 (en) | 2021-11-17 |
EP3485046B1 (en) | 2020-11-18 |
BR112019000376B1 (en) | 2022-06-28 |
MX2019000517A (en) | 2019-09-23 |
AU2017297766A1 (en) | 2018-12-13 |
PL3269831T3 (en) | 2021-05-04 |
AU2017297766B2 (en) | 2023-02-16 |
EP3485046A1 (en) | 2019-05-22 |
CA3025133A1 (en) | 2018-01-18 |
US20190203313A1 (en) | 2019-07-04 |
ES2846875T3 (en) | 2021-07-30 |
EP3269831B1 (en) | 2020-11-04 |
JP7016343B2 (en) | 2022-02-04 |
CN109689901A (en) | 2019-04-26 |
EA201990013A1 (en) | 2019-05-31 |
KR20190029654A (en) | 2019-03-20 |
WO2018011301A1 (en) | 2018-01-18 |
JP2019524996A (en) | 2019-09-05 |
EP3269831A1 (en) | 2018-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6144417B2 (en) | High chromium heat resistant steel | |
EA036004B1 (en) | High chromium martensitic heat-resistant steel with combined high creep rupture strength and oxidation resistance | |
WO2006109664A1 (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
JP2013001949A (en) | Precipitate hardening martensitic stainless steel and long blade using the same for steam turbine | |
US7935303B2 (en) | Low alloy steel | |
US20190126408A1 (en) | Welding Structure Member | |
JP2007254806A (en) | Turbine casing | |
KR20140117417A (en) | Austenitic alloy | |
JP2000026940A (en) | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTANT STEEL | |
US20190105727A1 (en) | Welding Structure Member | |
JPH0885850A (en) | High chromium ferritic heat resistant steel | |
JP2010053417A (en) | Ferritic stainless steel excellent in thermal fatigue property, high temperature fatigue property and oxidation resistance | |
JP6729265B2 (en) | Low alloy steel | |
JP2002241903A (en) | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTANT STEEL | |
JP2001152293A (en) | HIGH Cr FERRITIC HEAT RESISTING STEEL | |
JP5239644B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent thermal fatigue properties, high temperature fatigue properties, oxidation resistance and toughness | |
JPH0885847A (en) | High chromium ferritic heat resistant steel | |
KR20240034213A (en) | Ferritic heat-resistant steel | |
KR20240064053A (en) | Ferritic heatresistant steel |
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 TJ TM |