RU2033465C1

RU2033465C1 - Ferrite steel

Info

Publication number: RU2033465C1
Authority: RU
Inventors: Н.П. Талов; Т.А. Маркелова; С.И. Залеский; Л.Н. Смирнов; И.О. Кацин; В.Г. Ефремов; В.Н. Козлович; Ю.Я. Мельников; Л.А. Агишев; Р.Ф. Максутов
Original assignee: Маркелова Татьяна Александровна
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: steel has components at the following ratio, wt.-%: carbon 0.01-0.065; silicon 0.3-1.1; manganese 0.8-1.5; chrome 17-21; vanadium 0.3-0.8; zirconium 0.15-0.35; aluminium 0.05-0.25; rare-earth metals 0.005-0.1; nickel 0.6-1.5; titanium 0.05-0.25; calcium 0.05-0.1; boron 0.003-0.05, and iron - the rest. Steel has additionally, wt. -% : molybdenum 1-2.5 and niobium 0.2-0.5. Steel does not show tendency for corrosion cracking under stress condition in solutions of nitrate, hydroxide, carbonate and hydrocarbonate, and for intercrystalline corrosion. Steel shows good weldability involving argon-arch welding. EFFECT: enhanced quality of steel. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии. Сталь предназначается для применения в качестве коррозионно-стойкого и жаростойкого свариваемого материала для химической, азотной, пищевой и других отраслей промышленности взамен хромоникелевой аустенитной стали типа 08Х18Н10Т и других марок ответственного назначения. Сталь не склонна к коррозионному растрескиванию под напряжением в растворах нитрата, гидроокиси, карбоната, бикарбоната, а также к межкристаллитной коррозии. The invention relates to ferrous metallurgy. Steel is intended for use as a corrosion-resistant and heat-resistant weldable material for chemical, nitrogen, food and other industries instead of austenitic chromium-nickel steel type 08X18H10T and other grades of critical purpose. Steel is not prone to stress corrosion cracking in solutions of nitrate, hydroxide, carbonate, bicarbonate, and also to intergranular corrosion.

Известна ферритная хромистая коррозионно-стойкая и жаропрочная сталь [1] следующего химического состава, мас. C 0,01-0,06 Cr 17,5-29,0 Si 0,3-1,5 Mn 0,1-3,5 Al 0,03-1,20 Zr 0,51-1,5 V 0,005-1,500 РЗМ 0,001-0,10 Примеси: Ni До 0,5 Сu До 0,3 S До 0,025 Р До 0,035 N До 0,05 Железо Остальное Данная сталь [1] принимается в качестве прототипа. Known ferritic chromium corrosion-resistant and heat-resistant steel [1] of the following chemical composition, wt. C 0.01-0.06 Cr 17.5-29.0 Si 0.3-1.5 Mn 0.1-3.5 Al 0.03-1.20 Zr 0.51-1.5 V 0.005 -1.500 REM 0.001-0.10 Impurities: Ni Up to 0.5 Cu Up to 0.3 S Up to 0.025 P Up to 0.035 N Up to 0.05 Iron Else This steel [1] is adopted as a prototype.

Недостатками прототипа [1] являются недостаточная пластичность стали и нестабильность механических свойств по длине раската полосы, а также пониженная технологичность стали в металлургическом производстве. При разливке металла это выражается в "затягивании" (закупорке) разливочного стакана и разъедании огнеупорной пробки стопорного устройства. Все это приводит к загрязнению стали неметаллическими включениями и окислами "вторичного окисления" и снижению пластичности. The disadvantages of the prototype [1] are the lack of ductility of steel and the instability of the mechanical properties along the length of the strip, as well as the reduced manufacturability of steel in metallurgical production. When casting metal, this is expressed in "tightening" (clogging) of the pouring cup and corroding of the refractory stopper of the locking device. All this leads to steel contamination with non-metallic inclusions and oxides of "secondary oxidation" and a decrease in ductility.

Причиной указанных недостатков прототипа [1] является повышенное содержание алюминия (до 1,2%) и циркония (до 1,5%). The reason for these disadvantages of the prototype [1] is the high content of aluminum (up to 1.2%) and zirconium (up to 1.5%).

Цель изобретения устранение недостатков, присущих прототипу, повышение пластичности стали, достижение структурной однородности и стабильности механических свойств. The purpose of the invention is the elimination of the disadvantages inherent in the prototype, increasing the ductility of steel, achieving structural uniformity and stability of mechanical properties.

Это достигается тем, что ферритная сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, железо, алюминий, цирконий, редкоземельные металлы (РЗМ), медь, фосфор, серу, азот, отличается тем, что она дополнительно содержит никель, титан, кальций, бор при следующем соотношении ингредиентов, мас. Углерод 0,010-0,065 Кремний 0,30-1,10 Марганец 0,80-1,50 Хром 17,0-21,0 Ванадий 0,3-0,8 Цирконий 0,15-0,35 Алюминий 0,05-0,25 РЗМ (Се, La и др.) 0,005-0,10 Никель 0,6-1,5 Титан 0,05-0,25 Кальций 0,005-0,10 Бор 0,003-0,05 Медь Не более 0,50 Фосфор Не более 0,08 Сера Не более 0,03 Азот Не более 0,05 Железо Остальное
Сталь дополнительно содержит молибден 1,0-2,5% и ниобий 0,20-0,5%
Хром, кремний и молибден в заданных пределах обеспечивают коррозионную стойкость этой стали в агрессивных средах; хром и кремний обеспечивают жаростойкость стали при высоких температурах (до 950^оС).This is achieved by the fact that ferritic steel, including carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, iron, aluminum, zirconium, rare earth metals (REM), copper, phosphorus, sulfur, nitrogen, is characterized in that it additionally contains nickel, titanium, calcium, boron in the following ratio of ingredients, wt. Carbon 0.010-0.065 Silicon 0.30-1.10 Manganese 0.80-1.50 Chromium 17.0-21.0 Vanadium 0.3-0.8 Zirconium 0.15-0.35 Aluminum 0.05-0 25 REM (Ce, La, etc.) 0.005-0.10 Nickel 0.6-1.5 Titanium 0.05-0.25 Calcium 0.005-0.10 Boron 0.003-0.05 Copper Not more than 0.50 Phosphorus Not more than 0.08 Sulfur Not more than 0.03 Nitrogen Not more than 0.05 Iron Else
Steel additionally contains molybdenum 1.0-2.5% and niobium 0.20-0.5%
Chromium, silicon and molybdenum within specified limits provide corrosion resistance of this steel in aggressive environments; chromium and silicon steel provide heat resistance at high temperatures (up to 950 ° ^C).

Все остальные элементы активно участвуют в реакциях структурообразования, начиная с момента кристаллизации, приводя к созданию сравнительно мелкозернистой основной ферритной структуры и субструктуры (тонкой структуры) внутри феррита (создание блочной мозаичной структуры зерен) и по границам зерен (устранение преимущественного выделения хромистых избыточных фаз по границам зерен, понижающих пластичность стали). All other elements are actively involved in structure formation reactions, starting from the moment of crystallization, leading to the creation of a relatively fine-grained basic ferrite structure and substructure (fine structure) inside the ferrite (creating a block mosaic grain structure) and along the grain boundaries (eliminating the preferential allocation of chromium excess phases at the boundaries grains that reduce the ductility of steel).

Марганец и кальций в заданных пределах вступают во взаимодействие в основном с серой (а кальций также с кислородом) с образованием дисперсных сульфидов (и оксидов), способствуя их более равномерному распределению во всем объеме стали. Кроме того, марганец и никель в чистом виде, концентрируясь по границам зерен, способствуют совершенствованию структуры границ зерен феррита, уплотняя их и увеличивая тем самым межзеренную связь ферритовой стали. Manganese and calcium within specified limits interact mainly with sulfur (and calcium also with oxygen) with the formation of dispersed sulfides (and oxides), contributing to their more uniform distribution in the entire volume of steel. In addition, pure manganese and nickel, concentrating along grain boundaries, contribute to improving the structure of grain boundaries of ferrite, densifying them and thereby increasing the intergrain bond of ferrite steel.

Первыми в реакции структурообразования стали вступают наиболее активные элементы уже с момента кристаллизации цирконий, ниобий, алюминий, титан, кальций, бор и РЗМ в заданных пределах, вступая в реакцию поcледовательно в cоответcтвии c их cтепенью активноcти, образуют мелкодисперсные зародыши кристаллизации (нитриды, карбиды, оксиды и сульфиды), тем самым измельчают зерна кристаллизующейся основной структуры δ-феррита и дисперсных избыточных фаз, что повышает пластичность стали и стабильность ее свойств. The most active elements are the first to enter the steel formation reaction already from the moment of crystallization of zirconium, niobium, aluminum, titanium, calcium, boron and rare-earth metals within specified limits, reacting successively in accordance with their degree of activity, they form fine crystallization nuclei (nitrides, carbides, oxides and sulfides), thereby grinding the grains of the crystallizing basic structure of δ-ferrite and dispersed excess phases, which increases the ductility of steel and the stability of its properties.

Таким образом, соотношение компонентов в предлагаемой хромистой стали рассчитано так, что твердый раствор стали (δ-феррит) максимально очищен от вредных примесей за счет связывания их в устойчивые фазы и равномерного распределения во всем объеме. Отсутствие избыточного содержания в жидком растворе таких активных элементов, как алюминий, титан, цирконий, устраняет возможность загрязнения неметаллическими включениями и окислами этих элементов за счет "вторичного окисления" стали при разливке и разъедании огнеупорных материалов стопорного припаса, а также устраняется возможность "затягивания" разливочного стакана, что считается аварийной ситуацией при разливке жидкого металла. Thus, the ratio of the components in the proposed chromium steel is calculated so that the solid solution of steel (δ-ferrite) is maximally purified from harmful impurities by binding them to stable phases and uniform distribution throughout the volume. The absence of an excess content of active elements such as aluminum, titanium, zirconium in a liquid solution eliminates the possibility of contamination by non-metallic inclusions and oxides of these elements due to the "secondary oxidation" of steel during casting and corrosion of refractory materials of the retainer, and also eliminates the possibility of "tightening" the casting glass, which is considered an emergency when casting liquid metal.

Сталь может выплавляться в обычных электросталеплавильных печах с применением низкоуглеродистого феррохрома, в том числе методом переплава углеродистых и хромистых отходов, или с применением более современных и экономичных методов выплавки в конвертерах (методы АОД, ВОД, АКР и др.). Steel can be smelted in conventional electric steel furnaces using low-carbon ferrochrome, including the method of remelting carbon and chromium wastes, or using more modern and economical methods of smelting in converters (methods of AOD, VOD, AKP, etc.).

Сталь изготовляется методом горячей и холодной прокатки в виде листа, рулонной стали и ленты и сваривается всеми известными методами сварки, в том числе в производстве сварных труб. Steel is produced by hot and cold rolling in the form of a sheet, rolled steel and tape and is welded by all known welding methods, including in the production of welded pipes.

В табл. 1 приведен химический состав исследованных хромистых сталей. In the table. 1 shows the chemical composition of the investigated chromium steels.

В табл. 2 представлены результаты механических испытаний исследованных хромистых сталей в отожженном состоянии толщиной 1,5 мм. Данные показывают преимущества предлагаемой стали по уровню пластичности ( δ₅≥40%) и стабильности механических свойств на этом уровне пластичности, в то время как известная сталь [1] не достигает этого уровня ( δ₅ < 40%).In the table. 2 presents the results of mechanical tests of the studied chromium steels in the annealed state with a thickness of 1.5 mm. The data show the advantages of the proposed steel in terms of ductility (δ ₅ ≥40%) and stability of mechanical properties at this level of ductility, while the known steel [1] does not reach this level (δ ₅ <40%).

Физические характеристики предлагаемой стали: Плотность, ρ˙10³, кг/м³ 7,7 Модуль упругости, Е, ГПа 227
Коэффициент линейного расширения, λ˙10⁶ при 20 100^оС 10,3 при 20 500^оС 11,0 при 20 1000^оС 12,5
Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/мК
Удельное электросопротивление, ρ˙10⁶, Ом˙м
Температура, Т, ^оС
T λ ρ
20 16,86 0,85
100 17,53 0,92
200 20,45 0,99
300 21,61 1,09
400 22,70 1,18
500 23,35 1,25
600 24,57 1,27
700 25,63 1,29
800 26,80 1,32
900 27,93 1,43
Таким образом, заявленная новая сталь обладает высоким техническим эффектом и изобретательским уровнем.Physical characteristics of the proposed steel: Density, ρ˙10 ³ , kg / m ³ 7.7 Elastic modulus, Е, GPa 227
The coefficient of linear expansion, λ˙10 ⁶ at 20 100 ^о С 10.3 at 20 500 ^о С 11.0 at 20 1000 ^о С 12.5
Heat conductivity coefficient, λ, W / mK
Electrical resistivity, ρ˙10 ⁶ , Ohm˙m
Temperature, T, ^о С
T λ ρ
20 16.86 0.85
100 17.53 0.92
200 20.45 0.99
300 21.61 1.09
400 22.70 1.18
500 23.35 1.25
600 24.57 1.27
700 25.63 1.29
800 26.80 1.32
900 27.93 1.43
Thus, the claimed new steel has a high technical effect and inventive step.

Claims

1. FERRITE STEEL containing carbon, silicon, manganese, chromium, vanadium, zirconium, aluminum, rare earth metals, nickel, iron, characterized in that it additionally contains titanium, calcium, boron in the following ratio, wt.

Carbon 0.010 0.065
Silicon 0.30 1.10
Manganese 0.80 1.50
Chrome 17.0 21.0
Vanadium 0.3 0.8
Zirconium 0.15 0.35
Aluminum 0.05 0.25
Rare earth metals 0.005 0.10
Nickel 0.6 1.5
Titanium 0.05 0.25
Calcium 0.005 0.10
Boron 0.003 0.05
Iron Else
2. Steel according to claim 1, characterized in that it further comprises, by weight.

Molybdenum 1.0 2.5
Niobium 0.20 0.5