RU2205889C1 - High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel - Google Patents
High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205889C1 RU2205889C1 RU2002105901A RU2002105901A RU2205889C1 RU 2205889 C1 RU2205889 C1 RU 2205889C1 RU 2002105901 A RU2002105901 A RU 2002105901A RU 2002105901 A RU2002105901 A RU 2002105901A RU 2205889 C1 RU2205889 C1 RU 2205889C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- steel
- carbon
- niobium
- vanadium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии стали и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, специальном судостроении и для создания высокоэффективной буровой техники. The invention relates to the field of metallurgy of steel and can be used in mechanical engineering, instrumentation, special shipbuilding and to create highly efficient drilling equipment.
Известна коррозионно-стойкая немагнитная сталь, содержащая 0,03% углерода, 0,4÷0,6% азота; 23÷25% хрома; 5÷7% марганца, 16÷18% никеля и 4÷5% молибдена (сталь марки 1.4565S, Материалы конференции "High Nitrogen Steels 90", Aahen, 1990, р. 155). Основным недостатком этой стали является низкая прочность, плохая свариваемость и высокое содержание дорогих и дефицитных никеля и молибдена. Known corrosion-resistant non-magnetic steel containing 0.03% carbon, 0.4 ÷ 0.6% nitrogen; 23 ÷ 25% chromium; 5–7% manganese, 16–18% nickel and 4–5% molybdenum (grade 1.4565S steel, Materials of the conference "High Nitrogen Steels 90", Aahen, 1990, p. 155). The main disadvantage of this steel is its low strength, poor weldability and high content of expensive and scarce nickel and molybdenum.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является сталь 07X21Г7АН5 (см. А. А. Бабаков, М.В. Приданцев Коррозионно-стойкие стали и сплавы. - М. : Металлургия, 1971, с. 168, ЧМТУ 393-60, ЦНИИЧМ), содержащая 0,05÷0,10% углерода, до 0,7% кремния, 0,15÷0,25% азота, 20÷22% хрома, 6÷8% марганца, 5÷6% никеля, 0,05÷0,15% ниобия, железо и неизбежные примеси - остальное. Closest to the proposed technical solution is steel 07X21G7AN5 (see A. A. Babakov, MV Pridantsev Corrosion-resistant steels and alloys. - M.: Metallurgy, 1971, p. 168, ChMTU 393-60, TsNIICHM), containing 0.05 ÷ 0.10% carbon, up to 0.7% silicon, 0.15 ÷ 0.25% nitrogen, 20 ÷ 22% chromium, 6 ÷ 8% manganese, 5 ÷ 6% nickel, 0.05 ÷ 0.15% niobium, iron and inevitable impurities - the rest.
Однако эта сталь обладает недостаточным уровнем прочностных свойств (σ3= 700 МПа; σ0,2= 400 МПа) и наличием ферромагнитного δ-феррита в структуре стали при содержании аустенитообразующих элементов на нижнем пределе марочного состава.However, this steel has an insufficient level of strength properties (σ 3 = 700 MPa; σ 0.2 = 400 MPa) and the presence of ferromagnetic δ-ferrite in the steel structure with the content of austenite-forming elements at the lower limit of the grade composition.
Технический результат - получение высокопрочной немагнитной износостойкой свариваемой стали. EFFECT: obtaining high-strength non-magnetic wear-resistant welded steel.
Технический результат достигается тем, что в высокопрочную немагнитную свариваемую сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ниобий, железо и неизбежные примеси, дополнительно введены молибден, ванадий и кальций, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,04÷0,90
Кремний - 0,10÷0,60
Марганец - 5,0÷12,0
Хром - 19÷21
Никель - 4,5÷9,0
Молибден - 0,5÷1,5
Ванадий - 0,10÷0,55
Кальций - 0,005÷0,010
Ниобий - 0,03÷0,30
Азот - 0,40÷0,70
Неизбежные примеси и железо - Остальное
при этом для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие:
[N], [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Nb] - концентрация в стали азота, углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, молибдена, ванадия и ниобия соответственно, выраженная в массовых процентах, а соотношение содержания углерода к содержанию азота равно 0,05-0,15.The technical result is achieved by the fact that in high-strength non-magnetic welded steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, niobium, iron and inevitable impurities, molybdenum, vanadium and calcium are additionally introduced, with the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.04 ÷ 0.90
Silicon - 0.10 ÷ 0.60
Manganese - 5.0 ÷ 12.0
Chrome - 19 ÷ 21
Nickel - 4.5 ÷ 9.0
Molybdenum - 0.5 ÷ 1.5
Vanadium - 0.10 ÷ 0.55
Calcium - 0.005 ÷ 0.010
Niobium - 0.03 ÷ 0.30
Nitrogen - 0.40 ÷ 0.70
Inevitable Impurities and Iron - Else
while for the values of the concentration of alloying elements the condition is satisfied:
[N], [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Nb] - concentration in the steel of nitrogen, carbon, silicon, manganese, nickel, chromium , molybdenum, vanadium and niobium, respectively, expressed in mass percent, and the ratio of carbon to nitrogen is 0.05-0.15.
Сталь обладает развитой субзеренной структурой после горячей пластической деформации при температурах 1000÷1050oС с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры.Steel has a developed subgrain structure after hot plastic deformation at temperatures of 1000 ÷ 1050 o С with compression of 50 ÷ 80% and subsequent cooling in water to room temperature.
Сталь обладает мелкозернистой аустенитной структурой после закалки в воде от температуры в пределах 1030÷1070oС.Steel has a fine-grained austenitic structure after quenching in water from a temperature in the range of 1030 ÷ 1070 o C.
Содержание в стали углерода [С]=0,04% и азота [N]=0,4% в минимальных указанных количествах достаточно для обеспечения высокой прочности основного металла и сварного соединения. При содержании углерода более 0,09% и азота более 0,70% соответственно трудно получить удовлетворительные показатели пластичности и ударной вязкости из-за образования при тепловых выдержках большого количества карбида хрома типа Ме23С6 и нитридов хрома типа Cr2N. В этом случае трудно получить не имеющий пор металл без использования повышенного давления азота над расплавом из-за ограниченной растворимости азота в металле такого состава. Для предотвращения образования карбидов хрома типа Ме23С6 отношение содержания углерода к содержанию азота не должно превышать 0,15.The content in carbon steel [C] = 0.04% and nitrogen [N] = 0.4% in the minimum indicated amounts is sufficient to ensure high strength of the base metal and the welded joint. With a carbon content of more than 0.09% and nitrogen of more than 0.70%, it is therefore difficult to obtain satisfactory ductility and toughness due to the formation of large amounts of chromium carbide type Me 23 C 6 and chromium nitrides type Cr 2 N during thermal aging. In the case, it is difficult to obtain a pore-free metal without using increased nitrogen pressure above the melt due to the limited solubility of nitrogen in the metal of such a composition. To prevent the formation of chromium carbides such as Me 23 C 6, the ratio of carbon to nitrogen should not exceed 0.15.
Введение в сталь 19÷21% хрома необходимо для обеспечения требуемого уровня коррозионной стойкости и растворимости азота в указанных пределах. При содержании хрома более 21% и никеля менее 4,5% сталь будет иметь пониженную пластичность из-за образования феррита и σ-фазы. С увеличением содержания никеля более 9% из-за снижения растворимости азота в металле невозможно получить сталь с заданным количеством азота. Получение содержания марганца на уровне 5÷12% обеспечивает стабильность аустенита по отношению к γ_→ α(М) превращению, повышает растворимость азота и способствует раскислению металла. Введение в сталь ниобия в количестве более 0,03% и дополнительно ванадия в количестве более 0,10% обеспечивает мелкозернистую структуру и повышение прочности (за счет образования мелкодисперсных нитридов ванадия и ниобия). При меньших концентрациях ванадия и ниобия положительный эффект от их введения незначителен. Увеличение содержания ниобия более 0,30% и ванадия более 0,55% приводит к снижению прочности металла из-за обеднения твердого раствора азотом в результате образования термически устойчивых нитридов ванадия и ниобия, диссоциируюших в аустените при температурах выше 1150oС. При содержании молибдена более 1,5% в металле может образовываться ферромагнитная фаза (δ-феррит). Добавки кальция в количестве 0,005-0,010%, улучшая морфологию неметаллических включений, повышают пластичность металла и его технологичность, особенно обрабатываемость резанием. Если кальция в металле меньше 0,005% - значительного эффекта от его введения не наблюдается, при увеличении его содержания более 0,010%, - дальнейшего улучшения свойств не наблюдается.The introduction of 19 ÷ 21% chromium into steel is necessary to ensure the required level of corrosion resistance and solubility of nitrogen within the specified limits. With a chromium content of more than 21% and nickel of less than 4.5%, the steel will have a reduced ductility due to the formation of ferrite and the σ phase. With an increase in nickel content of more than 9% due to a decrease in the solubility of nitrogen in the metal, it is impossible to obtain steel with a given amount of nitrogen. Obtaining a manganese content of 5–12% ensures the stability of austenite with respect to the γ_ → α (M) conversion, increases the solubility of nitrogen and promotes metal deoxidation. The introduction of niobium in steel in an amount of more than 0.03% and additionally vanadium in an amount of more than 0.10% provides a fine-grained structure and increased strength (due to the formation of finely dispersed vanadium and niobium nitrides). At lower concentrations of vanadium and niobium, the positive effect of their administration is negligible. An increase in the content of niobium of more than 0.30% and vanadium of more than 0.55% leads to a decrease in the strength of the metal due to depletion of the solid solution with nitrogen as a result of the formation of thermally stable vanadium and niobium nitrides, which dissociate in austenite at temperatures above 1150 o C. When the molybdenum content more than 1.5%, a ferromagnetic phase (δ-ferrite) can form in the metal. Calcium additives in an amount of 0.005-0.010%, improving the morphology of non-metallic inclusions, increase the ductility of the metal and its manufacturability, especially machinability. If the calcium in the metal is less than 0.005% - a significant effect from its introduction is not observed, with an increase in its content more than 0.010% - no further improvement in properties is observed.
Выполнение условия:
обеспечивает получение неферромагнитной стали (μ<1,01 Гс/Э). При уменьшении значений отношения менее 0,70 не удается получить аустенитную структуру без ферромагнитных фаз (мартенсита и феррита). При значении отношения более 0,90 в стали не достигается необходимый уровень растворимости азота. Аустенит с развитой субзеренной структурой в предлагаемой стали можно получить в результате горячей пластической деформации (ковки или прокатки) при температурах 1000-1050oС с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры. Пластическая деформация при температурах ниже 1000oС снижает пластичность и ударную вязкость стали и затрудняет процесс получения качественных изделий из-за высокого сопротивления металла пластическому деформированию. Наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств стали достигается при обжатии 50-80%. Обжатия менее 50% не обеспечивают требуемый уровень прочностных свойств, а обжатия более 80% приводят к значительному снижению пластичности.Fulfillment of the condition:
provides non-ferromagnetic steel (μ <1.01 G / E). With a decrease in the ratio values below 0.70, it is not possible to obtain an austenitic structure without ferromagnetic phases (martensite and ferrite). When the ratio is more than 0.90 in steel, the required level of nitrogen solubility is not achieved. Austenite with a developed subgrain structure in the proposed steel can be obtained as a result of hot plastic deformation (forging or rolling) at temperatures of 1000-1050 o With compression of 50 ÷ 80% and subsequent cooling in water to room temperature. Plastic deformation at temperatures below 1000 o C reduces the ductility and toughness of steel and complicates the process of obtaining high-quality products due to the high resistance of the metal to plastic deformation. The best combination of strength and plastic properties of steel is achieved with a compression of 50-80%. Compressions of less than 50% do not provide the required level of strength properties, and compressions of more than 80% lead to a significant reduction in ductility.
Высокая скорость охлаждения в воде от температуры закалки предотвращает обеднение поверхностных слоев металла азотам, образование в объеме металла нитридных фаз, снижающих пластичность стали, и ферромагнитной фазы - мартенсита. The high cooling rate in water from the quenching temperature prevents the depletion of the surface layers of the metal to nitrogen, the formation of nitride phases in the metal volume, which reduce the ductility of steel, and the ferromagnetic phase - martensite.
Нагрев под закалку до температур до 1030÷1070oС достаточен для растворения нитридов хрома при сохранении мелкозернистой структуры из-за наличия небольшого количества труднорастворимых частиц нитридов ниобия и ванадия. При температуре нагрева под закалку менее 1030oС не достигается полное растворение нитридов, ухудшается вязкость и пластичность стали. При температурах нагрева под закалку выше 1070oС увеличиваются размеры зерен аустенита в результате начала растворения нитридов ниобия и ванадия.Heating under quenching to temperatures up to 1030 ÷ 1070 o С is sufficient for dissolving chromium nitrides while maintaining a fine-grained structure due to the presence of a small amount of sparingly soluble particles of niobium and vanadium nitrides. When the heating temperature for hardening is less than 1030 o C is not achieved complete dissolution of nitrides, deteriorates the viscosity and ductility of steel. At temperatures of heating for quenching above 1070 o C, the sizes of austenite grains increase as a result of the onset of dissolution of niobium and vanadium nitrides.
Пример. Сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 50 кг. При температуре 1050 С металл ковали на прутки 13/13 мм. Структуру металла определяли на рентгеновском дифрактометре. Механические испытания проводили на машине Инстрон-1185. Example. Steel was smelted in an open induction furnace with a capacity of 50 kg. At a temperature of 1050 ° C, the metal was forged onto rods of 13/13 mm. The metal structure was determined on an x-ray diffractometer. Mechanical tests were carried out on an Instron-1185 machine.
Результаты химического анализа предлагаемой стали и прототипа приведены в табл. 1. The results of the chemical analysis of the proposed steel and prototype are given in table. 1.
Результаты испытаний приведены в табл. 2. The test results are given in table. 2.
По результатам испытаний (табл. 2) видно, что предлагаемая сталь обладает более высокими прочностными характеристиками при сохранении повышенной пластичности, что будет приводить к повышению срока службы и надежности конструкций и изделий из этого металла. According to the test results (table. 2) it can be seen that the proposed steel has higher strength characteristics while maintaining increased ductility, which will lead to an increase in the service life and reliability of structures and products from this metal.
Сталь хорошо сваривается всеми видами сварки. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в 3% растворе NaCl. Скорость коррозии основного металла и сварного соединения при температуре 40oС в течение 400 часов составляет 0,0007-0,0009 мм/год.Steel is well welded by all types of welding. It has high corrosion resistance in a 3% NaCl solution. The corrosion rate of the base metal and the welded joint at a temperature of 40 o C for 400 hours is 0,0007-0,0009 mm / year.
Таким образом, предлагаемая сталь может быть использована в качестве высокопрочного немагнитного коррозионно-стойкого свариваемого материала. Thus, the proposed steel can be used as a high-strength non-magnetic corrosion-resistant weldable material.
В стали формируется развитая субзеренная структура в процессе горячей пластической деформации при температурах 1000÷1050oС с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры.A developed subgrain structure is formed in steel during hot plastic deformation at temperatures of 1000 ÷ 1050 o С with compression of 50 ÷ 80% and subsequent cooling in water to room temperature.
Сталь приобретает мелкозернистую аустенитную структуру после закалки в воде от температуры в пределах 1030÷1070oС.Steel acquires a fine-grained austenitic structure after quenching in water from a temperature in the range of 1030 ÷ 1070 o C.
Claims (3)
Углерод - 0,04-0,90
Кремний - 0,10-0,60
Марганец - 5,0-12,0
Хром - 19-21
Никель - 4,5-9,0
Молибден - 0,5-1,5
Ванадий - 0,10-0,55
Кальций - 0,005-0,010
Ниобий - 0,03-0,30
Азот - 0,40-0,70
Неизбежные примеси и железо - Остальное
при этом для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие
где [N] , [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Nb] - концентрация в стали азота, углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, молибдена, ванадия и ниобия соответственно, выраженная в массовых процентах, а соотношение содержания углерода к содержанию азота равно 0,05-0,15.1. High-strength non-magnetic corrosion-resistant welded steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, niobium, iron and inevitable impurities, characterized in that it additionally contains molybdenum, vanadium and calcium in the following ratio of components, wt.% :
Carbon - 0.04-0.90
Silicon - 0.10-0.60
Manganese - 5.0-12.0
Chrome - 19-21
Nickel - 4.5-9.0
Molybdenum - 0.5-1.5
Vanadium - 0.10-0.55
Calcium - 0.005-0.010
Niobium - 0.03-0.30
Nitrogen - 0.40-0.70
Inevitable Impurities and Iron - Else
in this case, for the concentrations of the alloying elements
where [N], [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Nb] is the concentration of nitrogen, carbon, silicon, manganese, nickel in steel, chromium, molybdenum, vanadium and niobium, respectively, expressed in mass percent, and the ratio of carbon to nitrogen is 0.05-0.15.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105901A RU2205889C1 (en) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105901A RU2205889C1 (en) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2205889C1 true RU2205889C1 (en) | 2003-06-10 |
Family
ID=29211611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002105901A RU2205889C1 (en) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2205889C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451765C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-05-27 | Александр Федорович Дегтярев | High-nitrogen nonmagnetic corrosion-resistant steel |
| RU2454478C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | High-strength non-magnetic corrosion-resistant steel |
-
2002
- 2002-03-06 RU RU2002105901A patent/RU2205889C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАБКОВ А.В. и др. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. - М.: Металлургия, 1971, с.168, сталь Х21Г7АН5. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451765C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-05-27 | Александр Федорович Дегтярев | High-nitrogen nonmagnetic corrosion-resistant steel |
| RU2454478C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | High-strength non-magnetic corrosion-resistant steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8454765B2 (en) | Corrosion-resistant austenitic steel alloy | |
| US9856551B2 (en) | Ferritic-austenitic stainless steel | |
| US4564392A (en) | Heat resistant martensitic stainless steel containing 12 percent chromium | |
| EP1584699A1 (en) | High-strength martensitic stainless steel with excellent resistances to carbon dioxide gas corrosion and sulfide stress corrosion cracking | |
| CA2550490A1 (en) | Steel plates for ultra-high-strength linepipes and ultra-high-strength linepipes having excellent low-temperature toughness and manufacturing methods thereof | |
| EA024859B1 (en) | Metal alloys for high impact applications | |
| CA2861740C (en) | Low alloy steel | |
| JP2003003243A (en) | High-strength martensitic stainless steel with excellent resistance to carbon dioxide gas corrosion and sulfide stress corrosion cracking | |
| RU2447185C1 (en) | High-strength nonmagnetic rustproof casting steel and method of its thermal treatment | |
| RU2437954C1 (en) | Corrosion resistant steel for oil-gas extracting equipment | |
| JPH08269632A (en) | High strength and high corrosion resistant nitrogen-containing austenitic stainless steel | |
| RU2205889C1 (en) | High-strength non-magnetic corrosion resistant weldable steel | |
| RU2445397C1 (en) | High-strength non-magnetic corrosion-resistant cast steel, and item made from it | |
| RU2303648C1 (en) | High-strength and high-tough nonmagnetic weldable steel | |
| Sakamoto et al. | Nitrogen-containing 25Cr-13Ni stainless steel as a cryogenic structural material | |
| AU683389B2 (en) | Cavitation resistant fluid impellers and method of making same | |
| RU2374354C1 (en) | Composite steel for electromagnetic weapon | |
| RU2421538C1 (en) | High-strength non-magnetic corrosion resistant steel | |
| JPH0770700A (en) | High proof stress and high corrosion resistant austenitic stainless cast steel | |
| RU2367710C1 (en) | High-strength non-magnetic corrosion-proof steel | |
| Rizov | Some results from the investigation of effects of heat treatment on properties of ni-hard cast irons | |
| JP2000301377A (en) | Welded joint of ferritic heat resistant steel and welding material | |
| RU2158319C1 (en) | High-strength corrosion- and wear-resistant austenitic steel | |
| JP2974846B2 (en) | Low temperature structural steel | |
| RU2360029C1 (en) | High-strength nonmagmetic composition steel |