RU2215815C1 - Коррозионно-стойкая сталь - Google Patents
Коррозионно-стойкая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2215815C1 RU2215815C1 RU2002130864/02A RU2002130864A RU2215815C1 RU 2215815 C1 RU2215815 C1 RU 2215815C1 RU 2002130864/02 A RU2002130864/02 A RU 2002130864/02A RU 2002130864 A RU2002130864 A RU 2002130864A RU 2215815 C1 RU2215815 C1 RU 2215815C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- content
- ferrite
- niobium
- ratio
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению нержавеющей стали мартенситно-ферритного класса, которая предназначена для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой в агрессивных кислых средах, в частности для изготовления валов для нефтяных погружных насосов. Предложена коррозионно-стойкая сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,07; кремний 0,4-0,8; марганец 0,4-0,8; хром 15,0-17,0; никель 2,5-4,5; медь 1,6-3,0; ниобий 0,15-0,35; железо - остальное. При выполнении соотношения
техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении высокой стойкости к коррозионному растрескиванию в кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислоты, ионов хлора и сероводорода. 2 табл.
техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении высокой стойкости к коррозионному растрескиванию в кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислоты, ионов хлора и сероводорода. 2 табл.
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к нержавеющей стали мартенситно-ферритного класса, которая предназначена для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой и в агрессивных кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислот, ионов хлора, сероводорода. Известна коррозионно-стойкая сталь 07Х16Н4Б следующего состава, маc. %: углерод 0,05-0,10, хром 15,0-16,5, никель 3,5-4,5, ниобий 0,20-0,40 (ГОСТ 5632-72).
Недостаток стали состоит в низкой стойкости против коррозионного растрескивания под напряжением. Однородная мартенситная структура стали позволяет получить высокую прочность стали, но не сдерживает рост трещин, возникающих от коррозии поверхности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является сталь, содержащая компоненты при следующем соотношении в маc.%: углерод 0,11-0,17, кремний 0,6-0,8, хром 16,0-18,0, никель 1,5-2,5, ванадий 0,05-0,15, азот 0,01-0,04, кальций 0,001-0,01, барий 0,001-0,01, медь 0.2-0,5, железо - остальное (патент 2073740, М.кл. С 22 С 38/46, 24.11.93 - прототип).
Сталь относится к мартенситно-ферритному классу. Прослойки пластичной фазы феррита являются тормозом для распространения трещин, сталь обладает хорошей стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением и предназначена для валов погружных насосов и других тяжелонагруженных деталей, работающих в агрессивных средах, в условиях бурения скважин.
Недостатком стали является пониженная прочность, то есть пониженные характеристики временному сопротивлению разрыву, пределу текучести.
Задачей, решаемой изобретением, является создание стали, обладающей повышенной прочностью при сохранении высокой стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением при работе в кислых агрессивных средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей азотной и серной кислот, ионов хлора, сероводорода.
Указанная задача решается тем, что коррозионно-стойкая сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, железо, дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Углерод - 0,01-0,07
Кремний - 0,4-0,8
Марганец - 0,4-0,8
Хром - 15,0-17,0
Никель - 2,5-4,5
Медь - 1,6-3,0
Ниобий - 0,15-0,35
Железо - Остальное
При выполнении соотношения
по сравнению с прототипом указанная сталь отличается введением ниобия при новом количественном и качественном соотношении компонентов и условием соотношения ферритообразующих и аустенитообразующих элементов в стали равном 1,7-3,6.
Углерод - 0,01-0,07
Кремний - 0,4-0,8
Марганец - 0,4-0,8
Хром - 15,0-17,0
Никель - 2,5-4,5
Медь - 1,6-3,0
Ниобий - 0,15-0,35
Железо - Остальное
При выполнении соотношения
по сравнению с прототипом указанная сталь отличается введением ниобия при новом количественном и качественном соотношении компонентов и условием соотношения ферритообразующих и аустенитообразующих элементов в стали равном 1,7-3,6.
Введение ниобия обеспечивает получение мелкозернистой стали за счет связывания углерода в мелкодисперстные карбиды ниобия, расположенные по объему зерна, что способствует повышению прочностных свойств стали. При содержании ниобия менее 0,15 мас.% его количество может быть недостаточным для полного связывания углерода. В этом случае возможно образование карбидов хрома, которые ухудшат прочностные свойства стали за счет диффузии их к границам зерен, а также ухудшат пластические свойства стали и ее ударную вязкость. Содержание ниобия более 0,35% является избыточным, дальнейшее повышение прочностных свойств стали не будет достигнуто. В то же время возрастет стоимость стали из-за избыточного дорогостоящего ниобия. Соотношение ниобия к углероду должно быть Nb/С=5:10, что позволяет оптимально вводить в сталь ниобий, обеспечивая полное связывание углерода в карбиды ниобия в зависимости от достаточного содержания углерода.
Содержание углерода более 0,07 маc.% приводит к необходимости увеличения дорогостоящего ниобия для связывания углерода, что приведет к удорожанию стали. Содержание углерода менее 0,01 маc.% не приводит к улучшению качественных характеристик, но в то же время удорожает технологический процесс выплавки стали. Содержание кремния и марганца 0,4-0,8 маc.% обеспечивает раскисление стали при различных способах ее выплавки.
При содержании кремния и марганца менее 0,4 маc.% сталь недостаточно раскислена, появятся газовые пузыри, ухудшится макроструктура, что повлияет на прочностные характеристики стали. При содержании кремния и марганца более 0,8 мас.% ухудшатся пластические характеристики стали.
При содержании хрома менее 15 мас.% снижается коррозионная стойкость стали, а содержание хрома более 17 мас.% приведет к появлению в стали остаточного аустенита. В условиях работы высоконагруженных деталей, например валов погружных электронасосов, при больших нагрузках остаточный аустенит будет претерпевать превращение в мартенсит. Наличие участков неотпущенного мартенсита ухудшит пластические свойства стали, будет способствовать зарождению трения и последующему разрушению изделий.
Содержание никеля 2,5-4,5 мас.% при заданном содержании хрома 15-17 маc. % является одним из необходимых условий для получения мартенситной структуры с определенным содержанием феррита. Исследования показали, что оптимальное содержание феррита и мартенсита в стали, которое позволяет получить высокие прочностные свойства и сохранить высокую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в агрессивных средах, составляет 3-10% феррита. Содержание никеля менее 2,5 мас.% приведет к возрастанию содержания феррита более 10% и, как следствие, снижению прочностных свойств. При содержании никеля более 4,5 мас.% в стали, будет появляться остаточный аустенит, который при эксплуатации может привести к разрушению изделия.
Введение меди в сталь дополнительно повышает ее прочностные свойства за счет выделения интерметаллидных фаз, повышается и коррозионная стойкость. Содержание меди менее 1,6 мас.% не обеспечивает достаточный прирост прочности стали в процессе твердения из-за малого объема выделившихся интерметаллидных частиц. Содержание более 3,0 мас.% приведет к снижению пластических свойств стали.
На оптимальное содержание фазовых составляющих феррита и мартенсита в стали оказывают влияние все компоненты стали и в зависимости от соотношения ферритообразующих и аустенитообразующих элементов для заявленного содержания компонентов в стали составляет 1,7-3,6, которое получено опытным путем.
Так, например, при содержании ферритообразующих элементов на верхних пределах содержания в стали, а аустенитообразующих элементов на нижних пределах, при их соотношении более 3,6 - содержание феррита в стали может быть более 10%. При этом уменьшаются прочностные свойства стали из-за избыточного содержания феррита, который обладает меньшей прочностью по сравнению с мартенситом. При содержании ферритообразующих элементов на нижних пределах содержания в стали, а аустенитообразующих элементов на верхних пределах при их соотношении менее 1,7 содержание феррита менее 3%, то есть сталь будет практически однородной, однофазной мартенситного класса. В этом случае ухудшается стойкость стали против коррозионного растрескивания под напряжением, так как будет недостаточно пластичных прожилок феррита в стали, которые тормозят развитие трещин.
При выполнении указанного соотношения ферритообразующих и аустенитообразующих элементов, равного 1,7-3,6, в пределах заявленных компонентов обеспечиваются свойства стали: повышенная прочность при сохранении высокой стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением при работе в агрессивных средах за счет обеспечения в стали оптимального содержания фазовых составляющих феррита и мартенсита, что является техническим результатом изобретения.
Пример.
Сталь выплавляли в основной дуговой электропечи. Разливка стали осуществлялась в слитки 1,15 т. Слитки прокатывались на блюминге на заготовки квадрат 100 мм. Заготовки прокатывались на мелкосортном стане 250 на прутки диаметром 20 мм и длиной 5400 мм. Термообработка прутков заключалась в двойном отпуске по следующим режимам:
- нагрев и выдержка прутков при температуре 620oС в течение 4 часов с последующим охлаждением на воздухе;
- повторный нагрев и выдержка прутков при температуре 620oС в течение 4 часов с последующим охлаждением на воздухе.
- нагрев и выдержка прутков при температуре 620oС в течение 4 часов с последующим охлаждением на воздухе;
- повторный нагрев и выдержка прутков при температуре 620oС в течение 4 часов с последующим охлаждением на воздухе.
На готовых прутках определялись механические свойства, а также стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде.
Испытания механических свойств проводили по ГОСТ 1497-43, ударной вязкости по ГОСТ 9454-78.
Стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде проводили по методике стандарта NACE ТМ 0177-96 (США). Образец помещался в среду водного раствора сероводорода и к нему прикладывалось растягивающее усилие, которое создавало напряжение в металле равное 70% от предела текучести стали. Стойкость стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде определялось как время, прошедшее с начала испытаний до полного разрушения образца. Химический состав стали, выплавленной с различным содержанием компонентов, и стали-прототипа, результаты испытаний механических свойств и коррозионных испытаний приведены в таблицах 1, 2.
Оптимальными вариантами состава стали являются 1, 2, 3, 8, 9. Вариант 4 -соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов менее 1,9, сталь обладает низкой стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением. Вариант 5 - соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов более 3,4, сталь обладает пониженными прочностными свойствами. Вариант 6 - состав стали не соответствует заявленным верхним пределам содержания компонентов, соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов более 3,6; сталь обладает пониженными прочностными свойствами. Вариант 7- состав стали не соответствует заявленным верхним пределам содержания компонентов, соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов менее 1,7, сталь обладает низкой стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Предлагаемый состав стали позволяет повысить по сравнению с прототипом прочностные свойства на 20-30% при сохранении высокого уровня стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением, что обеспечит ее применение для получения высоконагруженных изделий, работающих в условиях агрессивных сред, в частности для валов в нефтянных погружных насосах.
Claims (1)
- Коррозионно-стойкая сталь, включающая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, маc. %:
Углерод - 0,01-0,07
Кремний - 0,4-0,8
Марганец - 0,4-0,8
Хром - 15,0-17,0
Никель - 2,5-4,5
Медь - 1,6-3,0
Ниобий - 0,15-0,35
Железо - Остальное
при выполнении соотношения
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130864/02A RU2215815C1 (ru) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | Коррозионно-стойкая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130864/02A RU2215815C1 (ru) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | Коррозионно-стойкая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2215815C1 true RU2215815C1 (ru) | 2003-11-10 |
Family
ID=32028287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002130864/02A RU2215815C1 (ru) | 2002-11-18 | 2002-11-18 | Коррозионно-стойкая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2215815C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2406780C2 (ru) * | 2006-06-16 | 2010-12-20 | Эндюстель Крёзо | Нержавеющая сталь, полученная дуплекс-процессом |
RU2693990C1 (ru) * | 2005-02-01 | 2019-07-08 | Акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Сталь, изделие из стали и способ его изготовления |
-
2002
- 2002-11-18 RU RU2002130864/02A patent/RU2215815C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693990C1 (ru) * | 2005-02-01 | 2019-07-08 | Акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Сталь, изделие из стали и способ его изготовления |
RU2406780C2 (ru) * | 2006-06-16 | 2010-12-20 | Эндюстель Крёзо | Нержавеющая сталь, полученная дуплекс-процессом |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5574953B2 (ja) | 鍛造用耐熱鋼、鍛造用耐熱鋼の製造方法、鍛造部品および鍛造部品の製造方法 | |
RU2459884C1 (ru) | Труба из высокопрочной нержавеющей стали с превосходной устойчивостью к растрескиванию под действием напряжений в сульфидсодержащей среде и устойчивостью к высокотемпературной газовой коррозии под действием диоксида углерода | |
JP5685198B2 (ja) | フェライト−オーステナイト系ステンレス鋼 | |
JP5229425B2 (ja) | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 | |
RU2270269C1 (ru) | Сталь, изделие из стали и способ его изготовления | |
RU72697U1 (ru) | Пруток из нержавеющей высокопрочной стали | |
JP4506486B2 (ja) | 高強度中空スタビライザ用電縫鋼管および高強度中空スタビライザの製造方法 | |
WO2005017222A1 (ja) | 耐食性に優れた油井用高強度ステンレス鋼管およびその製造方法 | |
WO2003044239A1 (en) | Use of a super-austenitic stainless steel | |
WO2011078165A1 (ja) | 高強度ばね用鋼 | |
RU2690059C1 (ru) | Стальной материал и стальная труба для нефтяных скважин | |
JP4816642B2 (ja) | 低合金鋼 | |
CN101768702A (zh) | 高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢及制造方法 | |
JP2011214058A (ja) | 高強度ステンレス鋼線及びその製造方法 | |
JP4867638B2 (ja) | 耐遅れ破壊特性および耐腐食性に優れた高強度ボルト | |
RU2215815C1 (ru) | Коррозионно-стойкая сталь | |
RU2409697C1 (ru) | Коррозионно-стойкая сталь | |
JP5233307B2 (ja) | 耐腐食性および冷間鍛造性に優れ環境から水素が入りにくい高強度鋼および金属ボルト | |
CN111961991B (zh) | 一种超高强塑积trip型双相不锈钢及其制备方法 | |
CN103602915B (zh) | 高碳高铬双相不锈钢 | |
RU2271402C1 (ru) | Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь | |
RU61285U1 (ru) | Пруток из нержавеющей высокопрочной стали | |
RU2346074C2 (ru) | Нержавеющая высокопрочная сталь | |
RU76647U1 (ru) | Вал (варианты) | |
JP5136174B2 (ja) | 耐候性、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルト用鋼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 31-2003 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |