RU2243286C1 - High-strength stainless steel - Google Patents

High-strength stainless steel

Info

Publication number
RU2243286C1
RU2243286C1 RU2003134662/02A RU2003134662A RU2243286C1 RU 2243286 C1 RU2243286 C1 RU 2243286C1 RU 2003134662/02 A RU2003134662/02 A RU 2003134662/02A RU 2003134662 A RU2003134662 A RU 2003134662A RU 2243286 C1 RU2243286 C1 RU 2243286C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
content
strength
niobium
titanium
Prior art date
Application number
RU2003134662/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.В. Кузнецов (RU)
Ю.В. Кузнецов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" filed Critical Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод"
Priority to RU2003134662/02A priority Critical patent/RU2243286C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2243286C1 publication Critical patent/RU2243286C1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

FIELD: iron metallurgy, in particular high-strength stainless steel for high-loaded pats, operated in aggressive media.
SUBSTANCE: Claimed steel contains (mass %): carbon 0.005-0.05; chromium 12.0-15.0; nickel 3.9-10.4; molybdenum 1.25-4.0; aluminium 0.1-1.4; titanium 0.1-1.2; copper 0.1-2.5; niobium 0.05-0.60; and balance: iron, provided that Ni=(24.0+26.5)-1.338Cr and (4Al+2Ti+Cu) = 0.7-7.0.
EFFECT: high-strength steel with improved impact resistance and ductility.
2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к нержавеющим сталям, предназначенным для изготовления высоконагруженных деталей, работающих в агрессивных средах.The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to stainless steels intended for the manufacture of highly loaded parts operating in aggressive environments.

Известна литейная мартенситная сталь следующего состава, мас.%: углерод 0,05-0,10; кремний 0,80-1,50; марганец 0,30-0,80; хром 15,0-18,0; никель 2,80-3,80; алюминий 0,005-0,05; титан 0,005-0,01; кальций 0,005-0,05; РЗМ 005-0,06; ниобий 0,05-0,15; железо - остальное (авт. свид. №1285054, М.кл. С 22 С 38/50, 23.03.87).Known foundry martensitic steel of the following composition, wt.%: Carbon 0.05-0.10; silicon 0.80-1.50; manganese 0.30-0.80; chrome 15.0-18.0; nickel 2.80-3.80; aluminum 0.005-0.05; titanium 0.005-0.01; calcium 0.005-0.05; REM 005-0.06; niobium 0.05-0.15; iron - the rest (ed. certificate. No. 1285054, M.cl. C 22 C 38/50, 03.23.87).

Сталь обладает недостаточным уровнем прочности, так как механизм дисперсного упрочнения стали достигается за счет незначительного введения ниобия, алюминия и титана.Steel has an insufficient level of strength, since the mechanism of dispersed hardening of steel is achieved due to the insignificant introduction of niobium, aluminum and titanium.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является нержавеющая сталь, содержащая компоненты при следующем соотношении в мас.%: углерод до 0,05; хром 9,0-13,0; никель 8,0-12,0; молибден 1,5-3,0; титан 0,9-1,3; медь 1,5-4,0; алюминий 0,8-1,6; железо - остальное (авт. свид. №370266, М.кл. С 22 С 38/50, 15.11.1973, - прототип).The closest in technical essence and the achieved result is stainless steel containing components in the following ratio in wt.%: Carbon up to 0.05; chrome 9.0-13.0; nickel 8.0-12.0; molybdenum 1.5-3.0; titanium 0.9-1.3; copper 1.5-4.0; aluminum 0.8-1.6; iron - the rest (ed. certificate. No. 370266, M. Cl. C 22 C 38/50, 11/15/1973, prototype).

Сталь относится к высокопрочным коррозионно-стойким мартенситостареющим сталям. Повышенное содержание алюминия, титана и меди приводит к выделению в стали значительного объема интерметаллидных фаз, что ухудшает ударную вязкость и снижает пластичность стали. Однородная мартенситная структура стали, обеспечивая высокую прочность, благоприятствует хрупкому разрушению. Недостатком стали является то, что при больших динамических нагрузках происходит хрупкое разрушение из-за низкой ударной вязкости и недостаточной пластичности.Steel refers to high-strength corrosion-resistant martensitic steels. The increased content of aluminum, titanium and copper leads to the release of a significant amount of intermetallic phases in steel, which affects the toughness and reduces the ductility of steel. The homogeneous martensitic steel structure, providing high strength, favors brittle fracture. The disadvantage of steel is that brittle fracture occurs at high dynamic loads due to low toughness and insufficient ductility.

Задачей, решаемой изобретением, является получение стали, обладающей повышенной прочностью и высокой сопротивляемостью динамическим нагрузкам.The problem solved by the invention is the production of steel with high strength and high resistance to dynamic loads.

Указанная задача решается тем, что нержавеющая сталь, включающая углерод, хром, никель, молибден, алюминий, титан, медь, железо, дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:This problem is solved in that the stainless steel, including carbon, chromium, nickel, molybdenum, aluminum, titanium, copper, iron, additionally contains niobium in the following ratio of components, wt.%:

Углерод 0,005-0,05Carbon 0.005-0.05

Хром 12,0-15,0Chrome 12.0-15.0

Никель 3,9-10,4Nickel 3.9-10.4

Молибден 1,25-4,0Molybdenum 1.25-4.0

Алюминий 0,1-1,4Aluminum 0.1-1.4

Титан 0,1-1,2Titanium 0.1-1.2

Медь 0,1-2,5Copper 0.1-2.5

Ниобий 0,05-0,60Niobium 0.05-0.60

Железо ОстальноеIron Else

При выполнении соотношений Ni=(24,0-26,5)-1,338 Сr и (4Al+2Ti+Сu)=0,7-7,0.When the relations Ni = (24.0-26.5) -1.338 Cr and (4Al + 2Ti + Cu) = 0.7-7.0.

Сталь может содержать примеси, мас.%: марганец до 0,7; кремний до 0,7; сера до 0,025; фосфор до 0,025.Steel may contain impurities, wt.%: Manganese up to 0.7; silicon up to 0.7; sulfur up to 0.025; phosphorus up to 0.025.

По сравнению с прототипом указанная сталь отличается введением ниобия при новом количественном и качественном соотношении компонентов и условием соотношения содержания никеля относительно хрома, а также заданном суммарном соотношении алюминия, титана и меди.Compared with the prototype, this steel is distinguished by the introduction of niobium with a new quantitative and qualitative ratio of components and the condition for the ratio of nickel content to chromium, as well as a given total ratio of aluminum, titanium and copper.

Техническим результатом является повышение ударной вязкости и пластичности стали при сохранении высокой прочности, что позволяет снизить риск хрупкого разрушения при высоких динамических нагрузках.The technical result is to increase the toughness and ductility of steel while maintaining high strength, which reduces the risk of brittle fracture at high dynamic loads.

Введение ниобия в сталь необходимо для связывания углерода в карбиды ниобия, которые являются мелкодисперсионными частицами, равномерно распределенными по объему зерна. Наличие карбидов ниобия обеспечивает получение мелкозернистой стали, что способствует повышению ударной вязкости и пластичности стали. Содержание ниобия менее 0,05% недостаточно для связывания углерода в стали, что может привести к образованию карбидов хрома, которые выделяются при охлаждении по границам зерен, что приводит к резкому снижению ударной вязкости и пластичности. В то же время введение ниобия свыше 0,60% является избыточным, так как не приводит к дальнейшему улучшению служебных свойств стали, а вследствие высокой стоимости ниобия приведет к излишним материальным затратам.The introduction of niobium into steel is necessary for the binding of carbon to niobium carbides, which are fine particles uniformly distributed over the grain volume. The presence of niobium carbides ensures the production of fine-grained steel, which contributes to an increase in the toughness and ductility of steel. A niobium content of less than 0.05% is insufficient for carbon bonding in steel, which can lead to the formation of chromium carbides, which are released during cooling along grain boundaries, which leads to a sharp decrease in toughness and ductility. At the same time, the introduction of niobium in excess of 0.60% is excessive, since it does not lead to further improvement of the service properties of steel, and due to the high cost of niobium it will lead to excessive material costs.

Содержание углерода более 0,05% способствует образованию в стали карбидов хрома, ухудшает пластические свойства и особенно снижает ударную вязкость. Получение углерода в стали менее 0,005% нецелесообразно, так как требует применения особо чистых материалов, специальных методов выплавки стали и ведет к удорожанию процесса. В то же время дополнительного положительного эффекта при снижении углерода не достигается.A carbon content of more than 0.05% promotes the formation of chromium carbides in steel, worsens the plastic properties and especially reduces the toughness. The production of carbon in steel of less than 0.005% is impractical, since it requires the use of highly pure materials, special methods of steel smelting and leads to a higher cost of the process. At the same time, an additional positive effect with a decrease in carbon is not achieved.

Содержание в стали хрома менее 12 мас.% ведет к резкому снижению ее коррозионной стойкости. Увеличение содержания хрома повышает коррозионную стойкость стали. При содержании хрома более 15 мас.% в стали образуется дополнительная избыточная фаза - феррит. В результате снижаются прочностные свойства, ухудшается пластичность.A content of chromium steel of less than 12 wt.% Leads to a sharp decrease in its corrosion resistance. An increase in the chromium content increases the corrosion resistance of the steel. When the chromium content is more than 15 wt.% In the steel, an additional excess phase is formed - ferrite. As a result, strength properties decrease, ductility worsens.

Содержание никеля в стали зависит от содержания хрома и определяется соотношением Ni=(24,0-26,5)-1,338 Cr.The nickel content in steel depends on the chromium content and is determined by the ratio Ni = (24.0-26.5) -1.338 Cr.

Данное соотношение содержания никеля и хрома обеспечивает получение стали с мартенситной структурой и незначительным содержанием аустенита в пределах от 3 до 15%. Мартенситная структура стали с прожилками аустенита, который обладает более высокой пластичностью по сравнению с мартенситом, обеспечивает повышение ударной вязкости. При содержании никеля менее 3,9 мас.% и (или) менее расчетного значения при коэффициенте (К) менее 24,0, определенного по соотношению, сталь приобретает структуру однородного мартенсита с недостаточным уровнем пластических свойств и ударной вязкости.This ratio of nickel and chromium provides steel with a martensitic structure and an insignificant austenite content in the range from 3 to 15%. The martensitic structure of steel with austenite veins, which has a higher ductility than martensite, provides an increase in impact strength. When the nickel content is less than 3.9 wt.% And (or) less than the calculated value with a coefficient (K) of less than 24.0, determined by the ratio, the steel acquires a homogeneous martensite structure with an insufficient level of plasticity and impact strength.

При максимальном содержании хрома 15 мас.% содержание никеля по соотношению должно быть не менее 3,9 мас.%.At a maximum chromium content of 15 wt.%, The nickel content in the ratio should be at least 3.9 wt.%.

При содержании никеля более 10,4 мас.% и (или) более расчетного значения при коэффициенте (К) более 26,5, определенного по соотношению, в стали возникает избыточное содержание остаточного аустенита более 15%. Снижаются прочностные свойства.When the nickel content is more than 10.4 wt.% And (or) more than the calculated value with a coefficient (K) of more than 26.5, determined by the ratio, an excess content of residual austenite of more than 15% occurs in steel. Strength properties are reduced.

При минимальном содержании хрома 12 мас.% содержание никеля по соотношению должно быть не более 10,4 мас.%.With a minimum chromium content of 12 wt.%, The nickel content in the ratio should be no more than 10.4 wt.%.

При содержании молибдена менее 1,25 мас.% снижается коррозионная стойкость. Повышение содержания молибдена более 4,0 мас.%. к дальнейшему повышению коррозионной стойкости стали не приведет.When the molybdenum content is less than 1.25 wt.%, The corrosion resistance is reduced. The increase in molybdenum content is more than 4.0 wt.%. will not lead to further increase in corrosion resistance of steel.

Алюминий, титан и медь обеспечивают существенное упрочнение стали при термообработке за счет выделения дисперсных интерметаллидных соединений Ni3 (Al, Ti, Сu).Aluminum, titanium and copper provide significant hardening of steel during heat treatment due to the precipitation of dispersed intermetallic compounds Ni 3 (Al, Ti, Cu).

Степень дисперсионного упрочнения стали зависит от суммы содержания алюминия, титана и меди в следующей пропорции: (4Al+2Ti+Cu)=0,7-7,0. Если сумма содержания элементов будет меньше 0,7 и (или) количественное содержание титана и алюминия и меди менее 0,1 мас.%, эффект упрочнения будет незначительным из-за малого объема образующихся интерметаллидных частиц.The degree of dispersion hardening of steel depends on the sum of the contents of aluminum, titanium and copper in the following proportion: (4Al + 2Ti + Cu) = 0.7-7.0. If the sum of the element content is less than 0.7 and (or) the quantitative content of titanium and aluminum and copper is less than 0.1 wt.%, The hardening effect will be insignificant due to the small volume of the formed intermetallic particles.

С возрастанием суммы элементов прочностные характеристики стали будут возрастать, но при этом снижается ударная вязкость. При сумме элементов более 7,0 и (или) количественном содержании титана более 1,2 мас.%, алюминия более 1,4 мас.% и меди более 2,5 мас.% достигается значительное упрочнение стали, но при этом существенно снижаются пластические характеристики и ударная вязкость.With an increase in the sum of the elements, the strength characteristics of steel will increase, but at the same time, the toughness decreases. When the sum of the elements is more than 7.0 and (or) the quantitative content of titanium is more than 1.2 wt.%, Aluminum is more than 1.4 wt.% And copper is more than 2.5 wt.%, Significant hardening of steel is achieved, but plastic characteristics and toughness.

Пример.Example.

Сталь выплавлялась в дуговой электропечи. Разливка стали осуществлялась в слитки 1,15 тонны, слитки прокатывались на заготовки квадрат 100 мм. Заготовки прокатывались на мелкосортном стане 250 на прутки диаметром 22 мм. Прутки подвергались термообработке по режиму: нагрев до 620°С, выдержка 4 часа с последующим охлаждением на воздухе.Steel was smelted in an electric arc furnace. Steel was cast into 1.15 tons ingots, and the ingots were rolled into billets of 100 mm square. The billets were rolled on a fine mill 250 onto bars with a diameter of 22 mm. The rods were subjected to heat treatment according to the regime: heating to 620 ° C, holding for 4 hours, followed by cooling in air.

На готовых прутках определялись механические свойства и ударная вязкость.On finished rods, mechanical properties and toughness were determined.

Испытания механических свойств проводили по ГОСТ 1497-84; ударной вязкости по ГОСТ 9454-78.Testing of mechanical properties was carried out according to GOST 1497-84; impact strength according to GOST 9454-78.

Химический состав стали, выплавленной с различным содержанием компонентов, и стали-прототипа, результаты испытаний механических свойств и ударной вязкости приведены ниже в табл. 1, 2.The chemical composition of the steel smelted with different contents of the components and the steel of the prototype, the test results of the mechanical properties and impact strength are given below in table. 12.

Оптимальными вариантами состава стали являются варианты №1, 2, 3, 6, 7. В варианте №4 введено избыточно высокое содержание никеля относительно хрома (К=26,8). В результате сталь приобрела аустенитно-мартенситную структуру с пониженными механическими свойствами.The optimal steel composition options are options No. 1, 2, 3, 6, 7. In option No. 4, an excessively high nickel content with respect to chromium is introduced (K = 26.8). As a result, the steel acquired an austenitic-martensitic structure with reduced mechanical properties.

В варианте №5 введено недостаточное количество никеля относительно хрома (К=23,8), сталь приобрела мартенситную структуру с высокой прочностью, но с пониженной пластичностью и ударной вязкостью.In option No. 5, an insufficient amount of nickel with respect to chromium was introduced (K = 23.8), the steel acquired a martensitic structure with high strength, but with reduced ductility and toughness.

При выплавке стали по варианту №8 суммарное соотношение титана, алюминия и меди ниже нижнего предела (0,7). Сталь приобрела недостаточную прочность. В варианте №9 введение избыточного содержания (более 7,0) суммы титана, алюминия и меди привело к дальнейшему повышению предела текучести и временного сопротивления разрыву, но при этом значительно снизились пластические характеристики.When steelmaking according to option No. 8, the total ratio of titanium, aluminum and copper is below the lower limit (0.7). Steel has acquired insufficient strength. In option No. 9, the introduction of an excess content (more than 7.0) of the sum of titanium, aluminum and copper led to a further increase in the yield strength and tensile strength, but at the same time, the plastic characteristics significantly decreased.

В варианте №10 введено недостаточное количество ниобия, равное 0,04 мас.%, сталь имеет пониженную пластичность и ударную вязкость.In option No. 10, an insufficient amount of niobium equal to 0.04 wt.% Was introduced; steel has a reduced ductility and impact strength.

В варианте №11 введено избыточное содержание ниобия, равное 0,65 мас.%, свойства соответствуют оптимальному варианту №7, то есть избыточное содержание ниобия не привело к дополнительному улучшению свойств стали.In option No. 11, an excess niobium content of 0.65 wt.% Was introduced, the properties correspond to the optimal option No. 7, that is, the excess niobium content did not lead to an additional improvement in the properties of steel.

В варианте №12 содержание элементов в стали введено ниже нижнего предела. Сталь имеет мартенситную структуру с недостаточным уровнем прочности.In option No. 12, the content of elements in the steel is introduced below the lower limit. Steel has a martensitic structure with insufficient strength.

В варианте №13 содержание элементов в стали введено выше верхнего предела, сталь имеет аустенитную структуру с интерметаллидным упрочнением. Сталь имеет низкие прочностные свойства и высокие пластические характеристики и ударную вязкость.In option No. 13, the content of elements in the steel is introduced above the upper limit, the steel has an austenitic structure with intermetallic hardening. Steel has low strength properties and high plastic characteristics and impact strength.

Таким образом, предлагаемый состав стали при условии выполнении соотношений позволяет повысить по сравнению с прототипом ударную вязкость и пластичность при сохранении высокого уровня прочностных свойств стали.Thus, the proposed composition of the steel, subject to the ratios, allows to increase the toughness and ductility in comparison with the prototype while maintaining a high level of strength properties of steel.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (1)

Высокопрочная нержавеющая сталь, включающая углерод, хром, никель, молибден, алюминий, титан, медь и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:High-strength stainless steel, including carbon, chromium, nickel, molybdenum, aluminum, titanium, copper and iron, characterized in that it additionally contains niobium in the following ratio, wt.%: углерод 0,005-0,05carbon 0.005-0.05 хром 12,0-15,0chrome 12.0-15.0 никель 3,9-10,4nickel 3.9-10.4 молибден 1,25-4,0molybdenum 1.25-4.0 алюминий 0,1-1,4aluminum 0.1-1.4 титан 0,1-1,2titanium 0.1-1.2 медь 0,1-2,5copper 0.1-2.5 ниобий 0,05-0,60niobium 0.05-0.60 железо остальноеiron rest при выполнении соотношений Ni=(24,0
Figure 00000005
26,5)-1,338 Сr и (4Аl+2Тl+Сu)=0,7
Figure 00000006
7,0.
when the relations Ni = (24,0
Figure 00000005
26.5) -1.338 Cr and (4Al + 2Tl + Cu) = 0.7
Figure 00000006
7.0.
RU2003134662/02A 2003-11-28 2003-11-28 High-strength stainless steel RU2243286C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134662/02A RU2243286C1 (en) 2003-11-28 2003-11-28 High-strength stainless steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134662/02A RU2243286C1 (en) 2003-11-28 2003-11-28 High-strength stainless steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2243286C1 true RU2243286C1 (en) 2004-12-27

Family

ID=34388693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003134662/02A RU2243286C1 (en) 2003-11-28 2003-11-28 High-strength stainless steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2243286C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2406780C2 (en) * 2006-06-16 2010-12-20 Эндюстель Крёзо Stainless steel produced by duplex process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2406780C2 (en) * 2006-06-16 2010-12-20 Эндюстель Крёзо Stainless steel produced by duplex process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2392348C2 (en) Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel
RU2683173C1 (en) High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel
RU2763027C1 (en) Forged part made of bainite steel and its manufacturing method
JPWO2018066579A1 (en) NiCrFe alloy
JP4666271B2 (en) Titanium plate
RU2150528C1 (en) Titanium-based alloy
JP6652226B2 (en) Steel material with excellent rolling fatigue characteristics
JP6653113B2 (en) Maraging steel with excellent fatigue properties
RU2447185C1 (en) High-strength nonmagnetic rustproof casting steel and method of its thermal treatment
RU108037U1 (en) PRODUCT FROM CORROSION-RESISTANT ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni
RU2383649C2 (en) Precipitation hardening steel (versions) and item out of steel (versions)
JP5073966B2 (en) Age-hardening ferritic stainless steel sheet and age-treated steel using the same
RU2243286C1 (en) High-strength stainless steel
JP2001220640A (en) Spheroidal graphite cast iron, producing method therefor and crank shaft composed of the same spheroidal graphite cast iron
RU2374354C1 (en) Composite steel for electromagnetic weapon
RU2594572C1 (en) Martensite steel for cryogenic equipment
RU76647U1 (en) SHAFT (OPTIONS)
JP5974380B2 (en) Precipitation hardening type stainless steel and stainless steel parts, and method for producing precipitation hardening type stainless steel
JP2000256803A (en) Austenitic stainless steel excellent in high temperature strength and ductility
RU2399682C1 (en) High carbon steel for production of semi-finished rolled products at manufacture of cold deformed periodic rebar for concrete items
RU2657741C1 (en) Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method
RU2639190C2 (en) Method of producing high-strength maraging steel
RU61285U1 (en) STAINLESS STEEL HIGH STRENGTH STEEL BAR
RU2346074C2 (en) Stainless high-strength steel
JP2021514029A (en) New duplex stainless steel

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner