RU2252977C1 - Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel - Google Patents
Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2252977C1 RU2252977C1 RU2004113191/02A RU2004113191A RU2252977C1 RU 2252977 C1 RU2252977 C1 RU 2252977C1 RU 2004113191/02 A RU2004113191/02 A RU 2004113191/02A RU 2004113191 A RU2004113191 A RU 2004113191A RU 2252977 C1 RU2252977 C1 RU 2252977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- corrosion
- austenitic steel
- strength
- resistant austenitic
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, то есть к изысканию сплавов, применяемых в машиностроении для получения высокопрочной теплостойкой проволоки различных диаметров и областей применения.The invention relates to the field of metallurgy, that is, to the search for alloys used in mechanical engineering to obtain high-strength heat-resistant wire of various diameters and applications.
Разработка высокопрочных и теплостойких сталей для упругих элементов, способных надежно противостоять воздействию агрессивных сред, является важной задачей. Имеющийся опыт создания и использования подобных материалов свидетельствует о возможности практического решения этой проблемы путем применения сталей, в том числе аустенитных, в которых требуемые свойства достигаются термомеханическим упрочнением (закалка + деформация + старение). [Грачев С.В., Бараз В.Р. Теплостойкие и коррозионно-стойкие пружинные стали. - М.: Металлургия, 1989, с.75-101].The development of high-strength and heat-resistant steels for elastic elements that can reliably withstand the effects of aggressive environments is an important task. The existing experience in the creation and use of such materials indicates the possibility of a practical solution to this problem through the use of steels, including austenitic, in which the required properties are achieved by thermomechanical hardening (hardening + deformation + aging). [Grachev S.V., Baraz V.R. Heat-resistant and corrosion-resistant spring steel. - M .: Metallurgy, 1989, p. 75-101].
В настоящее время для изготовления высокопрочной коррозионно-стойкой проволоки используются многие типы сплавов. Некоторые из этих сплавов являются мартенситной коррозионно-стойкой сталью, мартенситостареющей коррозионно-стойкой сталью, нелегированными углеродистыми сталями, дисперсионно-твердеющими сталями и сталями аустенитного класса.Currently, many types of alloys are used to make high-strength corrosion-resistant wire. Some of these alloys are martensitic corrosion-resistant steel, martensitic aging corrosion-resistant steel, unalloyed carbon steels, precipitation hardening steels and austenitic steels.
Основным преимуществом коррозионно-стойких сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, коррозионная стойкость, пластичность).The main advantage of corrosion-resistant steels of the austenitic class is their high service characteristics (strength, corrosion resistance, ductility).
Известны аналоги изобретения [Патент №2035524. Россия. Публикация 1995 г., кл. С 22 С 38/58. Коррозионно-стойкая сталь; Патент №2015194. Россия. Публикация 1994 г., кл. С 22 С 38/50. Сталь; Патент №2015195. Россия. Публикация. 1994 г., кл. С 22 С 38/58. Аустенитная сталь; Авторское свидетельство СССР №939537, кл. С 22 С 38/58. Аустенитная сталь; Патент №2099437. Швеция. Публикация 1994 г. кл., С 22 С 38/52. Дисперсионно-твердеющая мартенситная нержавеющая сталь], позволяющие получить высокопрочную коррозионно-стойкую сталь для изготовления проволоки, пружин и т.д.Known analogues of the invention [Patent No. 2035524. Russia. Publication 1995, cl. C 22 C 38/58. Corrosion resistant steel Patent No. 2015194. Russia. Publication 1994, cl. C 22 C 38/50. Steel; Patent No. 2015195. Russia. Publication. 1994, class C 22 C 38/58. Austenitic steel; USSR copyright certificate No. 939537, cl. C 22 C 38/58. Austenitic steel; Patent No. 2099437. Sweden. Publication of 1994 C., C 22 C 38/52. Dispersion hardening martensitic stainless steel], allowing to obtain high-strength corrosion-resistant steel for the manufacture of wire, springs, etc.
Наиболее близкой по составу к исследуемой стали является мартенситостареющая сталь 03Х12Н8К5М2ТЮ (по ТУ 14-136-198-75), которая при изменении соотношения хрома, никеля и алюминия переходит в аустенитный класс.The closest in composition to the steel under study is the 03Kh12N8K5M2TYu martensitic steel (according to TU 14-136-198-75), which, when the ratio of chromium, nickel and aluminum changes, changes to the austenitic class.
В настоящее время из числа нестабильных аустенитных сталей наиболее широкое распространение в качестве коррозионно-стойких пружинных материалов получили хромникелевые стали типа 18-8. Типичными представителями этой группы являются стали 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т и другие, близкие им по составу. К основным достоинствам указанных сталей следует отнести коррозионную стойкость, повышенную пластичность в закаленном состоянии и склонность к заметному упрочнению в процессе пластической деформации. Они отличаются также хорошей релаксационной стойкостью при температурах до 250-300°С.Currently, among unstable austenitic steels, chromium-nickel steels of type 18-8 are most widely used as corrosion-resistant spring materials. Typical representatives of this group are steel 12Kh18N9T, 12Kh18N9, 12Kh18N10T and others similar in composition. The main advantages of these steels include corrosion resistance, increased ductility in the hardened state and a tendency to appreciable hardening during plastic deformation. They are also distinguished by good relaxation resistance at temperatures up to 250-300 ° C.
Но стали типа 18-8 имеют ряд недостатков. В некоторых особо жестких условиях нагружения недостаточными оказываются показатели прочностных свойств. В ряде случаев возникает необходимость в усилении их коррозионной стойкости.But steels of type 18-8 have a number of disadvantages. In some particularly severe loading conditions, strength indicators are insufficient. In some cases, there is a need to enhance their corrosion resistance.
Прототипом изобретения выбрана сталь марки 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72).The prototype of the invention was selected steel grade 12X18H10T (GOST 5632-72).
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высокопрочной коррозионно-стойкой стали, обладающей более высоким комплексом физико-механических свойств (прочность, коррозионная стойкость).The problem to which the invention is directed, is to create a high-strength corrosion-resistant steel with a higher set of physico-mechanical properties (strength, corrosion resistance).
Поставленная задача достигается тем, что коррозионно-стойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, хром, никель, титан и железо, дополнительно содержит кобальт, молибден, алюминий и лантан (или кальций) при следующем соотношении компонентов: углерод 0,3%, хром 8-25%, никель 5-18%, кобальт 1,5-10%, молибден 0,8-6,0%, титан 0,5-1,02%, алюминий 0,4-6,02%, лантан (или кальций) 0,005-0,15, остальное - железо.This object is achieved in that the corrosion-resistant austenitic steel containing carbon, chromium, nickel, titanium and iron additionally contains cobalt, molybdenum, aluminum and lanthanum (or calcium) with the following ratio of components: carbon 0.3%, chromium 8- 25%, nickel 5-18%, cobalt 1.5-10%, molybdenum 0.8-6.0%, titanium 0.5-1.02%, aluminum 0.4-6.02%, lanthanum (or calcium) 0.005-0.15, the rest is iron.
Содержание в стали 0,03 мас.% углерода обеспечивает достижение высокой пластичности.The steel content of 0.03 wt.% Carbon provides high ductility.
При содержании хрома менее 8% не обеспечиваются коррозионные свойства нержавеющей стали. При содержании хрома более 25% в структуре стали появляется δ-феррит, который приводит к снижению механических свойств стали [Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, с.7].When the chromium content is less than 8%, the corrosion properties of stainless steel are not ensured. When the chromium content is more than 25%, δ-ferrite appears in the steel structure, which leads to a decrease in the mechanical properties of steel [Babakov A.A., Pridantsev M.V. Corrosion-resistant steels and alloys. M .: Metallurgy, 1971, p.7].
Содержание никеля в количестве 5-18 мас.% обеспечивает необходимую устойчивость аустенита и пластичность стали в упрочненном состоянии. Никель также повышает коррозионную стойкость в слабоокисляющихся или неокисляющихся растворах химических веществ. Использование никеля как основы позволяет получить сплавы с высокой коррозионной стойкостью в сильных агрессивных кислотах [Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, с.7]. Увеличение содержания никеля (по сравнению со сталями на базе 18-8 и со сталью 03Х12Н8К5М2ТЮ) приводит к снижению температурного интервала мартенситного превращения и уменьшает интенсивность мартенситных превращений при деформации. По расчетам Мн составляет 140°С, Мд=20°С.The nickel content in the amount of 5-18 wt.% Provides the necessary stability of austenite and ductility of steel in the hardened state. Nickel also increases the corrosion resistance in slightly oxidizing or non-oxidizing solutions of chemicals. The use of Nickel as the basis allows to obtain alloys with high corrosion resistance in strong aggressive acids [Babakov AA, Pridantsev MV Corrosion-resistant steels and alloys. M .: Metallurgy, 1971, p.7]. An increase in the nickel content (compared with steels based on 18-8 and with steel 03Kh12N8K5M2TU) leads to a decrease in the temperature range of the martensitic transformation and decreases the intensity of martensitic transformations during deformation. According to calculations, M n is 140 ° C, M d = 20 ° C.
Молибден повышает прочность, релаксационную стойкость, способствует повышению коррозионной стойкости [Грачев С. В., Бараз В.Р. Теплостойкие и коррозионно-стойкие пружинные стали. М.: Металлургия, 1989, с.75-107.; Рахштадт А.Г. Пружинные сплавы. М.: Металлургия, 1965, с.218-225].Molybdenum increases strength, relaxation resistance, improves corrosion resistance [Grachev S.V., Baraz V.R. Heat-resistant and corrosion-resistant spring steel. M .: Metallurgy, 1989, pp. 75-107 .; Rakhstadt A.G. Spring alloys. M .: Metallurgy, 1965, p.218-225].
Положительно влияет на свойства сталей комплексное легирование молибденом и кобальтом. Влияние кобальта обусловлено тем, что он уменьшает растворимость молибдена в α-железе и тем самым увеличивает объемную долю фаз, содержащих молибден, то есть повышается σв. [Грачев С.В., Бараз В.Р. Теплостойкие коррозионно-стойкие пружинные стали. М.: Металлургия, 1989, с.75-107]. Кобальт также повышает предел текучести [Патент №2035524. Россия. Публикация 1995 г., кл. С 22 С 38/58. Коррозионно-стойкая сталь].A positive effect on the properties of steels is the complex alloying with molybdenum and cobalt. The effect of cobalt is due to the fact that it reduces the solubility of molybdenum in α-iron and thereby increases the volume fraction of phases containing molybdenum, that is, increases in . [Grachev S.V., Baraz V.R. Heat resistant corrosion resistant spring steel. M .: Metallurgy, 1989, pp. 75-107]. Cobalt also increases the yield strength [Patent No. 2035524. Russia. Publication 1995, cl. C 22 C 38/58. Corrosion resistant steel].
Дополнительное упрочнение получается в результате дисперсионного твердения. Для этого в сталь вводят алюминий, титан. В исследуемой стали из ОЦК-фазы выделяется интерметаллид, по-видимому NiAl (по ранее проведенным исследованиям).Additional hardening is obtained as a result of dispersion hardening. For this, aluminum and titanium are introduced into steel. In the steel under study, an intermetallide, apparently NiAl (according to previous studies) is separated from the bcc phase.
Определенное соотношение содержания в стали хрома и никеля, а также ферритообразующих (Мо, Al, Ti) и аустенитообразующих (С, Со) легирующих элементов, обеспечивает достижение оптимальной устойчивости аустенита. При отклонении от этого соотношения аустенит стали оказывается либо слишком неустойчивым и тогда сталь после закалки содержит мартенсит, что приводит к снижению пластичности, либо слишком устойчивым и тогда при холодной деформации возникает мало мартенсита деформации и не достигается высокая прочность [Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. 2-е изд., перераб. и дополн. М.: МИСИС, 1999, с.408].A certain ratio of the content of chromium and nickel in steel, as well as ferrite-forming (Mo, Al, Ti) and austenite-forming (C, Co) alloying elements, ensures optimal stability of austenite. When deviating from this ratio, the austenite of the steel is either too unstable and then the steel after hardening contains martensite, which leads to a decrease in ductility, or too stable and then with cold deformation there is little deformation martensite and high strength is not achieved [Goldstein MI, Grachev S.V., Veksler Yu.G. Special steels. 2nd ed., Revised. and add. M .: MISIS, 1999, p. 408].
Пример. Образцы из исследуемой стали прокатывались в проволоку по маршруту: 14,3-13,5-12,0-11,2-9,5-8,0-7,5-7,0-6,4-5,91-5,7-5,3-4,9-4,31-3,92-3,35-2,77. Предполагалось тянуть до потери пластичности, однако даже при такой чрезвычайно высокой степени холодной пластической деформации не наблюдалось падение пластичности, характеристики относительного удлинения δ и относительного сужения ψ, оставались на достаточно высоком уровне. Увеличение степени холодной пластической деформации до 94,4% позволило получить высокие значения прочности (σв=1480 МПа). Как показали данные рентгеноструктурного анализа, аустенит при холодной пластической деформации претерпевает мартенситное превращение и при деформации 95% количество мартенсита составляет 90%, то есть столь значительное упрочнение связано как с наклепом, так и γ→α превращением с образованием мартенсита деформации.Example. Samples of the studied steel were rolled into a wire along the route: 14.3-13.5-12.0-11.2-9.5-8.0-7.5-7.0-6.4-5.91- 5.7-5.3-4.9-4.31-3.92-3.35-2.77. It was supposed to be pulled until loss of ductility, however, even with such an extremely high degree of cold plastic deformation, there was no drop in ductility, the characteristics of elongation δ and elongation ψ remained at a fairly high level. An increase in the degree of cold plastic deformation to 94.4% made it possible to obtain high strength values (σ in = 1480 MPa). As shown by the data of X-ray diffraction analysis, austenite undergoes a martensitic transformation during cold plastic deformation and with a strain of 95%, the amount of martensite is 90%, that is, such a significant hardening is associated with both hardening and γ → α transformation with the formation of martensite strain.
Исследовалось влияние температуры старения (в интервале температур от 300°С до 700°С с выдержкой при каждой температуре в течение часа) на механические свойства и фазовый состав исследуемой стали. Процессы старения изучали как на закаленных образцах стали, так и после холодной пластической деформации ε=94,4%. Наибольшее упрочнение происходит на деформированных образцах, причем максимальное упрочнение наблюдается при температурах 450-550°С.The influence of the aging temperature (in the temperature range from 300 ° C to 700 ° C with holding at each temperature for an hour) on the mechanical properties and phase composition of the steel under study was studied. Aging processes were studied both on hardened steel samples and after cold plastic deformation ε = 94.4%. The greatest hardening occurs on deformed samples, and the maximum hardening is observed at temperatures of 450-550 ° C.
Изучение микроструктуры исследуемой стали после старения показало, что до температур старения 450°С изменения микроструктуры не происходит. И только при старении 500-600°С наблюдается появление неоднородности структуры мартенсита, что может быть следствием распада пересыщенного твердого раствора. Эти предположения согласуются с данными рентгеноструктурного анализа, которые указывают на то, что при нагреве выше 500°С вслед за выделением из ОЦК фазы интерметаллида, по-видимому NiAl (по ранее проведенным исследованиям) происходит α→γ превращение, приводящее к увеличению количества аустенита и уменьшению количества мартенситодеформации.The study of the microstructure of the test steel after aging showed that up to aging temperatures of 450 ° C, no change in the microstructure occurs. And only with aging 500-600 ° C is the appearance of heterogeneity of the martensite structure, which may be due to the decomposition of a supersaturated solid solution. These assumptions are consistent with the data of X-ray diffraction analysis, which indicate that, upon heating above 500 ° C, after the precipitation of the intermetallic phase from the bcc, apparently NiAl (according to previous studies), the α → γ transformation occurs, which leads to an increase in the amount of austenite and reducing the amount of martensitic deformation.
Таким образом, наиболее высокий уровень прочностных и пластических свойств отвечает следующему режиму обработки: закалка + деформация - 95% + старение 450°С, t=14. Сопротивление при разрыве σв в этом случае достигает 2600 МПа, что примерно на 500 МПа больше, чем у стали 12Х18Н10Т.Thus, the highest level of strength and plastic properties corresponds to the following treatment regime: quenching + deformation - 95% + aging 450 ° С, t = 14. The resistance at break σ in this case reaches 2600 MPa, which is approximately 500 MPa more than that of steel 12Kh18N10T.
Как показали ранее проведенные исследования, данная сталь является глубоко стабильной и даже после обработки холодом до температуры - 196°С не удалось получить в структуре мартенсит.As shown by previous studies, this steel is deeply stable and even after processing with cold to a temperature of 196 ° C, it was not possible to obtain martensite in the structure.
Таким образом, высокий уровень прочностных, релаксационных и коррозионных свойств создает возможность использования стали 03Х13Н10К5М2ТЮ0,8 в качестве материала для изготовления высокопрочной проволоки, пружин, упругих элементов и т.д.Thus, a high level of strength, relaxation, and corrosion properties makes it possible to use 03Kh13N10K5M2TYu0.8 steel as a material for the manufacture of high-strength wire, springs, elastic elements, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113191/02A RU2252977C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113191/02A RU2252977C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2252977C1 true RU2252977C1 (en) | 2005-05-27 |
Family
ID=35824539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004113191/02A RU2252977C1 (en) | 2004-04-28 | 2004-04-28 | Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2252977C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100135843A1 (en) * | 2007-03-08 | 2010-06-03 | Torjorn Van Der Van Der Meulen | Apparatus for extraction of saccharides from lignocellulose material by means of hydrolysis and use of a certain material in the apparatus |
| RU2583220C1 (en) * | 2014-11-06 | 2016-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method for production of unstabilised austenitic stainless steel |
-
2004
- 2004-04-28 RU RU2004113191/02A patent/RU2252977C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100135843A1 (en) * | 2007-03-08 | 2010-06-03 | Torjorn Van Der Van Der Meulen | Apparatus for extraction of saccharides from lignocellulose material by means of hydrolysis and use of a certain material in the apparatus |
| US8728243B2 (en) * | 2007-03-08 | 2014-05-20 | Sekab E-Technology Ab | Apparatus for extraction of saccharides from lignocellulose material by means of hydrolysis and use of a certain material in the apparatus |
| RU2583220C1 (en) * | 2014-11-06 | 2016-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method for production of unstabilised austenitic stainless steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nanninga et al. | Role of microstructure, composition and hardness in resisting hydrogen embrittlement of fastener grade steels | |
| EP1746177B1 (en) | High strength bolt excellent in delayed fracture resistance and method of production of same | |
| Calliari et al. | Investigation of microstructure and properties of a Ni–Mo martensitic stainless steel | |
| Li et al. | On the behavior of nitrogen in a low-Ni high-Mn super duplex stainless steel | |
| KR101818386B1 (en) | Method for producing high-strength duplex stainless steel | |
| Basso et al. | High silicon ductile iron: possible uses in the production of parts with “dual phase ADI” microstructure | |
| Rasouli et al. | Developing high-strength, ductile Ni-free Fe–Cr–Mn–C–N stainless steels by interstitial-alloying and thermomechanical processing | |
| Mohammadzehi et al. | Elucidating the effects of cold rolling route on the mechanical properties of AISI 316L austenitic stainless steel | |
| Ghali | Low carbon high nitrogen low nickel stainless steel | |
| Elsabbagh et al. | On microstructure and microhardness of isothermally aged UNS S32760 and the effect on toughness and corrosion behavior | |
| RU2252977C1 (en) | Production of high-strength corrosion resistant austenitic steel | |
| Pisarevskii et al. | Effect of N, Mo, and Si on local corrosion resistance of unstabilized Cr–Ni and Cr–Mn–Ni austenitic steels | |
| RU2352680C1 (en) | Ferrite corrosion-resistant steel | |
| Berezovskaya et al. | Corrosion properties of austenitic Cr-Mn-Ni-N steels with various manganese concentrations | |
| Calliari et al. | Investigation of secondary phases effect on 2205 DSS fracture toughness | |
| Kurc-Lisiecka et al. | The influence of chemical composition on structure and mechanical properties of austenitic Cr-Ni steels | |
| RU2323998C1 (en) | High-strength corrosion-resisting ferrite steel | |
| Sun et al. | Dry sliding wear behaviour of Fe–0.4 C–25Cr–XNi cast steels | |
| Hassan et al. | Investigation of the effect of austenitizing temperature and multiple tempering on the mechanical properties of AISI 410 martensitic stainless steel | |
| RU2430187C1 (en) | Corrosion-resistant austenitic steel | |
| Sarkar et al. | Effect of 8-13 wt-% Mn on the microstructural characterization of Fe-Mn-C steel | |
| Nishikawa et al. | Enhancing mechanical properties of ductile cast iron conrods through different heat treatments | |
| Grachev et al. | Austenite-ferrite corrosion-resistant steel for high-strength wire | |
| Ogunmefun et al. | Intercritical annealing temperature: Influence on the mechanical properties of low alloy dual-phase Fe/0.08 C/0.4 Mn Steel | |
| Berezovskaya | Effect of thermo-plastic treatment on structure and corrosion properties of high nitrogen Cr-steels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060429 |