RU2275439C2 - Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники - Google Patents
Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники Download PDFInfo
- Publication number
- RU2275439C2 RU2275439C2 RU2003110202/02A RU2003110202A RU2275439C2 RU 2275439 C2 RU2275439 C2 RU 2275439C2 RU 2003110202/02 A RU2003110202/02 A RU 2003110202/02A RU 2003110202 A RU2003110202 A RU 2003110202A RU 2275439 C2 RU2275439 C2 RU 2275439C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- corrosion
- cobalt
- strength
- nickel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к разработке коррозионно-стойких высокопрочных сталей для криогенного машиностроения, а именно для изготовления высоконагруженных сварных деталей, работающих при температурах до 20К. Сталь для криогенной техники содержит компоненты в следующем соотношении, в %: C до 0,05; Cr 11,2-12,5; Ni 7,0-8,0; Co 5,6-7,0; Mo 3,7-4,5; Nb до 0,5; Ce до 0,1; Ca до 0,05; Ba до 0,02; Fe - остальное. После выплавки стали соотношение ее структурных составляющих аустенита к мартенситу должно соответствовать 1:1. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности и ударной вязкости при 20К, а также обеспечение высокой прочности. Заявленная сталь имеет при комнатной температуре σв=1350-1500 МПа. При 20К относительное удлинение стали δ=14-20% и ударная вязкость KCV=30-50 Дж/см2. 2 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области высокопрочных коррозионно-стойких сталей для криогенной техники, работающих при температуре до 20К.
Применяемые в настоящее время для этих целей Cr-Ni и Cr-Ni-Mn стали имеют низкие прочностные свойства, а хромистые стали - низкую коррозионную стойкость и ударную вязкость (с. 272766, с. 531888). К недостаткам Cr-Ni сталей относится низкая прочность σв=400-450 МПа при комнатной температуре, особенно по пределу текучести (около 250 МПа).
Известны Cr-Ni-Mn стали для работы при криогенных температурах, например 01Х20Н10АГ10М2 (патент США №4099968).
В России получили распространение разработанные Cr-Ni-Mo стали (а.с. 773134, а.с. 527483). Сталь 03Х13АГ19, легированная азотом, имеет временное сопротивление σв>730 МПа и KCV=100 Дж/см2 при 77К. Однако деформирование стали при низких температурах приводит к распаду аустенита с образованием ε и α-фаз. Введение азота в эти стали позволяет поднять уровень свойств, но с понижением температуры ударная вязкость сталей падает. К недостаткам азота, как легирующего элемента, относится его склонность к ликвации при кристаллизации стального слитка и некоторое осложнение процессов сварки, т.к. наблюдается выпадение карбонитридов по границам зерен, что приводит к снижению пластичности и вязкости сварного шва и к повышению чувствительности к концентраторам напряжений.
Особый интерес представляют коррозионно-стойкие мартенситно-стареющие стали для криогенных температур. В результате комплексного легирования железоникелевой основы этих сталей и благодаря определенному сочетанию легирующих элементов можно получить высокие прочностные свойства. Существенное повышение прочностных характеристик происходит при старении за счет перераспределения легирующих элементов, приводящих к созданию зон концентрационной неоднородности и выделению частиц интерметаллидных фаз.
Известны мартенситно-стареющие стали в США (патент №3251683 для работы до 180К), в России (а.с. 351922, а.с. 405966) для работы до 77К.
Из описанных в литературе наиболее близкой к заявляемой является сталь по а.с. 351922 следующего химического состава, %:
Углерод | До 0,03 |
Хром | 14,5-16,0 |
Кобальт | 9,5-11,0 |
Никель | 1,2-3,5 |
Молибден | 2,7-3,7 |
Титан | До 0,2 |
Ванадий | 0,05-0,15 |
Вольфрам | 0,05-0,8 |
Азот | 0,03-0,07 |
Цирконий | 0,002-0,5 |
Алюминий | 0,05-0,15 |
Железо | Остальное |
Авторское свидетельство №351922, M.кл2 C 22 c 39/20. Опубликовано 21.09.1972. Бюллетень №28.
Известная сталь обладает удовлетворительным комплексом свойств в интервале температур от 293 до 77К, но использование ее при температуре 20К невозможно из-за резкого снижения ударной вязкости. Кроме того, известная сталь плохо сваривается.
Целью изобретения является создание коррозионно-стойкой высокопрочной мартенситно-стареющей стали, обеспечивающей, наряду с высокой прочностью, высокую пластичность, вязкость при 20К, технологичность при пластической деформации и свариваемость для конструкций, работающих до 20К.
Указанная цель достигается тем, что в известной стали, содержащей железо, углерод, хром, кобальт, никель, молибден, титан, ванадий, вольфрам, азот, цирконий и алюминий увеличили содержание углерода, никеля и молибдена, уменьшили содержание хрома и кобальта, исключили вольфрам, ванадий, азот, цирконий и алюминий, дополнительно ввели ниобий, церий, кальций и барий.
Поставленная цель достигается тем, что компоненты предлагаемой стали взяты в следующем соотношении, %:
Углерод | До 0,05 |
Хром | 11,2-12,5 |
Никель | 7,0-8,0 |
Кобальт | 5,6-7,0 |
Молибден | 3,7-4,5 |
Ниобий | До 0,5 |
Церий | До 0,1 |
Кальций | До 0,05 |
Барий | До 0,02 |
Железо | Остальное |
После выплавки соотношение структурных составляющих аустенита и мартенсита должно соответствовать 1:1.
В состав стали могут входить примеси, но содержание их ограничено, %:
Марганец | До 0,2 |
Кремний | До 0,2 |
Сера | До 0,01 |
Фосфор | До 0,01 |
Алюминий | До 0,05 |
РЗМ | ≤0,15 |
Содержания хрома, соотношение углерода и ниобия в разработанной стали способствуют повышению коррозионной стойкости. При выбранном соотношении хрома, никеля и кобальта формируется необходимый фазовый состав, обеспечивающий стабильные прочностные, пластические и вязкие свойства. Исключение из стали вольфрама, ванадия, азота, титана и циркония способствует улучшению свариваемости.
Увеличение содержания никеля способствует повышению всех свойств, создает благоприятные условия для однородного распределения частиц интерметаллидной фазы, способствует повышению пластичности и вязкости стали, понижает сопротивление кристаллической решетки движению дислокаций, уменьшает энергию взаимодействия дислокаций с атомами внедрения, облегчает релаксацию напряжений и в результате этого уменьшается склонность к хрупкому разрушению.
Повышение содержания молибдена в стали, особенно в присутствии кобальта, уменьшает коэффициент диффузии вдоль границ зерен и снижает опасность выделения сегрегаций и частиц второй фазы по границам зерен при старении, способствует повышению пластичности и вязкости.
Введение кобальта способствует упрочнению при старении. Кобальт косвенно влияет на упрочнение, уменьшая растворимость молибдена в α-Fe, существенно снижает вероятность появления в структуре δ-феррита и Х-фазы. Прочностные свойства стали увеличиваются с повышением содержания кобальта. Однако при этом ударная вязкость снижается. С целью повышения коррозионной стойкости, повышения вязкости, содержание кобальта в разработанной стали снижено до 5,6-7%.
Введение в сталь церия, кальция и бария способствует повышению металлургического качества стали, что приводит к повышению ударной вязкости. Кальций участвует в процессе раскисления стали. Являясь поверхностно-активными элементами церий, кальций и барий замедляют молекулярный обмен при кристаллизации между жидкой и твердой фазами. Адсорбируясь на поверхности кристаллов в процессе их роста, они уже при небольших скоростях уменьшают сегрегации вредных примесей элементов, ведут к снижению сегрегации углерода, серы, фосфора, кремния и марганца, рафинируют границы зерен, при сравнительно небольших содержаниях вызывают изменение структуры, что благоприятно сказывается на повышении ударной вязкости и технологической пластичности, без снижения прочностных свойств.
Барий снижает упругость паров кальция в расплаве, тем самым способствует более длительному воздействию его в жидком металле, усиливает эффективность действия кальция.
Таким образом, введение этих элементов в сталь в определенной концентрации в сочетании с балансированным составом стали (повышенным содержанием хрома, пониженным содержанием кобальта, введением ниобия, исключением меди и ванадия), по сравнению с известной позволяет, повысить ударную вязкость при 20К при сохранении высокой прочности и пластичности. На основании вышеизложенного заявляемая сталь отвечает критерию «существенные отличия».
Опытные плавки сталей выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 60 кг, разливали в изложницы 30 кг, часть металла ковали в интервале температур 1100-900°С на прутки диаметром 15 мм, другую прокатывали на лист.
Химический состав выплавленных плавок приведен в табл. 1.
Механические свойства предлагаемой стали после закалки от 1000°С обработки холодом при -70°С и старения при 520°С, 5 ч, а также стали прототипа сравнивали на опытных плавках (табл.2).
Анализ механических свойств показал, что предлагаемая сталь превосходит известную по пластичности и вязкости при 77К и имеет высокую ударную вязкость при 20К.
Предложенный состав после выплавки стали обеспечивает соотношение аустенита к мартенситу - 1:1, кроме того, отсутствует феррит, который снижает ударную вязкость. После термической обработки содержание аустенита соответствует 30-35%, что обеспечивает высокую вязкость при 20К.
Преимуществом предлагаемой стали является и то, что механические свойства мало изменяются при содержании элементов в указанных пределах.
Разработанная сталь была выплавлена в промышленных условиях в открытой индукционной печи емкостью 1 т. После термической обработки сталь обеспечила следующий уровень механических свойств при комнатной температуре:
σ0,2=1360 МПа, σв=1410 МПа, δ=14%, KCU=70 Дж/см2;
при температуре 20К:
σ0,2=1840 МПа, σв=1940 МПа, KCU=59 Дж/см2, KCV=40 Дж/см2.
Механические свойства сварных соединений:
σ0,2=1205 МПа, σв=1340 МПа, δ=13,5%, KCV20=38 Дж/см2, σв н=1205 МПа, σв н/σв=0,9.
Разработанная сталь обладает удовлетворительным комплексом технологических свойств: штампуемостью, прокатываемостью, свариваемостью, обрабатываемостью резанием, высокой коррозионной стойкостью в камере влажного солевого тумана, во влажной тропической камере, в морской воде.
Методом объемной штамповки из стали промышленной плавки изготовлены полусферы диаметром 310 мм для сварных емкостей, работающих при 20К.
Внедрение разработанной стали позволяет увеличить надежность и долговечность сварных изделий и снизить вес изделий, применяемых в ракетно-космической технике
Таблица 1 Химический состав опытных сталей |
|||||||||||||||||
№ | Содержание элементов, % | ||||||||||||||||
С | Cr | Ni | Со | Мо | Nb | W | V | Ti | N | Zr | Al | Се | Са | Ва | Fe | ||
1 | Сталь, содержащая элементов ниже предельных | 0,04 | 11,0 | 5,5 | 6,0 | 4,6 | 0,24 | - | - | - | - | - | - | 0,07 | 0,008 | 0,009 | ост |
2 | Предлагаемая сталь | 0,04 | 12,1 | 7,1 | 6,9 | 4,2 | 0,11 | - | - | - | - | - | - | 0,1 | 0,05 | 0,007 | - |
3 | -//- | 0,03 | 11,8 | 7,3 | 7,0 | 4,4 | 0,2 | - | - | - | - | - | - | 0,09 | 0,06 | Сл | - |
4 | -//- | 0,03 | 12,0 | 7,7 | 5,7 | 3,7 | 0,24 | - | - | - | - | - | - | 0,1 | 0,03 | 0,01 | - |
5 | -//- | 0,04 | 12,5 | 8,0 | 6,8 | 3,8 | 0,28 | - | - | - | - | - | - | 0,07 | 0,04 | 0,019 | - |
6 | Содержание элементов выше предельного | 0,06 | 12,8 | 9,0 | 9,0 | 4,0 | 0,3 | - | - | - | - | - | - | 0,05 | 0,007 | 0,02 | - |
7 | Прототип | 0,03 | 15,0 | 2,0 | 10,0 | 3,5 | - | 0,3 | 0,15 | 0,15 | 0,03 | 0,2 | 0,1 | - | - | - | - |
Таблица 2 Механические свойства опытных плавок разработанной стали после термической обработки (закалка 1000°С, обработка холодом при - 70°С, старение 520°С, 5 ч) |
|||||||
Механические свойства | |||||||
σ0,2 | σв | δ | ψ | KCU77 | KCV20 | ||
МПа | % | Дж\см2 | |||||
1 | Сталь, содержащая элементов ниже предельных | 1500 | 1570 | 13 | 50 | 30 | 12 |
2 | Предлагаемая сталь | 1400 | 1500 | 15 | 52 | 62 | 33 |
3 | 1400 | 1500 | 14 | 54 | 60 | 30 | |
4 | 1400 | 1450 | 14 | 54 | 65 | 37 | |
5 | 1300 | 1350 | 20 | 50 | 70 | 50 | |
6 | Содержание элементов выше предельного | 600 | 845 | 44 | 75 | - | 150 |
7 | Прототип | - | 1500 | - | - | 46 | - |
Claims (1)
- Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники, содержащая углерод, хром, никель, кобальт, молибден и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий, церий, кальций и барий при следующем соотношении компонентов, %:
Углерод До 0,05 Хром 11,2-12,5 Никель 7,0-8,0 Кобальт 5,6-7,0 Молибден 3,7-4,5 Ниобий До 0,5 Церий До 0,1 Кальций До 0,05 Барий До 0,02 Железо Остальное причем после выплавки соотношение структурных составляющих аустенита к мартенситу должно соответствовать 1:1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110202/02A RU2275439C2 (ru) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110202/02A RU2275439C2 (ru) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003110202A RU2003110202A (ru) | 2005-03-10 |
RU2275439C2 true RU2275439C2 (ru) | 2006-04-27 |
Family
ID=35364034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110202/02A RU2275439C2 (ru) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2275439C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516187C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Высокоазотистая мартенситная никелевая сталь |
RU2804233C1 (ru) * | 2022-07-13 | 2023-09-26 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | Хладостойкая сталь для устройств хранения отработавших ядерных материалов |
-
2003
- 2003-04-09 RU RU2003110202/02A patent/RU2275439C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516187C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Высокоазотистая мартенситная никелевая сталь |
RU2804233C1 (ru) * | 2022-07-13 | 2023-09-26 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | Хладостойкая сталь для устройств хранения отработавших ядерных материалов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003110202A (ru) | 2005-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4572002B1 (ja) | 強度、延性の良好なラインパイプ用鋼板およびその製造方法 | |
EP2050832B1 (en) | Two-phase stainless steel | |
US9222155B2 (en) | Method for manufacturing high strength hot-rolled steel sheet having excellent stretch flangeability and fatigue resistance | |
KR100912570B1 (ko) | 성형성이 뛰어난 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법 | |
RU2312163C2 (ru) | ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ХОЛОДНОКАТАНЫЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ С ПРЕДЕЛОМ ПРОЧНОСТИ НА РАЗРЫВ 780 МПа ИЛИ БОЛЕЕ, ИМЕЮЩИЙ ПРЕВОСХОДНУЮ ЛОКАЛЬНУЮ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ И ЗАМЕДЛЕННОЕ ПОВЫШЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕСТА СВАРКИ | |
CN101665887A (zh) | 厚钢板 | |
KR20100113642A (ko) | 용접 열 영향부의 내식성과 인성이 양호한 저합금 2상 스테인리스강 | |
RU2763027C1 (ru) | Кованая деталь из бейнитной стали и способ ее изготовления | |
MX2011006451A (es) | Acero inoxidable ferritico-austenitico. | |
JP2007146284A (ja) | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼および金属ボルト | |
KR102355570B1 (ko) | 고 Mn 강 및 그 제조 방법 | |
KR102405388B1 (ko) | 고 Mn 강 및 그 제조 방법 | |
CN113166885B (zh) | 延展性及低温韧性优秀的高强度钢材及其制造方法 | |
CN104878316A (zh) | 一种高强韧高氮奥氏体不锈钢 | |
US11959157B2 (en) | High-Mn steel and method of producing same | |
JP4396851B2 (ja) | 冷間加工後の塑性変形能に優れた高張力鋼およびその製造方法 | |
JP4320198B2 (ja) | 衝撃特性と形状凍結性に優れた高強度冷延鋼板の製造方法 | |
JP4344919B2 (ja) | 予熱なしでの溶接性に優れた高強度鋼板とその製造方法及び溶接鋼構造物 | |
JP2008156678A (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 | |
RU2275439C2 (ru) | Коррозионно-стойкая высокопрочная сталь для криогенной техники | |
KR101301617B1 (ko) | 고강도 고인성 소재 및 이를 이용한 타워 플랜지 제조방법 | |
CN104099515A (zh) | 一种钢材、由其形成的热处理钢材及其制造方法 | |
CA3108674C (en) | Steel for pressure vessel having excellent surface quality and impact toughness, and method for manufacturing same | |
CN110475897B (zh) | 高强度低温奥氏体耐腐蚀可焊建筑钢及其生产方法 | |
CN114080466A (zh) | 钢筋及其制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060410 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070520 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100410 |