RU2281345C2 - Стойкая к окислению и коррозии аустенитная нержавеющая сталь, содержащая молибден - Google Patents
Стойкая к окислению и коррозии аустенитная нержавеющая сталь, содержащая молибден Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281345C2 RU2281345C2 RU2003107101/02A RU2003107101A RU2281345C2 RU 2281345 C2 RU2281345 C2 RU 2281345C2 RU 2003107101/02 A RU2003107101/02 A RU 2003107101/02A RU 2003107101 A RU2003107101 A RU 2003107101A RU 2281345 C2 RU2281345 C2 RU 2281345C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- corrosion
- sample
- alloy
- stainless steel
- salt
- Prior art date
Links
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title abstract description 79
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title abstract description 79
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title abstract description 19
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title abstract description 19
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title abstract description 18
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 title abstract 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract 4
- -1 0 - 0.75 Chemical compound 0.000 abstract 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 94
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 93
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 76
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 38
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 description 5
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стойким к окислению и коррозии аустенитным нержавеющим сталям, работающим в высокотемпературных и коррозионных средах, а также используемых в элементах выхлопной системы автомобилей. Предложены варианты аустенитной нержавеющей стали, изделия, выполненные из этой стали, и способ ее получения. Сталь содержит 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, от более 3 до 6 мас.% молибдена, вплоть до 0,1 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железо и неизбежные примеси. Предложенные изделия из аустенитной стали обладают высокой стойкостью под воздействием высоких температур, вплоть до 980°С, и коррозии, например, в воде с высоким содержанием хлоридов. 5 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к стойкой к окислению и коррозии аустенитной нержавеющей стали. Более конкретно, данное изобретение относится к аустенитной нержавеющей стали, пригодной для использования в высокотемпературных и коррозионных средах, например в элементах выхлопной системы автомобилей. Предложенная аустенитная нержавеющая сталь может найти широкое применение в элементах, находящихся под воздействием температуры вплоть до 1800°F (~980°C) и коррозионных сред, например воды с высоким содержанием хлоридов.
Уровень техники
При производстве элементов автомобильной выхлопной системы одновременно преследуются цели снижения стоимости и веса при сохранении работоспособности (целостности) системы. Обычно автомобильные элементы для таких применений изготавливают из тонкой нержавеющей стали с тем, чтобы уменьшить вес этих элементов, поэтому их стойкость к коррозионному воздействию должна быть высокой для предотвращения выхода из строя из-за возникновения отверстий или других факторов. На коррозионную стойкость влияет тот факт, что элементы, используемые для определенных применений в автомобильной выхлопной системе, подвергаются воздействию весьма агрессивных химических сред при повышенных температурах. В частности, элементы автомобильной выхлопной системы и другие элементы двигателя подвержены загрязнению солями, применяемыми против обледенения дорог, в условиях повышенной температуры, обусловленной горячими выхлопными газами. Элементы из нержавеющей стали и других металлов, подвергающиеся воздействию таких условий, находятся в сложном режиме коррозионного воздействия, известном как горячая солевая коррозия.
Обычно открытые воздействию воздуха поверхности элементов из нержавеющей стали при высоких температурах окисляются, и на них образуется защитный слой оксида металла. Этот оксидный слой защищает находящийся под ним металл и уменьшает дальнейшее окисление и другие формы коррозии. Однако отложения противообледенительных солей могут разъедать и разрушать этот защитный оксидный слой. По мере разрушения защитного оксидного слоя находящийся под ним металл может обнажаться и становиться подверженным сильной коррозии.
Таким образом, металлические сплавы, выбранные для элементов автомобильной выхлопной системы, подвергаются воздействию ряда агрессивных внешних условий. Стойкость элементов автомобильной выхлопной системы имеет большое значение в силу требований продолжительного срока службы, предъявляемых потребителями, федеральными нормативами, а также гарантийными сроками изготовителей. Выбор сплава для деталей автомобильной выхлопной системы еще более усложняется тем, что в последнее время для этих применений начали использоваться металлические гибкие муфты, обеспечивающие податливые соединения между двумя жестко закрепленными элементами выхлопной системы. Гибкие муфты можно использовать для решения проблем, связанных с использованием сварных, скользящих и других соединений. Материал, выбранный для использования в гибкой муфте, подвергается воздействию высокотемпературной коррозионной среды, он должен быть пригоден к формоизменению и обладать стойкостью к горячей солевой коррозии и различным другим типам коррозии, например, таким как промежуточное температурное окисление, общая коррозия и растрескивание в результате коррозии под действием хлоридов.
Сплавы для использования в гибких муфтах автомобильной выхлопной системы часто работают в условиях, в которых воздействие высокой температуры возникает после того, как сплав подвергся воздействию таких загрязнений, как противообледенительные соли. Соли галогенидов могут действовать как флюсы, удаляющие защитную оксидную окалину, обычно образующуюся на таких муфтах при повышенных температурах. В этих условиях разрушение муфт может происходить достаточно быстро. Поэтому исследование простого окисления кислородом воздуха может быть недостаточным для определения действительной стойкости к коррозионному разрушению в процессе работы.
В автомобильной промышленности для изготовления элементов автомобильной выхлопной системы используется ряд сплавов. Диапазон этих сплавов простирается от дешевых материалов с умеренной коррозионной стойкостью до дорогостоящих высоколегированных материалов с гораздо более высокой коррозионной стойкостью. Относительно недорогим сплавом с умеренной коррозионной стойкостью является сплав класса 316Ti AISI (обозначение UNS S31635). Нержавеющая сталь класса 316Ti гораздо быстрее коррелирует под воздействием высоких температур и поэтому обычно не используется в гибких муфтах автомобильной выхлопной системы, если температуры превышают приблизительно 1200°F (~650°C). Класс 316Ti обычно используется только в тех деталях автомобильной выхлопной системы, на которые не действуют высокие температуры выхлопа.
Для изготовления гибких муфт автомобильных выхлопных систем, подвергающихся воздействию высоких температур, обычно используются более дорогие, высоколегированные материалы. Типичным сплавом, используемым для изготовления гибких муфт, подвергающихся воздействию высокотемпературных коррозионных сред, является аустенитный суперсплав на основе никеля класса UNS NO6625, выпускаемый, например, под наименованием ALLEGHENY LUDLUM ALTEMP 625 (далее именуемый как AL625). AL625 - это аустенитный суперсплав на основе никеля, обладающий отличной стойкостью к окислению и коррозии в широком диапазоне коррозионных условий и демонстрирующий отличную способность к формоизменению и прочность. Сплавы класса UNS NO6625 обычно содержат приблизительно 20-25 мас.% хрома, приблизительно 8-12 мас.% молибдена, приблизительно 3,5 мас.% ниобия и 4 мас.% железа. Хотя сплавы такого типа отлично подходят для гибких муфт автомобильной выхлопной системы, они являются достаточно дорогими по сравнению со сплавами класса 316Тi и другими сплавами на основе железа.
Производители деталей автомобильной выхлопной системы могут использовать и другие сплавы для изготовления гибких муфт выхлопной системы. Однако ни один из этих сплавов не обладает высокой коррозионной стойкостью, особенно под воздействием высоких температур и агрессивных загрязнителей типа противообледенительных солей.
Следовательно, существует потребность в коррозионно-стойком материале для использования в высокотемпературных коррозионных средах, который не был бы таким высоколегированным, как, например, сплавы UNS NO6625, и поэтому был бы менее дорогим для производства, чем такие суперсплавы. В частности, существует потребность в сплаве на основе железа, из которого можно было бы изготавливать, например, легкие гибкие муфты и другие элементы автомобильных выхлопных систем, которые были бы стойкими к коррозии под действием агрессивных веществ, таких как отложения солей и других противообледенительных продуктов, при повышенных температурах.
Сущность изобретения
В основу настоящего изобретения поставлена задача решения перечисленных выше проблем посредством создания аустенитной нержавеющей стали, содержащей 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля и 1-6 мас.% молибдена. Введение молибдена в сплав на основе железа повышает его стойкость к коррозии при высоких температурах.
В настоящем изобретении предложена аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, от более 3 до 6 мас.% молибдена, вплоть до 0,1 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
В настоящем изобретении также предложена аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, 1-6 мас.% молибдена, менее 0,05 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
В настоящем изобретении также предложена аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, от более 3 до 6 мас.% молибдена, менее 0,05 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
Аустенитные нержавеющие стали согласно изобретению обладают высокой стойкостью к солевой коррозии в широком интервале температур, по меньшей мере - вплоть до 1500°F (~815°C). Настоящее изобретение также охватывает изделия производства, изготовленные из описанных выше аустенитных нержавеющих сталей. Следовательно, предложенные аустенитные нержавеющие стали могут найти широкое применение, например в деталях автомобилей, в частности элементах автомобильной выхлопной системы и гибких муфтах, а также в других областях применения, в которых требуется коррозионная стойкость. Предложенные сплавы обладают отличной коррозионной стойкостью при повышенных температурах и поэтому найдут широкое применение в высокотемпературных областях, например, для изготовления оболочек нагревательных элементов. Согласно изобретению также предложены способы изготовления изделий из аустенитной нержавеющей стали, содержащей 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля и 1-6 мас.% молибдена.
Описанные выше и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего подробного описания вариантов осуществления изобретения. Дополнительные признаки и преимущества изобретения могут стать понятными после изготовления и/или использования нержавеющих сталей согласно изобретению.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем будет более подробно описан пример воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 графически изображает данные изменения веса для сравнения результатов исследования горячей солевой коррозии плоских образцов из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов, покрытых слоями соли в 0,0, 0,05 и 0,10 мг/см2 и подвергнутых воздействию температуры 1200°F (~650°C) в течение 72 часов;
фиг.2 графически изображает данные изменения веса для сравнения результатов исследования горячей солевой коррозии плоских образцов из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов, покрытых слоями соли в 0,0, 0,05 и 0,10 мг/см2 и подвергнутых воздействию температуры 1500°F (~815°C) в течение 72 часов;
фиг.3 графически изображает данные изменения веса для сравнения результатов исследования солевой коррозии сварных каплевидных образцов из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов, покрытых номинальным слоем соли в 0,10 мг/см2 и подвергнутых воздействию температуры 1200°F (~650°С);
фиг.4 графически изображает данные изменения веса для сравнения результатов исследования горячей солевой коррозии сварных каплевидных образцов из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов, покрытых номинальным слоем соли в 0,10 мг/см2 и подвергнутых воздействию температуры 1500°F (~815°C);
фиг.5 графически иллюстрирует типичный коррелированный металлический образец, иллюстрирующий результаты процедуры анализа ASTM G54 - стандартного метода исследования простого статического окисления;
фиг.6 изображает график глубины проникновения для сравнения результатов измерений, проведенных согласно ASTM G54 на сварных каплевидных образцах с номинальным солевым покрытием в 0,10 мг/см2, подвергнутых воздействию температуры 1200°F (~650°C), для образца из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов;
фиг.7 изображает график глубины проникновения для сравнения результатов измерений, проведенных согласно ASTM G54 на сварных каплевидных образцах с номинальным солевым покрытием в 0,10 мг/см2, подвергнутых воздействию 1500°F (~815°C), для образца из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Согласно изобретению предложена аустенитная нержавеющая сталь, устойчивая против коррозии при повышенных температурах. Коррозионно-стойкая аустенитная нержавеющая сталь согласно изобретению может найти особое применение в автомобильной промышленности, в частности в элементах автомобильной выхлопной системы. Аустенитные нержавеющие стали представляют собой сплавы, включающие в себя железо, хром и никель. Аустенитные нержавеющие стали обычно используются там, где требуется коррозионная стойкость, и характеризуются содержанием хрома выше 16% и содержанием никеля выше 7%.
В общем процесс коррозии является реакцией металла или металлического сплава с окружающей его средой. Помимо других факторов коррозия металла или сплава в конкретной среде обычно определяется, по меньшей мере частично, его химическим составом. Побочными продуктами коррозии обычно являются оксиды металлов, такие как оксиды железа, оксиды алюминия, оксиды хрома и т.п. Образование определенных оксидов, в частности, оксида хрома, на нержавеющей стали является благоприятным и эффективно предотвращает дальнейшее разрушение лежащего под ним металла. Коррозия может ускоряться присутствием тепла или вызывающих коррозию агентов.
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, используемых в автомобильных применениях, усложняется из-за загрязнения противооблединительными солями в условиях повышенных температур. Это воздействие приводит к сложной форме коррозии из-за взаимодействия между оксидами, которые образуются при высоких температурах, и загрязняющими солями. Окисление при повышенной температуре обычно происходит с образованием защитных оксидов в результате реакции металла непосредственно с кислородом воздуха. Соли, используемые против обледенения дорог, которые откладываются на элементах автомобиля, могут оказывать воздействие на защитный оксидный слой и разрушать его. По мере разрушения защитного слоя лежащий под ним металл подвергается дальнейшей коррозии. Соли галоидов, особенно хлоридные соли, обуславливают возникновение локализованных форм разрушения, таких как точечная коррозия или окисление по границам зерен. Согласно настоящему изобретению предложена аустенитная нержавеющая сталь, устойчивая против горячей солевой коррозии.
Предложенная аустенитная нержавеющая сталь содержит 1-6 мас.% молибдена. Молибден добавляется в качестве легирующего агента для обеспечения коррозионной стойкости, пластичности, прочности и сопротивления ползучести при повышенных температурах. Аустенитная нержавеющая сталь согласно изобретению также содержит 17-23 мас.% хрома, предпочтительно - 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля и менее 0,8 мас.% кремния. Предложенная аустенитная нержавеющая сталь имеет более высокую коррозионную стойкость при высокой температуре, чем известные сплавы класса 316Ti, и поэтому может найти такое же широкое применение в качестве элементов автомобильной выхлопной системы. Однако настоящее изобретение позволяет обеспечить такую коррозионную стойкость при низкой стоимости, чем сплавы UNS NO6625, например, потому что предложенный сплав является сплавом на основе железа, а сплавы NO6625 являются более дорогими суперсплавами на основе никеля.
Предложенная аустенитная нержавеющая сталь предпочтительно содержит более 2 мас.% молибдена. Другой предпочтительный вариант настоящего изобретения содержит менее 4 мас.% молибдена. Такая концентрация молибдена обеспечивает более высокую коррозионную стойкость при разумной цене. Изобретение может при необходимости содержать дополнительные легирующие элементы, такие как, например, углерод, марганец, фосфор, серу и медь. Предложенная в данном изобретении нержавеющая сталь может также содержать, например, от 0,15 до 0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия и другие неизбежные примеси.
Оболочки для электронагревательных элементов обычно содержат в себе провод высокого сопротивления, заключенный в металлическую оболочку. Металлическая оболочка предпочтительно обеспечивает сопротивление окислению при высоких температурах. Провод высокого сопротивления может также удерживаться внутри оболочки и электрически изолироваться от нее уплотненным слоем огнеупорного теплопроводящего материала. Провод высокого сопротивления может представлять собой элемент из спирально намотанной проволоки, а огнеупорным теплопроводящим материалом может быть гранулированный оксид магния.
Нержавеющие стали согласно изобретению были изготовлены и исследованы на коррозионную стойкость в высокотемпературных коррозионных средах. Была выплавлена плавка материала с целевым химическим составом, включающим 17-23 мас.% хрома и 19-23 мас.% никеля. Сплав согласно изобретению также имеет целевую концентрацию молибдена 2,5%. Действительный состав готового сплава показан в таблице 1 как образец 1. Сплав образца 1 был получен обычным способом, а именно путем плавки в вакууме компонентов сплава в концентрациях, приближенных к целевому содержанию. Сформированные слитки затем шлифовали и подвергали горячей прокатке приблизительно при 2000°F (1093°C) до достижения толщины 0,1 дюйма (2,54 мм) и ширины 7 дюймов (177,8 мм). Полученную пластину подвергали пескоструйной обработке и удаляли окалину в кислоте. После этого пластину подвергали холодной прокатке до толщины 0,008 дюйма (-0,2 мм) и отжигали в инертном газе. Из полученной пластины были сформированы как плоские образцы, так и сварные каплевидные образцы.
Для сравнения дополнительно были взяты серийно выпускаемые сплавы и из них также сформированы плоские и сварные каплевидные образцы. Образец 2 был выплавлен в соответствии со спецификацией серийного сплава класса AISI 334 (обозначение UNS S08800). Сплав класса 334 представляет собой аустенитную нержавеющую сталь с химическим составом, подобным составу образца 1, но не содержащую специально добавленного молибдена. Класс 334 в общем представляет собой хромоникелевую нержавеющую сталь, которая должна обладать стойкостью к окислению и науглероживанию при высоких температурах. Анализ исследовавшегося образца класса 334 представлен в таблице 1. Класс 334 обычно характеризуется содержанием приблизительно 20 мас.% никеля и приблизительно 19 мас.% хрома, как и предложенный сплав. Класс 334 был выбран для целей сравнения, чтобы определить улучшение коррозионной стойкости, обеспечиваемое добавлением молибдена в образце 1, при исследовании горячей солевой коррозии.
Для целей сравнения также исследовались образцы из сплавов класса AISI 316Ti (обозначение UNS S31635) (образец 3) и AL625 (обозначение UNS NO6625) (образец 4). Эти два сплава в настоящее время используются в гибких муфтах автомобильных выхлопных систем, так как они обладают способностью к формоизменению и стойкостью к окислению при промежуточных температурах, общей коррозии и растрескиванию в результате коррозии в присутствии хлоридов, особенно в присутствии высоких уровней дорожных загрязнений, таких как противообледенительные соли. Химический состав образцов 3 и 4 представлен в таблице 1. Сплав AISI 316Ti является недорогим сплавом, используемым в настоящее время в гибких муфтах для низкотемпературных применений в автомобильной выхлопной системе. Что же касается сплава Al625, то это дорогостоящий материал, широко применяемый в настоящее время включая использование в гибких муфтах автомобильной выхлопной системы, подвергающихся воздействию температур выше 1500°F (~815°C).
| Таблица 1 Химический состав исследовавшихся сплавов |
||||
| Образец 1 T334+2,5Mo | Образец 2 Т334 | Образец 3 T316Ti | Образец 4 сплав Al625 | |
| С | 0,018 | 0,014 | 0,08 макс | 0,05 |
| N | 0,016 | 0,014 | 0,10 макс | - |
| Al | 0,29 | 0,28 | - | 0,30 |
| Si | 0,58 | 0,57 | 0,75 макс | 0,25 |
| Ti | 0,53 | 0,49 | 0,70 | 0,30 |
| Cr | 19,48 | 18,75 | 16-18 | 22,0 |
| Mn | 0,51 | 0,54 | 2 макс | 0,30 |
| Fe | остальное | остальное | остальное | 4,0 |
| Ni | 19,91 | 18,67 | 10-14 | остальное |
| Nb+Ta | - | - | - | 3,5 |
| Mo | 2,47 | - | 2-3 | 9,0 |
Был разработан метод проведения исследований, предназначенный для определения высокотемпературной коррозии и стойкости к окислению перечисленных выше образцов в присутствии отложившихся агрессивных твердых веществ. Были также разработаны специальные коррозионные испытания для моделирования таких высокотемпературных агрессивных сред. В настоящее время большинство испытаний стойкости сплавов к коррозии солями при повышенных температурах можно разделить на две категории "чашечное" испытание и испытание "погружением".
При чашечном испытании образец помещают в чашу, обычно имеющую геометрическую форму по Свифту или Эриксену. Затем чашу заполняют известным объемом водного испытательного раствора, имеющего известную концентрации соли. Воду в чаше испаряют в печи, чтобы на образце осталось солевое покрытие. После этого образец подвергают воздействию высокой температуры в циклических или изотермических условиях и оценивают стойкость образца к солевой коррозии. В испытании погружением образец плоской или U-образной формы погружают в водный раствор, имеющий известную концентрацию соли. Воду испаряют в печи, чтобы на образце осталось солевое покрытие. После этого можно оценить стойкость образца к солевой коррозии.
Однако в обоих испытаниях существуют проблемы с определением стойкости к солевой коррозии. Результаты испытаний могут быть противоречивыми при их сравнении от одного испытания к испытанию, так как солевое покрытие распределяется неравномерно по исследуемой поверхности или несопоставимо на разных образцах. При использовании чашечного испытания или испытания погружением обычно на тех участках, которые высыхают последними, откладывается большее количество соли. Чтобы получить более равномерный солевой осадок на образцах, автор изобретения использовал простой способ нанесения соли. Этот способ заключается в опрыскивании плоского образца водным раствором соли. С помощью этого способа можно получить ровный слой осадка соли с помощью аэрозольного опрыскивателя, содержащего в основном хлорид натрия, растворенный в деионизированной воде. Во время аэрозольного опрыскивания образцы нагревают приблизительно до 300°F (~149°C), чтобы обеспечить быстрое равномерное испарение воды из водного раствора. Количество осевшей соли контролируется путем взвешивания между опрыскиваниями и регистрируется как поверхностная концентрация (мг соли на см2 площади поверхности образца). Расчеты показывают, что при тщательном использовании этого способа осаждение соли можно регулировать приблизительно с точностью до ±0,01 мг/см2. После опрыскивания образцы можно подвергнуть в течение по меньшей мере 72 часов воздействию теплового цикла при высокой температуре в муфельной печи в необновляемом лабораторном воздухе или, при желании, в других условиях. Предпочтительно, в данном испытании следует использовать специальную испытательную печь и лабораторное оснащение, чтобы избежать перекрестного загрязнения другими исследуемыми материалами. После воздействия выбранных условий отдельно взвешивают образцы и любые собранные отставшие продукты коррозии. Результаты регистрируются как изменение удельной массы относительно исходного веса образца (без покрытия), как описывалось выше.
Сначала испытывались плоские образцы, поскольку это простейший способ испытания сплавов на восприимчивость к горячей солевой коррозии. Перед испытанием определяли вес каждого образца. На образцы размером 1 на 2 дюйма (25,4×50,8 мм) из каждого исследуемого сплава наносили ровный слой соли. Разбавленный водный раствор хлоридных солей, растворенных в деионизированной воде, набрызгивали на каждый образец. Образцы предварительно нагревали приблизительно до 300°F (149°C) на горячей плите, чтобы обеспечить быстрое равномерное испарение воды из раствора. Количество соли, осевшей на каждом образце, контролировали путем взвешивания после каждого опрыскивания. После опрыскивания образцы помещали в высокие тигли из оксида алюминия и подвергали в муфельной печи воздействию высоких температур до 1500°F (815°C). Типичный цикл воздействия составлял 72 часа при повышенной температуре в необновляемом лабораторном воздухе. После воздействия образцы взвешивали. Любые отпавшие продукты коррозии собирали и взвешивали отдельно. Вычисленные увеличения или уменьшения веса образцов объясняются реакцией металлов с атмосферой и оставшейся солью покрытия. Обычно количество нанесенной соли намного меньше, чем изменение веса в результате взаимодействия с окружающей средой, и как таковое может не учитываться.
Также исследовалось влияние остаточных напряжений, обусловленных формовкой или сваркой. Для этого испытания образцам придавалась форма сварных "каплевидных" элементов. Каплевидные образцы изготавливали путем изгиба плоских образцов толщиной 0,062 дюйма (~1,57 мм) в форму капли на колодке с последующей сваркой примыкающих краев автогеном. До воздействия на них повышенных температур образцы покрывали хлоридными солями с помощью способа, описанного для покрытия плоских образцов. Для покрытия каплевидных образцов количественный метод не применялся. Однако полученное покрытие представляло собой ровный, равномерный осадок соли. По оценкам количество соли, осевшей на наружной поверхности каплевидных образцов, номинально составляло 0,10 мг/см2. Образцы с нанесенным покрытием подвергали воздействию выбранных условий в автоматизированной лабораторной термогравиметрической установке с циклическим окислением. Через каждые 24 часа солевое покрытие на каждом образце удаляли путем испарения и затем образцы взвешивали, чтобы определить потерю или увеличение веса, вызванное воздействием окружающей среды. После взвешивания солевое покрытия наносили снова и продолжали испытания.
В таблице 2 суммируются испытания, проводившиеся на образцах 1-5.
| Таблица 2 Идентификация материала исследованных образцов |
|||
| Марка | Испытание плоских образцов, толщина | Испытание каплевидных образцов, толщина | |
| Образец 1 | Данное изобретение | 0,008 дюйма (0,2 мм) | 0,061 дюйма (1,55 мм) |
| Образец 1 | Т-332 | 0,008 дюйма | 0,058 дюйма (1,47 мм) |
| Образец 1 | Т-316Тi | 0,008 дюйма | 0,062 дюйма (1,57 мм) |
| Образец 1 | А1625 | 0,008 дюйма | 0,059 дюйма (1,50 мм) |
Результаты исследования коррозии
Для первоначальной оценки эффективности использовали испытания плоских образцов, после чего испытывали сварные каплевидные образцы для подтверждения и расширения результатов исследований плоских образцов.
Результаты испытаний плоских образцов
Для определения влияния повышенных концентраций соли и повышенной температуры на коррозионную стойкость сплава исследовали плоские образцы из четырех опытных материалов (образцы 1-4, перечисленные в таблице 1). Образцы каждого состава 1-4, перечисленные в таблице 1, исследовали без солевого покрытия и с солевыми покрытиями 0,05 мг/см2 и 0,10 мг/см2.
Образцы исследовали при двух температурах - 1200°F и 1500°F (650 и 815°С). Образцы взвешивали перед нанесением солевого покрытия, чтобы определить первоначальный вес, а затем покрывали соответствующим количеством соли для каждого испытания и помещали в среду с температурой 1200°F (650°С), чтобы определить стойкость каждого сплава к горячей солевой окислительной коррозии. Через 72 часа воздействия высоких температур образцы извлекали из печи и давали им остыть до комнатной температуры.
Соль, оставшуюся на образце, удаляли и образец взвешивали для определения его окончательного веса.
Результаты исследования горячей солевой окислительной коррозии плоских образцов представлены на фиг.1. На фиг.1 показан сравнительный график данных изменения веса по результатам исследования горячей солевой коррозии образцов из сплава согласно изобретению (образец 1) и известных сплавов, покрытых слоями соли в 0,0, 0,5 и 0,10 мг/см2 и подверженных воздействию температуры 1200°F (650°C) в течение 72 часов. Изменения веса определяли путем вычитания первоначального веса образца из окончательного веса и деления этого результат на исходную площадь поверхности плоского образца.
Все сплавы имели хорошие характеристики при 1200°F (650°С). Образец из каждого сплава показал небольшое увеличение веса, свидетельствующее об образовании сцепленного окисного слоя. Образование этого слоя оксида металла защищает массу материала, если данный слой остается сцепленным с поверхностью металла. Обычно образцы показывали большее увеличение веса с увеличением уровня солевого покрытия. Эти результаты свидетельствуют о повышении уровней окисления на поверхности образца с увеличением концентрации соли. Т316Тi, образец 3, показал наибольшее увеличение веса - более 1 мг/см2, в то время как предложенный сплав, образец 1, и Т334, образец 2, показали наименьшее увеличение веса - менее 0,3 мг/см2.
Аналогичное исследование проводилось на образцах из этих же сплавов при 1500°F (815°C), и их результаты показаны на фиг.2. Сплав T-316Ti для низкотемпературного применения, как и ожидалось, имел плохие характеристики. Было отмечено сильное растрескивание и образцы с покрытием 0,05 и 0,10 мг/см2 потеряли больше 10 мг на квадратный сантиметр исходной площади поверхности. Это исследование подтвердило, что сплав Т-316Т1 не пригоден для высокотемпературных применений при температурах выше 1200°F (650°C), и доказало надежность разработанного метода испытания для сравнения стойкости сплавов горячему солевому окислению. Все другие исследованные сплавы показали хорошие характеристики. Т-334, образец 2, показал потерю веса около 1,5 мг/см2 в опытных условиях. Более дорогой суперсплав Al625, образец 4, продемонстрировал увеличение веса приблизительно на 1,7 мг/см2 в этих опытных условиях. Это увеличение веса соответствует образованию защитного слоя оксидов металлов на поверхности сплава и минимальному растрескиванию этого защитного слоя. Предложенный в данном изобретении сплав, образец 1, продемонстрировал практически полное отсутствие изменения веса без солевого покрытия и с солевым покрытием 0,05 мг/см2, однако с солевым покрытием 0,10 мг/см и под воздействием температуры 1500°F (815°C) в течение 72 часов предложенный сплав показал увеличение веса, составившее почти 3 мг/см2. Это увеличение веса соответствует образованию защитного слоя оксида металла. Присутствие около 2,5 мас.% молибдена в образце 1 повысило стойкость к горячей солевой коррозии предложенного сплава по сравнению с известным сплавом Т-334, образцом 2. Образец 2 практически не показал изменения веса без солевого покрытия или с солевом покрытием 0,05 мг/см2. Однако при воздействии концентрацией соли 0,10 мг/см2 образец 2 продемонстрировал разрушение защитного окислительного слоя и потерю веса более чем 1,0 мг/см2.
Сплав согласно настоящему изобретению продемонстрировал в данном испытании высокую стойкость к горячей солевой окислительной коррозии. Концентрация молибдена в образце 1 повысила коррозионную стойкость сплава по сравнению с коррозионной стойкостью сплава Т334, образца 2, и обеспечила коррозионную стойкость, аналогичную коррозионной стойкости суперсплава на основе никеля Al625, образец 4.
Результаты исследования сварных каплевидных образцов
Результаты исследования сварных каплевидных образцов были сопоставимы с исследованиями плоских образцов. Они выражены в процентах изменения веса. Образцы взвешивались в начале и периодически в течение всего длительного периода испытаний более 200 часов. На фиг.3 и 4 представлены сравнительные графики данных изменения веса, полученных в результате исследования горячей солевой коррозии сварных каплевидных образцов из предложенного сплава (образец 1) и известных сплавов, покрытых номинальным солевым слоем 0,10 мг/см2 и подверженных воздействию температур 1200°F и 1500°F (650°C и 815°С) соответственно. На обоих чертежах можно легко заметить, что Т316Тi, образец 3, показал очень плохие результаты и оказался непригодным для высокотемпературной агрессивной среды, о чем свидетельствует фиг.4, потеряв более 70% веса всего через 150 часов. Все другие исследованные образцы имели практически эквивалентные результаты при воздействии температуры 1200°F (650°С), как показано на фиг.3.
На фиг.4 представлены результаты исследования стойкости к горячей солевой коррозии сплавов при 1500°F (815°С). Результаты этих испытаний ясно показывают различие в стойкости сплавов. Все сплавы продемонстрировали потерю веса после исследования. Дешевый сплав явно непригоден для высокотемпературных применений. Другие сплавы дали значительно лучшие результаты. Сплав Т334, образец 2, не показал таких высоких результатов, как другие два сплава - Al625 и предложенный сплав. Через 200 часов образец 2 потерял около 20% своего первоначального веса, а образец 1 из сплава согласно изобретению, имеющего состав, аналогичный образцу 2, но с добавлением приблизительно 2,5 мас.% молибдена, показал лучшие результаты, чем сплав 2. Предложенный сплав, образец 1, потерял менее 10% первоначального веса при испытаниях при 1500°F (815°C). Дорогой суперсплав Al625 на основе никеля показал самые лучшие результаты, потеряв менее 5% своего первоначального веса через более чем 150 часов испытаний при 1500°F (815°C).
Приведенная выше информация об изменении веса не является полным параметром для измерения общего эффекта разрушения в высоко агрессивной среде. Воздействие в сильно агрессивных средах, такое как горячая солевая окислительная коррозия, часто не имеет регулярного характера и может охватить гораздо большую часть поперечного сечения элемента из сплава, чем это представляется на основании анализа только данных изменения веса. Поэтому производились измерения потери металла (в процентах оставшегося поперечного сечения) в соответствии со стандартом ASTM-G54 исследования простого статического окисления. На фиг.5 проиллюстрированы определения параметров, полученных при этом анализе. Исследованный образец 30 имеет первоначальную толщину То, показанную как расстояние 32 на фиг.5. Процент оставшегося металла определяется путем деления толщины опытного образца после испытании коррозии, Tm1, показанной как расстояние 34, на первоначальную толщину 32. Процент непострадавшего металла определяется путем деления толщины опытного образца, не имеющей следов коррозии, Тm, показанной как расстояние 36 на фиг.5, на первоначальную толщину 32. Эти результаты показывают лучше, чем простые измерении потери веса, когда коррозия полностью разрушит металлический образец.
На фиг.6 и 7 показаны результаты металлографических исследований. Анализы низкотемпературного сплава, T-316Ti (образец 3), показывают значительную коррозию в условиях исследований как при 1200°F (650°C), так и 1500°F (815°C). После испытаний при 1500°F (815°C) в образце T316Ti сохранилось всего 25% от исходного поперечного сечения.
Другие исследовавшиеся сплавы хорошо проявили себя при 1200°F (650°C) - более 90% исходного материала в образцах 1, 2 и 4 не подверглось разрушению. Результаты анализа плоских образцов после воздействия 1500°F (815°C) показали, что более дорогой суперсплав Al625, образец 4, потерял все еще небольшой процент первоначальной толщины, однако на нем начала возникать точечная коррозия, о чем свидетельствует разность между процентом оставшейся площади поперечного сечения, приблизительно 93%, и процентом металла, который не подвергся воздействию, приблизительно 82%. Локализованная точечная коррозия материала, доказанная результатами анализа согласно процедурам ASTM-G54, дает данные, свидетельствующие о возможности локализованного разрушения материала. Плоский образец из сплава Т334 также продемонстрировал небольшую точечную коррозию после воздействия 1500°F (815°C), где менее 75% исходного материала осталось не поврежденным.
Предложенный сплав, образец 1, показал процент непострадавшей площади, оставшейся после испытания при обеих температурах, сопоставимый с никелевым сплавом AL625, и лучшие результаты, чем сплав Т334. Этот результат свидетельствует, что добавление 2,5 мас.% молибдена замедляет разрушение и отделение защитного оксидного слоя. Оставшееся поперечное сечение и процент непострадавшей площади, оставшейся после испытания, были больше 75%.
Понятно, что настоящее описание иллюстрирует только те аспекты изобретения, которые необходимы для ясного понимания изобретения. Определенные аспекты изобретения, которые очевидны специалистам и поэтому не вносят вклад в лучшее понимание изобретения, не были описаны, чтобы не усложнять описание излишними деталями. Хотя настоящее изобретение было описано в связи с определенными вариантами его осуществления, специалистам будет понятно после изучения описания, что можно использовать множество модификаций и вариантов изобретения. Все такие варианты и модификации подпадают под объем представленного выше описания и прилагаемой формулы изобретения.
Claims (7)
1. Аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, от более 3 до 6 мас.% молибдена, вплоть до 0,1 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
2. Аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, 1-6 мас.% молибдена, менее 0,05 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
3. Аустенитная нержавеющая сталь, состоящая по существу из 19-23 мас.% хрома, 19-23 мас.% никеля, от более 3 до 6 мас.% молибдена, менее 0,05 мас.% углерода, 0-1,5 мас.% марганца, 0-0,05 мас.% фосфора, 0-0,02 мас.% серы, 0-1,0 мас.% кремния, 0,15-0,6 мас.% титана, 0,15-0,6 мас.% алюминия, 0-0,75 мас.% меди, железа и неизбежных примесей.
4. Изделие, включающее в себя аустенитную нержавеющую сталь, отличающееся тем, что оно включает в себя аустенитную нержавеющую сталь по любому из пп.1-3.
5. Изделие по п.4, отличающееся тем, что оно представляет собой элемент выхлопной системы, или гибкую муфту, или оболочку нагревательного элемента, или прокладку.
6. Способ изготовления изделия из аустенитной нержавеющей стали, отличающийся тем, что изготавливают изделие из аустенитной нержавеющей стали по любому из пп.1-3.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что изготавливают изделие, представляющее собой элемент выхлопной системы, или гибкую муфту, или оболочку нагревательного элемента, или прокладку.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/641,316 US6352670B1 (en) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | Oxidation and corrosion resistant austenitic stainless steel including molybdenum |
| US09/641,316 | 2000-08-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003107101A RU2003107101A (ru) | 2005-01-20 |
| RU2281345C2 true RU2281345C2 (ru) | 2006-08-10 |
Family
ID=24571856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003107101/02A RU2281345C2 (ru) | 2000-08-18 | 2001-08-17 | Стойкая к окислению и коррозии аустенитная нержавеющая сталь, содержащая молибден |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6352670B1 (ru) |
| EP (1) | EP1311711A4 (ru) |
| JP (1) | JP5178986B2 (ru) |
| KR (1) | KR100801819B1 (ru) |
| CN (1) | CN1192119C (ru) |
| AU (2) | AU8344601A (ru) |
| BR (1) | BR0111075A (ru) |
| CA (1) | CA2407637C (ru) |
| HK (1) | HK1054411B (ru) |
| MX (1) | MXPA02010874A (ru) |
| NO (1) | NO341381B1 (ru) |
| PL (1) | PL194765B1 (ru) |
| RU (1) | RU2281345C2 (ru) |
| WO (1) | WO2002016662A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA200209281B (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553136C1 (ru) * | 2011-06-24 | 2015-06-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Металлический материал, устойчивый к карбюризации |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060008694A1 (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Budinski Michael K | Stainless steel alloy and bipolar plates |
| US20060275168A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Ati Properties, Inc. | Austenitic stainless steel |
| RU2397006C2 (ru) * | 2005-07-01 | 2010-08-20 | Хеганес Аб | Нержавеющая сталь для применения в фильтрах |
| CN100447283C (zh) * | 2006-01-13 | 2008-12-31 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种耐高温硫化物、铵盐腐蚀用不锈钢铸材及其制造方法 |
| US7815848B2 (en) * | 2006-05-08 | 2010-10-19 | Huntington Alloys Corporation | Corrosion resistant alloy and components made therefrom |
| US7708842B2 (en) * | 2006-08-18 | 2010-05-04 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | Metal gasket |
| US7754305B2 (en) * | 2007-01-04 | 2010-07-13 | Ut-Battelle, Llc | High Mn austenitic stainless steel |
| US7754144B2 (en) * | 2007-01-04 | 2010-07-13 | Ut-Battelle, Llc | High Nb, Ta, and Al creep- and oxidation-resistant austenitic stainless steel |
| EP2132349B1 (en) * | 2007-03-09 | 2015-07-08 | Federal-Mogul Corporation | Metal gasket |
| EP1975269A1 (fr) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | Imphy Alloys | Alliage austenitique fer-nickel-chrome-cuivre |
| US7985304B2 (en) * | 2007-04-19 | 2011-07-26 | Ati Properties, Inc. | Nickel-base alloys and articles made therefrom |
| CN101314835B (zh) * | 2007-06-01 | 2010-10-06 | 黄石市火炬科技实业有限公司 | 一种低成本无磁电搅辊辊身及其制造工艺 |
| CN101709463B (zh) * | 2009-11-30 | 2011-04-27 | 华南理工大学 | 一种改善奥氏体不锈钢壳体耐磨耐蚀性的表面处理方法 |
| CN102212809B (zh) * | 2011-05-12 | 2012-07-18 | 北京化工大学 | 一种镍基合金加热管的防腐蚀方法 |
| DE102012002637B4 (de) * | 2012-02-10 | 2014-01-02 | Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh | Abgasanlage |
| UA111115C2 (uk) | 2012-04-02 | 2016-03-25 | Ейкей Стіл Пропертіс, Інк. | Рентабельна феритна нержавіюча сталь |
| CN103173698B (zh) * | 2013-04-09 | 2015-02-25 | 北京科技大学 | 弥散析出相强化高Cr高Ni奥氏体不锈钢的热加工方法 |
| GB201407151D0 (en) * | 2014-04-23 | 2014-06-04 | Rolls Royce Plc | A method of testing the oxidation resistance of an alloy |
| CN106929739A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-07-07 | 天津达祥精密工业有限公司 | 一种微合金化铬镍系奥氏体耐热钢及其制备方法和应用 |
| CN110306128B (zh) * | 2019-06-13 | 2022-01-18 | 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 | 一种不锈钢材料和使用该材料的加热管及其应用 |
| CN112359295B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-05-27 | 安徽天康特种钢管有限公司 | 一种防腐蚀船用不锈钢管 |
| US11866809B2 (en) | 2021-01-29 | 2024-01-09 | Ut-Battelle, Llc | Creep and corrosion-resistant cast alumina-forming alloys for high temperature service in industrial and petrochemical applications |
| US11479836B2 (en) | 2021-01-29 | 2022-10-25 | Ut-Battelle, Llc | Low-cost, high-strength, cast creep-resistant alumina-forming alloys for heat-exchangers, supercritical CO2 systems and industrial applications |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE335430B (ru) * | 1968-08-22 | 1971-05-24 | Uddeholms Ab | |
| US4041274A (en) | 1974-07-11 | 1977-08-09 | The International Nickel Company, Inc. | Maraging stainless steel welding electrode |
| US4014680A (en) | 1975-01-22 | 1977-03-29 | Allegheny Ludlum Industries, Inc. | Prealloyed stainless steel powder for liquid phase sintering |
| US4012227A (en) | 1975-06-19 | 1977-03-15 | The International Nickel Company, Inc. | Highly castable, weldable, corrosion resistant stainless steel |
| US4086085A (en) | 1976-11-02 | 1978-04-25 | Mcgurty James A | Austenitic iron alloys |
| GB2017148B (en) | 1978-03-22 | 1983-01-12 | Pompey Acieries | Nickel chromium iron alloys possessing very high resistantance to carburization at very high temperature |
| JPS59176501A (ja) | 1983-03-28 | 1984-10-05 | 株式会社日立製作所 | ボイラチユ−ブ |
| JPS60230966A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-11-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 塩化物の存在する高温乾食環境用鋼 |
| JPS6152351A (ja) | 1984-08-20 | 1986-03-15 | Nippon Steel Corp | 極低温耐力、靭性に優れた構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
| US4784831A (en) | 1984-11-13 | 1988-11-15 | Inco Alloys International, Inc. | Hiscor alloy |
| JPS63203749A (ja) * | 1987-02-19 | 1988-08-23 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高温特性のすぐれたオ−ステナイト鋼 |
| JP2760004B2 (ja) | 1989-01-30 | 1998-05-28 | 住友金属工業株式会社 | 加工性に優れた高強度耐熱鋼 |
| JP2530231B2 (ja) * | 1989-12-20 | 1996-09-04 | 日新製鋼株式会社 | 耐熱用オ―ステナイト系ステンレス鋼 |
| US5160389A (en) | 1990-01-24 | 1992-11-03 | Nippon Stainless Steel Co., Ltd. | Flexible tube for automotive exhaust systems |
| JPH04272132A (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-28 | Nippon Stainless Steel Co Ltd | 加工性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
| US5569334A (en) | 1992-12-08 | 1996-10-29 | Hitachi Metals, Ltd. | Stainless steel member for semiconductor fabrication equipment and surface treatment method therefor |
| JP3222307B2 (ja) * | 1994-03-08 | 2001-10-29 | 新日本製鐵株式会社 | Ｖ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｌを含有する燃料を燃焼する環境において耐食性を有する合金および複層鋼管 |
| JPH1088293A (ja) | 1996-04-16 | 1998-04-07 | Nippon Steel Corp | 粗悪燃料および廃棄物を燃焼する環境において耐食性を有する合金、該合金を用いた鋼管およびその製造方法 |
| US5827377A (en) | 1996-10-31 | 1998-10-27 | Inco Alloys International, Inc. | Flexible alloy and components made therefrom |
-
2000
- 2000-08-18 US US09/641,316 patent/US6352670B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-08-17 JP JP2002522332A patent/JP5178986B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-17 CN CNB018098223A patent/CN1192119C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-17 MX MXPA02010874A patent/MXPA02010874A/es active IP Right Grant
- 2001-08-17 WO PCT/US2001/025887 patent/WO2002016662A1/en not_active Application Discontinuation
- 2001-08-17 AU AU8344601A patent/AU8344601A/xx active Pending
- 2001-08-17 CA CA2407637A patent/CA2407637C/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-17 BR BR0111075-6A patent/BR0111075A/pt not_active Application Discontinuation
- 2001-08-17 RU RU2003107101/02A patent/RU2281345C2/ru active
- 2001-08-17 EP EP01962251A patent/EP1311711A4/en not_active Ceased
- 2001-08-17 PL PL360201A patent/PL194765B1/pl unknown
- 2001-08-17 AU AU2001283446A patent/AU2001283446B2/en not_active Expired
- 2001-08-17 KR KR1020027014540A patent/KR100801819B1/ko active IP Right Grant
-
2002
- 2002-11-14 ZA ZA200209281A patent/ZA200209281B/en unknown
-
2003
- 2003-02-17 NO NO20030746A patent/NO341381B1/no not_active IP Right Cessation
- 2003-09-17 HK HK03106663.0A patent/HK1054411B/zh not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОЛЬДШТЕЙН М.И. и др. Специальные стали. - М.: Металлургия, 1985, с.7. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553136C1 (ru) * | 2011-06-24 | 2015-06-10 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Металлический материал, устойчивый к карбюризации |
| US10233523B2 (en) | 2011-06-24 | 2019-03-19 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Carburization resistant metal material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1311711A1 (en) | 2003-05-21 |
| CN1430682A (zh) | 2003-07-16 |
| CN1192119C (zh) | 2005-03-09 |
| PL194765B1 (pl) | 2007-07-31 |
| RU2003107101A (ru) | 2005-01-20 |
| WO2002016662A1 (en) | 2002-02-28 |
| AU2001283446B2 (en) | 2006-06-29 |
| US6352670B1 (en) | 2002-03-05 |
| JP2004507616A (ja) | 2004-03-11 |
| JP5178986B2 (ja) | 2013-04-10 |
| KR20030030994A (ko) | 2003-04-18 |
| PL360201A1 (en) | 2004-09-06 |
| BR0111075A (pt) | 2003-04-08 |
| KR100801819B1 (ko) | 2008-02-11 |
| CA2407637C (en) | 2013-03-12 |
| AU8344601A (en) | 2002-03-04 |
| EP1311711A4 (en) | 2004-09-22 |
| NO341381B1 (no) | 2017-10-23 |
| MXPA02010874A (es) | 2003-04-22 |
| NO20030746L (no) | 2003-03-04 |
| ZA200209281B (en) | 2004-02-16 |
| HK1054411B (zh) | 2005-06-10 |
| HK1054411A1 (en) | 2003-11-28 |
| CA2407637A1 (en) | 2002-02-28 |
| NO20030746D0 (no) | 2003-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2281345C2 (ru) | Стойкая к окислению и коррозии аустенитная нержавеющая сталь, содержащая молибден | |
| US20170164426A1 (en) | Austenitic stainless steels including molybdenum | |
| AU2001283446A1 (en) | Oxidation and corrosion resistant austenitic stainless steel including molybdenum | |
| JP2004519555A (ja) | 耐酸化性及び耐食性のモリブデン含有オーステナイト系ステンレス鋼 | |
| JPH10140272A (ja) | 可撓性ニッケル基合金及びそれから製造した部品 | |
| JP3263469B2 (ja) | 排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼及び製造方法 | |
| CA1306123C (en) | Exterior protective member made of austenitic stainless steel fora sheathing heater element | |
| KR101632512B1 (ko) | 응축수 부식 특성이 우수한 페라이트 스테인리스강 및 그 제조방법 | |
| JP2992226B2 (ja) | 耐食性を有するニッケル合金及びそれらの合金から作られる建設部材 | |
| JP2000129406A (ja) | 耐微生物腐食性に優れたＣｒ含有鉄基合金材 | |
| JPH06264215A (ja) | 自動車排気系機器用蒸着めっきステンレス鋼材 | |
| JPH0797650A (ja) | タンク車両用Ｎｉ基合金 | |
| JPH06256841A (ja) | 耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |