RU2303648C1 - Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь - Google Patents
Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303648C1 RU2303648C1 RU2005135956/02A RU2005135956A RU2303648C1 RU 2303648 C1 RU2303648 C1 RU 2303648C1 RU 2005135956/02 A RU2005135956/02 A RU 2005135956/02A RU 2005135956 A RU2005135956 A RU 2005135956A RU 2303648 C1 RU2303648 C1 RU 2303648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nitrogen
- nickel
- vanadium
- manganese
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Высокопрочная высоковязкая немагнитная свариваемая сталь может быть использована в машиностроении, судостроении, буровой и медицинской технике. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,04-0,09, кремний 0,1-0,6, хром 21,0-23,0, марганец 14,0-16,0, никель 7,0-9,0, молибден 1,0-2,0, азот 0,45-0,55, ванадий 0,1-0,3, церий 0,001-0,030, кальций 0,005-0,010, бор 0,001-0,010, железо и неизбежные примеси - остальное, при этом должны выполняться условия: [Ni]+0,1·[Mn]-0,01·[Mn]2+18[N]+30[C]=17÷22 и [Cr]+1,5[Mo]+0,48[Si]+2,3[V]=23÷27, [С]/[N]=0,09-0,15, где [Ni], [Mn], [N], [С], [Cr], [Mo], [V], [Si] - концентрации в стали никеля, марганца, азота, углерода, хрома, молибдена, ванадия и кремния соответственно. Немагнитная сталь обладает высокой прочностью, вязкостью с повышенной стабильностью аустенита при 600-700°С. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, специальном судостроении и для создания высокоэффективной буровой техники.
Известна коррозионно-стойкая немагнитная сталь, содержащая 0,03% углерода, 0,4÷0,6% азота, 23÷25% хрома, 5÷7% марганца, 16÷18% никеля и 4÷5% молибдена [High Nitrogen Steels - 90, Aahen, 1990, p.155]. Основным недостатком этой стали является низкая прочность, плохая свариваемость и высокое содержание дорогих и дефицитных никеля и молибдена.
Наиболее близким аналогом для предложенной стали является сталь [RU, 2205889 C1, C22C 38/58, 10.06.2003], содержащая (мас.%): углерод - 0,04-0,90, кремний - 0,10-0,60, марганец - 5,0-12,0, хром-19-21, никель - 4,5-9,0, молибден - 0,5-1,5, ванадий - 0,10-0,55, кальций - 0,005-0,010, ниобий - 0,03-0,30, азот - 0,40-0,70, неизбежные примеси и железо - остальное, при том, что отношение содержания углерода к содержанию азота равно 0,05-0,15 и выполняется соотношение:
где [N], [С], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Nb] - концентрация в стали азота, углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, молибдена, ванадия и ниобия (мас.%). Недостатком данной стали является отсутствие церия в количестве 0,001-0,030%, который позволил бы улучшить морфологию неметаллических включений, что способствовало бы повышению пластичности и технологичности стали. Кроме того, в этой стали отсутствует бор в количестве до 0,010%, который в таком количестве резко измельчает зерно. Наличия в стали-аналоге 5-12% марганца недостаточно для стабильности аустенита при температурах 600-700°С, при которых из этого аустенита выделяются нитриды хрома, охрупчивающие сталь.
Технический результат - получение высокопрочной и высоковязкой немагнитной, коррозионно-стойкой, мелкозернистой свариваемой стали, с повышенной стабильностью аустенита при температурах 600-700°С. Этот результат достигается тем, что в высокопрочную немагнитную коррозионно-стойкую свариваемую сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, ванадий, кальций, железо и неизбежные примеси дополнительно вводят церий и бор при следующем соотношении компонентов:
углерод | 0,04÷0,09 |
кремний | 0,1÷0,6 |
хром | 21,0÷23,0 |
марганец | 14,0÷16,0 |
никель | 7,0÷9,0 |
молибден | 1,0÷2,0 |
азот | 0,45÷0,55 |
ванадий | 0,1÷0,3 |
церий | 0,001÷0,030 |
кальций | 0,005÷0,010 |
бор | 0,001÷0,010 |
железо и неизбежные примеси | остальное |
при этом для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие: [Ni]+0,1·[Mn]-0,01·[Mn]2+18[N]+30[С]=17÷22 и [Cr]+1,5[Мо]+0,48[Si]+2,3[V]=23÷27, где [С], [N], [Mn] и [Ni] - концентрации углерода, азота, марганца и никеля, выраженные в мас.%, а отношение содержания углерода к содержанию азота равно 0,09÷0,15, причем сталь обладает мелкозернистой структурой с размером зерна 20÷40 мкм в результате закалки от температуры 1100÷1150°С со скоростью 200÷400°/мин после пластической деформации при температуре 1050÷1150°С. Для получения высокой прочности и удовлетворительной вязкости основного металла и сварных соединений химический состав стали должен обеспечить: высокую растворимость азота в жидком металле и кристаллизацию без образования δ-феррита, определяющую высокое содержание азота в γ твердом растворе; стабилизацию аустенита сварного шва и основного металла по отношению к γ-α, γ→σ, γ→ε превращениям; формирование структуры с малым количеством нитридов (для измельчения аустенитного зерна) без карбидов типа Ме23 С6 в основном металле и δ-феррита в сварном шве. Содержание в стали углерода - 0.04% и азота - 0.45% в минимальных указанных количествах достаточно для обеспечения высокой прочности сварного шва и основного металла. При содержании углерода более 0.09% и азота более 0.55% трудно получить после ковки и закалки удовлетворительные показатели пластической и ударной вязкости из-за образования при охлаждении карбидов типа Ме23С6 и нитридов хрома Cr2N. Для предотвращения образования карбидов типа Ме23С6 отношение содержания углерода к азоту не должно превышать 0,15. Введение в сталь хрома в количестве 21-23% необходимо для обеспечения требуемого уровня коррозионной стойкости и растворимости азота в указанных пределах. При содержании хрома более 23% и никеля менее 7% сталь будет иметь пониженную пластичность из-за образования феррита и σ фазы. С увеличением содержания никеля более 9% невозможно получить сталь с заданным количеством азота. Содержание марганца на уровне 14-16% обеспечивает стабильность аустенита по отношению к γ-α превращению, повысит растворимость азота. Введение в сталь ванадия в количестве 0.1-0.3% обеспечивает мелкозернистую структуру и повышение прочности вследствие образования мелкодисперсных нитридов ванадия, при меньших количествах ванадия эффект от его введения незначителен. Введение его в количестве больше 0.30% - приводит к снижению прочности из-за обеднения твердого раствора азотом в результате образования термически устойчивых нитридов ванадия, растворяющихся в аустените при температуре выше 1150°С. При содержании молибдена более 2% в металле может образоваться ферромагнитная фаза (δ-феррит). Добавки кальция в количестве 0.005-0.01% и церия в количестве 0.001-0.030%, улучшая морфологию неметаллических включений, повышают пластичность металла и его технологичность, особенно обрабатываемость резанием. Если содержание кальция и церия в металле меньше 0.005 и 0.001% соответственно - значительного эффекта от их введения не наблюдается. При увеличении содержания Ca более 0.01% и Се более 0.030% дальнейшего улучшения свойств не отмечается. Введение бора в количестве до 0.010% приводит к измельчению зерна, а при увеличении его содержания выше 0.01% может привести к ухудшению пластических свойств и технологичности в процессе пластической деформации. Выполнение условий: Ni+0,1·[Mn]-0,01·[Mn]2+18[N]+30[С]=17÷22 и [Cr]+1.5[Мо]+0.48[Si]+2.3[V]=23÷27 - обеспечивает получение немагнитной структуры (μ<1.01 Гс/э), если Ni+0,1·[Mn]-0,01· [Mn]2+18[N]+30[С]>22 и [Cr]+1.5[Мо]+0.48[Si]+2.3[V]<23, то не достигается необходимый уровень растворимости азота, а если Ni+(0,1 [Mn]-0,01·[Mn]2+18[N]+30[С]<17 и [Cr]+1.5[Мо]+0.48[Si]+2.3[V]>27 не удается получить аустенитную структуру без мартенсита и феррита.
Аустенит с развитой мелкозернистой структурой, т.е. с размером зерна 20-40 мкм можно получить только при закалке со скоростью 200-400°С/мин от температуры 1100-1150°С или после пластической деформации при температуре 1050-1150°С. Пластическая деформация при температурах ниже 1050°С снижает пластичность и ударную вязкость и затрудняет процесс получения качественных изделий. Пластическая деформация при температурах выше 1150°С повышает уровень затраты энергии на нагрев, кроме того, может увеличиться размер зерна аустенита в результате растворения мелкодисперсных нитридов ванадия. Нагрев под закалку в интервале 1100-1150°С достаточен для растворения нитридов хрома при сохранении мелкозернистой структуры. При температуре нагрева под закалку менее 1100°С не достигается полное растворение нитридов хрома, ухудшается вязкость и пластичность стали. При температуре выше 1150°С - начинают растворяться нитриды ванадия, что приводит к укрупнению зерна аустенита. Пример: сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 0,5 т и разливали на электроды диаметром 250 мм. Поверхность электродов зачищали и готовили к электрошлаковому переплаву в кристаллизаторе диаметром 320 мм. Слитки ⌀320 мм нагревали и ковали на штанги со стороной 80 мм, массой по 220 кг и шайбы ⌀205 и 100 мм, массой по 180 кг. Химический состав выплавленной стали приведен в таблице 1. Металл был подвергнут термической обработке по режиму:
1. нагрев до 1100°С с выдержкой 2 часа и охлаждение со скоростью 400°С/мин.
2. нагрев до 1150°С с выдержкой 2 часа и охлаждение со скоростью 300°С/мин.
3. нагрев до 1120°С с выдержкой 2 часа и охлаждение со скоростью 200°С/мин.
Металл прошел контроль макро- и микроструктуры, механических свойств. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Структуру металла определяли на рентгеновском дифрактометре, механические испытания проводили на машине Инстрон 1185. По результатам испытаний видно, что предлагаемая сталь обладает более высокими показателями пластичности и ударной вязкости при сохранении повышенной прочности. Предлагаемая сталь, содержащая бор (0,002-0,008%), после закалки от 1100-1150°С имеет меньший размер зерна. Исследование микроструктуры предлагаемой стали, содержащей церий (0,003-0,008%), показало, что в этой стали, по сравнению со сталью-прототипом, присутствует меньшее количество неметаллических включений. Соответственно, при горячей деформации слитков выход годного металла повысился 17-22%. Сталь хорошо сваривается всеми видами сварки. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в 3% растворе NaCl. Скорость коррозии основного металла и сварного соединения при температуре 40°С в течение 400 часов составила 0.0007-0.0009 мм/год.
Таким образом, предлагаемая сталь может быть использована в качестве высокопрочного высоковязкого коррозионно-стойкого свариваемого материала. Сталь приобретает мелкозернистую структуру с размером зерна 20-40 мкм в результате закалки со скоростью охлаждения 200-400°С/мин от 1100-1150°С после пластической деформации при температуре 1050-1150°С.
Claims (2)
1. Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, молибден, церий, кальций, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом должны выполняться условия:
[Ni]+0,1·[Mn]-0,01·[Mn]2+18[N]+30[C]=17÷22 и
[Cr]+1,5[Mo]+0,48[Si]+2,3[V]=23÷27,
[С]/[N]=0,09-0,15,
где [Ni], [Mn], [N], [С], [Cr], [Mo], [V], [Si] - концентрации в стали никеля, марганца, азота, углерода, хрома, молибдена, ванадия и кремния соответственно, выраженные в мас.%.
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что после закалки от температуры 1100÷1150°С со скоростью охлаждения 200÷400°/мин и/или пластической деформации при температуре 1050÷1150°С сталь имеет мелкозернистую структуру с размером зерна 20÷40 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135956/02A RU2303648C1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135956/02A RU2303648C1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2303648C1 true RU2303648C1 (ru) | 2007-07-27 |
Family
ID=38431707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005135956/02A RU2303648C1 (ru) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2303648C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445397C1 (ru) * | 2010-06-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
RU2447185C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-10 | Владимир Дмитриевич Горбач | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки |
RU2454478C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
RU2586193C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь |
RU2813453C1 (ru) * | 2023-12-08 | 2024-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ЗЛАТОУСТОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД" | Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135 |
-
2005
- 2005-11-21 RU RU2005135956/02A patent/RU2303648C1/ru active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445397C1 (ru) * | 2010-06-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
RU2447185C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-10 | Владимир Дмитриевич Горбач | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки |
RU2454478C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
RU2586193C1 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь |
RU2813453C1 (ru) * | 2023-12-08 | 2024-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ЗЛАТОУСТОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД" | Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5072285B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
CN110546290B (zh) | 奥氏体系耐磨钢板 | |
JP5866820B2 (ja) | 溶接部靭性および耐遅れ破壊特性に優れた耐磨耗鋼板 | |
CA2604428C (en) | Low alloy steel | |
KR102453321B1 (ko) | 오스테나이트계 내마모 강판 | |
US9187811B2 (en) | Low-carbon chromium steel having reduced vanadium and high corrosion resistance, and methods of manufacturing | |
JP2013091845A (ja) | 溶接熱影響部の低温靭性に優れた高張力鋼板およびその製造方法 | |
JP6217671B2 (ja) | 高温環境における耐摩耗性に優れた厚鋼板 | |
JP2015206090A (ja) | プラスチック成形用金型鋼およびその製造方法 | |
RU2303648C1 (ru) | Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь | |
KR101696967B1 (ko) | 고강도 고인성 강합금 | |
JP2007197810A (ja) | 耐摩耗鋼板 | |
RU2447185C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки | |
JP6510714B1 (ja) | 低温靭性に優れる二相ステンレス鋼 | |
EP3126537B1 (en) | Dual-phase stainless steel | |
RU2445397C1 (ru) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее | |
US11702714B2 (en) | High fracture toughness, high strength, precipitation hardenable stainless steel | |
RU2374354C1 (ru) | Композиционная сталь для электромагнитного оружия | |
CN105814225B (zh) | 船舶用钢锻件 | |
RU2507297C1 (ru) | Стали со структурой пакетного мартенсита | |
CA2486902C (en) | Steel for components of chemical installations | |
RU2205889C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая свариваемая сталь | |
RU2360029C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная композиционная сталь | |
RU2462532C1 (ru) | Сталь со структурой низкоуглеродистого мартенсита | |
JPS61272316A (ja) | 耐応力腐蝕割れ性のすぐれた超高張力鋼の製造法 |