RU2367710C1 - Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь - Google Patents

Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь Download PDF

Info

Publication number
RU2367710C1
RU2367710C1 RU2008147276/02A RU2008147276A RU2367710C1 RU 2367710 C1 RU2367710 C1 RU 2367710C1 RU 2008147276/02 A RU2008147276/02 A RU 2008147276/02A RU 2008147276 A RU2008147276 A RU 2008147276A RU 2367710 C1 RU2367710 C1 RU 2367710C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrogen
steel
carbon
vanadium
manganese
Prior art date
Application number
RU2008147276/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Михайлович Блинов (RU)
Виктор Михайлович Блинов
Игорь Олегович Банных (RU)
Игорь Олегович Банных
Евгений Викторович Блинов (RU)
Евгений Викторович Блинов
Тамара Николаевна Зверева (RU)
Тамара Николаевна Зверева
Сергей Яковлевич Бецофен (RU)
Сергей Яковлевич Бецофен
Людмила Георгиевна Ригина (RU)
Людмила Георгиевна Ригина
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority to RU2008147276/02A priority Critical patent/RU2367710C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2367710C1 publication Critical patent/RU2367710C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу высокопрочной немагнитной и коррозионно-стойкой стали, используемой в машиностроении, приборостроении, специальном судостроении и для создания высокоэффективной буровой техники. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, молибден, ванадий, кальций, селен, железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,04-0,08, кремний 0,10-0,40, марганец 9,0-11,0, хром 20,0-21,0, никель 2,8-3,8, молибден 0,7-1,2, ванадий 0,15-0,25, кальций 0,005-0,010, селен 0,10-0,15, азот 0,5-0,55, железо и неизбежные примеси - остальное. Отношение концентрации углерода к содержанию азота составляет 0,07÷0,14, отношение содержаний (Cr+2Mo+4V)/(C+N)=35÷41, а для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие: [Ni]+0,1[Mn]+0,01[Mn]2+18[N]+30[C]/[Cr]+1,5[Mo]+0,48[Si]+2,3[V]=0,62÷086, где [N], [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [V] - концентрации в стали азота, углерода, кремний, марганца, хрома, молибдена и ванадия соответственно. Сталь имеет развитую субзеренную структуру после горячей пластической деформации при температуре 1000÷1050°C с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры и мелкозернистую аустенитную структуру после закалки в воде от температуры 1030÷1070°С. Повышаются прочностные характеристики и коррозионная стойкость. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии стали 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 (сталь марки 1.4565S, Материалы конференции «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 к предлагаемому техническому решению является сталь 07Х21Г7АН5 (см. А.А.Бабаков, М.В.Приданцев. «Коррозионно-стойкие стали и сплавы». М.: Металлургия, 1971, с.168, ЧМТУ 393-60, ЦНИИЧМ), содержащая 0,05-0,10% углерода, до 0,7%) кремния, 0,15÷0,25% азота, 20÷22% хрома, 6÷8% марганца, 5÷6% никеля, железо и неизбежные примеси, такие как сера и фосфор. Однако эта сталь обладает недостаточным уровнем прочностных свойств (σв=700 МПа; σ0,2=400 МПа) для высоконагруженных деталей, а также наличием ферромагнитного δ-феррита в структуре стали, которые недопустимы для немагнитных изделий, при содержании аустенитообразующих элементов на нижнем пределе марочного состава.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании высокопрочной немагнитной коррозионно-стойкой стали.
Технический результат изобретения заключается в повышении прочностных характеристик, коррозионной стойкости и немагнитности стали.
Технический результат достигается тем, что в высокопрочную немагнитную сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, железо и неизбежные примеси дополнительно введены молибден, ванадий, селен и кальций, (см. табл.А при следующем соотношении компонентов, мас.%.
Таблица А
углерод 0.04-0.08 молибден 0.7-1.2
кремний 0.10-0.40 ванадий 0.15-0.25
марганец 9.0-11.0 кальций 0.005-0.010
хром 20.0-21.0 селен 0.10-0.15
никель 2.8-3.8 азот 0.5-0.55
неизбежные примеси и железо - стальное,
при этом для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие:
a)
Figure 00000001
,
где [N], [C], [Si], [Mn], [N], [Cr], [Mo], [V] - концентрация в стали азота, углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, молибдена и ванадия соответственно, выраженная в массовых процентах,
б) соотношение содержания углерода к содержанию азота (мас.%) должно быть в пределах - 0,07÷0,14,
в) соотношение содержания
Figure 00000002
(мас.%) должно быть в пределах 35÷41,
при этом в ней формируется развитая субзеренная структура в процессе горячей пластической деформации при температурах 1000÷1050°С с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры, и сталь приобретает мелкозернистую аустенитную структуру после закалки в воде от температуры в пределах 1030÷1070°С.
Содержание в стали углерода [С]=0,04 и азота [N]=0,5 в минимальных указанных количествах достаточно для обеспечения высокой прочности основного металла. При содержании углерода более 0,08% и азота более 0.55% соответственно, трудно получить удовлетворительные показатели пластичности и ударной вязкости из-за образования при тепловых выдержках большого количества карбида хрома типа Cr23C6, и нитридов хрома типа Cr2N. В этом случае трудно получить не имеющий пор металл без использования повышенного давления азота под расплавом из-за ограниченной растворимости азота в металле такого состава. Для предотвращения образования карбидов хрома типа Cr23C6 отношение содержания углерода к содержанию азота не должно превышать 0,15. Введение в сталь 20-21% хрома необходимо для обеспечения требуемого уровня коррозионной стойкости и растворимости азота в указанных пределах. При содержании хрома более 21% и никеля менее 2,8% - сталь будет иметь пониженную пластичность из-за образования феррита и σ-фазы.
Выполнение условия
Figure 00000003
обеспечивает предотвращение образования σ-фазы в структуре стали.
С увеличением содержания никеля более 3,8% - из-за снижения растворимости азота в металле невозможно получить сталь с заданным количеством азота. Получение содержания марганца на уровне 9-11% обеспечивает стабильность аустенита по отношению к γ→α(М) превращению, повышает растворимость азота и способствует раскислению металла. Введение в сталь ванадия в количестве более 0,15% обеспечивает мелкозернистую структуру и повышение прочности (за счет образования мелкодисперсных нитридов ванадия. При меньших концентрациях ванадия положительный эффект от его введения незначителен. Увеличение содержания ванадия более 0,25% приводит к снижению прочности металла из-за обеднения твердого раствора азотом в результате образования термически устойчивых нитридов ванадия, диссоциирующих в аустените при температурах выше 1150°С. При содержании молибдена более 1,2% в металле может образовываться ферромагнитная фаза (δ-феррит). Добавки кальция и селена в количествах соответственно 0,005-0,010 и 0,10-0,15%) улучшая морфологию неметаллических включений, повышают пластичность металла и его технологичность, особенно обрабатываемость резанием. Если кальция и селена в металле меньше соответственно 0,005 и 0,10% - значительного эффекта от их введения не обеспечивается, при увеличении их содержания более соответственно 0,010 и 0,15% дальнейшего улучшения свойств не достигается.
Выполнение условия:
Figure 00000001
обеспечивает получение неферромагнитной стали (µ<1,01 Гс/Э). При уменьшении значений отношения менее 0,62 не удается получить аустенитную структуру без ферромагнитных фаз (мартенсита и феррита). При значении отношения более 0,86 в стали не достигается необходимый уровень растворимости азота. Аустенит с развитой субзеренной структурой в предлагаемой стали можно получить в результате горячей пластической деформации (ковки или прокатки) при температурах 1000-1050°С с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры. Пластическая деформация при температурах ниже 1000°С снижает пластичность и ударную вязкость стали и затрудняет процесс получения качественных изделий из-за высокого сопротивления металла пластическому деформированию. Наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств стали достигается при обжатии 50÷80%. Обжатия менее 50% не обеспечивают требуемый уровень прочностных свойств, а обжатия более 80% приводят к значительному снижению пластичности. Высокая скорость охлаждения в воде от температуры закалки предотвращает образование в объеме металла нитридных фаз, снижающих пластичность стали, и ферромагнитной фазы - мартенсита.
Нагрев под закалку до температур 1030÷1070°С достаточен для растворения нитридов хрома при сохранении мелкозернистой структуры из-за наличия небольшого количества трудно растворимых частиц нитридов ванадия. При температуре нагрева под закалку менее 1030°С не достигается полное растворение нитридов, ухудшается вязкость и пластичность стали. При температурах нагрева под закалку выше 1070°С увеличиваются размеры зерен аустенита в результате интенсивного растворения нитридов ванадия.
Сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 50 кг. При температуре 1050°С металл ковали на прутки 13×13 мм. Структуру металла определяли на рентгеновском дифрактометре. Механические испытания проводили на машине Инстрон-1185.
После испытаний сталь имела следующие значения (σв=874 МПа; σ0,2=495 МПа; δ=57%; Ψ=69,3%), результаты химического анализа предлагаемой стали и прототипа, а также результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
Химический состав стали.
Сталь № плавки Содержание элементов
N C Si Mn Cr Ni Mo V Ca S P Se
Прототип 1 0.2 0.06 0.5 7.0 21.5 5.5 - - - 0.015 0.020 -
Предлагаемая 2 0.5 0.04 0.1 9.0 19.1 3.18 0.7 0.10 0.005 0.015 0.014 0.10
3 0.51 0.04 0.26 10.7 19.9 2.9 0.9 0.17 0.006 0.004 0.017 0.11
4 0.55 0.09 0.4 11.0 21.0 3.8 1.2 0.25 0.010 0.017 0.020 0.15
Таблица 2.
Механические свойства и магнитная проницаемость стали.
Сталь №плавки Обработка σв, МПа σ0,2, МП а δ, % ψ, % KCU, МДж/м2 µ, Гс/Э
Прототип 1 Закалка от 1050°С 700 400 25 62 2,8 1,003
2 Закалка от1050°С 874 495 57,0 69,3 2,98 1,003
Предлагаемая Ковка при 1050°С 1086 935 31,9 53,1 1,27 1,004
3 Ковка при 1050°С 1106 961 31,2 52,4 1,25 1,014
4 Ковка при 1050°С 1135 986 30,0 51,3 1,19 1,007

Claims (3)

1. Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, ванадий, кальций и селен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,04-0,08 кремний 0,10-0,40 марганец 9,0-11,0 хром 20,0-21,0 никель 2,8-3,8 молибден 0,7-1,2 ванадий 0,15-0,25 кальций 0,005-0,010 селен 0,10-0,15 азот 0,5-0,55 железо и неизбежные примеси остальное

при этом для значений концентраций легирующих элементов выполняется условие
Figure 00000004

где [N], [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [V] - концентрации в стали азота, углерода, кремния, марганца, хрома, молибдена и ванадия соответственно, мас.%,
отношение концентрации углерода к содержанию азота составляет 0,07÷0,14, а отношение содержании
Figure 00000005
в мас.% составляет 35÷41.
2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что она имеет развитую субзеренную структуру после горячей пластической деформации при температуре 1000÷1050°С с обжатием 50÷80% и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры.
3. Сталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она имеет мелкозернистую аустенитную структуру после закалки в воде от температуры 1030÷1070°С.
RU2008147276/02A 2008-12-02 2008-12-02 Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь RU2367710C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147276/02A RU2367710C1 (ru) 2008-12-02 2008-12-02 Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147276/02A RU2367710C1 (ru) 2008-12-02 2008-12-02 Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367710C1 true RU2367710C1 (ru) 2009-09-20

Family

ID=41167895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008147276/02A RU2367710C1 (ru) 2008-12-02 2008-12-02 Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367710C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608251C1 (ru) * 2015-11-18 2017-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608251C1 (ru) * 2015-11-18 2017-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2392348C2 (ru) Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь и способ ее термодеформационной обработки
US8333851B2 (en) Method for producing two-phase stainless steel pipe
US11401570B2 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
RU2459884C1 (ru) Труба из высокопрочной нержавеющей стали с превосходной устойчивостью к растрескиванию под действием напряжений в сульфидсодержащей среде и устойчивостью к высокотемпературной газовой коррозии под действием диоксида углерода
RU2698006C1 (ru) Стальной материал и стальная труба для нефтяных скважин
US20200283866A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
US10550962B2 (en) Steel material and oil-well steel pipe
US20200407814A1 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
RU2447185C1 (ru) Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки
JPWO2012121232A1 (ja) 二相ステンレス鋼
KR20180019740A (ko) 볼트
US11773461B2 (en) Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same
RU2445397C1 (ru) Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
JP2007063658A (ja) マルテンサイト系ステンレス鋼
RU2367710C1 (ru) Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь
RU2409697C1 (ru) Коррозионно-стойкая сталь
RU2584315C1 (ru) Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки
JP2000119798A (ja) 硫化物応力割れ抵抗性に優れた高強度鋼及び油井用鋼管
JP5233307B2 (ja) 耐腐食性および冷間鍛造性に優れ環境から水素が入りにくい高強度鋼および金属ボルト
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
RU2421538C1 (ru) Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь
RU2576773C1 (ru) Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса
RU2349675C2 (ru) Колесная сталь
RU2374354C1 (ru) Композиционная сталь для электромагнитного оружия
RU2348735C2 (ru) Сталь колесная