RU2432413C1 - Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of it - Google Patents
Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of itInfo
- Publication number
- RU2432413C1 RU2432413C1 RU2010101862/02A RU2010101862A RU2432413C1 RU 2432413 C1 RU2432413 C1 RU 2432413C1 RU 2010101862/02 A RU2010101862/02 A RU 2010101862/02A RU 2010101862 A RU2010101862 A RU 2010101862A RU 2432413 C1 RU2432413 C1 RU 2432413C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- silicon
- chromium
- nickel
- zirconium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, к составам коррозионно-стойких аустенитных сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, и может быть использовано при производстве листовых и трубных деталей, сварных конструкций, например, в виде емкостей, контактирующих с кипящей азотной кислотой.The invention relates to the field of metallurgy, to compositions of corrosion-resistant austenitic steels of increased strength and to products made from it, and can be used in the manufacture of sheet and pipe parts, welded structures, for example, in the form of containers in contact with boiling nitric acid.
Известны стали, обладающие высокой коррозионной стойкостью против концентрированной азотной кислоты при температурах до 100°С: 02Х8Н22С6 (ЭП794) и 015Х14Н19С6Б-ВИ (ЧС110-ВИ). Химический состав сталей:Known steels with high corrosion resistance against concentrated nitric acid at temperatures up to 100 ° C: 02Х8Н22С6 (ЭП794) and 015Х14Н19С6Б-ВИ (ЧС110-ВИ). Chemical composition of steels:
Из сталей изготавливают листы, прутки, трубы.Sheets, rods, pipes are made of steel.
(Справочник «Коррозионно-стойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы», стр.133-137, М., 2008 г.)(Reference book “Corrosion-resistant, heat-resistant and high-strength steels and alloys”, pp. 133-137, M., 2008)
Стали характеризуются высоким сопротивлением коррозии при контакте с кипящей азотной кислотой высоких концентраций.Steel is characterized by high corrosion resistance in contact with boiling nitric acid of high concentrations.
Недостатком этих сталей является пониженная прочность, особенно по величине предела текучести σ0,2 (175-245 Н/мм2), что препятствует их применению в высоконагруженных конструкциях.The disadvantage of these steels is reduced strength, especially in terms of yield strength σ 0.2 (175-245 N / mm 2 ), which prevents their use in highly loaded structures.
Известна аустенитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее. Аустенитная сталь содержит следующие компоненты, мас.%:Known austenitic corrosion-resistant steel and a product made of it. Austenitic steel contains the following components, wt.%:
при выполнении следующих соотношений:when performing the following ratios:
и ∑B+Ca+Ce≈0,12. and ∑B + Ca + Ce≈0.12.
Изделие может быть выполнено в виде горячекатаных листов толщиной 3,0-8,0 мм, или в виде холоднокатаных листов толщиной 0,5-3,0 мм, или в виде прутков диаметром 4-8 мм. Сталь по данному изобретению обладает повышенным уровнем прочности (σв 705-720 Н/мм2, σ0,2 365-395 Н/мм2), хорошей штампуемостью в холодном состоянии и стойкостью против общей и межкристаллитной коррозии, удовлетворительной свариваемостью.The product can be made in the form of hot-rolled sheets with a thickness of 3.0-8.0 mm, or in the form of cold-rolled sheets with a thickness of 0.5-3.0 mm, or in the form of rods with a diameter of 4-8 mm. The steel according to this invention has a high level of strength (σ in 705-720 N / mm 2 , σ 0.2 365-395 N / mm 2 ), good cold forming and resistance to general and intergranular corrosion, satisfactory weldability.
(Патент RU 2173729, опубл. 20.09.2001, МПК С22С 38/54, С22С 38/58 - прототип изобретений - сталь и изделие.)(Patent RU 2173729, publ. 09/20/2001, IPC C22C 38/54, C22C 38/58 - prototype inventions - steel and product.)
Недостатком прототипа является то, что стали и изделия, выполненные из них, обладая повышенным уровнем прочностных характеристик, не обеспечивают необходимое сопротивление коррозии в сильно окислительных средах, в частности в кипящей азотной кислоте.The disadvantage of the prototype is that steel and products made from them, having a high level of strength characteristics, do not provide the necessary corrosion resistance in highly oxidizing environments, in particular in boiling nitric acid.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании свариваемой коррозионно-стойкой стали и изделий, выполненных из нее, обеспечивающих высокую коррозионную стойкость в кипящей азотной кислоте достаточно высоких концентраций при сравнительно низком содержании дорогостоящих элементов в сочетании с повышенной прочностью. Кроме этого сталь должна обладать хорошей технологичностью при изготовлении сварных конструкций методами горячей и холодной обработки давлением и низкой чувствительностью к концентраторам напряжений.The problem to which the invention is directed, is to create weldable corrosion-resistant steel and products made from it, providing high corrosion resistance in boiling nitric acid of sufficiently high concentrations with a relatively low content of expensive elements in combination with increased strength. In addition, steel should have good manufacturability in the manufacture of welded structures by methods of hot and cold pressure processing and low sensitivity to stress concentrators.
Техническим результатом изобретения является повышение стойкости против общей и межкристаллитной коррозии в кипящей азотной кислоте различной концентрации, возможность получения качественных сварных соединений при сохранении уровня прочности и технологичности. Дополнительным результатом является также повышение экономичности композиции.The technical result of the invention is to increase the resistance against general and intergranular corrosion in boiling nitric acid of various concentrations, the possibility of obtaining high-quality welded joints while maintaining the level of strength and manufacturability. An additional result is also an increase in the economy of the composition.
Указанный технический результат достигается тем, что аустенитная коррозионно-стойкая сталь для работы в контакте с кипящей азотной кислотой, содержащая углерод, хром, кремний, марганец, никель, азот, согласно изобретению дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved in that the austenitic corrosion-resistant steel for working in contact with boiling nitric acid, containing carbon, chromium, silicon, manganese, nickel, nitrogen, according to the invention additionally contains zirconium in the following ratio, wt.%:
при этом содержание хрома, кремния, никеля, азота связано зависимостью , а содержание углерода, азота и циркония связано зависимостью , а также тем, что изделия, работающие в контакте с азотной кислотой, выполнены из аустенитной коррозионно-стойкой стали указанного состава. Изделия могут быть выполнены в виде листов горячекатаных толщиной 4-20 мм, холоднокатаных листов или прутков толщиной 0,8-3 мм и трубной заготовки.the content of chromium, silicon, nickel, nitrogen is related by , and the content of carbon, nitrogen and zirconium is related , as well as the fact that the products working in contact with nitric acid are made of austenitic corrosion-resistant steel of the specified composition. Products can be made in the form of hot-rolled sheets with a thickness of 4-20 mm, cold-rolled sheets or rods with a thickness of 0.8-3 mm and a tube billet.
Сущность изобретения заключается в том, что в стали регламентировано соотношение элементов, отвечающих за повышение коррозионной стойкости и прочностных характеристик и одновременно уменьшающих чувствительность к концентраторам напряжений; увеличено содержание кремния и введен цирконий.The essence of the invention lies in the fact that the ratio of the elements responsible for increasing corrosion resistance and strength characteristics and at the same time reducing sensitivity to stress concentrators is regulated in steel; increased silicon content and introduced zirconium.
Реализация указанных качеств стали происходит, когда количество введенного азота после кристаллизации слитка составляет 0,1-0,25%. При этом в данной композиции действие азота проявляется в трех направлениях. Азот, находясь в твердом γ-растворе, вызывает упрочнение матрицы. В это же время в результате взаимодействия с кремнием в некоторой степени уменьшается растворимость азота в аустените, что способствует начальной стадии предвыделения карбонитридной фазы, что создает дополнительный резерв упрочнения, и, наконец, введение азота способствует стабилизации γ-твердого раствора. Указанные изменения начинаются при легировании азотом в количестве 0,1%. Ограничение верхнего предела по содержанию 0,25% вызвано пределом растворимости его в жидком металле во избежание появления несплошности слитка.The implementation of these qualities of steel occurs when the amount of introduced nitrogen after crystallization of the ingot is 0.1-0.25%. Moreover, in this composition, the effect of nitrogen appears in three directions. Nitrogen, being in solid γ-solution, causes matrix hardening. At the same time, as a result of interaction with silicon, the solubility of nitrogen in austenite decreases to some extent, which contributes to the initial stage of pre-precipitation of the carbonitride phase, which creates an additional reserve of hardening, and, finally, the introduction of nitrogen helps to stabilize the γ-solid solution. These changes begin with doping with nitrogen in an amount of 0.1%. The limitation of the upper limit on the content of 0.25% is caused by the solubility limit of it in liquid metal in order to avoid the appearance of discontinuity of the ingot.
Пределы по содержанию хрома выбраны с учетом того, что дополнительное легирование кремнием в количестве 2,2-4,5% компенсирует снижение концентрации хрома по сравнению с прототипом с точки зрения повышения сопротивления воздействию агрессивной среды.The limits for the chromium content are selected taking into account the fact that additional doping with silicon in an amount of 2.2-4.5% compensates for the decrease in the concentration of chromium compared to the prototype in terms of increasing resistance to aggressive environments.
Снижение концентрации хрома положительно сказывается на уменьшении чувствительности металла к концентраторам напряжений. Наилучшие результаты от снижения концентрации хрома в части уменьшения чувствительности к концентрации напряжений и одновременно сохранения коррозионной стойкости к общей и межкристаллитной коррозии достигаются при содержании хрома 14,0-16,0%.A decrease in the concentration of chromium has a positive effect on a decrease in the sensitivity of the metal to stress concentrators. The best results from a decrease in chromium concentration in terms of reducing sensitivity to stress concentration and at the same time maintaining corrosion resistance to general and intergranular corrosion are achieved with a chromium content of 14.0-16.0%.
Увеличением содержания кремния достигается повышенный уровень коррозионной стойкости стали в кипящей азотной кислоте против общей и межкристаллитной коррозии и, что особенно важно, в присутствии ионов 6-валентного хрома (Cr6+). Значительное повышение сопротивления коррозионному воздействию кипящей азотной кислоты наступает при введении 2,2% кремния, но увеличение содержания кремния свыше 4,5% нежелательно из-за появления силицидов в структуре металла сварного соединения и ухудшения в связи с этим пластических свойств.By increasing the silicon content, an increased level of corrosion resistance of steel in boiling nitric acid against general and intergranular corrosion and, which is especially important, in the presence of 6-valent chromium ions (Cr 6+ ) is achieved. A significant increase in the corrosion resistance of boiling nitric acid occurs with the introduction of 2.2% silicon, but an increase in the silicon content of more than 4.5% is undesirable due to the appearance of silicides in the metal structure of the welded joint and the deterioration of plastic properties.
Пределы по содержанию никеля выбраны исходя из требований обеспечения стабильной аустенитной структуры при легировании кремнием и составляют от 8,5 до 11,5%. Содержание никеля, равное 8,5, - то минимальное количество, которое обеспечивает получение преимущественно аустенитной структуры, в которой после высокотемпературного нагрева образование дельта-феррита имеет место в количестве не более 2-3%, что не влияет на технологичность металла при обработке давлением. Верхний предел содержания никеля ограничивается 11,5% в связи с тем, что дальнейшее повышение содержания данного элемента будет способствовать увеличению чувствительности стали к межкристаллитной коррозии в интервале температур 450-750°C, поскольку при таком содержании никеля будет заметно увеличиваться активность углерода при провоцирующем отпуске в указанном интервале температур.The limits for the nickel content are selected based on the requirements of ensuring a stable austenitic structure when doped with silicon and range from 8.5 to 11.5%. The nickel content of 8.5 is the minimum amount that provides a predominantly austenitic structure in which, after high temperature heating, the formation of delta ferrite takes place in an amount of not more than 2-3%, which does not affect the processability of the metal during pressure processing. The upper limit of nickel content is limited to 11.5% due to the fact that a further increase in the content of this element will contribute to an increase in the sensitivity of steel to intergranular corrosion in the temperature range 450-750 ° C, since with this nickel content carbon activity will noticeably increase upon provoking tempering in the specified temperature range.
Легирование цирконием преследует цель измельчения размера аустенитного зерна. Кроме этого в данной композиции цирконий входит в состав карбонитридной фазы. Поэтому в процессе длительной эксплуатации в кипящей азотной кислоте обогащение раствора ионами Cr6+ происходит значительно медленнее из-за повышения стойкости карбонитридной фазы с цирконием (увеличивает период стадии их предвыделения). Уменьшение содержания циркония ниже указанного предела 0,05% будет недостаточно для измельчения зерна аустенита. Увеличение выше 0,12% сопряжено с тем, что хромсодержащие соединения будут скапливаться на границах зерен, что отрицательно сказывается на коррозионных свойствах стали.Doping with zirconium is aimed at grinding the size of austenitic grain. In addition, in this composition zirconium is part of the carbonitride phase. Therefore, during prolonged use in boiling nitric acid, the enrichment of the solution with Cr 6+ ions is much slower due to the increased resistance of the carbonitride phase with zirconium (increases the period of their pre-separation stage). A decrease in zirconium content below the indicated limit of 0.05% will not be enough to grind austenite grain. An increase above 0.12% is associated with the fact that chromium-containing compounds will accumulate at grain boundaries, which adversely affects the corrosion properties of steel.
Ограничение содержания углерода до 0,03% обеспечивает стойкость против возникновения межкристаллитной коррозии.Limiting the carbon content to 0.03% provides resistance to intergranular corrosion.
В связи со сложным влиянием и взаимодействием основных легирующих элементов в системе Fe-Cr-Ni-Si-N, для обеспечения вышеуказанного технического результата, необходимо введение ограничения по составу согласно соотношению:Due to the complex influence and interaction of the main alloying elements in the Fe-Cr-Ni-Si-N system, to ensure the above technical result, it is necessary to introduce a compositional restriction according to the ratio:
, а также . , as well as .
При величине первого соотношения более 0,8 ухудшается технологичность и увеличивается чувствительность к концентраторам напряжений, а при величине ниже 0,55 уменьшается сопротивление коррозии сварных соединений в условиях эксплуатации в кипящей азотной кислоте. Экспериментально установлено, что пределы по величине второго соотношения обеспечивают оптимальное сочетание механических и коррозионных параметров.When the value of the first ratio is more than 0.8, manufacturability worsens and sensitivity to stress concentrators increases, and when the value is below 0.55, the corrosion resistance of welded joints decreases under operating conditions in boiling nitric acid. It was experimentally established that the limits of the magnitude of the second ratio provide the optimal combination of mechanical and corrosion parameters.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Опытные стали в пределах заявленного состава, а также прототип выплавляли в вакуумно-индукционной печи экспериментального комплекса ЦНИИчермет с разливом металла в изложницы для слитков массой 10 кг. Химический состав приведен в таблице 1. Слитки ковали на полосы толщиной 5 мм. Нагрев слитков под ковку производили при 1150°C. Ковку проводили в интервале температур 1150-900°C. Полосы толщиной 5 мм после закалки с 1000°C и щелочно-кислотного травления прокатывали на стане холодной прокатки до толщины 2 мм, подвергали закалке с 1100°C в воде и щелочно-кислотному травлению. Из закаленных горячекатаных и холоднокатаных полос изготавливали образцы для определения механических свойств, в том числе чувствительности к концентраторам напряжений, а также образцы для коррозионных испытаний.The experimental steels within the claimed composition, as well as the prototype, were smelted in the vacuum induction furnace of the TsNIIchermet experimental complex with metal casting into molds for ingots weighing 10 kg. The chemical composition is shown in table 1. The ingots were forged into strips 5 mm thick. Forging ingots were heated at 1150 ° C. Forging was carried out in the temperature range 1150-900 ° C. Strips of 5 mm thickness after quenching from 1000 ° C and alkaline acid etching were rolled in a cold rolling mill to a thickness of 2 mm, quenched from 1100 ° C in water and alkaline acid etching. Samples were made from quenched hot-rolled and cold-rolled strips to determine mechanical properties, including sensitivity to stress concentrators, as well as samples for corrosion tests.
В таблицах 2 и 3 представлены результаты испытаний.Tables 2 and 3 show the test results.
2. Прототип содержит также 0,003% бора, 0,05% кальция и 0,02% церияNote: 1. In all 3 swimming trunks, iron and inevitable impurities - the rest
2. The prototype also contains 0.003% boron, 0.05% calcium and 0.02% cerium
типproto-
type of
Таким образом, приведенные результаты механических и коррозионных испытаний свидетельствуют о повышенной коррозионной стойкости предлагаемой композиции в сравнении с прототипом при уменьшении чувствительности к концентраторам напряжений и практически одинаковом уровне прочности.Thus, the above results of mechanical and corrosion tests indicate increased corrosion resistance of the proposed composition in comparison with the prototype with a decrease in sensitivity to stress concentrators and almost the same level of strength.
Claims (5)
при этом содержание хрома, кремния, никеля, азота связано зависимостью , а содержание углерода, азота и циркония связано зависимостью .1. Austenitic corrosion-resistant steel for working in contact with boiling nitric acid, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, iron and inevitable impurities, characterized in that it additionally contains zirconium in the following ratio of components, wt.% :
the content of chromium, silicon, nickel, nitrogen is related by , and the content of carbon, nitrogen and zirconium is related .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010101862/02A RU2432413C1 (en) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010101862/02A RU2432413C1 (en) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010101862A RU2010101862A (en) | 2011-07-27 |
RU2432413C1 true RU2432413C1 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=44753198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010101862/02A RU2432413C1 (en) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2432413C1 (en) |
-
2010
- 2010-01-22 RU RU2010101862/02A patent/RU2432413C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010101862A (en) | 2011-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5685198B2 (en) | Ferritic-austenitic stainless steel | |
EP2773785B1 (en) | Duplex stainless steel | |
JP5500960B2 (en) | Fine grain austenitic stainless steel sheet with excellent stress corrosion cracking resistance and workability | |
EP2557189B1 (en) | Ferrite stainless steel sheet having high thermal resistance and processability, and method for manufacturing the same | |
JP4852857B2 (en) | Ferritic / austenitic stainless steel sheet with excellent stretch formability and crevice corrosion resistance | |
EP2824208B1 (en) | Ferritic stainless steel sheet | |
EP2617854B1 (en) | Heat-resistant ferritic stainless steel sheet having excellent oxidation resistance | |
KR101479826B1 (en) | Martensitic stainless steel with excellent weld characteristics, and mertensitic stainless steel material | |
KR20140105849A (en) | Ferrite-austenite 2-phase stainless steel plate having low in-plane anisotropy and method for producing same | |
JP5171197B2 (en) | Duplex stainless steel wire for high strength and high corrosion resistance bolts excellent in cold forgeability, steel wire and bolt, and method for producing the same | |
US20170121797A1 (en) | Austenitic stainless steel | |
JP2006193823A (en) | Ferritic-austenitic stainless steel excellent in corrosion resistance of welded zone | |
EP2684974B1 (en) | Duplex stainless steel | |
JP4324226B1 (en) | High-strength cold-rolled steel sheet with excellent yield stress, elongation and stretch flangeability | |
JP6037087B1 (en) | High-strength cold-rolled steel sheet and manufacturing method thereof | |
JP5937861B2 (en) | Heat-resistant ferritic stainless steel sheet with excellent weldability | |
JP7278079B2 (en) | Cold-rolled stainless steel sheet, hot-rolled stainless steel sheet, and method for manufacturing hot-rolled stainless steel sheet | |
JP6105264B2 (en) | Steel material with excellent resistance to alcohol corrosion | |
KR20100069875A (en) | Austenitic stainless steel having excellent hot workability with high manganese | |
EP3686306B1 (en) | Steel plate and method for manufacturing same | |
RU2432413C1 (en) | Austenite corrosion-resistant steel and item manufactured of it | |
JP2011068957A (en) | Duplex stainless steel of high-strength alloy-saving type having excellent corrosion resistance in weld heat-affected zone | |
EP3822384B1 (en) | Austenitic stainless steel having improved strength | |
JP6678217B2 (en) | Stainless steel | |
US9790565B2 (en) | Hot-rolled stainless steel sheet having excellent hardness and low-temperature impact properties |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130226 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160804 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190123 |