RU2441089C1 - ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE - Google Patents
ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441089C1 RU2441089C1 RU2010154477/02A RU2010154477A RU2441089C1 RU 2441089 C1 RU2441089 C1 RU 2441089C1 RU 2010154477/02 A RU2010154477/02 A RU 2010154477/02A RU 2010154477 A RU2010154477 A RU 2010154477A RU 2441089 C1 RU2441089 C1 RU 2441089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- product
- rods
- deformation
- nickel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сплавам на основе системы Fe-Cr-Ni, предназначенным для изготовления высоконагруженных деталей, работающих на кручение и изгиб под динамической нагрузкой и в агрессивных кислых средах с высоким содержанием солей щелочных и щелочно-земельных металлов, солей азотной и серной кислот, ионов хлора, сероводорода.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to corrosion-resistant alloys based on the Fe-Cr-Ni system, intended for the manufacture of highly loaded parts working in torsion and bending under dynamic load and in aggressive acidic environments with a high content of alkali and alkaline-earth salts metals, salts of nitric and sulfuric acids, chlorine ions, hydrogen sulfide.
В настоящее время усложняются условия добычи нефти. Увеличивается глубина скважин до 3-4 км, соответственно, требуется материал повышенной прочности. Пластовая жидкость приобретает более агрессивные коррозионные свойства: возрастает количество H2S и СO2, возможны остатки НСl, используемой для промывки погружных насосов.Currently, the conditions for oil production are becoming more complicated. The depth of the wells increases to 3-4 km, respectively, requires material of increased strength. The formation fluid acquires more aggressive corrosive properties: the amount of H 2 S and CO 2 increases, residues of Hcl used for washing submersible pumps are possible.
С возрастанием прочностных свойств увеличивается напряженное состояние изделия и ухудшается его коррозионная стойкость. Изделия должны быть выполнены из сплавов, характеризующихся высокой износостойкостью, а также стабильностью свойств при работе.With increasing strength properties, the stress state of the product increases and its corrosion resistance deteriorates. Products must be made of alloys characterized by high wear resistance, as well as stability of properties during operation.
Известен коррозионно-стойкий сплав на основе Fe-Cr-Ni, изделия, выполненные из него, а также способ изготовления изделия (GB 2102834 А, C22C 19/05, 09.02.1983 /1/). Сплав содержит, мас.%: углерод ≤0,1, кремний ≤1,0, марганец ≤2,0, хром 15,0-35,0, никель 30,0-60,0, кобальт 0-2,0, медь 0-2,0, молибден 0-12,0, азот 0-0,3, суммарное содержание титана, ниобия, тантала, ванадия 0,5-4,0, вольфрам 0-24,0, железо - остальное. Способ получения изделия включает выплавку сплава, его разливку в слитки или непрерывно-литые заготовки, деформацию в несколько проходов до получения требуемого диаметра заготовки и последующую термическую обработку с последующим изготовлением изделий. Изделиями могут быть трубопроводы, трубы для скважин. Недостатком сплава является недостаточное сочетание прочностных и коррозионных характеристик, а также нестабильность свойств при работе изделия, изготовленного из этого сплава.Known corrosion-resistant alloy based on Fe-Cr-Ni, products made from it, as well as a method of manufacturing the product (GB 2102834 A, C22C 19/05, 09/09/1983 / 1 /). The alloy contains, wt.%: Carbon ≤0.1, silicon ≤1.0, manganese ≤2.0, chromium 15.0-35.0, nickel 30.0-60.0, cobalt 0-2.0, copper 0-2.0, molybdenum 0-12.0, nitrogen 0-0.3, the total content of titanium, niobium, tantalum, vanadium 0.5-4.0, tungsten 0-24.0, iron - the rest. The method of obtaining the product includes smelting the alloy, casting it into ingots or continuously cast billets, deformation in several passes to obtain the desired diameter of the billet, and subsequent heat treatment with subsequent manufacture of the products. Products can be pipelines, pipes for wells. The disadvantage of the alloy is the insufficient combination of strength and corrosion characteristics, as well as the instability of the properties during operation of a product made of this alloy.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении прочностных свойств и коррозионной стойкости сплава, повышении стабильности свойств при работе изделий, изготовленных из заявленного сплава, а также увеличение ресурса работы изделий, что достигается в первую очередь, выбором сплава, подбором оптимального соотношения качественного и количественного состава сплава, а во-вторых, получением необходимой структуры сплава.The technical result, the invention is aimed at, is to increase the strength properties and corrosion resistance of the alloy, to increase the stability of properties during operation of products made from the claimed alloy, as well as to increase the service life of products, which is achieved primarily by choosing the alloy and selecting the optimal ratio qualitative and quantitative composition of the alloy, and secondly, obtaining the necessary alloy structure.
Указанный технический результат в части сплава достигается тем, что коррозионно-стойкий сплав на основе Fe-Cr-Ni, содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, кобальт, медь, молибден, азот, бор, алюминий, титан, ниобий, ванадий, вольфрам, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result in terms of the alloy is achieved by the fact that the corrosion-resistant alloy based on Fe-Cr-Ni contains carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, cobalt, copper, molybdenum, nitrogen, boron, aluminum, titanium, niobium, vanadium , tungsten, iron, in the following ratio of components, wt.%:
при соблюдении следующих соотношений:subject to the following ratios:
Ni/Cu≥1,6,Ni / Cu≥1.6,
Сr+3·Мо≥14,0,Cr + 3Mo≥14.0,
V/4,2+Nb/7,8+W/15,3+Mo/8>0,7*С,V / 4.2 + Nb / 7.8 + W / 15.3 + Mo / 8> 0.7 * C,
причем после термической обработки содержание равномерно распределенных карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов и/или интерметаллидов эквивалентными размерами ≤3,0 мкм в его микроструктуре составляет 2÷40 об.%.moreover, after heat treatment, the content of uniformly distributed carbides and / or nitrides and / or carbonitrides and / or intermetallic compounds with equivalent dimensions ≤3.0 μm in its microstructure is 2–40 vol.%.
Указанный технический результат в части способа достигается тем, что способ получения изделия из коррозионно-стойкого сплава на основе Fe-Cr-Ni включает выплавку сплава, его разливку в слитки или непрерывно-литые заготовки, горячую деформацию с получением прутка, холодную деформацию прутка за один или более проходов до достижения суммарной накопленной степени деформации 65% и, по крайней мере, одну термическую обработку с последующим получением из него изделия.The specified technical result in terms of the method is achieved by the fact that the method for producing a product from a corrosion-resistant alloy based on Fe-Cr-Ni includes smelting the alloy, casting it into ingots or continuously cast billets, hot deformation to produce a bar, cold deformation of a bar in one or more passes until the total accumulated degree of deformation of 65% and at least one heat treatment with the subsequent receipt of the product from it.
После горячей деформации прутки могут подвергать закалке с нагревом до 800-1150°С, выдержкой 1-120 мин и охлаждением.After hot deformation, the rods can be quenched with heating to 800–1150 ° C, holding for 1–120 min, and cooling.
После горячей деформации или закалки прутки могут подвергать термической обработке, включающей нагрев и выдержку при температуре 350-800°С в течение 2-25 ч с последующим охлаждением с печью или на воздухе.After hot deformation or hardening, the rods can be subjected to heat treatment, including heating and holding at a temperature of 350-800 ° C for 2-25 hours, followed by cooling with a furnace or in air.
Полученные прутки могут иметь цилиндрическую форму с диаметром 12-45 мм.The resulting rods may have a cylindrical shape with a diameter of 12-45 mm
Кроме того, прутки режут на мерные прутки, проводят высадку головки в холодном или горячем состоянии, наносят резьбу методом накатки или нарезки с получением болта или винта.In addition, the rods are cut into measuring rods, the head is disembarked in a cold or hot state, the threads are applied by knurling or cutting to obtain a bolt or screw.
Кроме того, прутки режут на мерные прутки, наносят резьбу методом накатки или нарезки с получением шпильки.In addition, the rods are cut into measuring rods, the threads are applied by knurling or cutting to obtain a stud.
Кроме того, прутки режут на мерные прутки и изготавливают изделие в виде вала погружного насоса или вала газосепаратора.In addition, the rods are cut into measuring rods and the product is manufactured in the form of a shaft of a submersible pump or a gas separator shaft.
Указанный технический результат в части изделия достигается тем, что изделие выполнено из коррозионно-стойкого сплава на основе Fe-Cr-Ni, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, кобальт, медь, молибден, азот, бор, алюминий, титан, ниобий, ванадий, вольфрам, железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result in terms of the product is achieved by the fact that the product is made of a corrosion-resistant alloy based on Fe-Cr-Ni, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, cobalt, copper, molybdenum, nitrogen, boron, aluminum, titanium, niobium, vanadium, tungsten, iron, in the following ratio of components, wt.%:
при соблюдении следующих соотношений:subject to the following ratios:
Ni/Cu≥1,6,Ni / Cu≥1.6,
Сr+3·Мо≥14,0,Cr + 3Mo≥14.0,
V/4,2+Nb/7,8+W/15,3+Mo/8>0,7*С,V / 4.2 + Nb / 7.8 + W / 15.3 + Mo / 8> 0.7 * C,
причем после термической обработки его микроструктура содержит 2÷40 об.% равномерно распределенных карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов и/или интерметаллидов эквивалентными размерами ≤3,0 мкм.moreover, after heat treatment, its microstructure contains 2–40 vol.% of uniformly distributed carbides and / or nitrides and / or carbonitrides and / or intermetallic compounds with equivalent dimensions ≤3.0 μm.
Изделие может быть выполнено в виде прутка цилиндрической формы диаметром 12-45 мм.The product can be made in the form of a bar of cylindrical shape with a diameter of 12-45 mm.
Изделие может быть выполнено в виде вала погружного насоса или вала газосепаратора длиной до 8,5 м.The product can be made in the form of a shaft of a submersible pump or a gas separator shaft up to 8.5 m long.
Изделие может иметь шероховатость поверхности Ra не более 2,5 мкм на базовой длине 0,8 мм.The product may have a surface roughness Ra of not more than 2.5 μm at a base length of 0.8 mm.
Сплав, из которого выполнено изделие, может иметь предел текучести не менее 100 кгс/мм2.The alloy from which the product is made may have a yield strength of at least 100 kgf / mm 2 .
Отклонение от прямолинейности изделия может составлять не более 0,2 мм на один погонный метр изделия.Deviation from the straightness of the product can be no more than 0.2 mm per one linear meter of the product.
Изделие может быть выполнено в виде такого крепежного элемента как болт, винт или шпилька размером от М5 до М20.The product can be made in the form of such a fastener as a bolt, screw or stud in size from M5 to M20.
Углерод содержится в сплаве в количестве, необходимом для образования карбидов, а также карбонитридов (в сочетании с заданным содержанием азота в сплаве). При содержании углерода более 0,15% значительно ухудшают пластичность сплава, ударную вязкость, а также снижается коррозионная стойкость сплава. Необходимо стремиться к минимальному содержанию углерода. В тоже время, получение углерода менее 0,005% сопряжено с техническими трудностями и материальными затратами, обусловленными применением специальных способов выплавки сплава и использованием особо чистых шихтовых материалов. В тоже время, снижение содержания углерода менее 0,005% к существенному улучшению пластических свойств сплава не приведет.Carbon is contained in the alloy in the amount necessary for the formation of carbides and carbonitrides (in combination with a given nitrogen content in the alloy). When the carbon content of more than 0.15% significantly reduce the ductility of the alloy, toughness, and also reduces the corrosion resistance of the alloy. It is necessary to strive for a minimum carbon content. At the same time, carbon production of less than 0.005% is associated with technical difficulties and material costs due to the use of special alloy smelting methods and the use of highly pure charge materials. At the same time, a decrease in carbon content of less than 0.005% will not lead to a significant improvement in the plastic properties of the alloy.
В результате изучения аустенитной структуры сплава установлено, что устойчивыми к коррозии растрескивания под напряжением (КРН) являются сплавы с содержанием аустенитнообразующих элементов, таких как никель, кобальт, медь, в сумме от 45 до 85 мас.%.As a result of studying the austenitic structure of the alloy, it was found that alloys with the content of austenite-forming elements such as nickel, cobalt, copper, in the amount from 45 to 85 wt.%, Are resistant to stress cracking corrosion (SCC).
Преимущественно, содержание Ni в сплаве составляет более 45 мас.%. При этом Со вводится, как сопутствующий элемент, содержащийся в никелевой металлошихте или в металлическом никеле. В этом случае содержание Со может достигать до 1-2%. Возможно легирование Со до более высокого содержания в сплаве, но с практической точки зрения это не целесообразно, т.к. стоимость Со значительно превышает стоимость Ni. При меньшем содержании Ni у сплава может проявиться склонность к КРН. При повышении содержания Ni в сплаве, устойчивость к КРН возрастает даже при агрессивных средах с высоким содержанием H2S. Увеличивая содержание никеля в стали, придаем ей большую пластичность, которая может характеризоваться следующими параметрами: относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, стойкость стали к циклической усталости и т.д., а также улучшаем коррозионную стойкость, в первую очередь, в сероводородных средах. Следует учитывать, что Ni обладает низкими по прочности свойствами, поэтому введение Ni более 85% не обеспечит получение сплава с высокими механическими свойствами, необходимыми при эксплуатации изделий.Mostly, the Ni content in the alloy is more than 45 wt.%. In this case, Co is introduced as a concomitant element contained in the nickel metal charge or in metallic nickel. In this case, the Co content can reach up to 1-2%. It is possible to alloy Co to a higher content in the alloy, but from a practical point of view this is not advisable, because the cost of Co is significantly higher than the cost of Ni. With a lower Ni content, the alloy may be prone to SCC. With an increase in the Ni content in the alloy, the resistance to SCC increases even in aggressive environments with a high content of H 2 S. By increasing the nickel content in steel, we give it greater ductility, which can be characterized by the following parameters: elongation, relative narrowing, impact strength, and steel resistance to cyclic fatigue, etc., and also improve corrosion resistance, primarily in hydrogen sulfide environments. It should be borne in mind that Ni has low strength properties, therefore, the introduction of Ni more than 85% will not provide an alloy with high mechanical properties required during operation of the products.
Медь и кобальт повышают коррозионную стойкость сплава в водных растворах СО2, однако чрезмерное легирование снижает способность сплава к горячей деформации. Cu при этом является аустенитообразующим элементом, имеет более низкую стоимость чем Ni, но в тоже время более низкие по прочности свойства.Copper and cobalt increase the corrosion resistance of the alloy in aqueous solutions of CO 2 , however excessive alloying reduces the ability of the alloy to hot deformation. Cu is an austenite-forming element, has a lower cost than Ni, but at the same time lower strength properties.
Допустимый верхний предел введения Сu в сплав ограничен соотношением Ni/Cu≥1,6. При указанном соотношении Cu хорошо растворяется в никелевой основе, и сплав обладает хорошими пластическими свойствами. При соотношении Ni/Cu<1,6 наблюдается выделение свободной меди в сплаве, что приводит к ухудшению как прочности, так и пластических свойств сплава.The permissible upper limit for introducing Cu into the alloy is limited by the ratio Ni / Cu≥1.6. At the indicated ratio, Cu dissolves well in the nickel base, and the alloy has good plastic properties. At a Ni / Cu ratio of <1.6, free copper is precipitated in the alloy, which leads to a deterioration in both the strength and plastic properties of the alloy.
Хром в сплаве решает две задачи: улучшает коррозионные свойства сплава и повышает прочностные свойства. При содержании хрома менее 10% влияние его на свойства сплава проявляется незначительно. С увеличением содержания хрома возрастает коррозионная стойкость и прочностные свойства сплава. Верхний предел содержания хрома ограничен 12%, т.к. при повышении этого предела в сплаве возможно образование хрупкой сигма-фазы. В этом случае сплав резко теряет пластичность, что может привести к разрушению изделия в процессе эксплуатации.Chromium in the alloy solves two problems: improves the corrosion properties of the alloy and increases the strength properties. When the chromium content is less than 10%, its effect on the properties of the alloy is not significant. With an increase in the chromium content, the corrosion resistance and strength properties of the alloy increase. The upper limit of the chromium content is limited to 12%, because with an increase in this limit, the formation of a brittle sigma phase is possible in the alloy. In this case, the alloy dramatically loses its ductility, which can lead to destruction of the product during operation.
Молибден вводится в сплав в указанных пределах с целью повышения коррозионной стойкости, особенно к питинговой коррозии, поскольку на поверхности образуется пассивирующая пленка из их окислов. Защитные свойства растут с увеличением его содержания в сплаве молибдена. Повышение содержания молибдена более 7,0% приводит к незначительному усилению защитного эффекта и экономически нецелесообразно в связи с высокой стоимостью этого металла.Molybdenum is introduced into the alloy within the specified limits in order to increase corrosion resistance, especially to pitting corrosion, since a passivating film of their oxides is formed on the surface. Protective properties increase with an increase in its content in the molybdenum alloy. An increase in the molybdenum content of more than 7.0% leads to a slight increase in the protective effect and is not economically feasible due to the high cost of this metal.
Алюминий, титан, ниобий, ванадий, вольфрам участвуют в дисперсионном упрочнении стали при ее термообработке за счет выделения интерметаллидов типа Ni3(Me). Так как действие этих элементов считается эквивалентным, поэтому при легировании стали может применяться один из группы элементов или одновременно все элементы. При этом алюминий является эффективным раскислителем и модификатором, способствующим повышению прочностных и пластических характеристик сплава, а также стабильности свойств.Aluminum, titanium, niobium, vanadium, and tungsten participate in the dispersion hardening of steel during its heat treatment due to the precipitation of intermetallic compounds of the type Ni 3 (Me). Since the action of these elements is considered equivalent, therefore, when alloying steel, one of the group of elements or all elements at the same time can be used. At the same time, aluminum is an effective deoxidizer and modifier, contributing to an increase in the strength and plastic characteristics of the alloy, as well as stability of properties.
Алюминий, титан, ниобий, ванадий, вольфрам образуют мелкодисперсные, равномерно распределенные по объему зерна карбиды и карбонитриды, что приводит к упрочнению сплава и предотвращает выделение указанных соединений по границам зерен, что приводит к росту ударной вязкости и пластичности. Кроме того, это предотвращает образование карбидов хрома, которые диффундируют преимущественно на границах зерен. Карбиды ванадия, ниобия, вольфрама характеризуются высокой температурой плавления (выше 1000°С), при которой карбиды хрома и титана переходят в раствор. Карбиды ванадия, ниобия, вольфрама в первую очередь связывают углерод, предотвращая образование карбида хрома, уменьшая, таким образом, его вредное влияние на пластические свойства сплава.Aluminum, titanium, niobium, vanadium, and tungsten form finely dispersed carbides and carbonitrides that are uniformly distributed over the grain volume, which leads to hardening of the alloy and prevents the precipitation of these compounds along grain boundaries, which leads to an increase in impact strength and ductility. In addition, this prevents the formation of chromium carbides, which diffuse mainly at grain boundaries. The carbides of vanadium, niobium, and tungsten are characterized by a high melting point (above 1000 ° C), at which the carbides of chromium and titanium pass into solution. Carbides of vanadium, niobium, tungsten primarily bind carbon, preventing the formation of chromium carbide, thus reducing its harmful effect on the plastic properties of the alloy.
Заявленное соотношение компонентов в сплаве V/4,2+Nb/7,8+W/15,3+Mo/8>0,7*C объясняется тем, что эмпирически подобранные варианты взаимодополняемости оптимизируют карбидообразование, образование устойчивых интерметаллидных фаз, а также задают условия и предпосылки для образования требуемой структуры после термической обработки. Данная структура должна характеризоваться содержанием 2÷40 об.% равномерно распределенных карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов и/или интерметаллидов эквивалентными размерами ≤3,0 мкм. Учитывался также тот факт, что ниобий влияет на форму образующихся карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов. При заданном составе сплава, но без учета вышеуказанного соотношения компонентов, форма выделений характеризуется заостренной и вытянутой конфигурацией, что может инициировать разрывы, сколы, что приведет к снижению ударной вязкости, а также коррозионной стойкости. Согласно проведенным нами исследованиям, данная структура является оптимальной для получения заданных и требуемых свойств, а также их стабильности.The claimed ratio of components in the alloy V / 4.2 + Nb / 7.8 + W / 15.3 + Mo / 8> 0.7 * C is explained by the fact that empirically selected variants of complementarity optimize carbide formation, the formation of stable intermetallic phases, as well as set the conditions and prerequisites for the formation of the desired structure after heat treatment. This structure should be characterized by a content of 2–40 vol.% Of uniformly distributed carbides and / or nitrides and / or carbonitrides and / or intermetallic compounds with equivalent dimensions ≤3.0 μm. The fact that niobium affects the form of the formed carbides and / or nitrides and / or carbonitrides was also taken into account. Given the composition of the alloy, but without taking into account the above ratio of components, the shape of the precipitates is characterized by a pointed and elongated configuration, which can initiate ruptures, chips, which will lead to a decrease in toughness and corrosion resistance. According to our studies, this structure is optimal for obtaining the desired and required properties, as well as their stability.
Суммарное содержание титана и алюминия ограничено содержанием менее 3 мас.% для образования упорядоченной 
Сплав содержит, по крайней мере, один из элементов: ниобий, ванадий, вольфрам 0,01÷6,5. При содержании этих элементов менее 0,01% дополнительное упрочнение стали за счет дисперсионного твердения отсутствует. При увеличении содержания этих элементов прочностные характеристики стали возрастают, но при этом снижается пластичность и ударная вязкость стали. При содержании этих элементов более 6,5% пластичность стали и ударная вязкость становятся низкими, что может приводить к поломкам готовых изделий в процессе эксплуатации.The alloy contains at least one of the elements: niobium, vanadium, tungsten 0.01 ÷ 6.5. When the content of these elements is less than 0.01%, there is no additional hardening of steel due to dispersion hardening. With an increase in the content of these elements, the strength characteristics of steel increase, but at the same time the ductility and toughness of steel decrease. When the content of these elements is more than 6.5%, the ductility of steel and toughness become low, which can lead to breakdowns of finished products during operation.
Азот в сталь вводится с целью дополнительного упрочнения стали, в первую очередь, за счет образования нитридов и карбонитридов ниобия, титана, ванадия. Мелкодисперсные частицы нитридов металлов равномерно располагаются по объему зерна, дополнительно упрочняя сталь. При содержании азота менее 0,001 мас.% дополнительное упрочнение за счет образования нитридов металлов будет незначительно. При содержании азота более 0,15 мас.% наряду со значительным упрочнением стали, будет наблюдаться снижение пластических свойств.Nitrogen is introduced into steel with the aim of additional hardening of steel, primarily due to the formation of nitrides and carbonitrides of niobium, titanium, and vanadium. Fine particles of metal nitrides are evenly distributed over the grain volume, additionally hardening steel. When the nitrogen content is less than 0.001 wt.%, Additional hardening due to the formation of metal nitrides will be negligible. When the nitrogen content is more than 0.15 wt.%, Along with significant hardening of the steel, a decrease in plastic properties will be observed.
Введение бора в сталь приводит к улучшению пластических свойств, в первую очередь, ударной вязкости. Выделение боридов металлов по границам зерна препятствует выделению вредных элементов серы, фосфора, которые присутствуют в сплаве в виде примесей, по границам зерен. Легирование бором менее 0,0001 мас.% не обеспечит заметного улучшения пластических свойств. В тоже время, при легировании бором в количестве более 0,01 мас.%, в результате образования избыточного количества боридов металлов, начинается снижение пластических свойств.The introduction of boron into steel leads to improved plastic properties, primarily impact strength. The selection of metal borides at the grain boundaries prevents the release of harmful elements of sulfur, phosphorus, which are present in the alloy in the form of impurities, at the grain boundaries. Doping with boron of less than 0.0001 wt.% Will not provide a noticeable improvement in plastic properties. At the same time, when doped with boron in an amount of more than 0.01 wt.%, As a result of the formation of an excess amount of metal borides, a decrease in plastic properties begins.
Кремний и марганец являются технологическими добавками, используемыми для раскисления сплава. Их содержание в стали до 2,0 мас.%, не оказывают влияния на пластические свойства сплава. Более высокое содержание может привести к ухудшению пластических свойств.Silicon and manganese are technological additives used to deoxidize the alloy. Their content in steel up to 2.0 wt.% Does not affect the plastic properties of the alloy. Higher contents can lead to poor plastic properties.
После горячей деформации (прокатка или ковка) с получением прутков и интерметаллидного упрочнения достигается предел текучести сплава до 110-120 кг/мм2, при необходимом в технических устройствах уровне 150-160 кг/мм2. Требуемый уровень механических свойств изделия из сплава обеспечивается при различных сочетаниях режимов термообработки и холодной деформации.After hot deformation (rolling or forging) to produce rods and intermetallic hardening, the yield strength of the alloy is reached up to 110-120 kg / mm 2 , with the level of 150-160 kg / mm 2 required in technical devices. The required level of mechanical properties of the alloy product is provided with various combinations of heat treatment and cold deformation.
Установлено, что накопленная степень деформации за один или более проходов до 3-65% обеспечивает не только упрочнение матричного сплава, но и создает оптимальные предпосылки для последующего выделения карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов и/или интерметаллидов эквивалентными размерами ≤3,0 мкм с их оптимальной геометрией - круглой или скругленной. Эквивалентный размер определяется не только линейным размером, но учитывается также их поверхность. К тому же дальнейшая деформация (более 65%) приводит к появлению дефектов, к потере пластичности и, в результате, к разрушению изделий в процессе обработки.It has been established that the accumulated degree of deformation in one or more passes up to 3-65% provides not only hardening of the matrix alloy, but also creates optimal conditions for the subsequent precipitation of carbides and / or nitrides and / or carbonitrides and / or intermetallic compounds with equivalent dimensions ≤3 , 0 microns with their optimal geometry - round or rounded. The equivalent size is determined not only by the linear size, but their surface is also taken into account. In addition, further deformation (more than 65%) leads to the appearance of defects, to the loss of ductility and, as a result, to the destruction of products during processing.
После горячей деформации может быть проведена закалка с нагревом до 800-1150°С, выдержкой 1-120 мин и охлаждением. Данные параметры были подобраны для заявленного состава сплава и являются оптимальными для дальнейшей обработки.After hot deformation, quenching can be carried out with heating to 800–1150 ° C, holding for 1–120 min, and cooling. These parameters were selected for the claimed alloy composition and are optimal for further processing.
Свойства дисперсионно-твердеющего сплава определяются количеством и дисперсностью выделившихся интерметаллидных частиц. При температуре менее 350°С процессы протекают медленно, сплав не приобретает требуемого уровня прочностных свойств. При температуре, близкой, но превышающей 350°С, из-за медленного протекания процессов требуются значительные выдержки до 25 часов, чтобы получить заметные упрочнения. С ростом температуры интенсивность образования интерметаллидных частиц возрастает, сплав приобретает большую прочность. При более высоких температурах интерметаллиды выделяются более крупных размеров. При этом достигаемая прочность стали снижается, и минимальная необходимая прочность стали достигается при температуре, не превышающей 800°С.The properties of a precipitation hardening alloy are determined by the amount and dispersion of the released intermetallic particles. At temperatures below 350 ° C, the processes proceed slowly, the alloy does not acquire the required level of strength properties. At temperatures close to but exceeding 350 ° C, due to the slow progress of the processes, significant exposures of up to 25 hours are required to obtain noticeable hardening. With increasing temperature, the intensity of the formation of intermetallic particles increases, the alloy acquires greater strength. At higher temperatures, intermetallic compounds precipitate larger sizes. In this case, the achieved strength of the steel is reduced, and the minimum required strength of the steel is achieved at a temperature not exceeding 800 ° C.
При выдержке менее 2 часов количество интерметаллидных частиц будет недостаточным для заметного упрочнения сплава при любых температурах.If the exposure time is less than 2 hours, the amount of intermetallic particles will be insufficient for appreciable hardening of the alloy at any temperature.
При выдержке более 25 часов происходит рост выделившихся интерметаллидных частиц, в результате происходит снижение прочности сплава.When holding for more than 25 hours, the growth of released intermetallic particles occurs, as a result, the strength of the alloy decreases.
Таким образом, предлагаемый сплав, изделие из него, а также способ изготовления изделия из сплава обеспечивают повышенную пластичность при сохранении высокой прочности, их стабильность при эксплуатации, а также стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением при работе в агрессивных средах.Thus, the proposed alloy, the product from it, as well as the method of manufacturing the product from the alloy provide increased ductility while maintaining high strength, their stability during operation, as well as resistance to stress corrosion cracking when working in aggressive environments.
Пример.Example.
Сплав согласно заявленному составу выплавляли в вакуумно-индукционной печи. Разливка стали осуществлялась в слитки 1,15 т. Слитки прокатывались на блюминге на заготовки - квадрат 100 мм. Заготовки прокатывались на мелкосортном стане на прутки диаметром 20 мм и длиной 5400 мм. Закалка (отпуск) прутков осуществлялась в режиме: нагрев и выдержка прутков при температуре 1150°С в течение 2 часов с последующим охлаждением на воздухе. Затем осуществлялась термообработка (повторный отпуск) в режиме: повторный нагрев и выдержка прутков при температуре 650°С в течение 5-6 часов с последующим охлаждением на воздухе. На готовых прутках определялись механические свойства. Испытания механических свойств проводили по ГОСТ 1497-43, ударной вязкости по ГОСТ 9454-78.The alloy according to the claimed composition was smelted in a vacuum induction furnace. Steel was cast into 1.15 tons ingots. The ingots were rolled in blooming onto billets - a square of 100 mm. The billets were rolled in a small mill on bars with a diameter of 20 mm and a length of 5400 mm. The quenching (tempering) of the rods was carried out in the mode: heating and aging of the rods at a temperature of 1150 ° C for 2 hours, followed by cooling in air. Then, heat treatment (re-tempering) was carried out in the following mode: re-heating and holding the rods at a temperature of 650 ° C for 5-6 hours, followed by cooling in air. On finished bars, mechanical properties were determined. Testing of mechanical properties was carried out according to GOST 1497-43, impact strength according to GOST 9454-78.
Затем пруток подвергали холодной деформации на радиально-ковочной машине - диаметр прутка уменьшали с 20 мм до 17 мм, что соответствует накопленной степени деформации 28%. Далее пруток был подвергнут термообработке для снятия напряжения в режиме: выдержка при 650°С в течение 4 часов. В результате, получили изделие с механическими свойствами: сопротивление разрыву σв=150 кг/мм2; предел текучести σт - 140 кг/мм2; относительное сужение Ψ - 25%; относительное удлинение δ - 15%.Then the bar was subjected to cold deformation on a radial forging machine - the diameter of the bar was reduced from 20 mm to 17 mm, which corresponds to an accumulated degree of deformation of 28%. Next, the bar was subjected to heat treatment to relieve stress in the mode: holding at 650 ° C for 4 hours. As a result, we obtained a product with mechanical properties: tensile strength σ in = 150 kg / mm 2 ; yield strength σ t - 140 kg / mm 2 ; relative narrowing Ψ - 25%; elongation δ - 15%.
В табл.1 приведены составы выплавленных сплавов, где составы 1-3 соответствуют сплавам согласно изобретению.Table 1 shows the compositions of the melted alloys, where compositions 1-3 correspond to the alloys according to the invention.
Разработка и подбор состава 1 направлены на достижение максимальной прочности изделия за счет максимального содержания карбидов и нитридообразующих элементов и элементов, образующих интерметаллиды. Накопленная суммарная степень деформации составляет 65%. Пластические свойства получены на низком уровне, но достаточном в использовании в производстве.The development and selection of composition 1 is aimed at achieving maximum product strength due to the maximum content of carbides and nitride-forming elements and elements forming intermetallic compounds. The accumulated total degree of deformation is 65%. Plastic properties are obtained at a low level, but sufficient to be used in production.
Состав 2 аналогичен составу 1, количество карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов составляет 40 об.%. Накопленная суммарная степень деформации составляет 3%. Снизились прочностные свойства сплава, но повысились пластические свойства.Composition 2 is similar to composition 1, the amount of carbides, nitrides, carbonitrides, intermetallic compounds is 40 vol.%. The accumulated total degree of deformation is 3%. The strength properties of the alloy decreased, but the plastic properties increased.
Состав 3. Количество карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов составляет 3 об.%. Высокие механические свойства обеспечены суммарной деформацией, равной 65%. Предложенный вариант обеспечивает хорошее сочетание прочностных и пластических свойств.Composition 3. The amount of carbides, nitrides, carbonitrides, intermetallic compounds is 3 vol.%. High mechanical properties are ensured by a total deformation of 65%. The proposed option provides a good combination of strength and plastic properties.
Состав 4. Легирование сплава применено аналогично составу 3 с получением количества карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов, равным 3 об.%. Суммарная степень деформации составила 1%, что меньше нижнего предела, составляющего 3%. Несмотря на высокие пластические свойства, прочность сплава низкая, недостаточная для использования в изделиях.Composition 4. Alloying of the alloy was applied similarly to composition 3 to obtain the amount of carbides, nitrides, carbonitrides, intermetallic compounds, equal to 3 vol.%. The total degree of deformation was 1%, which is less than the lower limit of 3%. Despite the high plastic properties, the strength of the alloy is low, insufficient for use in products.
Состав 5. Применено избыточное легирование алюминием, титаном в суммарном содержании 3,5%. Полученное количество карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов составляет 45 об.%. В результате, несмотря на высокую прочность, пластические характеристики на низком уровне, не позволяющем использовать в изделиях.Composition 5. Excessive alloying with aluminum and titanium in a total content of 3.5% was applied. The resulting amount of carbides, nitrides, carbonitrides, intermetallic compounds is 45 vol.%. As a result, despite the high strength, the plastic characteristics are at a low level that does not allow use in products.
Состав 6. Легирование ниобием, ванадием, вольфрамом, т.е. элементами, образующими интерметаллиды, составила 0,001%. В результате, количество карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов составляет 2 об.%, что ниже заявленного нижнего предела. Несмотря на применение максимальной степени деформации 65%, уровень прочностных свойств недостаточен.Composition 6. Doping with niobium, vanadium, tungsten, i.e. elements forming intermetallic compounds amounted to 0.001%. As a result, the amount of carbides, nitrides, carbonitrides, intermetallic compounds is 2 vol.%, Which is below the declared lower limit. Despite the application of a maximum degree of deformation of 65%, the level of strength properties is insufficient.
В табл.2 приведены механические свойства полученных сплавов. Использование предложенных сплавов, способа их получения обеспечит не только повышение механических свойств, но и их стабильность, что повысит ресурс работы изготовленных из них изделий.Table 2 shows the mechanical properties of the obtained alloys. The use of the proposed alloys, the method of their production will provide not only an increase in mechanical properties, but also their stability, which will increase the service life of products made from them.
Claims (15)
по крайней мере, один из элементов:
при соблюдении следующих соотношений
Ni/Cu≥1,6,
Cr+3·Мо≥14,0,
V/4,2+Nb/7,8+W/15,3+Мо/8>0,7·С,
микроструктура которого после термической обработки содержит 2÷40 об.% равномерно распределенных карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов, и/или интерметаллидов эквивалентными размерами ≤3,0 мкм.1. Corrosion-resistant alloy based on Fe-Cr-Ni, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, cobalt, copper, molybdenum, nitrogen, boron, aluminum, titanium, niobium, vanadium, tungsten, iron in the following ratio of components , wt.%:
at least one of the elements:
subject to the following ratios
Ni / Cu≥1.6,
Cr + 3 · Mo≥14.0,
V / 4.2 + Nb / 7.8 + W / 15.3 + Mo / 8> 0.7 · C,
the microstructure of which, after heat treatment, contains 2–40 vol.% of uniformly distributed carbides and / or nitrides and / or carbonitrides and / or intermetallic compounds with equivalent dimensions ≤3.0 μm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154477/02A RU2441089C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154477/02A RU2441089C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2441089C1 true RU2441089C1 (en) | 2012-01-27 |
Family
ID=45786481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010154477/02A RU2441089C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2441089C1 (en) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580765C1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-04-10 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
| RU2655483C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HEAT-RESISTANT CAST Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT |
| RU2655484C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HEAT-RESISTANT Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT |
| US10053758B2 (en) | 2010-01-22 | 2018-08-21 | Ati Properties Llc | Production of high strength titanium |
| US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US10144999B2 (en) | 2010-07-19 | 2018-12-04 | Ati Properties Llc | Processing of alpha/beta titanium alloys |
| RU2675877C1 (en) * | 2013-11-12 | 2018-12-25 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for processing metal alloys |
| US10287655B2 (en) | 2011-06-01 | 2019-05-14 | Ati Properties Llc | Nickel-base alloy and articles |
| RU2690246C2 (en) * | 2013-02-26 | 2019-05-31 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for treating alloys |
| EP3496110A1 (en) * | 2014-05-21 | 2019-06-12 | IHI Corporation | Rotary device for nuclear power facility |
| US10337093B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-07-02 | Ati Properties Llc | Non-magnetic alloy forgings |
| US10370751B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-08-06 | Ati Properties Llc | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
| CN110218940A (en) * | 2019-06-24 | 2019-09-10 | 江苏大学 | A kind of high-temperature alloy seamless pipe and preparation method thereof |
| US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
| US10435775B2 (en) | 2010-09-15 | 2019-10-08 | Ati Properties Llc | Processing routes for titanium and titanium alloys |
| US10502252B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-12-10 | Ati Properties Llc | Processing of alpha-beta titanium alloys |
| US10513755B2 (en) | 2010-09-23 | 2019-12-24 | Ati Properties Llc | High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock |
| CN110699572A (en) * | 2019-09-26 | 2020-01-17 | 江苏兴洋管业股份有限公司 | Large-diameter nickel-based composite pipe fitting and preparation method thereof |
-
2010
- 2010-12-30 RU RU2010154477/02A patent/RU2441089C1/en active
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
| US10053758B2 (en) | 2010-01-22 | 2018-08-21 | Ati Properties Llc | Production of high strength titanium |
| US10144999B2 (en) | 2010-07-19 | 2018-12-04 | Ati Properties Llc | Processing of alpha/beta titanium alloys |
| US10435775B2 (en) | 2010-09-15 | 2019-10-08 | Ati Properties Llc | Processing routes for titanium and titanium alloys |
| US10513755B2 (en) | 2010-09-23 | 2019-12-24 | Ati Properties Llc | High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock |
| US10287655B2 (en) | 2011-06-01 | 2019-05-14 | Ati Properties Llc | Nickel-base alloy and articles |
| US10570469B2 (en) | 2013-02-26 | 2020-02-25 | Ati Properties Llc | Methods for processing alloys |
| RU2690246C2 (en) * | 2013-02-26 | 2019-05-31 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for treating alloys |
| US10337093B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-07-02 | Ati Properties Llc | Non-magnetic alloy forgings |
| US10370751B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-08-06 | Ati Properties Llc | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
| RU2675877C1 (en) * | 2013-11-12 | 2018-12-25 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for processing metal alloys |
| US11111552B2 (en) | 2013-11-12 | 2021-09-07 | Ati Properties Llc | Methods for processing metal alloys |
| EP3496110A1 (en) * | 2014-05-21 | 2019-06-12 | IHI Corporation | Rotary device for nuclear power facility |
| US11851734B2 (en) | 2015-01-12 | 2023-12-26 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US11319616B2 (en) | 2015-01-12 | 2022-05-03 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US10619226B2 (en) | 2015-01-12 | 2020-04-14 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| US10808298B2 (en) | 2015-01-12 | 2020-10-20 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
| RU2580765C1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-04-10 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
| US10502252B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-12-10 | Ati Properties Llc | Processing of alpha-beta titanium alloys |
| RU2655484C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HEAT-RESISTANT Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT |
| RU2655483C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HEAT-RESISTANT CAST Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT |
| CN110218940B (en) * | 2019-06-24 | 2020-06-02 | 江苏大学 | High-temperature alloy seamless pipe and preparation method thereof |
| CN110218940A (en) * | 2019-06-24 | 2019-09-10 | 江苏大学 | A kind of high-temperature alloy seamless pipe and preparation method thereof |
| CN110699572A (en) * | 2019-09-26 | 2020-01-17 | 江苏兴洋管业股份有限公司 | Large-diameter nickel-based composite pipe fitting and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2441089C1 (en) | ANTIRUST ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni, ARTICLE THEREFROM AND METHOD OF PRODUCING SAID ARTICLE | |
| CN105793456B (en) | Bolt steel silk and bolt and its manufacture method | |
| RU2693990C1 (en) | Steel, article from steel and method of its production | |
| TWI776050B (en) | A steel wire, a method for manufacturing the same, and method for manufacturing a spring or medical wire products | |
| JP6479527B2 (en) | Bolt wire with excellent pickling property and delayed fracture resistance after quenching and tempering, and bolt | |
| JP6614347B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
| US10000830B2 (en) | Method for manufacturing martensite-based precipitation strengthening stainless steel | |
| JPWO2017150738A1 (en) | Martensitic stainless steel member and manufacturing method thereof, and martensitic stainless steel component and manufacturing method thereof | |
| CN111542639A (en) | Austenitic heat-resistant alloy | |
| WO2017090731A1 (en) | Steel, carburized steel component, and carburized steel component production method | |
| RU108037U1 (en) | PRODUCT FROM CORROSION-RESISTANT ALLOY BASED ON Fe-Cr-Ni | |
| CN113106356B (en) | High-strength martensite precipitation hardening stainless steel and preparation method thereof | |
| JP5600502B2 (en) | Steel for bolts, bolts and methods for producing bolts | |
| JP6550543B2 (en) | Method of manufacturing duplex stainless steel pipe | |
| JP2018035423A (en) | Steel for carburization, carburization steel member and manufacturing method of carburization steel member | |
| JP6237277B2 (en) | Case-hardened steel and carburized parts using the same | |
| JP7428889B2 (en) | steel material | |
| RU2254394C1 (en) | High-strength austenitic stainless steel and method of final hardening of articles made from such steel | |
| JP7333327B2 (en) | new duplex stainless steel | |
| RU45998U1 (en) | PRODUCT FROM STEEL | |
| JP2018035420A (en) | Steel for carburization, carburization steel member and manufacturing method of carburization steel member | |
| JP6627662B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
| JP6972722B2 (en) | Low alloy steel | |
| JP2020079437A (en) | Austenite stainless steel |