RU2524465C1 - Refractory martensitic steel - Google Patents
Refractory martensitic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524465C1 RU2524465C1 RU2013125125/02A RU2013125125A RU2524465C1 RU 2524465 C1 RU2524465 C1 RU 2524465C1 RU 2013125125/02 A RU2013125125/02 A RU 2013125125/02A RU 2013125125 A RU2013125125 A RU 2013125125A RU 2524465 C1 RU2524465 C1 RU 2524465C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- boron
- refractory
- chromium
- vanadium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, содержащим 8-13% Сr, которые могут быть использованы для изготовления поковок роторов большого диаметра с высокими характеристиками прочности, выносливости и жаропрочными свойствами при температуре 650°С, а также для изготовления паропроводов и котлов энергетических установок с рабочими температурами до 650°С.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heat-resistant chrome steels of martensitic class containing 8-13% Cr, which can be used for the manufacture of forgings of large diameter rotors with high strength, endurance and heat-resistant properties at a temperature of 650 ° C, and also manufacturing steam pipelines and boilers of power plants with operating temperatures up to 650 ° C.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является жаропрочная сталь мартенситного класса для изготовления элементов энергетических установок, в частности котлов и паропроводов, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, кобальт, ванадий, ниобий, азот, бор, серу, фосфор, алюминий, медь и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод не более 0,02, кремний 0,15-0,2, марганец 0,45-0,6, хром 8,5-9,0, никель не более 0,05, вольфрам 1,7 -1,75, молибден 0,5-0,6, кобальт 2,8-3,2, ванадий 0,18-0,23, ниобий 0,05-0,08, азот 0,05-0,07, бор 0,006-0,008, сера не более 0,01, фосфор не более 0,01, медь 0,01-0,05, алюминий не более 0,003, железо - остальное.The closest in technical essence and the achieved result is martensitic class heat-resistant steel for the manufacture of elements of power plants, in particular boilers and steam lines, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, vanadium, niobium, nitrogen, boron, sulfur, phosphorus, aluminum, copper and iron in the following ratio of components, wt.%: carbon no more than 0.02, silicon 0.15-0.2, manganese 0.45-0.6, chromium 8.5-9, 0, nickel not more than 0.05, tungsten 1.7 -1.75, molybdenum 0.5-0.6, cobalt 2.8-3.2, vanadium 0.18-0.23, niobium 0.05- 0.08 az from 0.05-0.07, boron 0.006-0.008, sulfur no more than 0.01, phosphorus no more than 0.01, copper 0.01-0.05, aluminum no more than 0.003, iron - the rest.
(RU 2437956, С22С 38/54, С22С 38/32)(RU 2437956, C22C 38/54, C22C 38/32)
Однако известная сталь не обладает достаточно высокими механическими свойствами и жаропрочностью, что ограничивает ее использование в энергетических установках, работающих на суперсверхкритических параметрах пара.However, the known steel does not have sufficiently high mechanical properties and heat resistance, which limits its use in power plants operating on super supercritical steam parameters.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочности, выносливости и жаропрочности стали.The objective and technical result of the invention is to increase the strength, endurance and heat resistance of steel.
Технический результат достигается тем, что жаропрочная сталь мартенситного класса содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, азот, бор, серу, фосфор, алюминий, медь, кобальт, нитрид циркония, кальций, церий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved in that the heat-resistant steel of the martensitic class contains carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, nitrogen, boron, sulfur, phosphorus, aluminum, copper, cobalt, zirconium nitride, calcium, cerium and iron, in the following ratio of components, wt.%:
Технический результат также достигается тем, что сталь содержит нитрид циркония в виде частиц с наноразмерной дисперсностью.The technical result is also achieved in that the steel contains zirconium nitride in the form of particles with nanoscale dispersion.
Предлагаемая сталь отличается от известной рациональным содержанием углерода 0,015-0,05 мас.%, что является оптимальным для обеспечения высокой технологичности и способствует получению высокой прочности и жаропрочности.The proposed steel differs from the known rational carbon content of 0.015-0.05 wt.%, Which is optimal to ensure high processability and contributes to high strength and heat resistance.
При содержании углерода ниже 0,015 мас.% его действие на технологические и служебные свойства стали малоэффективно, но усложняются процессы выплавки, а при содержании углерода выше 0,05 мас.% ускоряется коалесценция карбидов и обеднение твердого раствора Мо, Cr и V, что снижает прочностные свойства и жаропрочность стали.When the carbon content is below 0.015 wt.%, Its effect on the technological and service properties has become ineffective, but smelting processes are complicated, and when the carbon content is above 0.05 wt.%, The coalescence of carbides and depletion of the solid solution of Mo, Cr and V are accelerated, which reduces the strength properties and heat resistance of steel.
Оптимальное содержание хрома 9,10-12,00 мас.% обеспечивает высокую прокаливаемость и более высокую жаропрочность.The optimum chromium content of 9.10-12.00 wt.% Provides high hardenability and higher heat resistance.
При содержании хрома ниже 9,1 мас.% его действие на прокаливаемость менее эффективно, а при содержании хрома выше 12,0 мас.% прокаливаемость и жаропрочность несколько увеличивается, но одновременно возникает возможность образования δ-феррита. Для достижения максимальной прочности сталь должна быть целиком мартенситной после охлаждения на воздухе, поскольку любое содержание δ-феррита снижает ее прочность: с увеличением количества δ-феррита увеличивается охрупчивание стали при длительном воздействии повышенной температуры.When the chromium content is lower than 9.1 wt.%, Its effect on hardenability is less effective, and when the chromium content is higher than 12.0 wt.%, Hardenability and heat resistance slightly increase, but at the same time there is the possibility of the formation of δ-ferrite. To achieve maximum strength, steel should be completely martensitic after cooling in air, since any content of δ-ferrite reduces its strength: with an increase in the amount of δ-ferrite, embrittlement of steel increases under prolonged exposure to elevated temperature.
Содержание молибдена 0,65-0,90 мас.% обеспечивает повышение прокаливаемости, прочности и жаропрочности стали, так как молибден находится в твердом растворе, что приводит к дополнительному упрочнению без снижения пластичности и препятствует развитию отпускной хрупкости. Предлагаемый диапазон содержания молибдена способствует подавлению выделения фаз Лавеса, которые при высоких температурах быстро коагулируют, что приводит к снижению характеристик жаропрочности.The molybdenum content of 0.65-0.90 wt.% Provides an increase in hardenability, strength and heat resistance of steel, since molybdenum is in solid solution, which leads to additional hardening without reducing ductility and prevents the development of temper brittleness. The proposed range of molybdenum content helps to suppress the release of Laves phases, which coagulate rapidly at high temperatures, which leads to a decrease in the characteristics of heat resistance.
Дополнительное наличие в составе стали кальция и церия в сочетании со сбалансированным содержанием остаточного алюминия благоприятно изменяет форму неметаллических включений, очищает и упрочняет границы зерен, повышает пластичность, ударную вязкость и жаропрочность, что приводит к повышению служебных и технологических свойств стали.The additional presence of calcium and cerium in the steel composition, combined with a balanced residual aluminum content, favorably changes the shape of non-metallic inclusions, cleans and strengthens grain boundaries, increases ductility, toughness and heat resistance, which leads to an increase in the service and technological properties of steel.
Церий в присутствии кальция улучшает стойкость против окисления. При суммарном введении церия и кальция в заявленных пределах повышается жаропрочность стали.Cerium in the presence of calcium improves oxidation resistance. With the total introduction of cerium and calcium within the stated limits, the heat resistance of steel increases.
Введение в состав стали мелкодисперсных нитридов циркония с наноразмерной дисперсностью обеспечивает образование большого количества центров кристаллизации, равномерно распределенных в объеме металла.The introduction of finely dispersed zirconium nitrides with nanoscale dispersion into the composition of the steel ensures the formation of a large number of crystallization centers uniformly distributed in the metal volume.
В процессе затвердевания стали химически стойкие частицы нитрида циркония, находясь в расплаве, обладают повышенной устойчивостью к диссоциации и будут являться центрами кристаллизации аустенитных зерен, что существенно измельчит первичное аустенитное зерно, увеличит площадь границ аустенитных зерен и существенно уменьшит количество и увеличит дисперсность карбидов и нитридов ванадия и ниобия, выпадающих по границам аустенитных зерен. Все это ведет к увеличению прочностных характеристик стали, а также показателей пластичности и вязкости. Нитрид циркония также играет роль дополнительных зародышей фаз, выделяемых при ползучести, благодаря чему образуется более мелкодисперсное распределение фаз, что повышает жаропрочность стали.During solidification, chemically stable particles of zirconium nitride, being in the melt, have increased resistance to dissociation and will be centers of crystallization of austenitic grains, which will significantly grind the primary austenitic grain, increase the border area of austenitic grains and significantly reduce the amount and dispersion of vanadium carbides and nitrides and niobium falling along the boundaries of austenitic grains. All this leads to an increase in the strength characteristics of steel, as well as indicators of ductility and toughness. Zirconium nitride also plays the role of additional phase nuclei released during creep, due to which a finer dispersed phase distribution is formed, which increases the heat resistance of steel.
Микролегирование стали бором и азотом повышает сопротивление стали деформации при ползучести за счет образования нитридов бора. Бор сегрегирует по границам зерен, преимущественно бывшим аустенитным, что, подавляя зернограничное проскальзывание, повышает время до разрушения. Кроме того, бор повышает сопротивление коррозии под напряжением и нивелирует неблагоприятное влияние повышенного содержания ванадия на окалиностойкость. Бор образует наночастицы нитрида бора в теле зерен и по дислокационным стенкам, что позволяет поднять температуру эксплуатации за счет эффекта стабилизации дислокационной структуры. Наночастицы бора также увеличивают эффект воздействия наночастиц нитрида циркония на жаропрочность стали.Microalloying steel with boron and nitrogen increases the resistance of steel to deformation during creep due to the formation of boron nitrides. Boron segregates along grain boundaries, mainly former austenitic, which, suppressing grain-boundary slippage, increases the time to failure. In addition, boron increases stress corrosion resistance and eliminates the adverse effect of high vanadium content on scale resistance. Boron forms boron nitride nanoparticles in the body of grains and along dislocation walls, which makes it possible to raise the operating temperature due to the effect of stabilization of the dislocation structure. Boron nanoparticles also increase the effect of zirconium nitride nanoparticles on the heat resistance of steel.
В заявляемой стали реализован механизм наноразмерного саморегулирования структуры в условиях длительной эксплуатации, заключающийся в закреплении дислокаций наноразмерными выделениями (размером не более 20-30 нм) нитрида бора и нитрида циркония, обладающими и высокой стабильностью при воздействии повышенных температур и высоких напряжений, что существенно повышает жаропрочность стали.The inventive steel implements the mechanism of nanoscale self-regulation of the structure under long-term operation, which consists in fixing dislocations with nanoscale precipitates (no more than 20-30 nm in size) of boron nitride and zirconium nitride, which are also highly stable when exposed to elevated temperatures and high voltages, which significantly increases the heat resistance become.
Ограничением содержания примесей серы и фосфора до 0,006 и 0,008 мас.% соответственно способствует получению более высоких значений пластичности и ударной вязкости. При повышении содержания легкоплавких примесей серы и фосфора выше заявленных пределов резко увеличивается неоднородность структуры стали, что в свою очередь, снижает ее жаропрочность.The limitation of the content of sulfur and phosphorus impurities to 0.006 and 0.008 wt.%, Respectively, helps to obtain higher values of ductility and toughness. With an increase in the content of fusible sulfur and phosphorus impurities above the stated limits, the heterogeneity of the steel structure sharply increases, which in turn reduces its heat resistance.
Повышенное содержание азота 0,025-0,25 мас.% способствует увеличению прочности стали за счет образования нитридов и карбонитридов ванадия, ниобия и хрома. Высокодисперсные нитриды и карбонитриды этих элементов тормозят рост зерен при нагревании, что способствует сохранению высокой ударной вязкости. Такое содержание азота обеспечивает в структуре стали отсутствие δ-феррита, наличие которого снижает жаропрочность.The increased nitrogen content of 0.025-0.25 wt.% Helps to increase the strength of steel due to the formation of nitrides and carbonitrides of vanadium, niobium and chromium. Highly dispersed nitrides and carbonitrides of these elements inhibit grain growth upon heating, which helps to maintain high impact strength. Such a nitrogen content ensures the absence of δ ferrite in the steel structure, the presence of which reduces heat resistance.
Повышенное содержание кобальта 4,00-5,00 мас.% способствует подавлению формирования δ-феррита при аустенитизации сталей с содержанием хрома 8-12% мас.% и существенно влияет на выделение дисперсных упрочняющих частиц при отпуске. Общее количество выделений типа карбонитридов и карбидов увеличивается при увеличении содержания кобальта. Изменение плотности выделений особенно ярко выражено в интервале содержания кобальта в заявленных пределах.The increased cobalt content of 4.00-5.00 wt.% Helps to suppress the formation of δ-ferrite during austenitization of steels with a chromium content of 8-12% wt.% And significantly affects the release of dispersed hardening particles during tempering. The total amount of precipitates such as carbonitrides and carbides increases with increasing cobalt content. The change in the density of the precipitates is especially pronounced in the range of cobalt content within the stated limits.
Повышенное содержание ванадия 0,15-0,30 мас.% способствует измельчению зерна, уменьшает склонность стали к перегреву и увеличивает устойчивость мартенсита против отпуска.The increased vanadium content of 0.15-0.30 wt.% Contributes to the grinding of grain, reduces the tendency of steel to overheat and increases the resistance of martensite to tempering.
Предлагаемая сталь позволяет повысить содержание меди не более 0,30 мас.%, что дает возможность использовать более дешевую исходную шихту (так как в металлоломе присутствует медь).The proposed steel can increase the copper content of not more than 0.30 wt.%, Which makes it possible to use a cheaper initial charge (since copper is present in the scrap metal).
Сравнительные испытания известной стали и стали по изобретению представлены в таблицах 1-3.Comparative tests of known steel and steel according to the invention are presented in tables 1-3.
Выплавку проводили в индукционной печи, с разливкой металла на слитки, из которых после ковки изготавливались образцы для определения механических свойств и жаропрочности.The smelting was carried out in an induction furnace, with the casting of metal on ingots, from which samples were made after forging to determine the mechanical properties and heat resistance.
В таблице 2 приведены механические свойства стальных образцов, полученные после следующей термообработки: закалка от 1100°С в масле, отпуск при температуре 750°С, охлаждение на воздухе.Table 2 shows the mechanical properties of steel samples obtained after the following heat treatment: quenching from 1100 ° C in oil, tempering at a temperature of 750 ° C, cooling in air.
Испытания на растяжение проводили на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре и по ГОСТ 9651-84 при повышенных температурах. В качестве критерия жаропрочности использовались испытания на длительную прочность, которые проводились по ГОСТ 10145-81 (табл.3).Tensile tests were carried out on cylindrical samples of five times the length with a diameter of the calculated part of 6 mm in accordance with GOST 1497-84 at room temperature and according to GOST 9651-84 at elevated temperatures. As a criterion for heat resistance, tests for long-term strength were used, which were carried out according to GOST 10145-81 (Table 3).
Как видно из представленных данных сталь по изобретению имеет более высокие механические свойства и жаропрочность, чем известная сталь. Предлагаемая сталь после проведенной термообработке имеет мартенситную структуру без присутствия δ-феррита, что положительно сказывается на жаропрочности стали.As can be seen from the data presented, the steel according to the invention has higher mechanical properties and heat resistance than the known steel. The proposed steel after heat treatment has a martensitic structure without the presence of δ-ferrite, which positively affects the heat resistance of steel.
Служебные характеристики стали по изобретению позволяют ее использовать в качестве конструкционного материала для деталей тепловых турбин с рабочей температуру до 650°С.The service characteristics of the steel according to the invention allow it to be used as a structural material for parts of thermal turbines with a working temperature of up to 650 ° C.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125125/02A RU2524465C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Refractory martensitic steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125125/02A RU2524465C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Refractory martensitic steel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2524465C1 true RU2524465C1 (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=51265361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125125/02A RU2524465C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Refractory martensitic steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2524465C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585591C1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
RU2635645C1 (en) * | 2017-03-20 | 2017-11-14 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Steel |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994008063A1 (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-14 | Buck Robert F | Creep resistant, precipitation-dispersion-strengthened, martensitic stainless steel and method thereof |
EP1041261A1 (en) * | 1997-12-15 | 2000-10-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
RU2437956C1 (en) * | 2010-08-03 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Heat resistant steel of martensite class |
RU2448192C1 (en) * | 2011-04-15 | 2012-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Heat-resistant steel |
US20130039801A1 (en) * | 2010-03-17 | 2013-02-14 | Shinji Tsuge | Martensitic stainless steel with excellent weld characteristics, and martensitic stainless steel material |
-
2013
- 2013-05-30 RU RU2013125125/02A patent/RU2524465C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994008063A1 (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-14 | Buck Robert F | Creep resistant, precipitation-dispersion-strengthened, martensitic stainless steel and method thereof |
EP1041261A1 (en) * | 1997-12-15 | 2000-10-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
US20130039801A1 (en) * | 2010-03-17 | 2013-02-14 | Shinji Tsuge | Martensitic stainless steel with excellent weld characteristics, and martensitic stainless steel material |
RU2437956C1 (en) * | 2010-08-03 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Heat resistant steel of martensite class |
RU2448192C1 (en) * | 2011-04-15 | 2012-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Heat-resistant steel |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585591C1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
RU2635645C1 (en) * | 2017-03-20 | 2017-11-14 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Steel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101482473B1 (en) | Steel for carburizing, carburized steel component, and method for producing same | |
JP6144417B2 (en) | High chromium heat resistant steel | |
JP5217576B2 (en) | Austenitic stainless steel for heat-resistant parts and heat-resistant parts using the same | |
CA2604428C (en) | Low alloy steel | |
JP6479527B2 (en) | Bolt wire with excellent pickling property and delayed fracture resistance after quenching and tempering, and bolt | |
JP2007224413A (en) | Spring steel, method for producing spring using the steel, and spring made from the steel | |
JP2012140690A (en) | Method of manufacturing two-phase stainless steel excellent in toughness and corrosion resistance | |
JPH07238350A (en) | Surface-carburized stainless steel alloy for high-temperature use, article produced from it, and its production | |
CA3035162A1 (en) | Austenitic stainless steel | |
JP6547599B2 (en) | Austenitic heat resistant steel | |
JP6620490B2 (en) | Age-hardening steel | |
JP5869739B1 (en) | Turbine rotor material for geothermal power generation and method for manufacturing the same | |
RU2524465C1 (en) | Refractory martensitic steel | |
JP4887506B2 (en) | Method for producing ferritic heat resistant steel | |
JP3768091B2 (en) | High strength and high corrosion resistance martensitic stainless steel and manufacturing method thereof | |
JP7205112B2 (en) | carbonitriding steel | |
JP5688742B2 (en) | Steel manufacturing method with excellent toughness and wear resistance | |
JP5868099B2 (en) | Steel with excellent toughness and wear resistance | |
RU2441092C1 (en) | Heat-resistant steel | |
JP2016065265A (en) | Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade | |
JP2010132998A (en) | Method for manufacturing ferritic stainless steel having high corrosion resistance, high strength and superior cold forgeability | |
JP4952708B2 (en) | Martensitic stainless steel and method for producing the same | |
JP2015134945A (en) | Carburizing steel | |
RU2598725C2 (en) | Heat-resistant steel of martensitic class and preparation method thereof | |
JP2019026874A (en) | Raw material for high frequency induction hardening component |