RU2551340C2 - Аустенитная коррозионно-стойкая сталь - Google Patents
Аустенитная коррозионно-стойкая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551340C2 RU2551340C2 RU2012152042/02A RU2012152042A RU2551340C2 RU 2551340 C2 RU2551340 C2 RU 2551340C2 RU 2012152042/02 A RU2012152042/02 A RU 2012152042/02A RU 2012152042 A RU2012152042 A RU 2012152042A RU 2551340 C2 RU2551340 C2 RU 2551340C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- term
- steel
- corrosion
- carbon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке состава легированной аустенитной коррозионно-стойкой стали для атомных энергетических установок. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,03-0,08, кремний 0,4-0,6, марганец 1,0-1,8, хром 17,5-19, никель 8,0-9,5, ниобий 0,05-0,07, ванадий 0,05-0,07, титан 0,08-0,12, сера ≤0,015, фосфор ≤0,015, азот от 0,04 до менее 0,07, кальций 0,004-0,015, церий 0,005-0,05, железо - остальное. Для компонентов стали выполняется соотношение:
Description
Изобретение относится к области металлургии и изысканию сталей, используемых в атомной энергетике, машиностроении, судостроении и в других отраслях промышленности в установках, работающих длительное время при повышенных температурах (более 500°C).
Основными недостатками применяемых в настоящее время коррозионно-стойких сталей, эксплуатируемых при повышенных температурах, являются пониженная технологическая пластичность, низкие кратковременные и длительные механические свойства, низкая стойкость к питтинговой коррозии и нестабильность свойств при старении (эксплуатации при высоких температурах).
Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой стали является сталь марки 09X18Н9 (патент 2359064 C2 от 10.01.2009 г.), содержащая, мас. %:
углерод (C) | 0,054÷0,1 |
кремний (Si) | 0,44÷0,8 |
марганец (Mn) | 1,04÷1,8 |
хром (Cr) | 17,54÷19 |
никель (Ni) | 8,04÷9,0 |
ниобий (Nb) | 0,034÷0,06 |
ванадий (V) | 0,024÷0,07 |
титан (Ti) | 0,054-0,15 |
олово (Sn) | <0,015 |
свинец (Pb) | ≤0,004 |
железо и примеси - остальное.
При этом соблюдаются следующие условия:
В качестве примесей содержит серу при содержании мас. %:
сера (S) | ≤0,002 |
Известная сталь имеет недостаточно высокие кратковременные прочностные характеристики как при комнатной, так и при повышенных температурах (600°C), длительная прочность также имеет более низкие значения, низкую стойкость против питтингообразования в атмосферных условиях при наличии воды с большой концентрацией хлоридов.
Техническим результатом изобретения является повышение кратковременных и длительных механических свойств, повышение стойкости против питтингообразования.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, титан, ниобий, ванадий дополнительно введены азот, кальций, церий, фосфор, регламентировано содержание серы и углерода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, серу, фософор, азот, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении мас. %:
углерод (C) | 0,03÷0,08 |
кремний (Si) | 0,44÷0,6 |
марганец (Mn) | 1,04÷1,8 |
хром (Cr) | 17,54÷19 |
никель (Ni) | 8,04÷9,5 |
ниобий (Nb) | 0,054÷0,07 |
ванадий (V) | 0,054÷0,07 |
титан (Ti) | 0,08÷0,12 |
сера (S) | ≤0,015 |
азот (N) | от 0,04 до менее 0,07 |
фосфор (P) | ≤0,015 |
кальций (Ca) | 0,0044÷0,015 |
церий (Ce) | 0,0054÷0,05, |
железо (Fe) | остальное |
При соблюдении следующего условия:
Для повышения высокотемпературных прочностных свойств (как кратковременных, так и длительных) необходимо вводить азот.
Введение азота увеличивает растворимость углерода в растворах γ и α и тормозит выпадение крупных карбидов Me23C6.
Атомы углерода, имеющие атомный и ионный радиусы больше, чем атомный и ионный радиусы азота, базируются в приграничной зоне или по границам зерен и с атомами хрома образуют крупные карбиды, коагулирующие при эксплуатации. Вокруг крупных карбидов появляются обедненные хромом зоны, которые являются центрами зарождения питтингов при контакте с агрессивной хлоридной средой. Коррозионная стойкость стали снижается.
Атомы азота равномерно распределены в γ- и α-твердых растворах и базируются на дислокациях, способствуя более равномерному распределению атомов хрома. Кроме того, при взаимодействии азота с сильными карбидообразующими элементами (Nb, Ti, V), имеющими большее сродство к азоту, чем к углероду, образуются мелкие термостойкие нитриды и карбонитриды на стыках дислокаций. Они являются центрами зарождения новых зерен при горячей деформации, измельчают зерно и увеличивают высокотемпературные прочностные свойства. Поэтому при замене части углерода на азот происходит измельчение зерна при ковке, повышение кратковременной и длительной прочности, повышение пластических характеристик металла и стойкости против питтинговой коррозии при наличии воды с большой концентрацией хлоридов.
Следует отметить, что количество азота должно быть строго регламентировано, для обеспечения баланса между прочностным и пластическими свойствами материала. Для высокотемпературного оборудования энергетических установок определяющими с точки зрения обоснования работоспособности материала являются длительные механические характеристики при температуре 600°C. В таблице 1 представлены данные по длительным механическим характеристикам стали с различным содержанием углерода и азота. При увеличении содержания азота от 0,02 до 0,09% наблюдается повышение длительной прочности, поэтому для обеспечения высоких значений указанной характеристики содержание азота должно быть более 0,02%. Характеристики длительной пластичности при повышении содержания азота до 0,05% повышаются, а при дальнейшем увеличении до 0,09% значительно снижаются, поэтому следует ограничить содержание азота. Оптимальным содержанием азота для сохранения высокого уровня характеристик длительной пластичности и длительной прочности является содержание от 0,04 до менее 0,07%.
Сера и фосфор являются вредными примесями. Сера образует на границах зерен легкоплавкие эвтектики, а фосфор склонен к интенсивной ликвации. При этом резко понижаются хрупкая прочность и пластичность.
В настоящее время оборудование металлургических заводов, технология выплавки и применяемая шихта не обеспечивают получение стали с серой менее 0,002%. Отсутствие регламентации фосфора может привести к выплавке стали, в которой окажется от 0,025 до 0,25% фосфора, что приведет к трещинам при горячем деформировании и при эксплуатации. Поэтому в заявляемой стали необходимо изменить содержание серы (не более 0,015%) и ввести регламентацию по содержанию фосфора (не более 0,015%).
Для очищения стали от серы и фосфора и связывания остатков этих элементов в высокотемпературные соединения необходимо вводить при выплавке кальций (0,004-0,015%) и церий (0,005-0,05%). Очищение границ зерен от серы и фосфора с помощью кальция и церия приводит к повышению высокотемпературной пластичности и длительной прочности.
Для получения мелкозернистой структуры стали и повышения высокотемпературной прочности и пластичности необходимо вводить Ti, Nb, V. Для связывания углерода и азота титаном, ванадием и ниобием необходимо учитывать соотношение элементов к углероду и азоту в весовых процентах (V/C=4/l, Ti/C=4/1, Nb/C=8/1). В связи с этим в формуле (1) необходимо ввести коэффициент 0,5 Nb в пересчете на весовые % для Ti и V, а в знаменателе учитывать кроме углерода и азот. При этом соотношение ; углерод и азот связаны в нитриды и карбонитриды титана, ванадия и ниобия, что способствует получению полуфабрикатов с мелкозернистой структурой. При более низком соотношении титана, ниобия и ванадия к сумме углерода и азота в стали могут появиться крупные карбиды хрома и железа в основном на границах зерен. С этой же целью ограничено содержание углерода (до 0,08% вместо 0,10%). Это соотношение позволяет получать мелкозернистую структуру с большим количеством дисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов, повышающих кратковременную и длительную прочность.
В промышленных условиях в электровакуумной печи были выплавлены 3 плавки по 100 кг заявляемой стали и одна плавка известной марки и изготовлены поковки, из которых изготавливали образцы для испытаний.
Химический состав предлагаемых плавок приведен в таблице 3.
Определены кратковременные свойства заявляемой стали (3 плавки) и известной при комнатной температуре на цилиндрических образцах по ГОСТ 1497-84 и при 600°C по ГОСТ 9651-84. Из головок образцов изготовлены микрошлифы и оценена величина зерна для каждой плавки по ГОСТ 5639. Для оценки длительных прочностных свойств проводили испытания на длительную прочность при температуре 600°C и одном напряжении (200 МПа). При этом оценивали время до разрушения. Для оценки коррозионной стойкости было проведено изучение стойкости против питтингообразования ускоренным методом по ГОСТ 9912-89 в растворе 10% FeCl3·6H2O для каждой плавки. Результаты всех испытаний представлены в таблице 2 и характеризуют явное преимущество заявляемой марки стали перед известной.
Примечание. Кратковременные при 20 и 600°C и механические испытания на длительную прочность определялись на 3-х образцах от каждой плавки. Критическую температуру питтингообразования и величину зерна определяли на 5-6 образцах на каждый вид испытаний. Температуру выдержки образцов в 10% FeCl3·6H2O изменяли на 5°C.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом выразится в повышении эксплуатационных характеристик за счет повышения кратковременной и длительной прочности, коррозионной стойкости в агрессивных растворах хлоридов.
Claims (1)
- Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, серу, азот, фосфор, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
углерод (C) 0,03-0,08 кремний (Si) 0,4-0,6 марганец (Mn) 1,0-1,8 хром (Cr) 17,5-19,0 никель (Ni) 8,0-9,5 ниобий (Nb) 0,05-0,07 ванадий (V) 0,05-0,07 титан (Ti) 0,08-0,12 сера (S) ≤ 0,015 азот (N) от 0,04 до менее 0,07 фосфор (P) ≤ 0,015 кальций (Ca) 0,004-0,015 церий (Ce) 0,005-0,05 железо остальное
при соблюдении следующего условия:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152042/02A RU2551340C2 (ru) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152042/02A RU2551340C2 (ru) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012152042A RU2012152042A (ru) | 2014-06-10 |
RU2551340C2 true RU2551340C2 (ru) | 2015-05-20 |
Family
ID=51214151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152042/02A RU2551340C2 (ru) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2551340C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2173729C1 (ru) * | 2000-10-03 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина" | Аустенитная коррозионностойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
EP1645649A1 (en) * | 2003-06-10 | 2006-04-12 | Sumitomo Metal Industries Limited | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
RU72697U1 (ru) * | 2007-08-22 | 2008-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Каури" | Пруток из нержавеющей высокопрочной стали |
EP1997918A1 (en) * | 2006-03-02 | 2008-12-03 | Sumitomo Metal Industries Limited | Steel pipe excellent in steam resistance oxidation characteristics and method for manufacturing the same |
RU2409697C1 (ru) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Коррозионно-стойкая сталь |
-
2012
- 2012-12-04 RU RU2012152042/02A patent/RU2551340C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2173729C1 (ru) * | 2000-10-03 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина" | Аустенитная коррозионностойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
EP1645649A1 (en) * | 2003-06-10 | 2006-04-12 | Sumitomo Metal Industries Limited | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
EP1997918A1 (en) * | 2006-03-02 | 2008-12-03 | Sumitomo Metal Industries Limited | Steel pipe excellent in steam resistance oxidation characteristics and method for manufacturing the same |
RU72697U1 (ru) * | 2007-08-22 | 2008-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Каури" | Пруток из нержавеющей высокопрочной стали |
RU2409697C1 (ru) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Коррозионно-стойкая сталь |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012152042A (ru) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2288967C1 (ru) | Коррозионно-стойкий сплав и изделие, выполненное из него | |
AU2009310835B2 (en) | High strength stainless steel piping having outstanding resistance to sulphide stress cracking and resistance to high temperature carbon dioxide corrosion | |
RU2397270C2 (ru) | Пружинная сталь, способ изготовления пружины из такой стали и пружина из этой стали | |
EP2773785B1 (en) | Duplex stainless steel | |
CA2927047C (en) | Ultra-fine grained steels having corrosion-fatigue resistance | |
RU72697U1 (ru) | Пруток из нержавеющей высокопрочной стали | |
MX2011006451A (es) | Acero inoxidable ferritico-austenitico. | |
CN106893945B (zh) | 一种低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法 | |
CA3118930C (en) | High-strength and corrosion-resistant sucker rod and preparation process thereof | |
RU2584315C1 (ru) | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки | |
CN111108225B (zh) | 钢板及其制造方法 | |
RU2551340C2 (ru) | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь | |
CN102839333B (zh) | 一种钢材、包括其的抽油杆、及钢材的应用 | |
US9790565B2 (en) | Hot-rolled stainless steel sheet having excellent hardness and low-temperature impact properties | |
RU2657741C1 (ru) | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь и способ ее обработки | |
KR970009523B1 (ko) | 고강도 고내식성 마르텐사이트계 스테인레스강 | |
RU2716922C1 (ru) | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь с азотом | |
CN103805889A (zh) | 一种耐腐蚀轴承用钢 | |
JP5726604B2 (ja) | 高強度ボルト用鋼 | |
Kalandyk et al. | Microstructure and mechanical properties of high-alloyed 23Cr-5Mn-2Ni-3Mo cast steel | |
RU2413029C2 (ru) | Мартенситная азотсодержащая коррозионно-стойкая сталь | |
RU2437746C1 (ru) | Состав проволоки для механизированной сварки | |
JP5407508B2 (ja) | 超臨界圧炭酸ガスインジェクション用Cr含有鋼管 | |
RU2001156C1 (ru) | Сталь | |
SU1038377A1 (ru) | Сталь |