RU2558738C1 - Refractory martensitic steel - Google Patents
Refractory martensitic steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558738C1 RU2558738C1 RU2014122463/02A RU2014122463A RU2558738C1 RU 2558738 C1 RU2558738 C1 RU 2558738C1 RU 2014122463/02 A RU2014122463/02 A RU 2014122463/02A RU 2014122463 A RU2014122463 A RU 2014122463A RU 2558738 C1 RU2558738 C1 RU 2558738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- over
- boron
- copper
- content
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Жаропрочная сталь мартенситного классаHeat Resistant Martensitic Steel
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, содержащим 9-12% хрома. Предлагаемая сталь может применяться в энергетической промышленности в качестве конструкционных материалов для производства котлов, роторов и другого оборудования тепловых электростанций нового поколения, работающих при температуре до 640°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to heat-resistant chromium steels of the martensitic class, containing 9-12% chromium. The proposed steel can be used in the energy industry as structural materials for the production of boilers, rotors and other equipment of new generation thermal power plants operating at temperatures up to 640 ° C.
В настоящее время для изготовления элементов тепловых электростанций в Японии и Америке используют сталь марки P92 согласно классификации ASTM A 335 - American Society for Testing and Materials (Американское общество по материалам и методам испытаний). Сталь содержит, масс. %Currently, for the manufacture of elements of thermal power plants in Japan and America, P92 grade steel is used according to ASTM A 335 classification - American Society for Testing and Materials. Steel contains, mass. %
Сталь Р92 обладает высоким уровнем прочности и сопротивления ползучести до температуры 620°C. В результате специальной термической обработки формируется троостомартенситная структура и выделяются частицы вторичных фаз, что объясняет повышенное сопротивление ползучести данной стали и позволяет использовать ее в качестве конструкционных материалов котлов, роторов и другого оборудования для тепловых электростанций. Дисперсионное упрочнение стали достигается за счет выделения карбидов типа M23C6 и наноразмерных карбонитридов типа (VNb)(C,N). Эта сталь сохраняет высокое сопротивление ползучести до тех пор, пока стабильна дислокационная структура мартенсита отпуска (троостомартенсита).P92 steel has a high level of strength and creep resistance to a temperature of 620 ° C. As a result of special heat treatment, a troostomartensitic structure is formed and secondary phase particles are released, which explains the increased creep resistance of this steel and allows it to be used as structural materials of boilers, rotors and other equipment for thermal power plants. Dispersion hardening of steel is achieved due to the precipitation of carbides of type M 23 C 6 and nanosized carbonitrides of type (VNb) (C, N). This steel retains high creep resistance until the dislocation structure of tempering martensite (troostomartensite) is stable.
Недостатком стали Р92 является интенсивная коагуляция карбидов типа M23C6 и частиц фазы Лавеса при температурах выше 620°C, что способствует значительному снижению сопротивления ползучести данной стали и делает невозможным ее применение для деталей энергетических установок, работающих при суперсверхкритических параметрах пара (30 МПа, 630-650°С).The disadvantage of P92 steel is the intensive coagulation of M 23 C 6 carbides and particles of the Laves phase at temperatures above 620 ° C, which contributes to a significant decrease in the creep resistance of this steel and makes it impossible to use it for parts of power plants operating at super supercritical steam parameters (30 MPa, 630-650 ° C).
Наиболее близкой по принципу легирования и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является жаропрочная сталь мартенситного класса, раскрытая в патенте №RU 2447184 C22C38/54. Сталь содержит, масс. %Closest to the alloying principle and the achieved result to the proposed invention is the heat-resistant steel of the martensitic class, disclosed in patent No. RU 2447184 C22C38 / 54. Steel contains, mass. %
В этой стали, по сравнению со сталью P92, увеличено содержание молибдена и бора, уменьшено содержание азота и дополнительно введены медь и титан. Благодаря повышению содержания молибдена до 0,6-0,8% происходит упрочнение твердого раствора, а также уменьшение скорости коагуляции карбидов типа M23C6, что повышает жаропрочные свойства стали. Содержание молибдена менее 0,6% не обеспечивает прочность стали при повышенных температурах, свыше 0,8% - способствует образованию дельта-феррита и фазы Лавеса. Дополнительное повышение сопротивления деформации при ползучести, а так же увеличение сопротивления коррозии под напряжением достигается за счет легирования бором в количестве 0,008-0,01%. Бор сегрегирует по границам зерен, преимущественно бывшим аустенитным, что подавляет зернограничное проскальзывание и тем самым повышает время до разрушения. При содержании бора свыше 0,01% снижается свариваемость и ковкость стали. При повышенном содержании бора (до 0,01%) целесообразно уменьшение содержания азота (0,003% и менее) с целью предотвращения образования крупных нитридов бора, которые являются причиной низкой ударной вязкости стали. Медь в количестве менее 0,01% введена для предотвращения образования дельта-феррита. Титан в количестве не более 0,01% способствует формированию и стабилизации наноразмерных карбонитридов типа MX. При содержании титана свыше 0,01% происходит образование крупных карбонитридов, что снижает сопротивление ползучести.In this steel, in comparison with P92 steel, the content of molybdenum and boron is increased, the nitrogen content is reduced, and copper and titanium are additionally introduced. Due to the increase in the molybdenum content to 0.6-0.8%, solid solution hardening occurs, as well as a decrease in the coagulation rate of carbides of the type M 23 C 6 , which increases the heat-resistant properties of steel. A molybdenum content of less than 0.6% does not provide the strength of steel at elevated temperatures, more than 0.8% - contributes to the formation of delta ferrite and the Laves phase. An additional increase in deformation resistance during creep, as well as an increase in stress corrosion resistance is achieved by doping with boron in an amount of 0.008-0.01%. Boron segregates along grain boundaries, mainly former austenitic, which suppresses grain-boundary slippage and thereby increases the time to failure. When the boron content is more than 0.01%, the weldability and ductility of steel is reduced. With a high boron content (up to 0.01%), it is advisable to reduce the nitrogen content (0.003% or less) in order to prevent the formation of large boron nitrides, which are the reason for the low toughness of steel. Less than 0.01% copper is introduced to prevent the formation of delta ferrite. Titanium in an amount of not more than 0.01% promotes the formation and stabilization of nanosized carbonitrides of the MX type. When the titanium content exceeds 0.01%, large carbonitrides are formed, which reduces the creep resistance.
Недостатком данной стали является невозможность ее применения для деталей энергетических установок, работающих при температуре выше 630°С, в связи с недостаточно высокими значениями прочности и ударной вязкости, что отрицательно влияет на сопротивление ползучести стали.The disadvantage of this steel is the impossibility of its use for parts of power plants operating at temperatures above 630 ° C, due to insufficiently high values of strength and toughness, which negatively affects the creep resistance of steel.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка стали, обладающей повышенным сопротивлением ползучести и работоспособной при температуре 640°C, что на 10-20°C выше, по сравнению с имеющимися аналогами.The objective of the invention is the development of steel with increased creep resistance and is operable at a temperature of 640 ° C, which is 10-20 ° C higher compared to existing analogues.
Для решения поставленной задачи предложена жаропрочная сталь мартенситного класса, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, азот, бор, кобальт, серу, фосфор, алюминий, медь, титан и железо, причем в ней уменьшено содержание вольфрама, увеличено содержание меди, бора и марганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: углерод 0,080-0,120; кремний не более 0,130; марганец 0,400-0,600; хром 9,000-9,500; никель от более 0,1 до 0,300; вольфрам 1,200-1,700; молибден 0,500-0,800; ванадий 0,180-0,250; ниобий 0,040-0,070; азот до менее 0,005; бор 0,010-0,014; кобальт от более 3,0 до 3,500; сера не более 0,006; фосфор не более 0,010; алюминий не более 0,010; медь не более 0,030; титан до менее 0,010; железо остальное.To solve this problem, a heat-resistant steel of martensitic class is proposed, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, nitrogen, boron, cobalt, sulfur, phosphorus, aluminum, copper, titanium and iron, and in it the tungsten content is reduced, the content of copper, boron and manganese is increased in the following ratio of components, mass. %: carbon 0.080-0.120; silicon not more than 0.130; manganese 0.400-0.600; chrome 9,000-9,500; nickel from more than 0.1 to 0.300; tungsten 1,200-1,700; molybdenum 0.500-0.800; vanadium 0.180-0.250; niobium 0.040-0.070; nitrogen to less than 0.005; boron 0.010-0.014; cobalt from more than 3.0 to 3,500; sulfur not more than 0.006; phosphorus not more than 0.010; aluminum no more than 0.010; copper no more than 0,030; titanium to less than 0.010; iron the rest.
В представленной стали уменьшено содержание вольфрама, увеличено содержание меди, бора и марганца, по сравнению со сталью прототипа. Благодаря повышению содержания бора происходит стабилизация карбидов типа М23С6, а также мартенситной микроструктуры за счет снижения скорости коагуляции карбидов типа М23С6, что, в свою очередь, увеличивает жаропрочность данной стали (F. Abe et al. «Suppression of Type IV fracture and improvement of creep strength of 9Cr steel welded joints by boron addition). Содержание в стали Σ(W+Mo) в размере 2,0-2,4% уменьшает скорость диффузии в твердом растворе [Vaillant J. et al. «New grades for advanced coal-fired power plants-Properties and experience», Abe F. Et al. «Alloy design of creep resistant 9Cr steel using a dispersion of nanosizedcarbonitrides»] и, соответственно, подавляет переползание дислокаций, что является одним из основных способов повышения сопротивления ползучести сталей мартенситного класса с содержанием хрома 9%. Медь вносит вклад в расширение области существования аустенита, а также образует выделения, которые увеличивают прочность при повышенных температурах. Также медь играет роль дополнительных зародышей фаз, выделяемых при ползучести, благодаря чему образуется более мелкодисперсное распределение фаз, что повышает сопротивление ползучести стали. Кремний в количестве<0,15% и марганец в количестве 0,4-0,6% использованы для раскисления стали. При содержании кремния более 0,15% усиливается склонность стали к тепловой хрупкости. При введении марганца менее 0,4% - низкая раскислительная способность кремния, более 0,6% - практически не влияет на раскислительную способность, поэтому введение высокого содержания данного элемента нецелесообразно. При содержании азота менее 0,008% образования крупных нитридов бора, являющихся причиной низкой ударной вязкости, в этой стали не происходит.In the presented steel, the tungsten content is reduced, the content of copper, boron and manganese is increased, compared with the steel of the prototype. Due to the increase in boron content, type M carbides are stabilized.23FROM6as well as martensitic microstructure due to a decrease in the coagulation rate of type M carbides23FROM6, which, in turn, increases the heat resistance of this steel (F. Abe et al. “Suppression of Type IV fracture and improvement of creep strength of 9Cr steel welded joints by boron addition). The content of Σ (W + Mo) in steel in the amount of 2.0-2.4% reduces the diffusion rate in solid solution [Vaillant J. et al. “New grades for advanced coal-fired power plants-Properties and experience”, Abe F. Et al. "Alloy design of creep resistant 9Cr steel using a dispersion of nanosizedcarbonitrides"] and, accordingly, suppresses the creep of dislocations, which is one of the main ways to increase the creep resistance of martensitic steel with 9% chromium content. Copper contributes to the expansion of the austenite region, and also forms precipitates that increase strength at elevated temperatures. Copper also plays the role of additional phase nuclei released during creep, due to which a finer dispersed phase distribution is formed, which increases the creep resistance of steel. Silicon in an amount of <0.15% and manganese in an amount of 0.4-0.6% are used for deoxidation of steel. When the silicon content is more than 0.15%, the tendency of steel to thermal brittleness is enhanced. With the introduction of manganese less than 0.4% - low deoxidizing ability of silicon, more than 0.6% - practically does not affect the deoxidizing ability, so the introduction of a high content of this element is impractical. When the nitrogen content is less than 0.008%, the formation of large boron nitrides, which are the cause of low toughness, does not occur in this steel.
Пример осуществления.An example implementation.
Был отлит сплав предлагаемого химического состава (табл.1). Сплав был подвергнут закалке с температуры 1060°C и отпуску при 750°C, в течение 3 часов.The alloy of the proposed chemical composition was cast (Table 1). The alloy was quenched from 1060 ° C and tempered at 750 ° C for 3 hours.
Химический состав предлагаемой сталиTable 1
The chemical composition of the proposed steel
Механические испытания на растяжение были проведены по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре и по ГОСТ 9651-84 при повышенных температурах (табл.2). Испытания на ударную вязкость были проведены по ГОСТ 9454-78 (табл.3). Испытания на ползучесть были проведены по ГОСТ 3248-81 (табл.4). Как видно из таблиц 2, 3, 4 механические свойства предлагаемой стали выше по сравнению с прототипом.Mechanical tensile tests were carried out according to GOST 1497-84 at room temperature and according to GOST 9651-84 at elevated temperatures (Table 2). Toughness tests were carried out according to GOST 9454-78 (table 3). Creep tests were carried out according to GOST 3248-81 (Table 4). As can be seen from tables 2, 3, 4, the mechanical properties of the proposed steel are higher in comparison with the prototype.
Механические свойства стали в зависимости от температуры испытанияtable 2
Mechanical properties of steel depending on test temperature
В таблице 2: σ0,2 - предел текучести условный; σв - предел прочности; δ, % - относительное удлинение после разрыва.In table 2: σ 0.2 - conditional yield strength; σ in - ultimate strength; δ,% - elongation after rupture.
Ударная вязкость стали при температуре 20°СTable 3
Impact strength of steel at a temperature of 20 ° C
В таблице 3: КСV - ударная вязкостьTable 3: KCV — Impact Strength
Испытания на ползучесть при температуре 650°СTable 4
Creep tests at a temperature of 650 ° C
Как видно из таблиц, свойства предлагаемой стали позволяют применять ее для изготовления котлов, роторов и других элементов энергетических установок. Использование стали в теплоэнергетике позволит поднять рабочую температуру тепловых электростанций до 640°C.As can be seen from the tables, the properties of the proposed steel allow it to be used for the manufacture of boilers, rotors and other elements of power plants. The use of steel in the power industry will raise the operating temperature of thermal power plants to 640 ° C.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122463/02A RU2558738C1 (en) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Refractory martensitic steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122463/02A RU2558738C1 (en) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Refractory martensitic steel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558738C1 true RU2558738C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014122463/02A RU2558738C1 (en) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Refractory martensitic steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558738C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655496C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
CN109943783A (en) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 上海电气电站设备有限公司 | A kind of steam turbine high-temperature casting material |
WO2023093923A1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-06-01 | Comtes Fht A.S. | High-chrome steel resistant to creep at temperatures up to 650 °c |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1275744A1 (en) * | 2001-01-31 | 2003-01-15 | National Institute for Materials Science | Heat-resistant martensite alloy excellent in high-temperature creep rapture strength and ductility and process for producing the same |
RU2211878C2 (en) * | 2001-07-06 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" | Low-active high-temperature radiation steel |
RU2293786C2 (en) * | 2001-04-04 | 2007-02-20 | В Э М Франс | Steel for seamless tubular parts intended for use at high temperature |
WO2011154515A1 (en) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Tata Steel Nederland Technology Bv | A method for producing a tempered martensitic heat resistant steel for high temperature applications |
RU2447184C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Refractory martensitic steel |
-
2014
- 2014-06-03 RU RU2014122463/02A patent/RU2558738C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1275744A1 (en) * | 2001-01-31 | 2003-01-15 | National Institute for Materials Science | Heat-resistant martensite alloy excellent in high-temperature creep rapture strength and ductility and process for producing the same |
RU2293786C2 (en) * | 2001-04-04 | 2007-02-20 | В Э М Франс | Steel for seamless tubular parts intended for use at high temperature |
RU2211878C2 (en) * | 2001-07-06 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" | Low-active high-temperature radiation steel |
WO2011154515A1 (en) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Tata Steel Nederland Technology Bv | A method for producing a tempered martensitic heat resistant steel for high temperature applications |
RU2447184C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Refractory martensitic steel |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655496C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Heat-resistant steel of martensitic class |
CN109943783A (en) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 上海电气电站设备有限公司 | A kind of steam turbine high-temperature casting material |
CN109943783B (en) * | 2017-12-20 | 2021-11-19 | 上海电气电站设备有限公司 | High-temperature casting material for steam turbine |
WO2023093923A1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-06-01 | Comtes Fht A.S. | High-chrome steel resistant to creep at temperatures up to 650 °c |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7510614B2 (en) | High strength bolt excellent in delayed fracture resistance and method of production of same | |
CA2604428C (en) | Low alloy steel | |
JP6562476B2 (en) | Ferritic heat resistant steel and its manufacturing method | |
JP7016343B2 (en) | High chrome martensitic heat resistant steel with high creep rupture strength and oxidation resistance | |
RU2447184C1 (en) | Refractory martensitic steel | |
RU2655496C1 (en) | Heat-resistant steel of martensitic class | |
KR20130121755A (en) | Steel for stream turbine blade with excellent strength and toughness | |
RU2585591C1 (en) | Heat-resistant steel of martensitic class | |
RU2558738C1 (en) | Refractory martensitic steel | |
JP2010065322A (en) | Ferritic heat resistant steel | |
IL227570A (en) | High strength, high toughness steel alloy | |
CN113166901B (en) | Chromium-molybdenum steel plate with excellent creep strength and preparation method thereof | |
RU2437956C1 (en) | Heat resistant steel of martensite class | |
US9677160B2 (en) | Low C-high Cr 862 MPa-class steel tube having excellent corrosion resistance and a manufacturing method thereof | |
RU2598725C2 (en) | Heat-resistant steel of martensitic class and preparation method thereof | |
JP2016065265A (en) | Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade | |
KR101301617B1 (en) | Material having high strength and toughness and method for forming tower flange using the same | |
JP5981357B2 (en) | Heat resistant steel and steam turbine components | |
US20090214376A1 (en) | Creep-resistant steel | |
RU2404281C1 (en) | Heat-resistant steel for power equipment | |
JPS60165358A (en) | High strength and high toughness steel for high and medium pressure rotor of steam turbine | |
RU2757923C1 (en) | Heat-resistant steel of the martensitic class | |
KR102411800B1 (en) | Ti-Ta CONTAINING STEEL WITH EXCELLENT TENSILE STRENGTH AND IMPACT TOUGHNESS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
US10760150B2 (en) | Martensitic alloy component and process of forming a martensitic alloy component | |
JP5996403B2 (en) | Heat resistant steel and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160604 |