RU2564647C1 - Жаропрочная экономнолегированная сталь - Google Patents
Жаропрочная экономнолегированная сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564647C1 RU2564647C1 RU2014148063/02A RU2014148063A RU2564647C1 RU 2564647 C1 RU2564647 C1 RU 2564647C1 RU 2014148063/02 A RU2014148063/02 A RU 2014148063/02A RU 2014148063 A RU2014148063 A RU 2014148063A RU 2564647 C1 RU2564647 C1 RU 2564647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nickel
- nitrogen
- content
- manganese
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромоникелевым сталям, предназначенным для длительной эксплуатации при температурах до 1100°C. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, азот, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,4-0,5, кремний 1,0-2,0, марганец 4,5-5,5, хром 24,0-26,0, никель 11,0-13,0, ниобий 1,2-1,5, азот 0,2-0,4, фосфор ≤0,02, сера ≤0,02, железо и неизбежные примеси - остальное. Повышаются прочностные свойства и пластические характеристики при высоких температурах при сохранении уровня удельной теплоемкости, температурного коэффициента линейного расширения и экономном легировании по никелю. 4 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, к хромоникелевым сталям, предназначенным для длительной эксплуатации при температурах до 1100°C.
Известна сталь 20Х25Н20С2 (ЭИ 283), содержащая, мас. %: ≤0,20 С, 2,0-3,0 Si, ≤1,5 Mn, 18,0-21,0 Ni, 24,0-27,0 Cr, ≤0,035 Р, ≤0,020 S, железо и неизбежные примеси остальное (Справочник «Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы», М., Прометей-Сплав, 2008 г., стр. 240-242).
Сталь применяют для изготовления листовых деталей печных роликов, подвесок и опор в котлах, экранов печей для работы при температурах до 1100°C.
Недостаток этой стали заключается в ее высокой стоимости из-за высокого содержания никеля.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является сталь НК-30, содержащая (мас. %): 0,25-0,35 C, ≤1,75 Si, ≤1,5 Mn, 19,0-22,0 Ni, 23,0-27,0 Cr, ≤0,50 Mo, ≤0,04 P, ≤0,04 железо и неизбежные примеси остальное. (ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt, and Their Alloys, ASM, 2000. Edited by J.R. Davis p. 65 - прототип)
Эта сталь применяется для изготовления реакционных труб для химической промышленности, машиностроения, труб и трубных элементов для установок пиролиза и электролиза, а также деталей печей, работающих при температурах до 1100°C в воздушной и углеводородной атмосферах.
Однако данная сталь содержит 19-22% никеля, что обуславливает ее высокую стоимость и невысокие прочностные характеристики.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание экономнолегированной по никелю стали, обладающей в литом состоянии высоким уровнем прочностных характеристик как кратковременных, так и длительных.
Технический результат изобретения заключается в получении экономнолегированной по никелю стали с повышенным уровнем прочностных свойств, пластических характеристик при высоких температурах, при сохранении уровня удельной теплоемкости и температурного коэффициента линейного расширения.
Указанный технический результат достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси, согласно изобретению, дополнительно содержит ниобий и азот в следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод | 0,4-0,5 |
Кремний | 1,0-2,0 |
Марганец | 4,5-5,5 |
Хром | 24,0-26,0 |
Никель | 11,0-13,0 |
Ниобий | 1,2-1,5 |
Азот | 0,2-0,4 |
Фосфор | ≤0,02 |
Сера | ≤0,02 |
Железо и неизбежные примеси | остальное |
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая сталь отличается от известной повышенным содержанием углерода (0,40-0,50% вместо 0,25-0,35), марганца (4,5-5,5% вместо ≤1,5%), пониженным содержанием никеля (11,0-13,0% вместо 19,0-22,0%), а также дополнительно введением таких элементов, как ниобий в количестве 1,2-1,5% и азот в количестве 0,2-0,4%, при этом выполняется соотношение
Пределы содержания легирующих элементов в заявляемой стали установлены в результате исследования свойств стали выплавки различных вариантов состава.
Содержание углерода 0,40-0,50% необходимо для образования стабильной аустенитной структуры, упрочненной карбидными фазами. Кроме того, данное содержание углерода обеспечивает высокую жидкотекучесть стали. Превышение верхнего предела содержания углерода ведет к повышению хрупкости стали вследствие образования излишнего количества карбидных фаз. Уменьшение содержания углерода за указанные пределы не обеспечивает получения достаточного количества упрочняющих фаз, а следовательно и требуемого уровня жаропрочности.
Содержание хрома установлено 24,0-26,0% для обеспечения требуемой жаропрочности и жаростойкости в окислительных средах: воздушной атмосфере, продуктах сгорания природного газа, а также атмосфере монооксида углерода (угарный газ) при 1000-1100°C. При введении хрома менее 24,0% не обеспечиваются требования по жаропрочности и жаростойкости, а превышение содержания свыше 26,0% ухудшает технологичность стали.
Диапазон содержания никеля 11,0-13,0% определяется необходимостью создания стабильной аустенитной структуры, обеспечивающей требуемую жаропрочность и стойкость против растрескивания. Стабильность аустенита при введении менее 11,0% никеля не может быть достигнута. При содержании свыше 13,0% не достигается достаточный экономический эффект данного изобретения.
Введение 0,20-0,40% азота как сильного аустенитообразующего элемента позволяет получить стабильную аустенитную структуру при сниженном по сравнению с прототипом содержании никеля (11,0-13,0% вместо 19,0-22,0%). Максимальное содержание азота 0,4% определяется пределом его растворимости в стали. Превышение верхнего содержания азота ведет к образованию нежелательных карбонитридных фаз. Введение азота менее 0,20% не позволяет достичь необходимого комплекса структуры и свойств.
Ниобий в присутствии азота и углерода образует мелкодисперсные нитриды и карбонитриды, располагающиеся равномерно и по телу зерна, и по границам, что повышает длительную прочность. Кроме того, ниобий, связывая углерод и азот в карбиды, нитриды и карбонитриды, препятствуют образованию и выделению по границам зерен карбидов и карбонитридов хрома. При содержании ниобия менее 1,2% его воздействие на длительную прочность стали малоэффективно, а содержание свыше 1,5% отрицательно сказывается на технологичности стали.
Таким образом, совместное введение ниобия и азота обеспечивает получение высокой эксплуатационной стойкости.
Кремний в количестве 1,0-2,0% обеспечивает жидкотекучесть стали и положительно влияет на жаростойкость стали в окислительных средах. Повышение содержания кремния более 2,0% приводит к охрупчиванию стали из-за увеличения содержания в ней включений силикатов кремния. При содержании кремния ниже 1,0% жидкотекучесть стали понижается.
Введение марганца в пределах 4,5-5,5% является необходимым для обеспечения растворимости азота в стали в требуемых количествах и способствуют ее аустенизации. Повышение содержания марганца более 5,5% приводит к увеличению содержания в ней включений силикатов марганца, что приводит к охрупчиванию стали, а также снижению стойкости против локальной коррозии. При содержании в стали марганца менее 4,5% не достигается достаточный уровень усвоения азота.
При превышении содержания серы и фосфора более 0,02% происходит образование грубых неметаллических включений, которые отрицательно влияют на пластичность стали.
Выполнение условия обеспечивает получение стабильной аустенитной структуры. При уменьшении отношения менее 1,17 не удается получить структуру без ферромагнитных фаз, а также не обеспечивается требуемый комплекс механических характеристик. При увеличении соотношения выше 1,5 структура стали становится нестабильной, что оказывает негативное влияние на механические характеристики и длительную прочность.
Предлагаемые соотношения элементов в стали были найдены экспериментальным путем и являются оптимальными, поскольку позволяют получить заявленный комплексный технический результат. При нарушении соотношений элементов ухудшаются свойства стали, наблюдается их нестабильность и комплексный эффект не достигается.
Примеры реализации изобретения
Испытания проводили на металле, выплавленном в индукционных печах. Испытание на растяжение проводили на образцах типа III по ГОСТ 1497 и ГОСТ 9651. Испытания на длительную прочность проводились на образцах типа ДП-5 по ГОСТ 10145 при температурах 700°C и 900°C.
В таблице 1 приведен химический состав стали, а также стали прототипа. В таблице 2 приведены механические свойства при комнатной и высоких температурах, а также данные по длительной прочности предлагаемой стали и стали-прототипа в литом состоянии. В таблицах 3, 4 приведены значения удельной теплоемкости и температурного коэффициента линейного расширения в диапазоне температур 20-1100°C.
Как видно из таблицы 1, 2, несмотря на пониженное содержание никеля кратковременные и длительные прочностные свойства, пластические характеристики при высоких температурах предложенной стали, удовлетворяющей заявляемому составу (пл. 1-3), выше свойств стали-прототипа.
Как видно из таблицы 3, значения температурного коэффициента линейного расширения предложенной стали по характеру температурной зависимости подобны значениям стали-прототипа (находятся на одном уровне), не имеют сингулярных точек. Значения удельной теплоемкости (таблица 4) предложенной стали несколько выше, чем у стали-прототипа.
Claims (1)
- Жаропрочная экономнолегированная по никелю сталь для высокотемпературного применения, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,4-0,5 кремний 1,0-2,0 марганец 4,5-5,5 хром 24,0-26,0 никель 11,0-13,0 ниобий 1,2-1,5 азот 0,2-0,4 фосфор ≤0,02 сера ≤0,02 железо и неизбежные примеси остальное
при этом содержание никеля, углерода, азота, марганца, хрома, кремния и ниобия связано следующим отношением:
.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148063/02A RU2564647C1 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Жаропрочная экономнолегированная сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148063/02A RU2564647C1 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Жаропрочная экономнолегированная сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2564647C1 true RU2564647C1 (ru) | 2015-10-10 |
Family
ID=54289558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014148063/02A RU2564647C1 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Жаропрочная экономнолегированная сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2564647C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1498815A1 (ru) * | 1988-01-18 | 1989-08-07 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Жаростойка лита сталь |
US6033626A (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-07 | Kubota Corporation | Heat-resistant cast steel having high resistance to surface spalling |
RU2205888C2 (ru) * | 2001-04-23 | 2003-06-10 | Колганов Вячеслав Николаевич | Жаропрочная сталь |
EP2113581A1 (en) * | 2000-12-14 | 2009-11-04 | Caterpillar, Inc. | Heat and corrosion resistant cast stainless steels with improved high temperature strength and ductility |
CN102876998A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-01-16 | 西峡县众德汽车部件有限公司 | 一种耐热钢、涡轮增压器连体壳体及其制备方法 |
-
2014
- 2014-11-28 RU RU2014148063/02A patent/RU2564647C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1498815A1 (ru) * | 1988-01-18 | 1989-08-07 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Жаростойка лита сталь |
US6033626A (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-07 | Kubota Corporation | Heat-resistant cast steel having high resistance to surface spalling |
EP2113581A1 (en) * | 2000-12-14 | 2009-11-04 | Caterpillar, Inc. | Heat and corrosion resistant cast stainless steels with improved high temperature strength and ductility |
RU2205888C2 (ru) * | 2001-04-23 | 2003-06-10 | Колганов Вячеслав Николаевич | Жаропрочная сталь |
CN102876998A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-01-16 | 西峡县众德汽车部件有限公司 | 一种耐热钢、涡轮增压器连体壳体及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2547064C2 (ru) | Малолегированная аустенитная нержавеющая сталь | |
US20130022488A1 (en) | Austenitic heat-resistant cast steel | |
TWI618801B (zh) | 肥粒鐵不鏽鋼 | |
KR20140052079A (ko) | 듀플렉스 스테인레스 강 | |
JPWO2018043565A1 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
CN102330033B (zh) | 一种耐腐蚀性能优良的低成本奥氏体不锈钢 | |
KR20160023682A (ko) | 고크롬 내열철강 | |
JP5838933B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼 | |
MX2022007286A (es) | Tuberia de acero inoxidable sin soldadura de alta resistencia para pozos de petroleo. | |
TWI651419B (zh) | 雙相不銹鋼 | |
CN106319362A (zh) | 具有抗酸性腐蚀性能x52无缝管线钢管及其制造方法 | |
RU2564647C1 (ru) | Жаропрочная экономнолегированная сталь | |
CN112662947B (zh) | 一种耐工业大气腐蚀用钢及其制备方法 | |
JP5239642B2 (ja) | 熱疲労特性、高温疲労特性および耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
RU2576773C1 (ru) | Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса | |
KR101379139B1 (ko) | 고강도와 연성이 우수한 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법 | |
CA2895971C (en) | Hot-rolled stainless steel sheet having excellent hardness and low-temperature impact properties | |
RU2460822C1 (ru) | Азотсодержащая коррозионно-стойкая сталь для изготовления нефтегазопроводных труб | |
RU2415963C2 (ru) | Жаростойкая сталь | |
RU2782832C1 (ru) | Высокопрочная маломагнитная нестабилизированная свариваемая сталь, устойчивая к локальным видам коррозии в зонах термического влияния сварки и длительного нагрева в области опасных температур | |
RU2333285C2 (ru) | Сталь | |
JP5239644B2 (ja) | 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
RU2458179C1 (ru) | Жаропрочная сталь | |
RU2823412C1 (ru) | Изделие в виде прутка для изготовления деталей электропогружных установок для добычи нефти из сплава на основе железа и хрома | |
RU2425172C1 (ru) | Жаропрочная сталь |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171129 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191112 |