RU2585899C1 - Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof - Google Patents
Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585899C1 RU2585899C1 RU2015103080/02A RU2015103080A RU2585899C1 RU 2585899 C1 RU2585899 C1 RU 2585899C1 RU 2015103080/02 A RU2015103080/02 A RU 2015103080/02A RU 2015103080 A RU2015103080 A RU 2015103080A RU 2585899 C1 RU2585899 C1 RU 2585899C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nitrogen
- content
- melt
- ree
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для изготовления криогенных высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.The invention relates to the metallurgy of structural steels and alloys containing iron as a basis with a given ratio of alloying and impurity elements, and is intended for the manufacture of cryogenic high-strength welded structures used in the transportation of liquefied gases.
Известна нержавеющая аустенитная литая сталь и способ ее получения (RU 2451763 С2, опубл. 27.05.2012).Known stainless austenitic cast steel and method for its production (RU 2451763 C2, publ. 27.05.2012).
Известная сталь содержит марганец, хром, никель, ниобий, тантал, углерод, азот, медь, кобальт, молибден, вольфрам, титан, ванадий, кремний, марганец, алюминий, железо в определенных соотношениях.Known steel contains manganese, chromium, nickel, niobium, tantalum, carbon, nitrogen, copper, cobalt, molybdenum, tungsten, titanium, vanadium, silicon, manganese, aluminum, iron in certain proportions.
Способ получения нержавеющей аустенитной литой стали, имеющей предел прочности при растяжении более 550 МПа и относительное удлинение при разрыве, превышающее 30%, обладающей под нагрузкой ПНП-эффектом, включает следующие стадии: получение сплава с содержанием вышеуказанных элементов, причем этот сплав находится в диапазоне сплавов, определенном координатами четырех точек (Crэквив.=14; Niэквив.=8), (Crэквив.=14; Niэквив.=14), (Crэквив.=22; Niэквив.=8) и (Crэквив.=22; Niэквив.=16), а хромовый и никелевый эквиваленты рассчитывают с использованием соотношений (1) и (2):The method of producing stainless austenitic cast steel having a tensile strength of more than 550 MPa and an elongation at break of more than 30%, which has a PNP effect under load, includes the following stages: obtaining an alloy containing the above elements, the alloy being in the alloy range defined by the coordinates of the four points (Cr Equiv. = 14; Niequiv. = 8), (Cr Equiv. = 14; Niequiv. = 14), (Cr Equiv. = 22; Niequiv. = 8) and (Cr Equiv. = 22; Niequiv. = = 16), and the chromium and nickel equivalents are calculated using the relations (1) and (2):
исходя из химического состава литой стали, где проценты являются массовыми, а остаток состоит преимущественно из железа и примесей, содержащихся в литой стали; и заливки литой стали в литейную форму. Литую сталь на следующей стадии подвергают термической обработке.based on the chemical composition of cast steel, where the percentages are mass, and the remainder consists mainly of iron and impurities contained in the cast steel; and pouring cast steel into a mold. Cast steel in the next stage is subjected to heat treatment.
Недостатки этой стали и способа ее получения заключаются в следующем.The disadvantages of this steel and its production method are as follows.
Полученная по способу известная сталь не предназначена для деформационной обработки и, следовательно, не пригодна для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов. Большинство комбинаций составов по данному изобретению содержат в структуре мартенсит или феррит, то есть являются магнитными, что не соответствует задаче предлагаемого изобретения. Сталь также имеет недостаточную прочность, так как требуется σв не менее 800 МПа.The known steel obtained by the method is not intended for deformation processing and, therefore, is not suitable for the manufacture of cold-resistant high-strength welded structures used in the transportation of liquefied gases. Most combinations of the compositions of this invention contain martensite or ferrite in the structure, that is, they are magnetic, which does not correspond to the objective of the invention. Steel also has insufficient strength, since σ of at least 800 MPa is required.
Прототипом первого и второго объектов предложенного изобретения является коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь и способ ее получения и обработки (RU 2392348 С2, опубл. 20.06.2010).The prototype of the first and second objects of the proposed invention is a corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel and the method of its production and processing (RU 2392348 C2, publ. 06/20/2010).
Сталь имеет следующий состав: углерод 0,02-0,06, кремний - 0,10-0,60, марганец - 9,5-12,5, хром - 19,0-21,0, никель - 4,5-7,5, молибден - 1,2-2,0, ванадий - 0,08-0,22, кальций - 0,005-0,010, натрий - 0,005-0,010, ниобий - 0,05-0,15, магний - 0,0005-0,001, азот - 0,40-0,60, алюминий - 0,005-0,01, железо и примеси - остальное, при этом в качестве примесей она содержит серу 0,003-0,012 мас.%, фосфор 0,004-0,025 мас.%, свинец 0,0002-0,005 мас.%, висмут 0,0002-0,005 мас.%, олово 0,0002-0,005 мас.%, мышьяк 0,0002-0,005 мас.% и медь 0,05-0,2 мас.%.Steel has the following composition: carbon 0.02-0.06, silicon 0.10-0.60, manganese 9.5-12.5, chromium 19.0-21.0, nickel 4.5- 7.5, molybdenum - 1.2-2.0, vanadium - 0.08-0.22, calcium - 0.005-0.010, sodium - 0.005-0.010, niobium - 0.05-0.15, magnesium - 0, 0005-0.001, nitrogen - 0.40-0.60, aluminum - 0.005-0.01, iron and impurities - the rest, while it contains sulfur as 0.003-0.012 wt.%, Phosphorus 0.004-0.025 wt.% lead 0.0002-0.005 wt.%, bismuth 0.0002-0.005 wt.%, tin 0.0002-0.005 wt.%, arsenic 0.0002-0.005 wt.% and copper 0.05-0.2 wt. .%.
Известную сталь выплавляют в печах по стандартной технологии. Для придания стали повышенного уровня прочности, более стабильных характеристик механических свойств, пониженной склонности к межкристаллитной коррозии, повышенной износоустойчивости в ледовых условиях, улучшенной свариваемости, низкой магнитной проницаемости и повышенной горячей технологической пластичности сталь подвергают термодеформационной обработке по специальному режиму.Known steel is smelted in furnaces using standard technology. To give steel a higher level of strength, more stable characteristics of mechanical properties, a reduced tendency to intergranular corrosion, increased wear resistance in ice conditions, improved weldability, low magnetic permeability and increased hot process plasticity, the steel is subjected to thermal deformation treatment in a special mode.
К недостаткам этой стали и способа ее получения относится то, что значительное число комбинаций основных элементов Cr, Ni, Mn, Mo химического состава, определяемого данным изобретением, не могут быть получены по стандартной технологии, так как предлагаемое 0,40-0,60% содержание азота в стали при данных комбинациях химического состава превышает его стандартную растворимость в металле при температурах выплавки, а количество азота, которое удастся ввести в жидкий металл при температуре выплавки, превышает растворимость его в выделяющихся при затвердевании γ- и δ-фазах, поэтому избыточный азот будет выделяться в газовую фазу и образовывать пузыри и пористость в слитке.The disadvantages of this steel and its production method include the fact that a significant number of combinations of the basic elements of Cr, Ni, Mn, Mo of the chemical composition defined by this invention cannot be obtained by standard technology, since the proposed 0.40-0.60% the nitrogen content in steel with these combinations of chemical composition exceeds its standard solubility in the metal at smelting temperatures, and the amount of nitrogen that can be introduced into the liquid metal at the smelting temperature exceeds its solubility in the released during shutter stripping of the γ- and δ-phases, therefore, excess nitrogen will be released into the gas phase and form bubbles and porosity in the ingot.
Задача создания изобретения заключается в получении конструкционной коррозионно-стойкой криогенной аустенитной высокопрочной свариваемой азотсодержащей стали при повышении следующих ее характеристик:The objective of the invention is to obtain structural corrosion-resistant cryogenic austenitic high-strength weldable nitrogen-containing steel while increasing its following characteristics:
- прочности при комнатной температуре,- strength at room temperature,
- вязкости в области криогенных температур,- viscosity in the field of cryogenic temperatures,
- свариваемости σв≥800 МПа, KCU(-163)°C≥34 Дж/см2, σв св≥(0,7-0,8)σв, пригодной для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов,- weldability σ in ≥800 MPa, KCU (-163) ° C ≥34 J / cm 2 , σ in sv ≥ (0.7-0.8) σ in , suitable for the manufacture of cold-resistant high-strength welded structures used in transportation of liquefied gases
- экономичности, так как имеет небольшое содержания никеля,- profitability, since it has a small nickel content,
- технологичности в связи с тем, что при сравнительно небольшом содержании марганца требуемое содержание азота может быть получено при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах.- manufacturability due to the fact that with a relatively low manganese content, the required nitrogen content can be obtained by smelting at normal pressure in existing units.
В первом объекте изобретения это достигается следующим образом.In a first aspect of the invention, this is achieved as follows.
Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь, содержащая, углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, азот, алюминий, железо и примеси, в качестве которых она содержит медь, серу фосфор, олово, свинец, висмут и мышьяк, дополнительно содержит редкоземельные элементы при следующем соотношении компонентов, мас.%:Structural cryogenic austenitic high-strength weldable steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, which it contains copper, sulfur phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic, additionally contains rare earths elements in the following ratio of components, wt.%:
C - 0,05-0,07,C - 0.05-0.07,
Cr - 18,0-20,0,Cr - 18.0-20.0,
Ni - 5,0-7,0,Ni - 5.0-7.0,
Mn - 8,0 -10,0,Mn - 8.0 -10.0,
Мо - 1,4-1,8,Mo - 1.4-1.8,
Si - 0,25-0,35,Si - 0.25-0.35,
N - 0,25-0,28,N - 0.25-0.28,
Al - 0,015-0,035,Al - 0.015-0.035,
редкоземельные элементы - 0,005-0,008,rare earth elements - 0.005-0.008,
Cu≤0,05,Cu≤0.05,
S≤0,0025,S≤0.0025,
P≤0,010,P≤0.010,
Sn≤0,005,Sn≤0.005,
Pb≤0,005,Pb≤0.005,
Bi≤0,005,Bi≤0.005,
As≤0,005,As≤0.005,
Fe - остальное,Fe - the rest,
при этом не менее 60% от общего количества редкоземельных элементов содержатся в виде наноразмерных частиц, причем содержание азота выбрано из соотношения 0,8-1,0 от его растворимости в γ-фазе при температуре ликвидуса и при отношении растворимости в жидкости при температуре ликвидуса не менее 1,5 к максимальному содержанию азота в стали.at the same time, at least 60% of the total number of rare-earth elements are contained in the form of nanosized particles, and the nitrogen content is selected from a ratio of 0.8-1.0 of its solubility in the γ phase at liquidus temperature and with respect to solubility in liquid at liquidus temperature less than 1.5 to the maximum nitrogen content in steel.
Во втором объекте изобретения это достигается следующим образом.In a second aspect of the invention, this is achieved as follows.
Способ получения конструкционной коррозионно-стойкой криогенной аустенитной высокопрочной азотсодержащей свариваемой стали по п. 1 включает загрузку в печь шихты, плавку, выпуск полупродукта в ковш, рафинирование расплава от примесей методами внепечной обработки, раскисление расплава и присадку редкоземельных элементов.The method for producing structurally corrosion-resistant cryogenic austenitic high-strength nitrogen-containing welded steel according to claim 1 includes loading the furnace into the furnace, smelting, releasing the intermediate into the ladle, refining the melt from impurities by methods of out-of-furnace treatment, melt deoxidation and rare-earth elements addition.
Содержание в стали редкоземельных элементов в виде наноразмерных частиц в количестве не менее 60% от их общего количества обеспечивается путем присадки редкоземельных элементов при достижении содержаний серы и кислорода в расплаве не более 0,0025 мас.% и 0,0025 мас.% соответственно и последующей промывкой расплава от крупных неметаллических включений.The content in the steel of rare-earth elements in the form of nanosized particles in an amount of not less than 60% of their total amount is ensured by the addition of rare-earth elements when the sulfur and oxygen contents in the melt reach not more than 0.0025 wt.% And 0.0025 wt.%, Respectively, and the subsequent washing the melt from large non-metallic inclusions.
Преимуществом предложенной в изобретении стали и способа ее получения является то, что при всех возможных комбинациях содержаний элементов в области составов, определяемой изобретением, достигается стабильная чисто аустенитная структура, обеспечивающая стали требуемые механические свойства (σв≥800 МПа, KCU(-163)°C≥34 Дж/см2, σв св≥(0,7-0,8)σв), коррозионную стойкость, немагнитность, свариваемость и пригодность для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.An advantage of the steel proposed in the invention and its production method is that with all possible combinations of element contents in the composition region defined by the invention, a stable pure austenitic structure is achieved that provides the steel with the required mechanical properties (σ at ≥800 MPa, KCU (-163) ° C ≥34 J / cm 2 , σ in sv ≥ (0.7-0.8) σ in ), corrosion resistance, non-magnetic, weldability and suitability for the manufacture of cold-resistant high-strength welded structures used in the transportation of liquefied gases.
Предлагаемая сталь отличается также высокой экономичностью, так как имеет небольшое содержания никеля, и высокой технологичностью вследствие сравнительно небольшого содержания марганца, требуемое содержание азота может быть получено при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах. Присутствие в стали редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде наноразмерных частиц в количестве не менее 60% от их общего количества стабилизирует размер зерна и допускает нагрев металла перед прокаткой до более высокой температуры, что обеспечивает полное растворение избыточных фаз и получение и чисто аустенитной мелкозернистой структуры готового металла.The proposed steel is also characterized by high efficiency, as it has a low nickel content, and high processability due to the relatively low manganese content, the required nitrogen content can be obtained by smelting at normal pressure in existing units. The presence in the steel of rare-earth elements (REE) in the form of nanosized particles in an amount of not less than 60% of their total amount stabilizes the grain size and allows the metal to be heated before rolling to a higher temperature, which ensures complete dissolution of the excess phases and obtaining a pure austenitic fine-grained structure metal.
Содержание углерода в данной стали в пределах 0,05-0,07%, способствует получению в заданной области химического состава аустенитной структуры, обеспечивает совместно с азотом необходимое упрочнение стали в процессе термо- и деформационной обработки, достаточную коррозионную стойкость и требуемую свариваемость. При большем содержании углерода в стали уменьшается коррозионная стойкость, повышается склонность к МКК, увеличивается склонность к хрупкому разрушению в связи с повышенным количеством и размером частиц карбонитридных фаз и ухудшается свариваемость.The carbon content in this steel in the range of 0.05-0.07%, helps to obtain an austenitic structure in a given area of the chemical composition, together with nitrogen, provides the necessary hardening of the steel during heat and deformation processing, sufficient corrosion resistance and the required weldability. With a higher carbon content in steel, corrosion resistance decreases, the tendency to MKC increases, the tendency to brittle fracture increases due to the increased number and size of particles of carbonitride phases, and weldability deteriorates.
Хром, никель, марганец и молибден в заданных пределах и соотношениях при содержании азота 0,25-0,28 мас.% обеспечивают аустенитную структуру без образования феррита и высокую растворимость азота в аустените и жидкой фазе, в результате чего при всех возможных комбинациях содержаний элементов в области составов, определяемой изобретением, достигается стабильная чисто аустенитная структура, обеспечивающая стали требуемые механические свойства (σв≥800 МПа, KCU(-163)°C≥34 Дж/см2, σв св≥(0,7-0,8)σв), коррозионную стойкость, немагнитность, свариваемость и пригодность для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.Chromium, nickel, manganese and molybdenum within specified limits and ratios with a nitrogen content of 0.25-0.28 wt.% Provide an austenitic structure without the formation of ferrite and high solubility of nitrogen in austenite and the liquid phase, resulting in all possible combinations of element contents in the field of compositions defined by the invention, a stable, purely austenitic structure is achieved, which provides the steel with the required mechanical properties (σ at ≥800 MPa, KCU (-163) ° C ≥34 J / cm 2 , σ at sv ≥ (0.7-0, 8) σ c ), corrosion resistance, non-magnetic, weldability It is also suitable for the manufacture of cold-resistant high-strength welded structures used in the transportation of liquefied gases.
При содержании легирующих элементов (Cr, Ni, Mn, Mo) ниже заявляемого предела невозможно добиться чисто аустенитной структуры и заданных свойств, а также требуемых по изобретению содержаний азота. При больших содержаниях этих элементов хотя и получается аустенитная структура, но образующийся γ-твердый раствор обладает повышенным уровнем прочности при горячей пластической деформации. Повышенное содержание Cr и Mo затрудняет растворение избыточных фаз. Повышенное содержание марганца затрудняет процесс выплавки стали, при повышенном содержании никеля сталь неэкономична.When the content of alloying elements (Cr, Ni, Mn, Mo) below the claimed limit, it is impossible to achieve a purely austenitic structure and desired properties, as well as the nitrogen content required by the invention. At high contents of these elements, although an austenitic structure is obtained, the resulting γ-solid solution has an increased level of strength during hot plastic deformation. The increased content of Cr and Mo makes it difficult to dissolve the excess phases. The high content of manganese complicates the process of steelmaking, with a high content of nickel, steel is uneconomical.
Данная сталь кристаллизуется с выделением γ- и δ-фаз, поэтому для исключения образования в слитке пузырей азота необходимо выполнить следующие условия: содержание азота в стали при температуре ликвидуса должно соответствовать 0,8-1,0 Nγ и N1/Nγ≥1,5, где N1 и Nγ-стандартная растворимость азота в жидком металле и в твердом γ-растворе. Этим условиям отвечает содержание азота в пределах 0,25-0,28 мас.% при заданном по изобретению составе стали по содержанию хрома, никеля, марганца и молибдена. При этом достигается при всех комбинациях содержаний элементов высокое качество слитка, чисто аустенитная структура и требуемые свойства стали, в том числе хорошая свариваемость. При меньшем содержании азота не обеспечивается требуемый уровень мехсвойств и возможно при некоторых комбинациях химсостава появление в структуре феррита. При большем содержании азота в процессе затвердевания данной стали избыточное количество азота, образующееся вследствие образования δ-феррита, не аккумулируется сосуществующими γ-фазой и жидкостью и выделяется в газовую фазу, образуя пузыри и пористость в слитке, слиток не пригоден для дальнейшей обработки.This steel crystallizes with the release of γ and δ phases, therefore, to exclude the formation of nitrogen bubbles in the ingot, the following conditions must be met: the nitrogen content in the steel at the liquidus temperature must correspond to 0.8-1.0 Nγ and N 1 / Nγ≥1, 5, where N 1 and Nγ are the standard solubilities of nitrogen in liquid metal and in solid γ-solution. These conditions are met by a nitrogen content in the range of 0.25-0.28 wt.% With the steel composition specified according to the invention in terms of chromium, nickel, manganese and molybdenum. At the same time, with all combinations of element contents, a high ingot quality, a purely austenitic structure and the required properties of steel, including good weldability, are achieved. With a lower nitrogen content, the required level of mechanical properties is not ensured and, with some combinations of the chemical composition, the appearance of ferrite in the structure is possible. With a higher nitrogen content during the hardening of this steel, the excess amount of nitrogen generated due to the formation of δ ferrite is not accumulated by the coexisting γ phase and liquid and is released into the gas phase, forming bubbles and porosity in the ingot; the ingot is not suitable for further processing.
Содержание в стали редкоземельных элементов в пределах 0,005-0,008 мас.% в виде наноразмерных частиц в количестве не менее 60% от их общего количества стабилизирует размер зерна и допускает нагрев металла перед прокаткой до более высокой температуры, что обеспечивает полное растворение избыточных фаз и получение чисто аустенитной структуры готового металла. Кроме того, достигается более низкое содержание серы, кислорода и водорода в готовой стали по сравнению с обычными методами рафинирования. При меньшем содержании РЗМ не достигается заметного эффекта рафинирования и влияния РЗЭ на структуру стали, при большем их содержании вследствие взаимодействия РЗЭ с футеровкой ковша и шлаком образуется много крупных комплексных включений и наблюдается отрицательный эффект от применения РЗЭ.The content in the steel of rare-earth elements in the range of 0.005-0.008 wt.% In the form of nanosized particles in an amount of at least 60% of their total amount stabilizes the grain size and allows the metal to be heated before rolling to a higher temperature, which ensures complete dissolution of excess phases and obtaining pure austenitic structure of the finished metal. In addition, a lower content of sulfur, oxygen and hydrogen in the finished steel is achieved compared to conventional refining methods. With a lower content of rare-earth metals, a noticeable effect of refining and the effect of rare-earth elements on the structure of steel is not achieved, with a higher content of them due to the interaction of rare-earth elements with the lining of the ladle and slag, many large complex inclusions are formed and the negative effect of the use of rare-earth elements is observed.
Алюминий в указанных пределах обеспечивает необходимую степень раскисления стали перед присадкой РЗЭ (≤0,0025 мас.%). Меньшее количество алюминия не позволяет обеспечить требуемое общее содержание кислорода в металле, большее содержание алюминия приводит к выделению высокотемпературных нитридов алюминия и затрудняет получение чисто аустенитной структуры.Aluminum within the specified limits provides the necessary degree of steel deoxidation before REE additive (≤0.0025 wt.%). A smaller amount of aluminum does not provide the required total oxygen content in the metal, a higher aluminum content leads to the release of high-temperature aluminum nitrides and makes it difficult to obtain a purely austenitic structure.
Кремний в указанных пределах способствует проведению раскисления стали и удалению неметаллических включений, а также обеспечивает допустимую величину эквивалентной концентрации хрома Crэ. При большем содержании кремния увеличивается Crэ и в структуре стали возможно появление феррита. При меньшем содержании кремния затрудняется процесс раскисления стали.Silicon within the specified limits contributes to the deoxidation of steel and the removal of non-metallic inclusions, and also provides an acceptable value for the equivalent concentration of chromium Cr e . At a higher silicon content, Cr e increases and ferrite may appear in the steel structure. With a lower silicon content, the process of steel deoxidation is hindered.
Присутствие примесей усложняет получение заданной структуры и свойств и уменьшает эффект введения азота в сталь. Поэтому, как правило, стали, легированные азотом, выплавляются по технологиям чистой стали. Требуемый по изобретению предел содержаний вредных примесей P ≤0,010, S ≤0,0025, Cu ≤0,05, Sn ≤0,005, Pb ≤0,005, As ≤0,005, Bi ≤0,005 в стали обеспечивает наибольший при заданном содержании легирующих элементов уровень свойств. При большем содержании примесей проявляется их отрицательное влияние на структуру и свойства стали и процессы структурообразования. Существенно меньшее содержание примесей в настоящее время технологически невозможно.The presence of impurities makes it difficult to obtain a given structure and properties and reduces the effect of introducing nitrogen into steel. Therefore, as a rule, steels alloyed with nitrogen are smelted using pure steel technologies. The content of harmful impurities required by the invention P ≤ 0.010, S ≤ 0.0025, Cu ≤ 0.05, Sn ≤ 0.005, Pb ≤ 0.005, As ≤ 0.005, Bi ≤ 0.005 in steel provides the highest level of properties for a given content of alloying elements. With a higher content of impurities, their negative effect on the structure and properties of steel and the processes of structure formation is manifested. A substantially lower content of impurities is currently technologically impossible.
Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.
Способ получения конструкционной криогенной аустенитной высокопрочной свариваемой стали включает загрузку в печь шихты из расчета получения стали следующего состава: С - 0,05-0,07, Cr - 18,0-20,0, Ni - 5,0-7,0, Mn - 8,0-10,0, Мо - 1,4-1,8, Si - 0,25-0,35, N - 0,25-0,28, Al - 0,015-0,035, Cu ≤0,05, S ≤0,0025, P ≤0,010, Sn ≤0,005, Pb ≤0,005, Bi ≤0,005, As ≤0,005, Fe и примеси - остальное.A method of obtaining structural cryogenic austenitic high-strength weldable steel includes loading into the furnace a mixture based on the preparation of steel of the following composition: C - 0.05-0.07, Cr - 18.0-20.0, Ni - 5.0-7.0, Mn - 8.0-10.0, Mo - 1.4-1.8, Si - 0.25-0.35, N - 0.25-0.28, Al - 0.015-0.035, Cu ≤0, 05, S ≤0.0025, P ≤0.010, Sn ≤0.005, Pb ≤0.005, Bi ≤0.005, As ≤0.005, Fe and impurities - the rest.
Содержание азота в стали выбирают из соотношения 0,8-1,0 от его растворимости в γ-фазе при температуре ликвидуса, при отношении растворимости в жидкости при температуре ликвидуса не меньше 1,5 к максимальному содержанию азота в стали. Данная сталь кристаллизуется с выделением γ - и δ-фаз. Растворимость азот в δ-фазе меньше, чем в γ-фазе и жидком металле в процессе кристаллизации. При выполнении указанных выше условий образующееся при образовании δ-фазы в расплаве избыточное содержание азота распределяется между жидкостью и γ-фазой и не выделяется в пузыри. Если содержание азота в металле перед кристаллизацией больше, чем это допустимо по указанным соотношениям, то жидкость и γ-фаза не смогут аккумулировать избыточное содержание азота, тогда азот выделяется в пузыри. Этим условиям отвечает содержание азота в пределах 0,25-0,28 мас.% при заданном по изобретению составе стали по содержанию хрома, никеля, марганца и молибдена. При этом достигается при всех комбинациях содержаний элементов высокое качество слитка, чисто аустенитная структура и требуемые свойства стали, в том числе хорошая свариваемость.The nitrogen content in the steel is selected from a ratio of 0.8-1.0 of its solubility in the γ phase at liquidus temperature, with a solubility ratio in liquid at a liquidus temperature of at least 1.5 to the maximum nitrogen content in steel. This steel crystallizes with the release of γ and δ phases. The solubility of nitrogen in the δ phase is less than in the γ phase and liquid metal during crystallization. Under the above conditions, the excess nitrogen content formed during the formation of the δ phase in the melt is distributed between the liquid and the γ phase and is not released into the bubbles. If the nitrogen content in the metal before crystallization is greater than is allowed by the indicated ratios, then the liquid and the γ phase will not be able to accumulate the excess nitrogen content, then nitrogen is released into the bubbles. These conditions are met by a nitrogen content in the range of 0.25-0.28 wt.% With the steel composition specified according to the invention in terms of chromium, nickel, manganese and molybdenum. At the same time, with all combinations of element contents, a high ingot quality, a purely austenitic structure and the required properties of steel, including good weldability, are achieved.
Затем по стандартной технологии проводят плавку, выпуск полупродукта в ковш, рафинирование расплава от примесей методами внепечной обработки и раскисление расплава. В настоящее время применяется типичная технологическая схема производства коррозионно-стойких азотсодержащих сталей: дуговая сталеплавильная печь → аргонокислородное (AOD) или вакуумное обезуглероживание (VOD, ASEA-SKF) → обработка на установке ковш-печь → разливка. Для обеспечения требуемого содержания примесей в готовом металле плавку проводят на чистой шихте либо на предварительно рафинированном от серы и фосфора чугуне в случае технологии плавки на жидкой шихте. Выпуск полупродукта производится с отсечкой печного шлака. Технология внепечной обработки зависит от типа агрегатов, но общим является наличие окислительного (окисление углерода) и восстановительного (восстановление хрома, глубокая десульфурация и легирование азотом) периодов. Легирование азотом преимущественно производится из газовой фазы, но возможно и применение азотированных ферросплавов. Отличием является режим ввода редкоземельных элементов, которые вводятся в глубоко рафинированный и раскисленный расплав. Присадку редкоземельных элементов проводят при достижении содержания серы и кислорода в расплаве не более 0,0025 мас.% и 0,0025 мас.% соответственно. После присадки РЗЭ проводится удаление крупных неметаллических включений путем продувки расплава при небольшом расходе газа или при слабом электромагнитном перемешивании. Длительность операции зависит от массы металла. При этих условиях достигается требуемое общее содержание в стали редкоземельных элементов в пределах 0,005-0,008 мас.% и в виде наноразмерных частиц в количестве не менее 60% от их общего содержания.Then, according to standard technology, smelting is carried out, the semi-product is released into the ladle, the melt is refined from impurities by methods of out-of-furnace treatment, and the melt is deoxidized. Currently, a typical technological scheme for the production of corrosion-resistant nitrogen-containing steels is used: arc steel-smelting furnace → argon-oxygen (AOD) or vacuum decarburization (VOD, ASEA-SKF) → ladle furnace processing → casting. To ensure the required content of impurities in the finished metal, smelting is carried out on a clean charge or on cast iron previously refined from sulfur and phosphorus in the case of liquid smelting technology. Intermediate is produced with cut-off of furnace slag. The technology of out-of-furnace treatment depends on the type of aggregates, but the presence of oxidizing (carbon reduction) and reducing (chromium reduction, deep desulfurization and nitrogen doping) periods is common. Nitrogen doping is mainly carried out from the gas phase, but nitrided ferroalloys can also be used. The difference is the mode of input of rare-earth elements, which are introduced into a deeply refined and deoxidized melt. The addition of rare earth elements is carried out when the content of sulfur and oxygen in the melt is not more than 0.0025 wt.% And 0.0025 wt.%, Respectively. After the addition of REE, large non-metallic inclusions are removed by purging the melt with a small gas flow rate or with weak electromagnetic stirring. The duration of the operation depends on the mass of the metal. Under these conditions, the required total content of rare-earth elements in steel is achieved in the range of 0.005-0.008 wt.% And in the form of nanosized particles in an amount of not less than 60% of their total content.
Пример возможной реализации технологии выплавки стали заявленного состава. В настоящее время стандартной технологической схемой производства нержавеющих, легированных азотом сталей является дуплекс процесс дуговая сталеплавильная печь - агрегат внепечного рафинирования стали (AOD, VOD, ASEA-SKF). Рассмотрим пример выплавки стали заявленного состава с использованием агрегата комплексной обработки стали ASEA-SKF.An example of a possible implementation of steelmaking technology of the claimed composition. Currently, the standard technological scheme for the production of stainless steel alloyed with nitrogen is the duplex process of an arc steel-smelting furnace - a unit for out-of-furnace steel refining (AOD, VOD, ASEA-SKF). Consider an example of steelmaking of the claimed composition using the ASEA-SKF complex steel processing unit.
Технология выплавки стали включает следующие операции: выплавку полупродукта в сталеплавильном агрегате; выпуск полупродукта в приемный сталеразливочный ковш с последующим переливом металла в специальный ковш-печь установки ASEA-SKF с отсечкой печного шлака; обработку жидкого металла в ковше установки ASEA-SKF и разливку готового металла.The technology of steel smelting includes the following operations: smelting of the intermediate in the steelmaking unit; the release of the intermediate into the receiving steel-pouring ladle with the subsequent overflow of metal into a special ladle furnace of the ASEA-SKF installation with cut-off of furnace slag; processing liquid metal in the ladle of the ASEA-SKF installation and casting of finished metal.
При необходимости металл в печи перед выпуском раскисляется 20%-ным ферросилицием. Во время перелива металла в ковш установки ASEA-SKF присаживается свежеобожженная известь (6,5 кг/т) с последующим доведением ее количества до 12 кг/т.If necessary, the metal in the furnace before deoxidation is deoxidized with 20% ferrosilicon. During metal overflowing, freshly burnt lime (6.5 kg / t) is planted in the bucket of the ASEA-SKF installation, followed by bringing its amount to 12 kg / t.
Обработка стали на установке ASEA-SKF. За время выпуска из печи, перелива в специальный ковш и транспортировки на стенд ASEA-SKF температура полупродукта снижается более чем на 100°C (с 1630-1650°C до 1530-1550°C), поэтому обработка начинается на стенде подогрева. По достижении температуры 1600-1620°C ковш перемещается на стенд вакуумирования, накрывается вакуумплотной крышкой, и последовательным включением ступеней пароэжекторного насоса создается разрежение. Визуально с помощью телевизионной системы фиксируется момент начала и окончания кипения металла. Интенсивное кипение металла начинается при давлении 400-450 мм рт.ст. Дальнейшее снижение давления вплоть до 0,5-0,1 мм рт.ст. контролируется по интенсивности кипения, с учетом исключения выбросов металла и шлака. Примерно за 5 мин до окончания вакуумирования присаживается кремний до его марочного содержания. При минимальном давлении металл выдерживается не менее 10 мин, после чего вакуумирование прекращается. Период вакуумирования совмещается с продувкой жидкого металла кислородом через верхнюю фурму и, при необходимости, продувкой аргоном через пористую пробку, установленную в днище ковша.Steel processing at ASEA-SKF. During the time of discharge from the furnace, overflowing into a special bucket and transporting to the ASEA-SKF stand, the temperature of the intermediate product decreases by more than 100 ° C (from 1630-1650 ° C to 1530-1550 ° C), so the processing starts on the heating stand. Upon reaching a temperature of 1600-1620 ° C, the bucket moves to the evacuation stand, is covered with a vacuum tight lid, and vacuum is created by successively switching on the steps of the steam jet pump. Visually, using a television system, the moment of the beginning and end of boiling of metal is recorded. Intensive boiling of the metal begins at a pressure of 400-450 mm Hg. A further decrease in pressure up to 0.5-0.1 mm Hg controlled by the intensity of boiling, taking into account the exclusion of metal and slag emissions. About 5 minutes before the end of the evacuation, silicon is seated to its branded content. At minimum pressure, the metal is held for at least 10 minutes, after which evacuation ceases. The evacuation period is combined with blowing the liquid metal with oxygen through the upper lance and, if necessary, blowing argon through a porous plug installed in the bottom of the bucket.
По окончании вакуумирования камера заполняется азотом и металл раскисляется алюминием из расчета 300 г/т. Содержание кислорода после вакуумирования и присадки алюминия должно составлять не более 0,0025%, если больше, то дополнительно присаживается алюминий порядка 100 г/т.At the end of the evacuation, the chamber is filled with nitrogen and the metal is deoxidized with aluminum at a rate of 300 g / t. The oxygen content after evacuation and aluminum addition should not be more than 0.0025%, if more, then aluminum of about 100 g / t is additionally deposited.
Затем металл подогревается, раскисляется шлак присадками порошка силикокальция или алюминия и под этим шлаком проводится окончательная десульфурация металла до содержание серы не более 0,0025%. Для более эффективной десульфурации металл продувается аргоном.Then the metal is heated, the slag is deoxidized with silicocalcium or aluminum powder additives, and the final desulfurization of the metal is carried out under this slag to a sulfur content of not more than 0.0025%. For more effective desulfurization, the metal is purged with argon.
После достижения содержаний серы и кислорода в металле не более 0,0025% каждого и достижении температуры 1595-1605°C с помощью телескопического приспособления в металл на глубину ~1/3 от днища в металлической бочке присаживаются редкоземельные элементы (РЗЭ) из расчета 1000 г/т. Для более эффективного усвоения РЗЭ штангу с бочкой в расплаве необходимо перемещать в горизонтальной плоскости. После полного растворения РЗЭ металл выдерживается в ковше в течение 15 мин с непрерывным слабым перемешиванием его статором электромагнитного перемешивания с целью удаления крупных неметаллических включений (промывка от неметаллических включений). Содержание кислорода в металле по завершении данной операции должно быть меньше 0,0025%, а общее содержание РЗЭ - 0,005-0,008%.After reaching a sulfur and oxygen content in the metal of not more than 0.0025% of each and reaching a temperature of 1595-1605 ° C with the help of a telescopic device, rare earth elements (REE) of 1000 g are planted in the metal to a depth of ~ 1/3 of the bottom in a metal barrel / t For more effective assimilation of REE, the rod with the barrel in the melt must be moved in a horizontal plane. After complete dissolution of the REE, the metal is aged in the ladle for 15 minutes with continuous weak mixing by the electromagnetic stirring stator in order to remove large non-metallic inclusions (washing from non-metallic inclusions). The oxygen content in the metal at the end of this operation should be less than 0.0025%, and the total REE content should be 0.005-0.008%.
Насыщение расплава азотом происходит медленно, поэтому легирование стали азотом целесообразно производить комбинированно, то есть азотированным феррохромом и из газовой фазы при донной продувке путем замены аргона на азот в восстановительный период обработки металла на установке ASEA-SKF.The saturation of the melt with nitrogen occurs slowly, therefore, it is advisable to alloy steel with nitrogen in combination, i.e., nitrided ferrochrome and from the gas phase during bottom purging by replacing argon with nitrogen during the recovery period of metal treatment at the ASEA-SKF installation.
Суммарное время пребывания ковша на установке ASEA-SKF составит 110-120 мин.The total bucket dwell time at the ASEA-SKF is 110-120 minutes.
В опытном порядке сталь заявленного состава была выплавлена в индукционной печи вместимостью 50 кг по жидкому металлу с использованием описанных выше особенностей технологии выплавки азотсодержащих коррозионно-стойких сталей. Использовали чистые шихтовые материалы: железо ЖР, электролитический никель, чистые хром и марганец, азотированный феррохром. Слиток был прокован и прокатан на разные толщины. Механические свойства заявляемой стали после горячей прокатки соответствуют требованиям изобретения, таблица 1.Experimentally, the steel of the claimed composition was smelted in an induction furnace with a capacity of 50 kg for molten metal using the above-described features of the technology for smelting nitrogen-containing corrosion-resistant steels. Pure charge materials were used: iron, electrolytic nickel, pure chromium and manganese, nitrided ferrochrome. The ingot was forged and rolled to different thicknesses. The mechanical properties of the inventive steel after hot rolling correspond to the requirements of the invention, table 1.
Claims (2)
при этом не менее 60% от общего количества РЗЭ содержатся в виде наноразмерных частиц.1. Structural cryogenic austenitic high-strength weldable steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, which it contains copper, sulfur, phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic, characterized the fact that it additionally contains rare earth elements (REE) in the following ratio of components, in wt.%:
however, at least 60% of the total amount of REEs are contained in the form of nanosized particles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103080/02A RU2585899C1 (en) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103080/02A RU2585899C1 (en) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2585899C1 true RU2585899C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015103080/02A RU2585899C1 (en) | 2015-02-02 | 2015-02-02 | Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2585899C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU773134A1 (en) * | 1978-10-04 | 1980-10-23 | Предприятие П/Я Г-4128 | Stainless steel |
| SU874761A1 (en) * | 1979-09-28 | 1981-10-23 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им. И.П.Бардина | Corrosion-resistant weldable steel |
| EP1645649A1 (en) * | 2003-06-10 | 2006-04-12 | Sumitomo Metal Industries Limited | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
| EP1495150B1 (en) * | 2002-03-25 | 2007-05-09 | Park, Yong Soo | High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability |
| RU2392348C2 (en) * | 2008-08-20 | 2010-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel |
| WO2012043877A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Austenite high-manganese stainless steel, manufacturing method therefor, and member using said steel |
-
2015
- 2015-02-02 RU RU2015103080/02A patent/RU2585899C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU773134A1 (en) * | 1978-10-04 | 1980-10-23 | Предприятие П/Я Г-4128 | Stainless steel |
| SU874761A1 (en) * | 1979-09-28 | 1981-10-23 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им. И.П.Бардина | Corrosion-resistant weldable steel |
| EP1495150B1 (en) * | 2002-03-25 | 2007-05-09 | Park, Yong Soo | High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability |
| EP1645649A1 (en) * | 2003-06-10 | 2006-04-12 | Sumitomo Metal Industries Limited | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
| RU2392348C2 (en) * | 2008-08-20 | 2010-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel |
| WO2012043877A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-05 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Austenite high-manganese stainless steel, manufacturing method therefor, and member using said steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102071287B (en) | Method for melting high-temperature-resistance and high-pressure-resistance alloy steel | |
| RU2451090C1 (en) | Method for making structural steel of reduced and specified hardness penetration | |
| JP6245417B1 (en) | Steel | |
| CN109097680B (en) | Method for manufacturing high-manganese high-aluminum nonmagnetic steel plate smelted by 50t intermediate frequency induction furnace | |
| JP5277556B2 (en) | Method for producing Ti-containing ultra-low carbon steel and method for producing Ti-containing ultra-low carbon steel slab | |
| CN103741006A (en) | Preparation method of Ti-containing low-nitrogen stainless steel | |
| CN104060157A (en) | Hypereutectic high-chromium white cast iron and preparation method thereof | |
| RU2545856C2 (en) | High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method | |
| RU2375462C2 (en) | Wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts | |
| RU2469117C1 (en) | Melting method of carbon-free heat-resistant steel | |
| RU2584315C1 (en) | Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant, including bioactive media, welded steel and method of processing | |
| JP2005023346A (en) | METHOD OF REFINING Ni BASED ALLOY HAVING EXCELLENT HOT WORKABILITY | |
| JP2010144195A (en) | Method for manufacturing high nitrogen-containing stainless steel | |
| RU2585899C1 (en) | Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof | |
| RU2443785C1 (en) | Flux cored wire filler for out-of-furnace treatment of metallurgical melts | |
| RU2657741C1 (en) | Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method | |
| JP6809243B2 (en) | Continuously cast steel slabs and their manufacturing methods | |
| RU2437739C1 (en) | Method of producing free-cutting steel am-14 | |
| RU2746599C1 (en) | Sparingly alloyed cold-resistant high-strength steel | |
| RU2363736C2 (en) | Method and charge for manufacturing of structural steel with reduced hardenability | |
| RU2456349C1 (en) | Procedure for out-of-furnace treatment of iron-carbon melt | |
| RU2569621C1 (en) | Method of producing niobium-containing steel | |
| RU2385948C2 (en) | Method of receiving of stainless austenitic steel | |
| RU2499839C1 (en) | Steel making method | |
| SU1068526A1 (en) | Alloy for alloying and reducing steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170203 |