RU2608251C1 - Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь - Google Patents
Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608251C1 RU2608251C1 RU2015149503A RU2015149503A RU2608251C1 RU 2608251 C1 RU2608251 C1 RU 2608251C1 RU 2015149503 A RU2015149503 A RU 2015149503A RU 2015149503 A RU2015149503 A RU 2015149503A RU 2608251 C1 RU2608251 C1 RU 2608251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nitrogen
- strength
- cold
- resistant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионностойкой и хладостойкой аустенитной высокопрочной стали, используемой в машиностроении, в частности, для изготовления высокопрочных конструкций, работающих в условиях пониженных климатических температур, в том числе – в морской воде в климатических условиях Арктики и Антарктики. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,06–0,07, хром 20–22, никель 9–12, марганец 5–7, молибден 1–2, азот 0,3–0,4, кремний не более 1, сера не более 0,005, фосфор не более 0,009, кальций 0,001-0,01, селен 0,005-0,01, железо и неизбежные примеси остальное. Сталь обладает требуемым комплексом свойств в условиях пониженных климатических температур. 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионностойкой и хладостойкой аустенитной высокопрочной стали, которая может быть использована в машиностроении, в том числе - для изготовления высокопрочных конструкций, работающих в условиях пониженных климатических температур, в т.ч. в морской воде (в климатических условиях Арктики и Антарктики).
Основные требования к таким материалам – высокий уровень прочности и ударной вязкости при пониженных температурах и стойкость против коррозии. С учетом этого сталь должна содержать:
- для обеспечения коррозионной стойкости – хром, молибден, азот;
- для обеспечения высокой прочности– азот;
-для стабилизации аустенита - азот, никель, марганец;
- для повышения уровня ударной вязкости при низких температурах – никель (основной легирующий элемент, эффективно влияющий на характеристики сталей в области пониженных климатических температур);
- для повышения растворимости азота в железе – марганец.
Хром и молибден также повышают растворимость азота в твердых растворах на основе железа. По данным Британской ассоциации коррозионностойких сталей (BRITISH STAINLESS STEELASS OCIATION) наилучший выбор сталей для очень низких температур – это стали, в которых аустенит стабилизирован добавками азота, например 304LN(www.bssa.org.uk).
Известна коррозионностойкая конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения (RU №2545856, опубл. 10.04.2015), содержащая (мас.%): углерод - 0,05-0,07; хром 18,0-20,0; никель 5,0-7,0; марганец 8,0-10,0; молибден 1,4-1,8; кремний 0,25-0,35; азот 0,25-0,28; алюминий 0,0015-0,0035; РЗЭ 0,005-0,008; медь 0,05; сера 0,0025; фосфор 0,010; олово 0,005; свинец 0,005; висмут 0,005; мышьяк 0,005; железо остальное.
Способ получения данной стали включает загрузку в печь шихты, плавку, выпуск полупродукта в ковш, рафинирование расплава от примесей методами внепечной обработки, раскисление расплава и присадку редкоземельных элементов.
Недостатком данной стали является относительно низкое содержание никеля в такой стали, что не позволяет обеспечить значения ударной вязкости при комнатной температуре свыше 259 Дж/см2, а содержание азота не более 0,28% не позволяет обеспечить придел текучести при 20°С более 545 МПа.
Известна сталь с более высоким содержанием никеля – высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая свариваемая сталь(RU №2205889, опубл. 10.06.2003), содержащая компоненты в следующем соотношении (мас. %): углерод 0,04-0,90, кремний 0,10-0,60, марганец 5,0-12,0, хром 19-21, никель 4,5-9,0, молибден 0,5-1,5, ванадий 0,10-0,55, кальций 0,005-0,010, ниобий 0,03-0,30, азот 0,40-0,70, неизбежные примеси и железо - остальное. Для значений концентраций легирующих элементов должно выполняться условие: [Ni]+0,1[Mn] -0,01[Mn]2+18[N]+30[C]/[Cr]+1,5[Mo]+0,48[Si]+2,3[V]+1,75[Nb]=0,70-0,90. Соотношение содержания углерода к содержанию азота должно быть равно 0,05-0,15.
Недостатком данной стали является большой интервал по содержанию основных легирующих элементов, содержание аустенитообразующих элементов на нижнем уровне, а ферритообразующих на верхнем уровне в структуре стали приводит к образованию феррита. Кроме того, при выплавке стали с максимальным содержанием ниобия и ванадия, сталь будет иметь недостаточно высокие характеристики пластичности и вязкости стали из-за выделения крупноразмерных как карбидов, так и нитридов ниобия и ванадия, в т.ч. по границам аустенитного зерна, что приведет к падению ударной вязкости при пониженных температурах.
Наиболее близким техническим решением к предложенной стали является аустенитная коррозионно-стойкая высокопрочная сталь (RU №2218446, опубл. 10.12.2003) следующего химического состава (мас.%): углерод – 0,02-0,06; хром 20,0-24,0; марганец 4,0 -8,0; никель 7,0-12,0; Молибден 2,0-4,0; ниобий 0,10-0,30; азот 0,40-0,70; бор 0,001-0,003; церий 0,001-0,050. Железо и неизбежные примеси остальное, при выполнении соотношения (Cr+Mn+Mo)=28,5-32,5.
Недостатком этой стали является низкий уровень механических свойств при пониженных температурах. Содержание молибдена выше 2% при выплавке на нижнем пределе по содержанию марганца и азота может привести к образованию дельта–феррита, что снизит характеристики пластичности и ударной вязкости и может вызвать образование трещин при горячей прокатке стали. Несколько завышенное содержание азота, при предельной растворимости его в твердом растворе до 0,4% может привести к образованию пористости из-за образования газообразного азота при выплавке и сварке. Отсутствие регламентированного содержания примесных элементов может привести к ухудшению пластичности и ударной вязкости.
Задачей предлагаемого изобретения является получение хладостойкой аустенитной высокопрочной стали, используемой в условиях пониженных климатических температур.
Поставленная задача достигается за счет того, что хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь, содержащая углерод, марганец, хром, никель, молибден, азот, дополнительно содержит кремний, кальций, селен, фосфор и серу при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Углерод 0,06 – 0,7
Хром 20– 22
Никель 9 – 12
Марганец 5 – 7
Молибден 1 – 2
Азот 0,3 – 0,4
Кремний не более 1
Сера не более 0,005
Фосфор не более – 0,009
Кальций 0,001- 0,01%
Селен 0,005-0,01
Железо и неизбежные примеси - остальное
Между компонентами выполняются следующие соотношения:
Ni+30C+30N+0,5Mn+0,8Cr+0,8Mo+1.2Si+0,4Nb>28
1,4Cr+1,4Mo+2,1Si+0,7Nb-Ni-30C-30N+0,5Mo<12,
где Ni, C, N, Mn, Cr, Mo, Si, Nb - содержание химических элементов, %.
Технический результат заключается в получении хладостойкой аустенитной высокопрочной стали, обладающей высоким уровнем прочности и ударной вязкости при пониженных температурах и стойкости против коррозии.
Введение в сталь хрома в количестве 20 – 22% необходимо для обеспечения требуемого уровня коррозионной стойкости и растворимости азота в указанных пределах. При содержании хрома более 22%, а никеля менее 9% и марганца менее 5% сталь будет иметь пониженную пластичность из-за образования феррита и сигма-фазы. С увеличением содержания никеля более 12% невозможно получить сталь с заданным количеством азота. Содержание молибдена более 2% будет способствовать образованию в металле в ферромагнитной фазы (дельта -феррита) и охрупчивающей сталь сигма-фазы. Содержание молибдена менее 1% недостаточно для обеспечения коррозионной стойкости стали и растворимости азота. Содержание азота (0,3-0,4%) обусловлено его предельной растворимостью в твердом растворе, превышение содержания азота может привести к образованию пористости из-за образования газообразного азота при выплавке и сварке. Содержание кремния более 1% ускоряет формирование окручивающих фаз, таких как сигма-фаза, и снижает растворимость азота в твердом растворе. В сплаве необходим контроль примесных элементов – сера не более 0,005, фосфор не более 0,009, отсутствие регламентированного содержания примесных элементов может привести к ухудшению пластичности и ударной вязкости. Для очищения стали от серы и фосфора и связывания остатков этих элементов в высокотемпературные соединения необходимо вводить при выплавке кальций (0,001- 0,01%) и селен (0,005-0,01%). Очищение границ зерен от серы и фосфора с помощью кальция и селена приводит к повышению высокотемпературной пластичности и длительной прочности. Высокие прочностные свойства и коррозионные характеристики также достигаются за счет того, что в стали отсутствую карбидо- и нитридообразующие элементы, таких как Nb и B в результате чего азот и углерод остаются в твердом растворе. При этом состав химических элементов должен удовлетворять требованиям Ni эквивалента и Cr эквивалент в соответствии с диаграммой Schaeffler(G.George, H. Shaikh, in: H.S. Khatak, B. Raj (Eds.), CorrosionofAusteniticStainlessSteels. Mechanism Mitigationand Monitoring, WoodheadPublishing, 2002, pp. 1–36.), в результате чего сталь будет находиться в аустенитной области.
Примеры осуществления
Пример 1. Были отлиты два сплава предлагаемого химического состава (табл.1). Стали предложенного химического состава были отлиты в индукционной печи. После чего стали были подвергнуты гомогенизационному отжигу и ковке.
Химический состав предлагаемого сплава и прототипа представлен на фиг. 1 в Таблице 1, где:1 – Прототип, 2 – Предлагаемый сплав, 3 – Предлагаемый сплав.
Прототип выплавляли в 50-кг индукционной печи и разливали в изложницы для слитков массой 25 кг. Слитки ковали и прокатывали на прутки диаметром 16-20 мм.
Результаты механических испытаний на растяжение по ГОСТ 1497-84 представлены на фиг. 2 в Таблице 2, где σ0,2 - предел текучести условный; σв - предел прочности; δ - относительное удлинение после разрыва, KCV - ударная вязкость.
Механические испытания на растяжение проводились по ГОСТ 1497-84, на определение ударной вязкости − по ГОСТ 9454-78, тип образца KCV.
Как видно из таблицы 2, механические свойства предлагаемого сплава существенно выше свойств прототипа даже при более низкой температуре (-100°С), чем указано для стали прототипа (-60°С), что позволяет полученную конструкционную коррозионностойкую и хладостойкую аустенитную высокопрочную сталь применять в машиностроении, в том числе - для изготовления высокопрочных конструкций, работающих при более низких температурах, а также в морской воде в климатических условиях Арктики и Антарктики.
Claims (13)
-
Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, молибден, азот, кремний, кальций, селен, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: - углерод 0,06-0,07
- хром 20-22
- никель 9-12
- марганец 5-7
- молибден 1-2
- азот 0,3-0,4
- кремний не более 1
- сера не более 0,005
- фосфор не более - 0,009
- кальций 0,001-0,01
- селен 0,005-0,01
- железо и неизбежные примеси остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149503A RU2608251C1 (ru) | 2015-11-18 | 2015-11-18 | Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149503A RU2608251C1 (ru) | 2015-11-18 | 2015-11-18 | Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2608251C1 true RU2608251C1 (ru) | 2017-01-17 |
Family
ID=58456000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015149503A RU2608251C1 (ru) | 2015-11-18 | 2015-11-18 | Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608251C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2657741C1 (ru) * | 2017-01-31 | 2018-06-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь и способ ее обработки |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02173245A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-04 | Kobe Steel Ltd | 避雷器のシーマ金具材 |
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 |
EP1783240A1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-05-09 | Daido Steel Co., Ltd. | High-nitrogen austentic stainless steel |
RU2367710C1 (ru) * | 2008-12-02 | 2009-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
RU2421538C1 (ru) * | 2009-12-02 | 2011-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
EP1626101B1 (en) * | 2004-08-13 | 2015-01-28 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | High-nitrogen austenitic stainless steel |
-
2015
- 2015-11-18 RU RU2015149503A patent/RU2608251C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02173245A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-04 | Kobe Steel Ltd | 避雷器のシーマ金具材 |
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 |
EP1626101B1 (en) * | 2004-08-13 | 2015-01-28 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | High-nitrogen austenitic stainless steel |
EP1783240A1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-05-09 | Daido Steel Co., Ltd. | High-nitrogen austentic stainless steel |
RU2367710C1 (ru) * | 2008-12-02 | 2009-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
RU2421538C1 (ru) * | 2009-12-02 | 2011-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2657741C1 (ru) * | 2017-01-31 | 2018-06-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь и способ ее обработки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6190367B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
US10995394B2 (en) | Steel bar for downhole member, and downhole member | |
JP6048626B1 (ja) | 厚肉高靭性高強度鋼板およびその製造方法 | |
US20190194787A1 (en) | Austenitic Stainless Steel | |
KR102355570B1 (ko) | 고 Mn 강 및 그 제조 방법 | |
KR20130121755A (ko) | 우수한 강도 및 인성을 갖는 증기 터빈 블레이드용 강철 | |
KR20160124131A (ko) | 듀플렉스 스테인레스 강 | |
US20210164067A1 (en) | High-mn steel and method for manufacturing same | |
JP7277715B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 | |
RU2608251C1 (ru) | Хладостойкая аустенитная высокопрочная сталь | |
JP6388967B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
RU2665854C1 (ru) | Толстолистовая хладостойкая сталь | |
RU2374354C1 (ru) | Композиционная сталь для электромагнитного оружия | |
KR102387364B1 (ko) | 고Mn강 및 그의 제조 방법 | |
KR20230156447A (ko) | 새로운 오스테나이트계 스테인리스 합금 | |
KR20200118814A (ko) | 새로운 듀플렉스 스테인리스 강 | |
RU2454478C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая 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 | |
RU2479645C1 (ru) | Сортовой прокат горячекатаный в прутках, круглый | |
RU2484173C1 (ru) | Автоматная свинецсодержащая сталь | |
KR101193780B1 (ko) | 고주파 및 파팅라인부 크랙민감도가 저하된 비조질강 | |
US11248285B2 (en) | Duplex stainless steel | |
KR20230060512A (ko) | 오스테나이트계 스테인리스 강 | |
RU2479644C1 (ru) | Прокат сортовой горячекатаный в прутках, круглый | |
RU2575513C1 (ru) | Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170515 |