RU2625514C1 - Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production - Google Patents

Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2625514C1
RU2625514C1 RU2016125067A RU2016125067A RU2625514C1 RU 2625514 C1 RU2625514 C1 RU 2625514C1 RU 2016125067 A RU2016125067 A RU 2016125067A RU 2016125067 A RU2016125067 A RU 2016125067A RU 2625514 C1 RU2625514 C1 RU 2625514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
content
casting
nitrogen
austenitic
Prior art date
Application number
RU2016125067A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Рудольфович Филонов
Вячеслав Евгеньевич Баженов
Александр Георгиевич Глебов
Людмила Михайловна Капуткина
Дмитрий Ефимович Капуткин
Владимир Эдельбертович Киндоп
Анатолий Григорьевич Свяжин
Инга Владимировна Смарыгина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2016125067A priority Critical patent/RU2625514C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625514C1 publication Critical patent/RU2625514C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: obtain the steel melt, pour it into the mould to obtain the casting and cool it. The steel casting has the following composition, wt %: C 0.05-0.07, Cr 18.0-20.0, Ni 5.0-7.0, Mn 9.0-11.0, Mo 1.4-1.8, Si 0.25-0.35, Cu 3.6-4.0, N 0.14-0.22, Al 0.015-0.035, B 0.05-0.1, S ≤0.0025, P≤0.010, Sn≤0.005, Pb≤0.005, Bi≤0.005, As≤0.005, Fe is the rest. The nitrogen content is related to the contents of chromium, copper, nickel and manganese by the following relationships: at the ratio (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)≤2.50, the nitrogen content is N = 0.14-0.18%, and at the ratio (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)>2.50, the nitrogen content is N = 0.18-0.22%. The casting mechanical processing, its subsequent heating up to the temperature of 1150-1250°C, and the homogenization of at least 2 hours and hardening to the solid solution with the ferrite content in the structure of steel not more than 5%, is carried out.
EFFECT: required strength and corrosion properties in the inorganic and organic media in the cryogenic temperatures field.
2 cl,1 tbl,1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для различных отраслей промышленности, в том числе для изготовления криогенных высокопрочных литых изделий, используемых при транспортировке сжиженных газов.The invention relates to the metallurgy of structural steels containing iron as a basis with a given ratio of alloying and impurity elements, and is intended for various industries, including for the manufacture of cryogenic high-strength cast products used in the transportation of liquefied gases.

Известна нержавеющая аустенитная сталь (RU 2102522 С1, опубл. 20.01.1998). Известная сталь содержит углерод, хром, никель, марганец, азот, кремний, ванадий, медь, молибден, церий, селен, железо при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,06, хром 18-22, никель 15-18, марганец 2-10, азот 0,2-0,5, кремний 0,01-0,45, ванадий 0,1-0,5, медь 0,1-1,5, молибден 0,1-2,5, церий 0,005-0,25, селен 0,05-0,25, железо - остальное, причем при содержании марганца менее 5 содержание азота около 0,3, при содержании марганца более 5 содержание азота 0,4-0,5.Known stainless austenitic steel (RU 2102522 C1, publ. 20.01.1998). Known steel contains carbon, chromium, nickel, manganese, nitrogen, silicon, vanadium, copper, molybdenum, cerium, selenium, iron in the following ratio, wt.%: Carbon 0.01-0.06, chromium 18-22, nickel 15 -18, manganese 2-10, nitrogen 0.2-0.5, silicon 0.01-0.45, vanadium 0.1-0.5, copper 0.1-1.5, molybdenum 0.1-2 5, cerium 0.005-0.25, selenium 0.05-0.25, iron - the rest, and with a manganese content of less than 5, the nitrogen content of about 0.3, with a manganese content of more than 5, the nitrogen content of 0.4-0.5 .

Известная аустенитная сталь обладает повышенным комплексом технологических, механических свойств, а также стабильностью аустенитной структуры, и может быть использована для изготовления высоконагруженных деталей машин и аппаратов криогенной техники.Known austenitic steel has an increased set of technological, mechanical properties, as well as the stability of the austenitic structure, and can be used for the manufacture of highly loaded parts of machines and apparatuses of cryogenic technology.

Недостатки этой стали заключаются в следующем.The disadvantages of this steel are as follows.

Сталь неэкономична, так как имеет высокое содержание дорогостоящих элементов никеля (до 18%) и молибдена (до 2,5%). Так содержание никеля выше, чем в классической аустенитной нержавеющей стали 18-10. В настоящее время для стабилизации аустенитной структуры применяются марганец и азот. Ряд составов стали в заявленных пределах содержаний элементов не может быть реализуем. Например, в данной стали при содержании марганца более 5% допускается содержание азота 0,4-0,5%. Фактически при содержаниях меди выше 1,0% и марганца менее 10% содержание азота должно быть меньше заявленного, так как при затвердевании слитков при содержаниях азота 0,4-0,5% будут образовываться пузыри.Steel is uneconomical, since it has a high content of expensive elements of nickel (up to 18%) and molybdenum (up to 2.5%). So the nickel content is higher than in the classic austenitic stainless steel 18-10. Currently, manganese and nitrogen are used to stabilize the austenitic structure. A number of steel compositions within the declared limits of the element contents cannot be realized. For example, in this steel with a manganese content of more than 5%, a nitrogen content of 0.4-0.5% is allowed. In fact, with copper contents above 1.0% and manganese less than 10%, the nitrogen content should be less than declared, since bubbles will form during solidification of the ingots at 0.4-0.5% nitrogen.

Прототипом первого объекта предлагаемого изобретения является нержавеющая аустенитная литая сталь (RU 2451763 С2, опубл. 27.05.2012).The prototype of the first object of the invention is a stainless austenitic cast steel (RU 2451763 C2, publ. 05.27.2012).

Известная нержавеющая аустенитная литая сталь с содержанием алюминия от более 0 до менее или равным 4% и с содержанием кремния от 0 до 4% и со значениями предела прочности при растяжении более 550 МПа и относительном удлинени при разрыве, превышающем 30%, получена в диапазоне, определенном координатами четырех точек: (Сrэквив.=14; Niэквив=8), (Сrэквив=14; Niэквив=14), (Сrэквив=22; Niэквив=8) и (Сrэквив.=22; Niэквив=16), где хромовый и никелевый эквиваленты рассчитывают, исходя из химического состава литой стали, с использованием соотношений (1) и (2) (мас.%):Known stainless austenitic cast steel with an aluminum content of from more than 0 to less than or equal to 4% and with a silicon content of from 0 to 4% and with tensile strengths of more than 550 MPa and elongation at break exceeding 30%, was obtained in the range defined by the coordinates of four points: (Cr equiv. = 14; Ni equiv. = 8), (Cr equiv. = 14; Ni equiv. = 14), (Cr equiv. = 22; Ni equiv. = 8) and (Cr equiv. = 22; Ni equiv. = 16), where the chromium and nickel equivalents are calculated based on the chemical composition of the cast steel, using ratios (1) and (2) (wt.%):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Остаток состава состоит преимущественно из железа и примесей, содержащихся в литой стали. Эта литая сталь под нагрузкой обнаруживает ПНП-эффект и содержит марганца от 0 до 25%, хрома от 12 до 20%, никеля от 0 до 12%, ниобия от 0 до 1,2%, тантала от 0 до 0,2%, углерода от 0,01 до 0,15%, азота от 0,005 до 0,5%, меди от 0 до 4%, кобальта от 0 до 1%, молибдена от 0 до 4%, вольфрама от 0 до 3%, титана от 0 до 1%, ванадия от 0 до 0.15%.The remainder of the composition consists mainly of iron and impurities contained in cast steel. This cast steel under load detects the PNP effect and contains manganese from 0 to 25%, chromium from 12 to 20%, nickel from 0 to 12%, niobium from 0 to 1.2%, tantalum from 0 to 0.2%, carbon from 0.01 to 0.15%, nitrogen from 0.005 to 0.5%, copper from 0 to 4%, cobalt from 0 to 1%, molybdenum from 0 to 4%, tungsten from 0 to 3%, titanium from 0 to 1%, vanadium from 0 to 0.15%.

Недостатки этой стали заключаются в следующем.The disadvantages of this steel are as follows.

Диапазон заданных по изобретению концентраций легирующих элементов включает большое количество легированных сталей с существенно различными структурой и свойствами, то есть он не дает конкретной информации о составе предлагаемой в изобретении стали. Большинство комбинаций составов по данному изобретению на диаграмме Шеффлера находятся в мартенситной или двухфазных мартенсит + аустенит, аустенит + феррит областях, то есть не являются аустенитными, что не соответствует задаче предлагаемого изобретения. Сталь также неэкономична, так как содержит такие элементы, как: никель до 12%, молибден до 4%, вольфрам до 3%, титан до 1%, кобальт до 1%, ниобий до 1,2%, тантал до 0,2%. В изобретении не оговорены соотношения между азотом, титаном и алюминием, от которых зависит структура стали, количество избыточных фаз и свойства стали.The range of alloying element concentrations specified according to the invention includes a large number of alloyed steels with substantially different structure and properties, that is, it does not provide specific information about the composition of the steel proposed in the invention. Most combinations of the compositions of this invention in the Scheffler diagram are in martensitic or biphasic martensite + austenite, austenite + ferrite regions, that is, they are not austenitic, which does not correspond to the objective of the invention. Steel is also uneconomical, as it contains elements such as: nickel up to 12%, molybdenum up to 4%, tungsten up to 3%, titanium up to 1%, cobalt up to 1%, niobium up to 1.2%, tantalum up to 0.2% . The invention does not specify the relationship between nitrogen, titanium and aluminum, on which the structure of the steel, the number of excess phases and the properties of the steel depend.

Прототипом второго объекта предлагаемого изобретения является способ получения нержавеющей аустенитной литой стали (RU 2451763 С2, опубл. 27.05.2012).The prototype of the second object of the invention is a method for producing stainless austenitic cast steel (RU 2451763 C2, publ. 27.05.2012).

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.The method of producing stainless austenitic cast steel having a tensile strength of more than 550 MPa and elongation at break exceeding 30%, which has a PNP effect under load.

Способ включает получение сплава с содержанием компонентов, указанных выше, заливку расплава в литейную форму, после чего полученную литую сталь подвергают термической обработке.The method includes obtaining an alloy containing the components indicated above, pouring the melt into a mold, after which the resulting cast steel is subjected to heat treatment.

Недостатком способа получения является сложность осуществления способа в производстве в связи с большим количеством легирующих дорогостоящих элементов, а также отсутствие информации о режимах термообработки, что не позволит получить заявленную структуру стали без проведения дополнительных исследований.The disadvantage of the production method is the difficulty of implementing the method in production due to the large number of alloying expensive elements, as well as the lack of information about the heat treatment modes, which will not allow to obtain the claimed steel structure without additional research.

В первом объекте предлагаемого изобретения технический результат заключается в обеспечении высоких прочностных и коррозионных свойств в неорганических и органических средах в области криогенных температур, а также в экономичности предложенной стали в связи с небольшим количеством легирующих элементов, в повышении технологичности стали при следующих характеристиках:In the first object of the invention, the technical result is to provide high strength and corrosion properties in inorganic and organic environments in the field of cryogenic temperatures, as well as in the economy of the proposed steel due to the small number of alloying elements, in improving the processability of steel with the following characteristics:

- прочность при комнатной температуре, σв≥600 МПа;- strength at room temperature, σ in ≥600 MPa;

- коррозионная устойчивость в неорганических и органических средах;- corrosion resistance in inorganic and organic environments;

- стабильная аустенитная структура в области низких температур, МH≤-240°С, Мд30≤-40.- stable austenitic structure at low temperatures, M H ≤-240 ° C, M d30 ≤-40.

Технический результат в первом объекте предлагаемого изобретения достигается следующим образом.The technical result in the first object of the invention is achieved as follows.

Литейная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая в неорганических и органических средах криогенная сталь содержит углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, азот, алюминий, железо и примеси, в качестве которых она содержит серу, фосфор, олово, свинец, висмут и мышьяк. Она дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:Austenitic foundry high-strength corrosion-resistant inorganic and organic media cryogenic steel contains carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, as it contains sulfur, phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic . It additionally contains copper and boron in the following ratio of components, wt.%:

С - 0,05-0,07C - 0.05-0.07

Cr - 18,0-20,0Cr - 18.0-20.0

Ni - 5,0-7,0Ni - 5.0-7.0

Mn - 9,0-11,0Mn - 9.0-11.0

Мо - 1,4-1,8,Mo - 1.4-1.8,

Si - 0,25-0,35Si - 0.25-0.35

Cu - 3,6-4,0Cu - 3.6-4.0

N - 0,14-0,22N - 0.14-0.22

Al - 0,015-0,035Al - 0.015-0.035

В - 0,05-0,1B - 0.05-0.1

S≥0,0025S≥0.0025

Р≤0,010P≤0.010

Sn≤0,005Sn≤0.005

Pb≤0,005Pb≤0.005

Bi≤0,005Bi≤0.005

As≤0,005As≤0.005

Fe - остальное.Fe is the rest.

При этом содержание феррита в структуре не более 5%, а содержание азота связано с содержаниями хрома, меди, никеля и марганца следующими соотношениями: при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)≤2,50 равно N=0,14-0,18%, а при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)>2,50 равно N=0,18-0,22%.In this case, the ferrite content in the structure is not more than 5%, and the nitrogen content is associated with the contents of chromium, copper, nickel and manganese in the following ratios: for the ratio (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn) ≤ 2.50 it is equal to N = 0.14 -0.18%, and with the ratio (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn)> 2.50 it is equal to N = 0.18-0.22%.

Во втором объекте предлагаемого изобретения технический результат заключается в простоте реализации данного способа в производстве, в возможности получения требуемого содержания азота при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах.In the second object of the invention, the technical result consists in the simplicity of the implementation of this method in production, in the possibility of obtaining the required nitrogen content during smelting at normal pressure in existing units.

Технический результат второго объекта предлагаемого изобретения достигается следующим образом.The technical result of the second object of the invention is achieved as follows.

Способ получения литейной аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой стали в неорганических и органических средах криогенной стали включает получение расплава стали, заливку расплава в литейную форму с получением отливки, охлаждение отливки, механическую обработку, последующий нагрев отливки до температуры 1150-1250°С, гомогенизацию не менее 2 часов и ее закаливание на твердый раствор.A method for producing austenitic casting high-strength corrosion-resistant steel in inorganic and organic environments of cryogenic steel involves producing a steel melt, pouring the melt into a casting mold to produce a casting, cooling the casting, machining, subsequent heating of the casting to a temperature of 1150-1250 ° C, homogenization of at least 2 hours and its hardening on a solid solution.

Преимуществами предложенной в изобретении стали и способа ее получения и обработки является то, что при заявленном содержании основных элементов С, Cr, Ni, Mn, Мо, Cu, В и содержании азота, выбранном по соотношению N=0,14-0,18% при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)≤2,50 и 0,18-0,22% при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)>2,50, равновесная базовая структура стали в рекомендуемом интервале температур термообработки состоит из γ-фазы, что гарантированно обеспечивает получение в реальных технологических условиях чисто аустенитной или аустенитной с содержанием не более 5% феррита структуры и требуемого комплекса свойств.The advantages of the steel proposed in the invention and the method for its preparation and processing is that when the declared content of the main elements is C, Cr, Ni, Mn, Mo, Cu, B and the nitrogen content is selected in the ratio N = 0.14-0.18% with a ratio of (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn) ≤ 2.50 and 0.18-0.22% with a ratio of (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn)> 2.50, the equilibrium basic structure of steel in the recommended the temperature range of the heat treatment consists of a γ-phase, which is guaranteed to provide in real technological conditions pure austenitic or austenitic with a content of not more than 5% ferrite structure the desired set of properties.

Предлагаемая сталь отличается также высокой экономичностью, так как имеет небольшое количество недефицитных легирующих элементов, небольшое содержание никеля, и высокой технологичностью, так как требуемое содержание азота может быть получено при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах.The proposed steel is also highly economical, as it has a small number of non-deficient alloying elements, a low nickel content, and high processability, since the required nitrogen content can be obtained by smelting at normal pressure in existing units.

Содержание углерода в пределах 0,05-0,07% способствует получению в стали аустенитной структуры, обеспечивает совместно с азотом необходимое упрочнение стали в процессе термической обработки и достаточную коррозионную стойкость. При большем содержании углерода в стали уменьшается коррозионная стойкость, повышается склонность к МКК, увеличивается склонность к хрупкому разрушению.The carbon content in the range of 0.05-0.07% contributes to the formation of an austenitic structure in steel, provides, together with nitrogen, the necessary hardening of the steel during heat treatment and sufficient corrosion resistance. With a higher carbon content in steel, the corrosion resistance decreases, the tendency to MCC increases, and the tendency to brittle fracture increases.

Хром, никель, марганец и молибден в заданных пределах при содержании меди 3,6-4,0 мас.% и азота 0,14-0,22 мас.% при всех возможных комбинациях содержаний этих элементов в области составов, определяемой изобретением, обеспечивают в готовой стали стабильную чисто аустенитную структуру, требуемые механические свойства и пригодность для изготовления хладостойких высокопрочных деталей, используемых в криогенной технике и при транспортировке сжиженных газов.Chromium, nickel, manganese and molybdenum within specified limits with a copper content of 3.6-4.0 wt.% And nitrogen 0.14-0.22 wt.% For all possible combinations of the contents of these elements in the composition range defined by the invention, provide in the finished steel, a stable pure austenitic structure, the required mechanical properties and suitability for the manufacture of cold-resistant high-strength parts used in cryogenic technology and in the transportation of liquefied gases.

При содержании легирующих элементов (Ni, Mn, Мо) 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. Повышенное содержание Cr и Мо затрудняет получение аустенитной структуры и растворение избыточных фаз. При пониженном содержании хрома уменьшается коррозионная стойкость стали. Повышенное содержание марганца затрудняет процесс выплавки стали, при повышенном содержании никеля сталь неэкономична.When the content of alloying elements (Ni, Mn, Mo) below the claimed limit, it is impossible to achieve a purely austenitic structure and the 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. The increased content of Cr and Mo makes it difficult to obtain an austenitic structure and dissolution of excess phases. With a reduced chromium content, the corrosion resistance of steel decreases. The high content of manganese complicates the process of steelmaking, with a high content of nickel, steel is uneconomical.

При заявленном содержании Cr, Ni, Mn, Мо и Cu обеспечивается высокая растворимость азота в жидкой фазе и в аустените, в результате чего при всех возможных комбинациях содержаний элементов в области составов, определяемой изобретением, и содержании азота 0,14-0,22 мас.% сталь кристаллизуется без образования азотных пузырей в отливке. При меньшем содержании азота не достигаются требуемые механические и коррозионные свойства, при большем содержании азота возможно образование азотных пузырей в отливке.With the declared content of Cr, Ni, Mn, Mo and Cu, a high solubility of nitrogen in the liquid phase and in austenite is ensured, as a result of which, with all possible combinations of the contents of the elements in the composition region defined by the invention and the nitrogen content of 0.14-0.22 mass% .% steel crystallizes without the formation of nitrogen bubbles in the casting. With a lower nitrogen content, the required mechanical and corrosive properties are not achieved, with a higher nitrogen content, nitrogen bubbles can form in the casting.

Медь придает стали данного состава повышенную коррозионную стойкость в различных средах. При содержании меди 3,6-4,0 мас.%, заявленном содержании основных элементов С, Cr, Ni, Mn, Мо и содержании азота, выбранном по соотношению N=0,14-0,18% при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)≤2,50 и 0,18-0,22% при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)>2,50, равновесная базовая структура стали в рекомендуемом интервале температур термообработки состоит из γ-фазы, что гарантированно обеспечивает получение в реальных технологических условиях чисто аустенитной или аустенитной с содержанием не более 5% феррита структуры и требуемого комплекса свойств.Copper gives steels of this composition increased corrosion resistance in various environments. When the copper content is 3.6-4.0 wt.%, The declared content of the main elements is C, Cr, Ni, Mn, Mo and the nitrogen content is selected by the ratio N = 0.14-0.18% with the ratio (Cr + 5Cu ) / (Ni + Mn) ≤ 2.50 and 0.18-0.22% for the ratio (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn)> 2.50, the equilibrium basic structure of steel in the recommended range of heat treatment temperatures consists of γ -phase, which is guaranteed to provide in real technological conditions purely austenitic or austenitic with a content of not more than 5% ferrite structure and the required set of properties.

При меньшем содержании меди в структуре стали уменьшается коррозионная устойчивость в различных средах. Большее содержание меди нежелательно, так как возможна неоднородность расплава и соответственно готовой стали по химсоставу и свойствам.With a lower copper content in the steel structure, corrosion resistance in various environments is reduced. A higher copper content is undesirable, since the heterogeneity of the melt and, accordingly, of the finished steel in terms of chemical composition and properties is possible.

Бор в указанных пределах 0,05-0,1 мас.% способствует измельчению зерна и препятствует образованию столбчатых кристаллов в отливке. При меньшем содержании бора не проявляется его положительное влияние на литую структуру. При большем содержании при температуре солидуса выделяется большое количество боридов, отрицательно влияющих на прочность и пластичность стали.Boron in the specified range of 0.05-0.1 wt.% Contributes to the grinding of grain and prevents the formation of columnar crystals in the casting. With a lower boron content, its positive effect on the cast structure is not manifested. With a higher content at a solidus temperature, a large amount of borides is released, which adversely affects the strength and ductility of steel.

Алюминий в указанных пределах 0,015-0,035 мас.% обеспечивает необходимую степень раскисления стали и содержание кислорода. При меньшем содержании алюминия не обеспечивается требуемая степень раскисления стали и возможно образование оксидов хрома, большее содержание алюминия приводит к образованию высокотемпературных нитридов алюминия, отрицательно влияющих на свойства стали.Aluminum in the specified range of 0.015-0.035 wt.% Provides the necessary degree of deoxidation of steel and oxygen content. With a lower aluminum content, the required degree of steel deoxidation is not ensured and the formation of chromium oxides is possible; a higher aluminum content leads to the formation of high-temperature aluminum nitrides, which negatively affect the properties of steel.

Кремний в указанных пределах способствует эффективному раскислению стали и удалению неметаллических включений, а также обеспечивает допустимую величину эквивалентной концентрации хрома Crэ. При большем содержании кремния увеличивается Crэ и количество феррита в структуре стали. При меньшем содержании кремния затрудняется процесс раскисления стали.Silicon within the specified limits contributes to the effective deoxidation of steel and the removal of non-metallic inclusions, and also provides an acceptable value for the equivalent concentration of chromium Cr e . With a higher silicon content, Cr e and the amount of ferrite in the steel structure increase. 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 технологии чистой стали. Требуемый по изобретению предел содержаний вредных примесей Р≤0,010, S≤0,0025, Sn≤0,005, Pb≤0,005, As≤0,005, Bi≤0,005 в стали обеспечивает наибольший при заданном составе 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 трудно реализуемо.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 technology. The content of harmful impurities required by the invention P≤0.010, S≤0.0025, Sn≤0.005, Pb≤0.005, As≤0.005, Bi≤0.005 in steel provides the highest level of properties for a given composition. 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 significantly lower content of impurities is currently technologically difficult to implement.

Заявленная литейная сталь выплавляется в обычных агрегатах и заливается в литейную форму. После охлаждения и механической обработки отливка нагревается до температуры 1150-1250°С, гомогенизируется в течение не менее 2 часов и затем закаливается на твердый раствор. При этих температурах базовая структура стали представляет либо чистый аустенит, либо аустенит с небольшим содержанием феррита, которая сохраняется после закалки отливки. При температурах выше 1000°С диффузионные процессы протекают достаточно быстро, тем не менее время достижения однородной равновесной структуры по всему объему металла зависит от толщины стенки отливки. Реально, учитывая разнообразие форм отливок, в большинстве случаев это время не должно быть меньше 2 часов.The declared cast steel is smelted in conventional units and poured into the mold. After cooling and machining, the casting is heated to a temperature of 1150-1250 ° C, homogenized for at least 2 hours and then quenched with a solid solution. At these temperatures, the basic structure of the steel is either pure austenite or austenite with a low ferrite content, which remains after quenching of the casting. At temperatures above 1000 ° C, diffusion processes proceed rather quickly, however, the time to achieve a homogeneous equilibrium structure throughout the metal volume depends on the thickness of the casting wall. Actually, given the variety of forms of castings, in most cases this time should not be less than 2 hours.

При способе термообработки по изобретению сталь обладает чисто аустенитной структурой или аустенитной с содержанием не более 5% феррита структурой и требуемым комплексом механических и физических характеристик.In the heat treatment method according to the invention, the steel has a purely austenitic or austenitic structure with a content of not more than 5% ferrite structure and the required complex of mechanical and physical characteristics.

При несоблюдении температур, длительности нагрева и скорости охлаждения, необходимой для закалки, получение аустенитной или аустенитной с содержанием не более 5% феррита стали и достижение заявленных по изобретению ее характеристик невозможно.If the temperatures, duration of heating and cooling rate required for quenching are not observed, obtaining austenitic or austenitic with a content of not more than 5% ferrite steel and achieving its claimed properties according to the invention is impossible.

Пример реализации выплавки и обработки сталиAn example of the implementation of steel smelting and processing

В опытном порядке сталь заявленного состава была выплавлена в вакуумной индукционной печи вместимостью 50 кг по жидкому металлу. Использовали чистые шихтовые материалы: железо Армко, электролитические никель и медь, металлические хром и марганец, чистый молибден, ферробор, азотированный феррохром.Experimentally, the steel of the claimed composition was melted in a vacuum induction furnace with a capacity of 50 kg for molten metal. Pure charge materials were used: Armco iron, electrolytic nickel and copper, metallic chromium and manganese, pure molybdenum, ferroboron, nitrided ferrochrome.

После легирования и перемешивания расплава с целью его усреднения отливали образцы диаметром 20 мм. Химический состав полученной стали представлен в таблице.After alloying and mixing the melt in order to average it, samples with a diameter of 20 mm were cast. The chemical composition of the obtained steel is presented in the table.

Figure 00000003
Figure 00000003

После охлаждения, отделения литниковой системы и очистки отливку нагревали до температуры 1150-1200°С, гомогенизировали в течение 2 часов и охлаждали в воде.After cooling, separating the gate system and cleaning, the casting was heated to a temperature of 1150-1200 ° C, homogenized for 2 hours and cooled in water.

После этого из образцов приготовляли пробы для исследования структуры и свойств. Получили после закалки однофазную структуру γ и свойства: σв=680 МПа, σ0,2=300 МПа.After that, samples were prepared from samples to study the structure and properties. Received after hardening single phase structure of γ and properties: σ in = 680 MPa, σ 0,2 = 300 MPa.

Коррозионная стойкость стали против общей, МКК и питтинговой коррозии в морской воде; 0,5М H2SO4; 0,5М H2SO4+H2S и в растворах с сульфатвосстанавливающими бактериями была выше, чем у традиционной нержавеющей стали XI8H10.Corrosion resistance of steel against general, IWC and pitting corrosion in sea water; 0.5 M H 2 SO 4 ; 0.5 M H 2 SO 4 + H 2 S and in solutions with sulfate reducing bacteria was higher than that of traditional stainless steel XI8H10.

Claims (21)

1. Литейная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая в неорганических и органических средах криогенная сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, азот, алюминий, железо и примеси, в качестве которых она содержит серу, фосфор, олово, свинец, висмут и мышьяк, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. Foundry austenitic high-strength corrosion-resistant inorganic and organic environments cryogenic steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, as it contains sulfur, phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic, characterized in that it additionally contains copper and boron in the following ratio of components, wt.%: С 0,05-0,07C 0.05-0.07 Cr 18,0-20,0Cr 18.0-20.0 Ni 5,0-7,0Ni 5.0-7.0 Mn 9,0-11,0Mn 9.0-11.0 Мо 1,4-1,8Mo 1.4-1.8 Si 0,25-0,35Si 0.25-0.35 Cu 3,6-4,0Cu 3.6-4.0 N 0,14-0,22N 0.14-0.22 Al 0,015-0,035Al 0.015-0.035 В 0,05-0,1B 0.05-0.1 S ≤0,0025S ≤0.0025 Р ≤0,010P ≤0.010 Sn ≤0,005Sn ≤0.005 Pb ≤0,005Pb ≤0.005 Bi ≤0,005Bi ≤0.005 As ≤0,005As ≤0.005 Fe - остальное,Fe - the rest, при этом содержание феррита в структуре стали составляет не более 5%, а содержание азота связано с содержаниями хрома, меди, никеля и марганца следующими соотношениями: the ferrite content in the steel structure is not more than 5%, and the nitrogen content is associated with the contents of chromium, copper, nickel and manganese in the following ratios: при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)≤2,50 содержание азота составляет N=0,14-0,18%, а при отношении (Cr+5Cu)/(Ni+Mn)>2,50 содержание азота составляет N=0,18-0,22%.with a ratio of (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn) ≤ 2.50, the nitrogen content is N = 0.14-0.18%, and with a ratio of (Cr + 5Cu) / (Ni + Mn)> 2.50 nitrogen is N = 0.18-0.22%. 2. Способ получения литейной аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой в неорганических и органических средах криогенной стали по п. 1, включающий получение расплава стали, заливку расплава в литейную форму с получением отливки, охлаждение отливки, механическую обработку, последующий нагрев отливки до температуры 1150-1250°С, гомогенизацию не менее 2 часов и ее закаливание на твердый раствор.2. A method of producing an austenitic foundry high-strength corrosion-resistant in inorganic and organic environments of cryogenic steel according to claim 1, which includes obtaining a steel melt, pouring the melt into a mold with casting, cooling the casting, machining, subsequent heating of the casting to a temperature of 1150-1250 ° C, homogenization for at least 2 hours and its hardening in a solid solution.
RU2016125067A 2016-06-23 2016-06-23 Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production RU2625514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125067A RU2625514C1 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125067A RU2625514C1 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625514C1 true RU2625514C1 (en) 2017-07-14

Family

ID=59495634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016125067A RU2625514C1 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625514C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581067A (en) * 1982-11-01 1986-04-08 Hitachi, Ltd. High-strength austenitic steel
US20080292489A1 (en) * 2007-01-04 2008-11-27 Ut-Battelle, Llc High Mn Austenitic Stainless Steel
US20120160363A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
RU2458178C2 (en) * 2007-11-29 2012-08-10 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. Sparingly alloyed austenitic stainless steel
EP2933347A1 (en) * 2012-12-13 2015-10-21 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Thick steel plate having excellent cryogenic toughness
RU2586366C2 (en) * 2009-11-02 2016-06-10 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. Austenitic stainless steel

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581067A (en) * 1982-11-01 1986-04-08 Hitachi, Ltd. High-strength austenitic steel
US20080292489A1 (en) * 2007-01-04 2008-11-27 Ut-Battelle, Llc High Mn Austenitic Stainless Steel
RU2458178C2 (en) * 2007-11-29 2012-08-10 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. Sparingly alloyed austenitic stainless steel
RU2586366C2 (en) * 2009-11-02 2016-06-10 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. Austenitic stainless steel
US20120160363A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
EP2933347A1 (en) * 2012-12-13 2015-10-21 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Thick steel plate having excellent cryogenic toughness

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5072285B2 (en) Duplex stainless steel
KR102349888B1 (en) Two-phase stainless steel and its manufacturing method
RU2683173C1 (en) High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel
CN114250421B (en) High-nitrogen austenitic stainless steel with resistance to intergranular corrosion and pitting corrosion after welding superior to 316L and manufacturing method thereof
US20120055288A1 (en) Method of Making a High Strength, High Toughness, Fatigue Resistant, Precipitation Hardenable Stainless Steel and Product Made Therefrom
JP2018031028A (en) Fe-Ni-Cr-Mo ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
US9816163B2 (en) Cost-effective ferritic stainless steel
CN113106356B (en) High-strength martensite precipitation hardening stainless steel and preparation method thereof
CN106636850B (en) High-temperature oxidation resistance high intensity mixes rare-earth alloy material and preparation method
JP3483493B2 (en) Cast steel for pressure vessel and method of manufacturing pressure vessel using the same
RU2584315C1 (en) Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant, including bioactive media, welded steel and method of processing
RU59060U1 (en) STAINLESS STEEL HIGH STRENGTH STEEL BAR
RU2625514C1 (en) Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production
RU2545856C2 (en) High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method
JP6763377B2 (en) Black core malleable cast iron and its manufacturing method
RU2657741C1 (en) Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method
RU61285U1 (en) STAINLESS STEEL HIGH STRENGTH STEEL BAR
RU2625512C2 (en) Structured casting ausaging steel with high strength-weight ratio and method of its processing
CN110691860B (en) Novel duplex stainless steel
RU2652935C1 (en) Structural foundry and deformable by microalloy nitrogen austenite heat-resistant cryogenic steel with high specific strength and method of its treatment
JP7205067B2 (en) Non-heat treated steel for induction hardening
RU2332512C2 (en) Precision austenite steel
RU2275439C2 (en) Corrosion-proof high-strength steel used in cryogenic technique
RU2585899C1 (en) Structural cryogenic austenitic high-strength welded steel and method for production thereof
Liu et al. Effect of rare earth metals on microstructure and impact property of duplex stainless steel

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200909

Effective date: 20200909