RU2652935C1 - Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки - Google Patents
Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652935C1 RU2652935C1 RU2016146524A RU2016146524A RU2652935C1 RU 2652935 C1 RU2652935 C1 RU 2652935C1 RU 2016146524 A RU2016146524 A RU 2016146524A RU 2016146524 A RU2016146524 A RU 2016146524A RU 2652935 C1 RU2652935 C1 RU 2652935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- temperature
- foundry
- structural
- mpa
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 69
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 title description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 12
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционных литейных и деформируемых микролегированных азотом аустенитных теплостойких криогенных сталей, предназначенных для различных отраслей промышленности, в том числе для изготовления легких узлов и конструкций в транспортном машиностроении, в криогенной технике и для работы в условиях Арктики. Сталь содержит, мас.%: С: 0,15-0,20; Мn: 22-24; Ni: 4-6; Аl: 4-6; N: 0,015-0,020; В: 0,004-0,008; Si: 0,6-0,8; Сr<0,1; Сu<0,05; Н<0,0002; S<0,0020; Р<0,015; Sn, Pb, Bi, As не более 0,005 каждого; Fe – остальное. Сталь имеет стабильную аустенитную структуру в области температур от минус 100 до плюс 100°С и высокие прочность и пластичность. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
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 легких узлов и конструкций в транспортном машиностроении, в криогенной технике и для работы в условиях Арктики.
Известна штампуемая сталь с низкой удельной массой и превосходной механической обрабатываемостью (RU 2484174 C1, опубл. 10.06.2013, Бюл. №16). Известная сталь содержит углерод, хром, марганец, кремний, алюминий, фосфор, серу, азот, железо и примеси при следующем соотношении, в мас. %: С от 0,05 до 0,50%, Si от 0,01 до 1,50%, Mn от 3,0 до 7,0%, Р от 0,001 до 0,050%, S от 0,020 до 0,200%, Al от 3,0 до 6,0%, Cr от 0,01 до 1,00%, N от 0,0040 до 0,0200%, Fe и неизбежные примеси - остальное. Дополнительно сталь может содержать один или более из следующих элементов, мас. %: V от 0,05 до 0,30%, Nb от 0,05 до 0,30% и Ti от 0,005 до 0,050%. Сталь обладает высокой прочностью, более низкой удельной массой по сравнению с обычной штампуемой сталью, повышенной механической обрабатываемостью.
Недостатки этой стали заключаются в следующем.
Сталь имеет слишком широкий интервал содержания легирующих элементов, поэтому при температурах горячей штамповки будет иметь различные микроструктуру и штампуемость. Данная сталь при высоких содержаниях серы и фосфора не может показывать достаточно высоких прочности и пластичности, хотя и при ожидаемой хорошей обрабатываемости, а при минимальных в рекомендуемом интервале содержаниях этих элементов нельзя ожидать хорошей обрабатываемости. При всех рекомендуемых содержаниях азота нитриды алюминия будут образовываться в жидком состоянии при температурах выплавки стали. При содержаниях азота, близких к максимальным (0,0200%), количество нитридов алюминия будет слишком большим, что неизбежно повлияет отрицательно на свойства стали, если учесть возможное присутствие: стали Ti. Nb и V и образование карбонитридов и нитридов этих элементов, то можно ожидать при высоких их и азота концентрациях образование горячих трещин при деформации.
Прототипом предложенного изобретения является высокопрочная дуплекс/триплекс сталь для легких конструкций и ее применение (US 2007125454 (А1), опубл. 07.06.2007).
Изобретение относится к стали для легкого строительства, имеющей многофазную структуру. В случае дуплекс стали структура состоит из феррита (альфа) и аустенита (гамма) кристаллов. В случае триплекс стали структура состоит из феррита, аустенита и мартенсита (эпсилон) и/или (каппа) фазы. Сталь имеет низкую плотность <7 г/см3 благодаря высокому содержанию легких элементов Al, Mg, Ti, Si, Be, С. Сталь по патенту US 2007125454 (А1) имеет следующий состав, %: углерод 0,5-2, алюминий 8-12, кремний 3-6, сумма Al+Si>12, марганец 18-35, титан не больше 3, бор не больше 0,05. По крайней мере один из элементов Mg, Ga, Be не менее 0,3% в каждом случае и в сумме до 3%. Содержание ниобия и ванадия до 0,5%, азота до 0,3%.
Известная сталь может разливаться на установках непрерывной разливки, при отливке тонких слябов или при отливке тонкого штрипса может использоваться как литейная сталь, пригодна для горячей и холодной прокатки, глубокой вытяжки и формования растяжением. Горячая деформация производится при температурах выше температур рекристаллизации. После холодной прокатки требуется рекристаллизационный отжиг. В холоднокатаном и рекристаллизованном состоянии сталь имеет мелкозернистую равноосную микроструктуру, планарную изотропию и прочность при растяжении около 900 МПа, а максимальное удлинение 70%.
Недостатки этой стали заключаются в следующем.
Данная сталь имеет слишком широкий интервал содержаний основных структурообразующих элементов Mn, Al и С. Поэтому при значительном числе комбинаций содержаний данных элементов химического состава, определяемых изобретением, не могут быть получены заявленные структуры α+γ или α+γ+ε (κ) и соответственно ожидаемые свойства стали. Так, например, при содержании 25% Mn, 10% Al и заявленных содержаниях С при температуре ниже 500°С наряду с α и γ фазами могут выделяться карбиды марганца Mn5C2, Mn7C3, карбонитриды Ti, Nb и V в зависимости от режима охлаждения или термообработки после горячей деформации, которые в данном изобретении не регламентируются.
При содержании азота более 0,1% при всех возможных комбинациях содержаний легирующих и микролегирующих элементов по данному изобретению в стали уже в жидком состоянии будет образовываться слишком много нитридов, что приведет к образованию горячих трещин.
Сталь по патенту US 2007125454 (А1) содержит такие редкие и дорогостоящие элементы, как галлий и бериллий, при их содержаниях более 0,3% каждого, с учетом содержаний бора до 0,05%, ниобия до 0,5%, ванадия до 0,5% и титана до 3% сталь для промышленного производства неэкономична.
Данная сталь не технологична, так как обеспечение требуемых уровня и соотношения концентраций большого числа химически активных элементов Ti, Nb, Mg, Ga, Be, В и V технически сложно и при промышленном производстве трудно реализуемо, неизбежны непопадания в анализ по этим элементам и выпады свойств готового металла.
Недостатком способа термодеформационной обработки по патенту US 2007125454 (А1) является неполнота информации о температурах гомогенизации перед горячей прокаткой, температурном режиме охлаждения или термообработки после горячей деформации и температуре рекристаллизации после холодной прокатки, что не позволяет без дополнительных исследований получить заявленную микроструктуру.
В предлагаемом изобретении достигается технический результат, заключающийся в получении конструкционной литейной и деформируемой микролегированной азотом аустенитной теплостойкой криогенной стали с высокой удельной прочностью и в способе обработки, при следующих ее характеристиках:
- сталь имеет стабильную аустенитную структуру в области температур от минус 100 до плюс 100°С и высокие прочность и пластичность. При комнатной температуре достигаются предел прочности при растяжении σв=900-1150 МПа и предел текучести σ0,2=350-450 МПа;
- данная сталь обладает технологичностью, так как имеет простой химсостав без большого числа химически активных микролегирующих элементов;
- данная сталь обладает экономичностью, так как в своем составе не имеет дорогостоящих элементов за исключением небольших содержаний никеля и бора.
Указанный технический результат в первом объекте изобретения достигается следующим образом.
Слиток из конструкционной литейной и деформируемой микролегированной азотом аустенитной теплостойкой криогенной стали, содержащей углерод, марганец, алюминий, кремний, железо и примеси, в качестве которых она содержит водород, серу, фосфор, хром, медь, олово, свинец, висмут и мышьяк, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит азот, никель и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:
С - 0,15-0,20;
Mn - 22-24;
Ni - 4-6;
Al - 4-6;
N - 0,015-0,020;
В - 0,004-0,008;
Si - 0,6-0,8;
Cr≤0,1;
Cu≤0,05;
H≤0,0002;
S≤0,0020;
P≤0,015;
Sn, Pb, Bi и As не более 0,005 каждого;
Fe - остальное.
При этом содержание азота, обеспечивающее оптимальное количество нитридов в марганец-никель-алюминиевой стали, выбирается из соотношения [N]%=0,00005 Т°С - 0,06 для области температур легирования азотом от 1500 до 1600°С.
Указанный технический результат во втором объекте изобретения достигается следующим образом.
Способ термодеформационной обработки слитка, заключающийся в том, что осуществляют нагрев слитка до температуры 1150-1200°С, выдержку при этой температуре в течение 3 часов и его ковку в указанном диапазоне температур с суммарной степенью деформации более 50% с получением заготовки, охлаждение заготовки на воздухе, зачистку, нагрев и прокатку полученной заготовки в диапазоне температур 1100-1000°С с суммарной степенью обжатия более 40% и окончательную горячую прокатку при температуре 1000-950°С с суммарным обжатием более 30% и при обжатии белее 15% в последнем проходе, после чего осуществляют охлаждение на воздухе до температуры 700-750°С и ускоренное охлаждение проката до комнатной температуры со скоростью 20-100°С/с с обеспечением предела прочности при растяжении σв=900-1150 МПа и предела текучести σ0,2=350-450 МПа при комнатной температуре и предела текучести σ0,2=160 МПа при температуре 600°С.
Преимуществами предложенной в изобретении стали является то, что содержание основных структурообразующих элементов С, Mn, Al, Ni, N находится в узких пределах, благодаря чему для всех возможных при этом комбинаций химсостава равновесная структура стали ниже температуры 1250°С и до 550°С состоит из γ-фазы, что гарантированно обеспечивает ее гомогенизацию при 1150-1200°С и получение при последующей термодеформационной обработке требуемой структуры, состоящей из пластичной γ-фазы после закалки от температур гомогенизации и горячей прокатки. Предлагаемая сталь отличается также высокой экономичностью, так как имеет небольшие содержания дорогостоящих элементов Ni и В, а также высокой технологичностью, так как сталь имеет простой химсостав без химически активных микролегирующих элементов.
Предлагаемая сталь отличается высокой чистотой по примесям, что уменьшает их ликвацию по границам зерен и способствует получению более однородной структуры.
Содержание углерода в пределах 0,15-0,20% способствует получению в стали аустенитной структуры, обеспечивает необходимое упрочнение стали в процессе термической обработки. При большем содержании углерода в стали уменьшается пластичность и коррозионная стойкость. При меньшем содержании углерода уменьшается прочность, при кристаллизации образуется δ-феррит, который не полностью трансформируется при гомогенизации и остается в конечной структуре.
Марганец, никель и углерод в заданных пределах при содержании алюминия 4-6% мас. при всех возможных комбинациях содержаний этих элементов в области составов, определяемой изобретением, обеспечивают однофазную γ-структуру стали ниже температуры 1250°С и до 550°С, что гарантированно обеспечивает ее гомогенизацию при 1000-1150°С и получение при последующей термодеформационной обработке стали требуемой γ-микроструктуры.
При содержании легирующих элементов Mn, Ni, С ниже заявляемого предела при кристаллизации образуется δ-феррит, который не трансформируется при гомогенизации и остается в конечной структуре. При большем содержании марганца вследствие уменьшения теплопроводности стали при затвердевании образуется грубая дендритная структура, не устраняющаяся при гомогенизации. Кроме того, повышенное содержание марганца затрудняет процесс выплавки стали. Повышенное содержание Ni нежелательно, так как повышает себестоимость стали.
Алюминий в указанных пределах обеспечивает необходимую степень уменьшения плотности стали. При большем содержании алюминия не получается аустенитная структура при температурах гомогенизации 1150-1200°С. При меньшем содержании алюминия не обеспечивается требуемая степень уменьшения плотности стали.
Кремний в указанных пределах способствует более полному удалению неметаллических включений, а также способствует уменьшению плотности стали. При большем содержании кремния увеличивается вероятность появления α-фазы в области температур 1000-1100°С.
Присутствие в стали бора в количестве В=0,004-0,008% стабилизирует размер зерна за счет выделения боридов Mn2B и допускает нагрев металла для гомогенизации до более высокой температуры, что обеспечивает получение однородной аустенитной структуры при температурах 1150-1200°С. Меньшее содержание бора не эффективно, при большем содержании бора образуется слишком много избыточных фаз, что приводит к лишению пластичности стали и появлению горячих трещин. При заявленных содержаниях марганца, азота и бора количество выделяющихся при кристаллизации стали нитридов и боридов Mn2B оптимально для получения заданных свойств стали, так как при этих соотношениях бориды выделяются в основном в жидком металле в конце кристаллизации после образования около 80% твердой фазы, то есть концентрируются преимущественно в центре слитка и в междендритных пространствах, препятствуя росту зерна при рекристаллизации.
Содержание азота, определяемое по формуле [N]% = 0,00005 Т°С - 0,06, обеспечивает в момент легирования превышение содержание азота в жидком металле над линией его растворимости на 0,0094% при 1500°С и на 0,0052 при 1600°С. В результате, учитывая различное выделение азота при охлаждении и кристаллизации при различном его исходном содержании, содержание азота в готовом металле будет в пределах от 0,015% до 0,020%.
Присутствие примесей усложняет получение заданной структуры и свойств. Поэтому данная сталь должна выплавляться по технологии чистой стали. Требуемый по изобретению предел содержаний вредных примесей, % мас: Р≤0,015, S≤0,0020, Sn≤0,005, Pb≤0,005, As≤0,005, Bi≤0,005, Cr≤0,1; Cu≤0,05; H≤0,0002, 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. Особенно важно для марганец-никель-алюминиевой стали, чтобы содержание серы, обеспечивающее минимальное количество сульфидов было не более 0,0020%.
При способе термообработки по изобретению сталь получает после гомогенизации чисто аустенитную структуру.
При несоблюдении режимов нагрева при гомогенизации и термообработке после гомогенизации получение заявленной по изобретению структуры и соответствующих свойств невозможно.
Пример реализации выплавки и обработки стали
В опытном порядке сталь заявленного состава была выплавлена в вакуумной аукционной печи вместимостью 50 кг по жидкому металлу. Использовали чистые шихтовые материалы: железо 008ЖР, электролитический марганец, электролитический никель, гранулированный чистый алюминий, графит. После легирования и перемешивания расплава с целью его усреднения отливали слиток. Полученный слиток нагревали до температуры 1200°С и проводили гомогенизацию при этой температуре в течение 3 часов, затем охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Температура нагрева под ковку составила 1200°С, ковку проводили при температуре 1200-1150°С с промежуточным подогревом, охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Горячую прокатку металла проводили при 1100-1000°С на стане 300. Степень деформации в каждом проходе 30%, между проходами проводили промежуточный подогрев металла, после конца прокатки производили охлаждение проката на воздухе до 750°С, далее водой со скоростью 100°С/с.
Испытание стали на одноосное статическое растяжение по ГОСТ 1497 в горячекатаном состоянии. Химический состав полученной стали представлен в таблице 1.
МН, °C - температура начала мартенситного превращения
При высоких температурах сталь имеет достаточно высокий предел текучести, аустенитная структура этой стали устойчива до температур ниже 100°С.
Claims (16)
1. Слиток из конструкционной литейной и деформируемой микролегированной азотом аустенитной теплостойкой криогенной стали, содержащей углерод, марганец, алюминий, кремний, азот, железо и примеси, в качестве которых она содержит водород, серу, фосфор, хром, медь, олово, свинец, висмут и мышьяк, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит никель и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
С - 0,15-0,20
Mn - 22-24
Ni - 4-6
Al - 4-6
N - 0,015-0,020
В - 0,004-0,008
Si 0,6-0,8
Cr<0,1
Cu<0,05
Н<0,0002
S<0,0020
Р<0,015
Sn, Pb, Bi и As не более 0,005 каждого
Fe - остальное.
2. Способ термодеформационной обработки слитка по п. 1, заключающийся в том, что осуществляют нагрев слитка до температуры 1150-1200°С, выдержку при этой температуре в течение 3 часов и его ковку в указанном диапазоне температур с суммарной степенью деформации более 50% с получением заготовки, охлаждение заготовки на воздухе, зачистку, нагрев и прокатку полученной заготовки в диапазоне температур 1100-1000°С с суммарной степенью обжатия более 40% и окончательную горячую прокатку при температуре 1000-950°С с суммарным обжатием более 30% и при обжатии более 15% в последнем проходе, после чего осуществляют охлаждение на воздухе до температуры 700-750°С и ускоренное охлаждение проката до комнатной температуры со скоростью 20-100°С/с с обеспечением предела прочности при растяжении σв=900-1150 МПа и предела текучести σ0,2=350-450 МПа при комнатной температуре и предела текучести σ0,2=160 МПа при температуре 600°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016146524A RU2652935C1 (ru) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016146524A RU2652935C1 (ru) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2652935C1 true RU2652935C1 (ru) | 2018-05-03 |
Family
ID=62105621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016146524A RU2652935C1 (ru) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2652935C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070125454A1 (en) * | 2001-09-28 | 2007-06-07 | Konrad Eipper | High-strength duplex/triplex steel for lightweight construction and use thereof |
| RU2441092C1 (ru) * | 2011-02-15 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Теплостойкая сталь |
| RU2563066C2 (ru) * | 2010-11-26 | 2015-09-20 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Емкость из облегченной конструкционной стали для содержания источника энергии |
-
2016
- 2016-11-28 RU RU2016146524A patent/RU2652935C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070125454A1 (en) * | 2001-09-28 | 2007-06-07 | Konrad Eipper | High-strength duplex/triplex steel for lightweight construction and use thereof |
| RU2563066C2 (ru) * | 2010-11-26 | 2015-09-20 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Емкость из облегченной конструкционной стали для содержания источника энергии |
| RU2441092C1 (ru) * | 2011-02-15 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Теплостойкая сталь |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113088826B (zh) | 一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法 | |
| RU2680041C2 (ru) | Способ изготовления высокопрочного стального листа и полученный лист | |
| US10597760B2 (en) | High-strength steel material for oil well and oil well pipes | |
| CN103255341B (zh) | 一种高强度高韧性热轧耐磨钢及其制造方法 | |
| JP2014148739A (ja) | 冷間加工性と加工後の表面硬さに優れる熱延鋼板 | |
| CN104928576A (zh) | 260-330MPa级低合金高强钢的生产方法 | |
| CN114921732A (zh) | 一种多相强化超高强马氏体时效不锈钢及其制备方法 | |
| CN102424936A (zh) | 一种耐低温冲击的合金结构钢及其制造方法 | |
| JP6284813B2 (ja) | 強冷間加工性と加工後の硬さに優れる熱延鋼板 | |
| JP6058508B2 (ja) | 冷間加工性と加工後の表面性状および硬さに優れる熱延鋼板 | |
| JP2006283117A (ja) | 冷間加工後の塑性変形能に優れた高張力鋼およびその製造方法 | |
| EP2890825A1 (en) | Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance, good high temperature strength, and good formability | |
| US11136656B2 (en) | High manganese 3rd generation advanced high strength steels | |
| CN110475897B (zh) | 高强度低温奥氏体耐腐蚀可焊建筑钢及其生产方法 | |
| RU2652935C1 (ru) | Конструкционная литейная и деформируемая микролегированная азотом аустенитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки | |
| CN106929756B (zh) | 轴承钢及其制备方法 | |
| KR102684370B1 (ko) | 후강판 및 그의 제조 방법 | |
| RU2652934C1 (ru) | Конструкционная деформируемая аустенитная немагнитная теплостойкая криогенная сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки | |
| CN110036130B (zh) | 具有优异耐腐蚀性的高强度钢丝及其制造方法 | |
| RU2629420C1 (ru) | Способ производства высокопрочного проката повышенной хладостойкости | |
| RU2625512C2 (ru) | Конструкционная литейная аустенитная стареющая сталь с высокой удельной прочностью и способ ее обработки | |
| RU2249626C1 (ru) | Сортовой прокат, круглый, из среднеуглеродистой борсодержащей стали для холодной объемной штамповки высокопрочных крепежных деталей | |
| RU2686706C1 (ru) | Мартенситностареющая высокопрочная сталь 01Н18К9М5Т | |
| RU2699696C1 (ru) | Способ производства хладостойкого листового проката повышенной прочности | |
| US11248285B2 (en) | Duplex stainless steel |