RU2657741C1 - Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method - Google Patents

Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method Download PDF

Info

Publication number
RU2657741C1
RU2657741C1 RU2017103168A RU2017103168A RU2657741C1 RU 2657741 C1 RU2657741 C1 RU 2657741C1 RU 2017103168 A RU2017103168 A RU 2017103168A RU 2017103168 A RU2017103168 A RU 2017103168A RU 2657741 C1 RU2657741 C1 RU 2657741C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
steel
content
rolling
strength
Prior art date
Application number
RU2017103168A
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 RU2017103168A priority Critical patent/RU2657741C1/en
Priority to PCT/RU2017/000662 priority patent/WO2018143837A1/en
Priority to JP2019541241A priority patent/JP2020509225A/en
Priority to CN201780089165.2A priority patent/CN110475897B/en
Priority to EA201900398A priority patent/EA036755B1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2657741C1 publication Critical patent/RU2657741C1/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
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • 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
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226Hot rolling
    • 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
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • 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
    • 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
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001Austenite
    • 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
    • C21D8/00Modifying 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

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy, namely, to the production of ingots from structural cryogenic austenitic high-strength corrosion-resistant welded steel, for production of used in the liquefied gases transportation and storage high-strength welded cryogenic structures. Said steel contains, wt%: C 0.05–0.07, Cr 18.0–20.0, Ni 5.0–7.0, Mn 9.0–11.0, Mo 1.8–2.2, Si 0.25–0.35, N 0.30–0.38, Cu 0.6–1.4, B from more than 0.01 to 0.015, Al 0.015-0.035, S≤0.0025, P≤0.015, Sn≤0.005, Pb≤0.005, Bi≤0.005, As≤0.005, Fe – the rest. Produces ingots are heated to the temperature of 1,250–1,050 °C, forged into blanks with the total degree of deformation of at least 50 % and cooled down in air. Blanks are heated-up to the temperature of 1,180–1,080 °C with subsequent rolling with the total reduction rate of at least 40 % and air cooling with the rolled products production. Rolled products heated to the temperature of 1,150–1,080 °C and performing the final rolling in 2-3 passes with the total reduction rate of 30–80 % and the rolling completion temperature of 1,050–1,080 °C, after which performing the accelerated cooling down at a rate of 20–100 °C/s until the room temperature.
EFFECT: enabling the strength and viscosity required values in the cryogenic temperatures range, weldability and corrosion resistance in the acidic environment and sea water.
2 cl, 2 tbl

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 сварных конструкций, 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 welded structures 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 is 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 высокие содержания 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 могут быть реализуемы. 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 high contents of expensive elements 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 предложенного изобретения является коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь (RU 2392348 С2, опуб. 20.06.2010). Сталь имеет следующий состав: углерод 0,02-0,06, кремний - 0,10-0,60, марганец - 9,5-12,5, хром - 19,0-21,0, никель - 4,5-7,5, молибден -1,2-2,0, ванадий - 0,08-0,22, кальций - 0,005-0,010, натрий - 0,005-0,010, ниобий - 0,05-0,15, магний - 0,0005-0,001, азот - 0,40-0,60, алюминий - 0,005-0,01, железо и примеси - остальное, при этом в качестве примесей она содержит серу 0,003-0,012 мас. %, фосфор 0,004-0,025 мас. %, свинец 0,0002-0,005 мас. %, висмут 0,0002-0,005 мас. %, олово 0,0002-0,005 мас. %, мышьяк 0,0002-0,005 мас. % и медь 0,05-0,2 мас. %.The prototype of the first object of the proposed invention is a corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel (RU 2392348 C2, publ. 06/20/2010). Steel has the following composition: carbon 0.02-0.06, silicon 0.10-0.60, manganese 9.5-12.5, chromium 19.0-21.0, nickel 4.5- 7.5, molybdenum -1.2-2.0, vanadium - 0.08-0.22, calcium - 0.005-0.010, sodium - 0.005-0.010, niobium - 0.05-0.15, magnesium - 0, 0005-0.001, nitrogen - 0.40-0.60, aluminum - 0.005-0.01, iron and impurities - the rest, while as impurities it contains sulfur 0.003-0.012 wt. %, phosphorus 0.004-0.025 wt. %, lead 0.0002-0.005 wt. %, bismuth 0.0002-0.005 wt. %, tin 0.0002-0.005 wt. %, arsenic 0.0002-0.005 wt. % and copper 0.05-0.2 wt. %

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

Данная сталь кристаллизуется с образованием γ- и δ-фаз. При значительном числе комбинаций основных элементов Cr, Ni, Mn, V, Nb, Мо химического состава, определяемого данным изобретением, не могут быть получены по стандартной технологии заявленные содержания азота, так как предлагаемое 0,40-0,60% содержание азота в стали при данных комбинациях химического состава превышает его стандартную растворимость в металле при температурах выплавки, а количество азота, которое возможно ввести в жидкий металл при температуре выплавки, превышает растворимость его в выделяющихся при затвердевании γ- и δ-фазах, поэтому избыточный азот будет выделяться в газовую фазу и образовывать пузыри и пористость в слитке. Кроме того, одновременное получение в стали активных элементов V, Nb, Al, Са, Mg, Na в заявленных соотношениях технически сложно и при промышленном производстве нереализуемо, неизбежны непопадания в анализ по этим элементам и выпады свойств готового металла, если они действительно зависят от содержаний этих элементов и их соотношения.This steel crystallizes with the formation of γ and δ phases. With a significant number of combinations of the basic elements Cr, Ni, Mn, V, Nb, Mo of the chemical composition determined by this invention, the declared nitrogen content cannot be obtained by standard technology, since the proposed 0.40-0.60% nitrogen content in steel with these combinations of chemical composition, it exceeds its standard solubility in the metal at smelting temperatures, and the amount of nitrogen that can be introduced into the liquid metal at the smelting temperature exceeds its solubility in the γ and δ phases released during solidification, therefore The excess nitrogen will be released into the gas phase and form bubbles and porosity in the ingot. In addition, the simultaneous preparation of the active elements V, Nb, Al, Ca, Mg, Na in steel in the stated ratios is technically difficult and unrealizable in industrial production; misses in the analysis of these elements and loss of the properties of the finished metal are inevitable if they really depend on the contents these elements and their relationships.

Прототипом второго объекта предложенного изобретения является способ термодеформационной обработки коррозионно-стойкой высокопрочной немагнитной стали (RU 2392348 С2, опубл. 20.06.2010).The prototype of the second object of the proposed invention is a method of thermal deformation processing of corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel (RU 2392348 C2, publ. 06/20/2010).

Способ термодеформационной обработки коррозионно-стойкой высокопрочной немагнитной стали, включающий нагрев слитка, деформацию слитка в пластину в температурном диапазоне 1240-1000°С с суммарной степенью деформации 40-94%, охлаждение пластины на воздухе для контроля качества поверхности и ее зачистки, деформирование полученной пластины в диапазоне температур 1240-1000°С с фиксацией суммарной степени деформации 45-65% по 10-14% за проход в лист, толщина которого в 2,5-3,5 раза меньше толщины пластины, подстуживают полученный лист на воздухе до 1000-950°С, контролируют температуру по его поверхности и окончательно деформируют за 2-3 прохода по 8-12% за проход с последующим ускоренным охлаждением со скоростью 10-50°С/с до температуры 100-150°С по поверхности листа и дальнейшим охлаждением на воздухе.Method of thermo-deformation processing of corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel, including heating the ingot, deformation of the ingot into the plate in the temperature range 1240-1000 ° C with a total degree of deformation of 40-94%, cooling the plate in air to control the quality of the surface and its cleaning, deformation of the resulting plate in the temperature range 1240-1000 ° С with fixing the total degree of deformation of 45-65% by 10-14% per passage into the sheet, the thickness of which is 2.5-3.5 times less than the thickness of the plate, the resulting sheet is air-cooled to 1000- 950 ° C, co troliruyut temperature on its surface is deformed and finally for 2-3 passes of 8-12% over a pass, followed by accelerated cooling at a rate 10-50 ° C / s to a temperature of 100-150 ° C on the surface of the sheet and subsequent cooling in air.

Известную сталь выплавляют в печах по стандартной технологии. Для придания стали повышенного уровня прочности, более стабильных характеристик механических свойств, пониженной склонности к межкристаллитной коррозии, повышенной износоустойчивости в ледовых условиях, улучшенной свариваемости, низкой магнитной проницаемости и повышенной горячей технологической пластичности сталь подвергают термодеформационной обработке по специальному режиму.Known steel is smelted in furnaces using standard technology. To give steel a higher level of strength, more stable characteristics of mechanical properties, a reduced tendency to intergranular corrosion, increased wear resistance in ice conditions, improved weldability, low magnetic permeability and increased hot process plasticity, the steel is subjected to thermal deformation treatment in a special mode.

Недостатками технологии термодеформационной обработки являются излишняя детализация операций, затрудняющая реализацию и контроль технологии, кроме того при рекомендуемом режиме нагрева перед деформацией при некоторых соотношениях элементов структура стали при нагреве ≥1200°С состоит из нескольких фаз, включая δ-феррит. Например, при наибольших по патенту содержаниях Cr, Mn, Nb и наименьших С и Ni, при содержании азота 0,40-0,5% и при 1200-1320°С сталь имеет структуру α+γ+(Nb, Cr)N. Следовательно, при заявленной температуре нагрева по патенту 1240°С невозможно перед прокаткой получить гомогенную γ-структуру и аустенитную готовую сталь.The disadvantages of the technology of thermal deformation processing are excessive detailing of operations, which impedes the implementation and control of the technology, in addition, with the recommended mode of heating before deformation, for some ratios of elements, the steel structure during heating ≥1200 ° С consists of several phases, including δ-ferrite. For example, at the highest contents of Cr, Mn, Nb and the lowest C and Ni, at a nitrogen content of 0.40-0.5% and at 1200-1320 ° C, the steel has the structure α + γ + (Nb, Cr) N. Therefore, at the claimed heating temperature according to the patent 1240 ° C, it is impossible to obtain a homogeneous γ-structure and austenitic finished steel before rolling.

В первом объекте предложенного изобретения технический результат заключается в высоких прочностных и коррозионных свойствах стали в области криогенных температурIn the first object of the proposed invention, the technical result consists in high strength and corrosion properties of steel in the field of cryogenic temperatures

- прочности при комнатной температуре, σв≥800 МПа, σ0,2≥600 МПа;- strength at room temperature, σ in ≥800 MPa, σ 0.2 ≥600 MPa;

- вязкости в области криогенных температур, KCU(-170)°С≥1,5 Дж/см2;- viscosity in the region of cryogenic temperatures, KCU (-170) ° С ≥1.5 J / cm 2 ;

- хорошей свариваемости;- good weldability;

- экономичности, так как имеет небольшое содержание никеля;- profitability, as it has a low nickel content;

- стабильной аустенитной структуре в области температур - 175÷100°С;- stable austenitic structure in the temperature range - 175 ÷ 100 ° C;

- коррозионной устойчивости в кислой среде и морской воде.- corrosion resistance in an acidic environment and sea water.

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

Слиток из конструкционной криогенной аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой свариваемой стали, содержащей углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, азот, алюминий, железо и примеси, в качестве которых она содержит серу, фосфор, олово, свинец, висмут и мышьяк, отличающийся тем, что она дополнительно содержит медь и бор при следующем соотношении компонентов, масс. %:An ingot of structural cryogenic austenitic high-strength corrosion-resistant welded steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, in which it contains sulfur, phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic, characterized in that it additionally contains copper and boron in the following ratio of components, mass. %:

С - 0,05-0,07,C - 0.05-0.07,

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

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

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

Мо - 1,8-2,2,Mo - 1.8-2.2,

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

N - 0,30-0,38,N - 0.30-0.38,

Cu - 0,6-1,4,Cu - 0.6-1.4,

В - от более 0,01 до 0.015,B - from more than 0.01 to 0.015,

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

S≤0,0025,S≤0.0025,

Р≤0,015,P≤0.015,

Sn≤0,005,Sn≤0.005,

Pb≤0,005,Pb≤0.005,

Bi≤0,005,Bi≤0.005,

As≤0,005,As≤0.005,

Fe - остальное.Fe is the rest.

Во втором объекте предложенного изобретения технический результат заключается в простоте реализации данного способа в производстве, в технологичности при сравнительно небольшом содержании марганца, в возможности получения требуемого содержания азота при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах.In the second object of the proposed invention, the technical result consists in the simplicity of the implementation of this method in production, in manufacturability with a relatively low manganese content, in the possibility of obtaining the required nitrogen content during smelting at normal pressure in existing units.

Указанный технический результат во втором объекте изобретения достигается следующим образом.The specified technical result in the second object of the invention is achieved as follows.

Способ термодеформационной обработки слитка по п. 1, заключающийся в том, что осуществляют нагрев слитка до температуры 1250-1050°С, его ковку в заготовку с суммарной степенью деформации не менее 50%, охлаждение заготовки на воздухе, нагрев заготовки до температуры 1180-1080°С с последующей прокаткой с суммарной степенью обжатия не менее 40% и охлаждением на воздухе с получением проката, нагрев проката до температуры 1150-1080°С и заключительную прокатку в 2-3 прохода с суммарной степенью обжатия 30-80% и температурой окончания прокатки 1050-1080°С, после чего осуществляют ускоренное охлаждение со скоростью 20-100°С/с до комнатной температуры.The method of thermal deformation processing of an ingot according to claim 1, which consists in heating the ingot to a temperature of 1250-1050 ° C, forging it into a workpiece with a total degree of deformation of at least 50%, cooling the workpiece in air, heating the workpiece to a temperature of 1180-1080 ° C followed by rolling with a total degree of compression of at least 40% and cooling in air to produce rolled products, heating the rolled products to a temperature of 1150-1080 ° C and final rolling in 2-3 passes with a total degree of compression of 30-80% and the temperature of the end of rolling 1050-1080 ° C, then about uschestvlyayut accelerated cooling at a rate of 20-100 ° C / s to room temperature.

Преимуществами предложенной в изобретении стали и способа ее обработки является то, что при заявленном содержании основных элементов С, Cr, Ni, Mn, Мо, Cu, В, содержании азота N=0,34-0,38%) при содержаниях меди и бора Cu=0,6-1,0% и В=0,005-0,010%), и при содержании азота N=0,30-0,34% при содержаниях меди и бора Cu=1,1-1,4%) и В=0,011-0,015%, равновесной структурой стали в интервале температур от 1050 до 1300°С является аустенит с мелкими частицами борида хрома Cr2B, что гарантированно обеспечивает получение в реальных технологических условиях базовой аустенитной структуры и требуемого комплекса свойств.The advantages of the steel proposed in the invention and its processing method are that when the declared content of the main elements is C, Cr, Ni, Mn, Mo, Cu, B, the nitrogen content is N = 0.34-0.38%) with the contents of copper and boron Cu = 0.6-1.0% and B = 0.005-0.010%), and with a nitrogen content of N = 0.30-0.34% with copper and boron contents Cu = 1.1-1.4%) and B = 0.011-0.015%, the equilibrium structure of the steel in the temperature range from 1050 to 1300 ° C is austenite with small particles of chromium boride Cr 2 B, which is guaranteed to provide the basic austenitic structure and the required structure under real technological conditions complex of properties.

Предлагаемая сталь отличается также высокой экономичностью, так как имеет небольшое содержания никеля, и высокой технологичностью, так как имеет небольшое количество легирующих элементов и при заявленных их содержаниях требуемое содержание азота может быть получено при выплавке при нормальном давлении в существующих агрегатах.The proposed steel is also characterized by high efficiency, as it has a small nickel content, and high processability, as it has a small amount of alloying elements and, at their stated contents, 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 и термодеформационной обработки и достаточную коррозионную стойкость и свариваемость. При большем содержании углерода в стали уменьшается коррозионная стойкость, повышается склонность к МКК, увеличивается склонность к хрупкому разрушению и ухудшается свариваемость.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 and thermal deformation processing and sufficient corrosion resistance and weldability. With a higher carbon content in steel, corrosion resistance decreases, the tendency to MCC increases, the tendency to brittle fracture increases, and weldability deteriorates.

Хром, никель, марганец, молибден и медь в заданных пределах при содержании бора 0,005-0,015%) и азота 0,30-0,38% масс. при всех возможных комбинациях содержаний этих элементов в области составов, определяемой изобретением, обеспечивают в готовой стали стабильную аустенитную с небольшим количеством мелких частиц бора структуру, требуемые механические свойства, коррозионную стойкость в кислой среде и морской воде и пригодность для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.Chromium, nickel, manganese, molybdenum and copper within specified limits with a boron content of 0.005-0.015%) and nitrogen of 0.30-0.38% of the mass. with all possible combinations of the contents of these elements in the composition range defined by the invention, they provide a stable austenitic structure with a small amount of small particles of boron in the finished steel, the required mechanical properties, corrosion resistance in acidic medium and sea water and suitability for the manufacture of cold-resistant high-strength welded structures used when transporting liquefied gases.

При содержании основных легирующих элементов (Cr, Ni, Mn, Мо,) ниже заявляемого предела невозможно добиться аустенитной структуры и заданных свойств, а также требуемых по изобретению содержаний азота. При больших содержаниях этих элементов хотя и получается аустенитная структура, но образующийся γ-твердый раствор обладает повышенным уровнем прочности при горячей пластическом деформации.When the content of the main alloying elements (Cr, Ni, Mn, Mo,) is lower than the claimed limit, it is impossible to achieve an austenitic structure and desired properties, as well as the nitrogen content required by the invention. At high contents of these elements, although an austenitic structure is obtained, the resulting γ-solid solution has an increased level of strength during hot plastic deformation.

Повышенное содержание Cr и Мо расширяет область α+γ при высоких температурах и затрудняет растворение избыточных фаз. Повышенное содержание марганца затрудняет процесс выплавки стали, при повышенном содержании никеля сталь неэкономична.The increased content of Cr and Mo expands the α + γ region at high temperatures and makes it difficult to dissolve excess phases. 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 обеспечивают высокую 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 0,30-0,38% масс. сталь кристаллизуется без образования пузырей и пор в слитке или непрерывно-литой заготовке. При меньшем содержании азота не достигаются требуемые механические свойства, при большем содержании азота возможно образование пузырей и пор в слитке.When the declared content of Cr, Ni, Mn, Mo provide a high solubility of nitrogen in the liquid phase and in austenite, 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 0.30-0.38% by weight. steel crystallizes without the formation of bubbles and pores in an ingot or continuously cast billet. With a lower nitrogen content, the required mechanical properties are not achieved, with a higher nitrogen content, bubbles and pores may form in the ingot.

Медь придает стали данного состава повышенную коррозионную стойкость и при заявленном содержании других элементов увеличивает верхнюю температуру γ-области. При содержании меди 0,6-1,4% масс. равновесная структура стали γ+Cr2B в интервале температур от 1050 до 1300°С, что гарантированно обеспечивает получение в промышленных условиях аустенитной структуры и требуемого комплекса свойств. При меньшем содержании меди уменьшается коррозионная устойчивость в кислых средах и морской воде. Большее содержание меди нежелательно, так как повышается нижняя температура аустенитной области и возможна неоднородность расплава и соответственно готовой стали по химсоставу и свойствам.Copper gives steel of this composition increased corrosion resistance and, with the stated content of other elements, increases the upper temperature of the γ region. When the copper content of 0.6-1.4% of the mass. the equilibrium structure of γ + Cr 2 B steel in the temperature range from 1050 to 1300 ° C, which is guaranteed to provide an austenitic structure and the required set of properties under industrial conditions. With a lower copper content, corrosion resistance in acidic environments and sea water is reduced. A higher copper content is undesirable, since the lower temperature of the austenitic region rises and the heterogeneity of the melt and, accordingly, of the finished steel in terms of chemical composition and properties is possible.

Бор при его содержании от более 0,01 до 0.015% и заявленном содержании легирующих элементов образует в твердом металле ниже температуры солидуса бориды хрома, которые препятствуют росту зерна при нагреве стали в аустенитной области перед горячей деформацией и перед закалкой. Меньшее содержание бора неэффективно, при большем его содержании бориды хрома образуются в жидком металле при кристаллизации, имеют больший размер и отрицательно влияют на свойства стали.Boron with its content from more than 0.01 to 0.015% and the declared content of alloying elements forms chromium borides in the solid metal below the solidus temperature, which prevent grain growth during heating of steel in the austenitic region before hot deformation and before quenching. A lower boron content is inefficient, with a higher content of it, chromium borides are formed in a liquid metal during crystallization, have a larger size and adversely affect the properties of steel.

Алюминий в указанных пределах 0,015-0,035% масс. 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% of the mass. 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 Сrэ. При большем содержании кремния увеличивается Сrэ и в структуре стали возможно появление δ-феррита. 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 a permissible value of the equivalent chromium concentration Cr e . At a higher silicon content, Cr e increases and δ-ferrite may appear in the steel structure. With a lower silicon content, the process of steel deoxidation is hindered.

Присутствие примесей усложняет получение заданной структуры и свойств и уменьшает эффект введения азота в сталь. Поэтому, как правило, стали, легированные азотом, выплавляются по технологии чистой стали. Требуемый по изобретению предел содержаний вредных примесей Р≤0,015, 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≤0.015, 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.

При способе термодеформационной обработки по изобретению сталь обладает аустенитной базовой структурой и требуемым комплексом механических и физических характеристик. При несоблюдении температур нагрева перед деформацией, начала и окончания операций термодеформационной обработки, степени обжатия и скорости охлаждения по операциям получение аустенитной стали и достижение заявленных по изобретению ее характеристик невозможно. Пример реализации технологии выплавки и обработки сталиIn the method of thermo-deformation processing according to the invention, the steel has an austenitic basic structure and the required complex of mechanical and physical characteristics. If the heating temperatures before deformation are not observed, the beginning and end of the operations of thermal deformation processing, the degree of compression and the cooling rate for operations, obtaining austenitic steel and achieving its characteristics declared according to the invention is impossible. An example of the implementation of steelmaking and steel processing technology

В опытном порядке стали заявленного состава были выплавлены в вакуумной индукционной печи вместимостью 50 кг по жидкому металлу. Использовали чистые шихтовые материалы: железо Армко, электролитические никель и медь, металлические хром и марганец, азотированный феррохром, ферробор.In an experimental manner, the steels of the claimed composition were smelted 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, nitrided ferrochrome, ferroboron.

Полученные слитки нагревали до температуры 1250°С и ковали в температурном интервале 1250-1050°С со степенью деформации 70%, затем поковки охлаждали на воздухе и зачищали.The obtained ingots were heated to a temperature of 1250 ° C and forged in the temperature range of 1250-1050 ° C with a degree of deformation of 70%, then the forgings were cooled in air and cleaned.

Далее поковки нагревали до 1180°С и прокатывали с суммарной степенью деформации 60% (до толщины 10 мм) в диапазоне температур 1180-1080°С за 9 проходов с промежуточными подогревами. После прокатки полученные заготовки охлаждали на воздухе.Further, the forgings were heated to 1180 ° C and rolled with a total degree of deformation of 60% (to a thickness of 10 mm) in the temperature range of 1180-1080 ° C in 9 passes with intermediate heating. After rolling, the resulting blanks were cooled in air.

Заключительную прокатку проводили по схеме высокотемпературной термомеханической обработки. Металл нагревали до 1150°С и прокатывали на лист с суммарной степенью деформации 60% (до толщины 6 мм) в диапазоне 1150-1080°С с промежуточными подогревами. Окончательное охлаждение проката проводили со скоростью 100°С/с водой. Далее прокат зачищали и разрезали на требуемые размеры. Химический состав сталей представлен в таблице 1. Механические свойства полученных сплавов представлены в таблице 2.The final rolling was carried out according to the scheme of high-temperature thermomechanical processing. The metal was heated to 1150 ° C and rolled onto a sheet with a total degree of deformation of 60% (to a thickness of 6 mm) in the range of 1150-1080 ° C with intermediate heating. The final cooling of the rolled products was carried out at a rate of 100 ° C / s with water. Then the rolled metal was stripped and cut to the required dimensions. The chemical composition of the steels is presented in table 1. The mechanical properties of the obtained alloys are presented in table 2.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

* Испытания на растяжение при -175°С, на ударный изгиб при -196°С* Tensile tests at -175 ° C, impact bending at -196 ° C

Коррозионная стойкость разработанных сплавов в кислой среде (0,5М H2SO4, рН=0,44) и морской воде (3% NaCl) по разным показателям (МКК, общая, питтинговая и щелевая коррозия) не ниже или выше, чем у коррозионно-стойких нержавеющих сталей типа (05-12)Х18Н(8-10) и 06X18AH(8-10).The corrosion resistance of the developed alloys in an acidic environment (0.5 M H 2 SO 4 , pH = 0.44) and sea water (3% NaCl) for different indicators (MCC, total, pitting and crevice corrosion) is not lower or higher than that of corrosion-resistant stainless steels of the type (05-12) X18H (8-10) and 06X18AH (8-10).

Claims (19)

1. Слиток из конструкционной криогенной аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой свариваемой стали, содержащей углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, азот, алюминий, железо и примеси, в качестве которых она содержит серу, фосфор, олово, свинец, висмут и мышьяк, отличающийся тем, что сталь дополнительно содержит медь и бор, при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. An ingot of structural cryogenic austenitic high-strength corrosion-resistant welded steel containing carbon, chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, nitrogen, aluminum, iron and impurities, in which it contains sulfur, phosphorus, tin, lead, bismuth and arsenic, characterized in that the steel 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 - 1,8-2,2Mo - 1.8-2.2 Si - 0,25-0,35Si - 0.25-0.35 N - 0,30-0,38N - 0.30-0.38 Cu - 0,6-1,4Cu - 0.6-1.4 В - от более 0,01 до 0,015B - from more than 0.01 to 0.015 Al - 0,015-0,035Al - 0.015-0.035 S≤0,0025S≤0.0025 Р≤0,015P≤0.015 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. 2. Способ термодеформационной обработки слитка по п. 1, заключающийся в том, что осуществляют нагрев слитка до температуры 1250-1050°С, его ковку в заготовку с суммарной степенью деформации не менее 50%, охлаждение заготовки на воздухе, нагрев заготовки до температуры 1180-1080°С с последующей прокаткой с суммарной степенью обжатия не менее 40% и охлаждением на воздухе с получением проката, нагрев проката до температуры 1150-1080°С и заключительную прокатку в 2-3 прохода с суммарной степенью обжатия 30-80% и температурой окончания прокатки 1050-1080°С, после чего осуществляют ускоренное охлаждение со скоростью 20-100°С/с до комнатной температуры.2. The method of thermo-deformation processing of an ingot according to claim 1, which consists in heating the ingot to a temperature of 1250-1050 ° C, forging it into a workpiece with a total degree of deformation of at least 50%, cooling the workpiece in air, heating the workpiece to a temperature of 1180 -1080 ° С followed by rolling with a total compression ratio of at least 40% and cooling in air to produce rolled products, heating the rolled products to a temperature of 1150-1080 ° C and final rolling in 2-3 passes with a total compression ratio of 30-80% and temperature the end of rolling 1050-1080 ° C, after which carry out accelerated cooling at a speed of 20-100 ° C / s to room temperature.
RU2017103168A 2017-01-31 2017-01-31 Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method RU2657741C1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103168A RU2657741C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method
PCT/RU2017/000662 WO2018143837A1 (en) 2017-01-31 2017-09-11 High strength cryogenic austenitic corrosion resistant weldable construction steel and production method
JP2019541241A JP2020509225A (en) 2017-01-31 2017-09-11 High Strength Austenitic Corrosion Resistant Welded Structural Steel for Cryogenic Use and Manufacturing Method
CN201780089165.2A CN110475897B (en) 2017-01-31 2017-09-11 High-strength low-temperature austenite corrosion-resistant weldable building steel and production method thereof
EA201900398A EA036755B1 (en) 2017-01-31 2017-09-11 High strength cryogenic austenitic corrosion resistant weldable construction steel and method of processing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103168A RU2657741C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657741C1 true RU2657741C1 (en) 2018-06-15

Family

ID=62620104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103168A RU2657741C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2020509225A (en)
CN (1) CN110475897B (en)
EA (1) EA036755B1 (en)
RU (1) RU2657741C1 (en)
WO (1) WO2018143837A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696792C1 (en) * 2019-05-23 2019-08-06 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Corrosion-resistant high-strength non-magnetic steel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009070345A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Ati Properties, Inc. Lean austenitic stainless steel
RU2392348C2 (en) * 2008-08-20 2010-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel
WO2011053460A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Ati Properties, Inc. Lean austenitic stainless steel
RU2545856C2 (en) * 2013-08-02 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method
JP2016199776A (en) * 2015-04-07 2016-12-01 新日鐵住金株式会社 Austenite stainless steel
RU2608251C1 (en) * 2015-11-18 2017-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Cold-resistant austenitic high-strength steel

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560286A (en) * 2012-02-29 2012-07-11 宝山钢铁股份有限公司 Non-magnetic hard-section nickel austenitic stainless steel and preparation method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009070345A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Ati Properties, Inc. Lean austenitic stainless steel
RU2392348C2 (en) * 2008-08-20 2010-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Corrosion-proof high-strength non-magnetic steel and method of thermal deformation processing of such steel
WO2011053460A1 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Ati Properties, Inc. Lean austenitic stainless steel
RU2545856C2 (en) * 2013-08-02 2015-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) High-strength cryogenic austenite weldable structural steel and steel obtainment method
JP2016199776A (en) * 2015-04-07 2016-12-01 新日鐵住金株式会社 Austenite stainless steel
RU2608251C1 (en) * 2015-11-18 2017-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Cold-resistant austenitic high-strength steel

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018143837A1 (en) 2018-08-09
JP2020509225A (en) 2020-03-26
EA201900398A1 (en) 2019-12-30
CN110475897B (en) 2021-05-04
CN110475897A (en) 2019-11-19
EA036755B1 (en) 2020-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI460293B (en) Duplex stainless steel, duplex stainless steel slab, and duplex stainless steel material
RU2618021C1 (en) Austenite stainless steel and method of producing material out of austenite stainless steel
CN110423950B (en) Fe-Mn-Al-C series medium-manganese low-temperature steel and preparation method thereof
WO2006109664A1 (en) Ferritic heat-resistant steel
CN111433381B (en) High Mn steel and method for producing same
CN111051553B (en) High Mn steel and method for producing same
KR102628769B1 (en) HIGH-Mn STEEL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
JP6842257B2 (en) Fe-Ni-Cr-Mo alloy and its manufacturing method
EP2684974A1 (en) Duplex stainless steel sheet
CN111788325B (en) High Mn steel and method for producing same
CA2868278C (en) Cost-effective ferritic stainless steel
CN113544295A (en) Super austenitic material
RU2584315C1 (en) Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant, including bioactive media, welded steel and method of processing
RU2653954C2 (en) Method of manufacturing thick-sheet rolled stock for manufacturing of electrically welded gas-and-oil pipes of large diameter category x42-x56, resistant against hydrogen-induced cracking in h2s-containing media
RU2657741C1 (en) Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method
CN111108225B (en) Steel sheet and method for producing same
CN108138295B (en) Novel austenitic stainless alloy
CN112513309B (en) Steel sheet and method for producing same
CN116219270A (en) High-strength precipitation hardening stainless steel for sensor elastomer and preparation method thereof
KR102387364B1 (en) High Mn steel and manufacturing method thereof
RU2362814C2 (en) Low-alloy steel and product implemented from it
RU76647U1 (en) SHAFT (OPTIONS)
KR102683673B1 (en) Steel and method of producing same
RU2625514C1 (en) Casting austenitic high-strength corrosion-resisting in inorganic and organic environments cryogenic steel and method of its production
EP4019656A1 (en) Steel and method for manufacturing same