RU2700440C1 - Austenitic-ferritic stainless steel - Google Patents
Austenitic-ferritic stainless steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700440C1 RU2700440C1 RU2019115896A RU2019115896A RU2700440C1 RU 2700440 C1 RU2700440 C1 RU 2700440C1 RU 2019115896 A RU2019115896 A RU 2019115896A RU 2019115896 A RU2019115896 A RU 2019115896A RU 2700440 C1 RU2700440 C1 RU 2700440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- zirconium
- calcium
- nitrogen
- impurities
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии коррозионно-стойких сталей аустенитно-ферритного класса и может быть использовано в металлургической, нефтеперерабатывающей, газовой промышленности, в энергетическом машиностроении при производстве теплообменного оборудования АЭС, в химическом машиностроении и других отраслях промышленности при температурах эксплуатации от -50 до +350°С.The invention relates to the field of metallurgy of corrosion-resistant steels of the austenitic-ferritic class and can be used in the metallurgical, oil refining, gas industry, power engineering in the production of nuclear power plant heat exchange equipment, in chemical engineering and other industries at operating temperatures from -50 to +350 ° C.
Известна аустенитно-ферритная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, бор, серу, кобальт, вольфрам, медь, рутений, алюминий, кальций, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод≤0,03; кремний≤0,05; марганец≤3,0; хром 24,0-30,0; никель 4,9-10,0; молибден 3,0-5,0; азот 0,28-0,5; бор≤0,003; сера≤0,01; кобальт≤3,5; вольфрам≤3,0; медь≤2,0; рутений≤0,3; алюминий≤0,03; кальций≤0,01; железо и неизбежные примеси остальное. Доля феррита составляет 40-65 об. % и соотношение PRE=%Cr+3,3%Mo+16%N превышает 46 для общего химического состава.Known austenitic-ferritic corrosion-resistant steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, boron, sulfur, cobalt, tungsten, copper, ruthenium, aluminum, calcium, iron and inevitable impurities in the following ratio of components, wt . %: carbon ≤0.03; silicon ≤0.05; Manganese ≤3.0; chrome 24.0-30.0; nickel 4.9-10.0; molybdenum 3.0-5.0; nitrogen 0.28-0.5; boron ≤0.003; sulfur ≤0.01; cobalt≤3.5; tungsten≤3.0; copper≤2.0; ruthenium≤0.3; aluminum ≤0.03; calcium ≤ 0.01; iron and inevitable impurities rest. The ferrite fraction is 40-65 vol. % and the ratio PRE =% Cr + 3.3% Mo + 16% N exceeds 46 for the total chemical composition.
(ЕА 009108, С22С 38/44; С22С 38/52; С22С 38/54, опубликовано 26.10.2007)(EA 009108, C22C 38/44; C22C 38/52; C22C 38/54, published October 26, 2007)
Известна дуплексная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, никель, хром, азот, алюминий, кальций, олово, молибден, медь, вольфрам, кобальт, ниобий, титан, бор, магний, редкоземельный металл, ванадий, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод≤0,03; кремний 0,05-1,0; марганец 0,1-7,0; фосфор≤0,05; сера≤0,0001-0,001; никель 0,5-5,0; хром 18,0-25,0; азот 0,1-0,3; алюминий≤0,05; кальций 0,001-0,004; олово 0,01-0,2; молибден≤1,5; медь≤2,0; вольфрам≤1,0; кобальт≤2,0; ниобий 0,01-0,15; титан 0,003-0,05; бор≤0,005; магний≤0,003; редкоземельный металл≤0,1; ванадий 0,05-0,5; железо и неизбежные примеси остальное.Known duplex stainless steel containing carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, nickel, chromium, nitrogen, aluminum, calcium, tin, molybdenum, copper, tungsten, cobalt, niobium, titanium, boron, magnesium, rare earth metal, vanadium, iron and inevitable impurities in the following ratio of components, wt. %: carbon ≤0.03; silicon 0.05-1.0; manganese 0.1-7.0; phosphorus ≤ 0.05; sulfur ≤0.0001-0.001; nickel 0.5-5.0; chrome 18.0-25.0; nitrogen 0.1-0.3; aluminum ≤0.05; calcium 0.001-0.004; tin 0.01-0.2; molybdenum ≤1.5; copper≤2.0; tungsten ≤1.0; cobalt≤2.0; niobium 0.01-0.15; titanium 0.003-0.05; boron ≤0.005; magnesium≤0.003; rare earth metal ≤0.1; vanadium 0.05-0.5; iron and inevitable impurities rest.
(ЕР 2770076, С22С 38/00, С22С 38/58, опубликовано 27.08.2014)(EP 2770076, C22C 38/00, C22C 38/58, published 08/27/2014)
Близкой по составу компонентов является толстолистовая хладостойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, медь, церий, кальций, барий, алюминий, ниобий, цирконий, частицы карбонитрида циркония, титан, ванадий, и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,05-0,08; кремний 0,15-0,30; марганец 0,30-0,60; хром 0,3-0,6; никель 2,35-3,50; молибден 0,25-0,35; азот 0,005-0,012; медь 0,40-0,70; церий 0,001-0,02; кальций 0,005-0,025; барий 0,005-0,025; алюминий 0,01-0,05; ниобий 0,02-0,05; цирконий 0,05-0,08; частицы карбонитрида циркония 0,05-0,10; титан 0,03-0,08; ванадий 0,05-0,08; железо остальное; а также ограниченное количество свинца, висмута, олова, сурьмы, мышьяка, серы, фосфора и кислорода. Известная сталь не имеет аустенитно-ферритной структуры.The components are similar in composition by cold-resistant steel plate containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, copper, cerium, calcium, barium, aluminum, niobium, zirconium, particles of zirconium carbonitride, titanium, vanadium, and iron in the following the ratio of components, wt. %: carbon 0.05-0.08; silicon 0.15-0.30; manganese 0.30-0.60; chrome 0.3-0.6; nickel 2.35-3.50; molybdenum 0.25-0.35; nitrogen 0.005-0.012; copper 0.40-0.70; cerium 0.001-0.02; calcium 0.005-0.025; barium 0.005-0.025; aluminum 0.01-0.05; niobium 0.02-0.05; zirconium 0.05-0.08; zirconium carbonitride particles 0.05-0.10; titanium 0.03-0.08; vanadium 0.05-0.08; iron rest; as well as a limited amount of lead, bismuth, tin, antimony, arsenic, sulfur, phosphorus and oxygen. Known steel does not have an austenitic-ferritic structure.
(RU 2665854, С22С 38/50, опубликовано 04.09.2018)(RU 2665854, C22C 38/50, published 04.09.2018)
Однако все известные стали не обеспечивают достаточно высоких и стабильных прочностных, вязко-пластических характеристик и показателей коррозионной стойкости при всех соотношениях компонентов в известных диапазонах концентраций.However, all known steels do not provide sufficiently high and stable strength, visco-plastic characteristics and corrosion resistance indices for all component ratios in known concentration ranges.
Наиболее близкой является аустенитно-ферритная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, серу, фосфор, медь, кальций, церий, магний и железо, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,01-0,03; кремний 0,3-0,8; марганец 0,8-1,2; хром 24,0-26,0; никель 6,5-7,5; молибден 3,5-4,5; азот 0,15-0,3; сера 0,001-0,015; фосфор 0,001-0,02; медь 0,1-0,5; церий 0,01-002; кальций 0,01-0.023; магний 0,001-0,04; железо остальное, при выполнении отношения кальций/сера≥1,5.The closest is austenitic-ferritic stainless steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, sulfur, phosphorus, copper, calcium, cerium, magnesium and iron, in the following ratio of components, wt. %: carbon 0.01-0.03; silicon 0.3-0.8; manganese 0.8-1.2; chrome 24.0-26.0; nickel 6.5-7.5; molybdenum 3.5-4.5; nitrogen 0.15-0.3; sulfur 0.001-0.015; phosphorus 0.001-0.02; copper 0.1-0.5; cerium 0.01-002; calcium 0.01-0.023; magnesium 0.001-0.04; iron is the rest, when the ratio of calcium / sulfur is ≥1.5.
(RU 2203343, С22С 38/44; С22С 38/46, опубликовано 27.04.2003)(RU 2203343, C22C 38/44; C22C 38/46, published 04/27/2003)
Известная сталь имеет высокое сопротивление питтингообразованию в водных хлоридсодержащих средах. Однако известная сталь не обеспечивает требуемого уровня механических свойств при содержании легирующих элементов на нижнем уровне и не обладает требуемой стойкостью против локальных видов коррозии, в частности стойкости к точечной коррозии, в широком диапазоне рабочих сред. Кроме того на нижнем уровне легирования эквивалентное число сопротивления стали питтинговой коррозии, выраженное соотношением (мас. %): PREN=Cr+3,3Mo+16N имеет значение ниже 41.Known steel has a high resistance to pitting in aqueous chloride-containing environments. However, the known steel does not provide the required level of mechanical properties when the content of alloying elements is at the lower level and does not have the required resistance against local types of corrosion, in particular resistance to pitting corrosion, in a wide range of working environments. In addition, at the lower level of alloying, the equivalent number of pitting corrosion resistance steel, expressed by the ratio (wt.%): PREN = Cr + 3.3Mo + 16N has a value below 41.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочностных и вязко-пластических характеристик стали в сочетании с повышенной коррозионной стойкостью в агрессивных средах.The objective and technical result of the invention is to increase the strength and visco-plastic characteristics of steel in combination with increased corrosion resistance in aggressive environments.
Технический результат достигается тем, что аустенитно-ферритная нержавеющая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, азот, медь, церий, кальций, барий, алюминий, ниобий, цирконий, и частицы карбонитрида циркония размером 30-65 нм, железо и неизбежные примеси, дополнительно содержит, при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод 0,01-0,03, кремний 0,3-0,8, марганец 0,8-1,2, хром 26,0-28,0, никель 7,5-8,0, молибден 4,5-5,2, азот 0,30-0,50, медь 1,5-2,5, церий 0,001-0,025, кальций 0,005-0,025, барий 0,005-0,025, алюминий 0,01-0,02, ниобий 0,15-0,20, цирконий 0,02-0,04, частицы карбонитрида циркония 0,03-0,10, железо и примеси остальное.The technical result is achieved by the fact that austenitic-ferritic stainless steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, nitrogen, copper, cerium, calcium, barium, aluminum, niobium, zirconium, and particles of zirconium carbonide with a size of 30-65 nm, iron and inevitable impurities, additionally contains, in the following ratios of components, wt. %: carbon 0.01-0.03, silicon 0.3-0.8, manganese 0.8-1.2, chromium 26.0-28.0, nickel 7.5-8.0, molybdenum 4, 5-5.2, nitrogen 0.30-0.50, copper 1.5-2.5, cerium 0.001-0.025, calcium 0.005-0.025, barium 0.005-0.025, aluminum 0.01-0.02, niobium 0 , 15-0.20, zirconium 0.02-0.04, particles of zirconium carbonitride 0.03-0.10, iron and impurities the rest.
Технический результат также достигается тем, что сталь дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы бор, титан и ванадий, при следующей концентрации компонентов, мас. %: бор 0,001-0,008, титан 0,005-0,10; ванадий 0,08-0,12; суммарное содержание примесей легкоплавких металлов свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка, не превышает 0,03 мас. %; содержание примесей серы, фосфора и кислорода не превышает, мас. %: сера≤0,004; фосфор≤0,006, кислород≤0,003.The technical result is also achieved by the fact that the steel additionally contains at least one element selected from the group of boron, titanium and vanadium, at the following concentration of components, wt. %: boron 0.001-0.008, titanium 0.005-0.10; vanadium 0.08-0.12; the total content of impurities of fusible metals of lead, bismuth, tin, antimony and arsenic does not exceed 0.03 wt. %; the content of impurities of sulfur, phosphorus and oxygen does not exceed, wt. %: sulfur≤0.004; phosphorus≤0.006, oxygen≤0.003.
Технический результат также достигается тем, что эквивалентное число сопротивления стали питтинговой коррозии PREN=%Cr+3,3%Mo+16%N≥41.The technical result is also achieved in that the equivalent number of pitting corrosion resistance steel is PREN =% Cr + 3.3% Mo + 16% N≥41.
Содержание компонентов в стали по изобретению обеспечивает получение аустенитно-ферритной структуры стали.The content of the components in the steel according to the invention provides an austenitic-ferritic steel structure.
Содержание углерода в стали 0,01-0,03 мас. % в сочетании с содержанием азота в пределах 0,30-0,50 мас. % обеспечивает минимальные возможности формирования карбидов типа Ме23С6, располагающихся, в основном, по границам зерен аустенита и феррита, и вызывающих хрупкое разрушение при нагрузках, что является оптимальным для обеспечения высокой технологичности и способствует получению высокой прочности, коррозионной стойкости и более высоких значений пластичности и ударной вязкости.The carbon content in the steel is 0.01-0.03 wt. % in combination with a nitrogen content in the range of 0.30-0.50 wt. % provides minimal possibilities for the formation of carbides of the type Me 23 C 6 , which are located mainly along the grain boundaries of austenite and ferrite and cause brittle fracture under loads, which is optimal for ensuring high processability and contributes to high strength, corrosion resistance, and higher values ductility and toughness.
Марганец в концентрациях 0,8-1,2 мас. % раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу, образуя сульфиды марганца, для модификации которых в глобулярную форму используется кальций и барий. При этом марганец в концентрациях 0,8-1,2 мас. % не способен вызвать образование σ-фазы, которая активно ухудшает пластические свойства стали и снижает ее коррозионную стойкость. При введении марганца вне указанных пределов уменьшается эффективность его влияния на прочность и сопротивление питтингообразованию.Manganese in concentrations of 0.8-1.2 wt. % deoxidizes and hardens steel, binds sulfur, forming manganese sulfides, for the modification of which the globular form uses calcium and barium. In this case, manganese in concentrations of 0.8-1.2 wt. % is not able to cause the formation of the σ phase, which actively impairs the plastic properties of steel and reduces its corrosion resistance. With the introduction of manganese outside these limits, the effectiveness of its effect on the strength and resistance of pitting is reduced.
Содержание 0,3-0,8 мас. % кремния обусловлено присутствием в стали по изобретению 0,01-0,02 мас. % алюминия, по 0,005-0,025 мас. % кальция и бария, а также 0,001-0,025 мас. %. церия.The content of 0.3-0.8 wt. % silicon due to the presence in the steel according to the invention of 0.01-0.02 wt. % aluminum, 0.005-0.025 wt. % calcium and barium, as well as 0.001-0.025 wt. % cerium.
Кремний используется как раскислитель, а также присутствует в качестве неизбежной примеси в исходной шихте. Содержание кремния 0,30-0,80 мас. % является оптимальным. Уменьшение содержания нижнего предела содержания ограничивается выбором специальных шихтовых материалов. Кроме того, содержание кремния менее 0,30 мас. % не обеспечивает достаточной раскисленности стали. Содержание кремния более 0,80 мас. % снижает вязкопластические свойства стали.Silicon is used as a deoxidizer, and is also present as an inevitable impurity in the initial charge. The silicon content of 0.30-0.80 wt. % is optimal. The decrease in the content of the lower limit of the content is limited by the choice of special charge materials. In addition, the silicon content is less than 0.30 wt. % does not provide sufficient deoxidation of steel. The silicon content is more than 0.80 wt. % reduces the viscoplastic properties of steel.
Содержание алюминия в стали 0,01-0,02 мас. % в сочетании с содержанием кальция и/или бария 0,005-0,025 мас. % обеспечивает получение алюминатов, обладающих сферической формой и малыми размерами. При пониженной концентрации серы в металле≤0,004 мас. % не отмечено образования сульфидных оболочек на поверхности алюминатов, которые повышают их температуру плавления. Алюминий, нитрид которого растворяется в аустените при более высоких температурах, также способствует измельчению зерна и препятствует его росту при нагреве.The aluminum content in the steel is 0.01-0.02 wt. % in combination with a calcium and / or barium content of 0.005-0.025 wt. % provides aluminates with a spherical shape and small size. With a reduced concentration of sulfur in the metal ≤0.004 wt. % formation of sulfide shells on the surface of aluminates, which increase their melting point, is not observed. Aluminum, whose nitride dissolves in austenite at higher temperatures, also contributes to grain refinement and prevents its growth when heated.
Кальций оптимизируют химический состав неметаллических включений. Кальций взаимодействует с серой и таким образом нейтрализует вредное действие серы. Отсутствие серы по границам зерен приводит к увеличению пластичности при горячем деформировании.Calcium optimize the chemical composition of non-metallic inclusions. Calcium interacts with sulfur and thus neutralizes the harmful effects of sulfur. The absence of sulfur at the grain boundaries leads to an increase in ductility during hot deformation.
Барий практически не растворяется в железе, но имеет, по сравнению с кальцием, невысокое давление паров в зоне растворения модификатора (0,0052 МПа при 1600°С). Низкая температура плавления бария (710°С) приводят к более раннему и эффективному реагированию бария в расплаве с кислородом и серой, а высокие свойства поверхностного натяжения (смачиваемость) способствуют быстрому и полному удалению продуктов реакций.Barium practically does not dissolve in iron, but, compared with calcium, has a low vapor pressure in the dissolution zone of the modifier (0.0052 MPa at 1600 ° C). The low melting point of barium (710 ° C) leads to an earlier and more efficient reaction of barium in the melt with oxygen and sulfur, and the high surface tension properties (wettability) contribute to the rapid and complete removal of reaction products.
Совместное введение в сталь кальция и бария значительно улучшает кинетику процесса взаимодействия кальция с примесями. Барий в большей степени глобулязиризует включения, чем кальций. Значительная часть включений приобретает округлую форму. Присадки бария способствуют (по сравнению с кальцием и церием) образованию более мелких глобулей. Модифицирование кальцием и барием измельчает сульфиды и приводит к перераспределению включений в дендритной структуре в результате увеличения сульфидных включений в осях.The combined introduction of calcium and barium into steel significantly improves the kinetics of the interaction of calcium with impurities. Barium globularizes inclusions to a greater extent than calcium. A significant part of the inclusions takes a rounded shape. Barium additives contribute (in comparison with calcium and cerium) to the formation of smaller globules. Modification by calcium and barium grinds sulfides and leads to a redistribution of inclusions in the dendritic structure as a result of an increase in sulfide inclusions in the axes.
Церий вводится с целью регулирования формы, уменьшению количества и размеров образующихся избыточных фаз, в частности для сфероидизации оксидов и сульфидов, что способствует повышению вязкопластических свойств аустенитно-ферритной стали. Стойкость против питтингования также увеличивается с уменьшением количества и размеров неметаллических включений, поэтому температура начала питтингообразования стали при введении церия возрастает.Cerium is introduced in order to regulate the shape, reduce the number and size of the formed excess phases, in particular for spheroidization of oxides and sulfides, which helps to increase the visco-plastic properties of austenitic-ferritic steel. Resistance against pitting also increases with a decrease in the number and size of non-metallic inclusions, therefore, the temperature of the onset of pitting formation of steel with the introduction of cerium increases.
При этом содержание фосфора должно быть ограничено 0,006 мас. %. Образующиеся в указанном диапазоне концентраций неметаллические включения не являются коллекторами для коррозионно-активных компонентов среды.In this case, the phosphorus content should be limited to 0.006 wt. % Non-metallic inclusions formed in the indicated concentration range are not collectors for corrosive components of the medium.
Никель в концентрациях 7,5-8,0 мас. % стабилизирует γ-область, а также повышает коррозионную стойкость стали, в частности, снижает склонность к транскристаллитному коррозионному растрескиванию.Nickel in concentrations of 7.5-8.0 wt. % stabilizes the γ-region, and also increases the corrosion resistance of steel, in particular, reduces the tendency to transcrystalline corrosion cracking.
Содержание хрома 26-28,0 мас. % в сочетании с оптимальным содержанием азота 0,30-0,50 мас. % позволяет предотвратить образование нежелательных крупных нитридов хрома типа Cr2N по границам зерен. Хром, в указанных пределах, также как молибден и марганец, увеличивает растворимость азота.The chromium content is 26-28.0 wt. % in combination with an optimal nitrogen content of 0.30-0.50 wt. % allows you to prevent the formation of unwanted large chromium nitrides such as Cr 2 N at the grain boundaries. Chromium, within the specified limits, as well as molybdenum and manganese, increases the solubility of nitrogen.
Заявленное содержание азота обеспечивает преимущественное связывание ниобия, циркония, титана и ванадия в стойкие нитриды и карбонитриды и одновременно исключает возможность образования в стали газовой пористости. Такое содержание азота обеспечивает высокую прочность и пластичность аустенитно-ферритной стали. Кроме того, азот, находящийся в твердом растворе, повышает стойкость сталей к общей, точечной и щелевой коррозии.The declared nitrogen content provides the preferential binding of niobium, zirconium, titanium and vanadium to stable nitrides and carbonitrides and at the same time eliminates the possibility of formation of gas porosity in steel. This nitrogen content provides high strength and ductility of austenitic-ferritic steel. In addition, nitrogen in solid solution increases the resistance of steels to general, pitting and crevice corrosion.
Введение в заявленную сталь легирующих добавок ванадия, ниобия, циркония и титана в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность и обеспечивает заданный уровень прочностных и пластических свойств стали. Обладая способностью увеличивать дисперсность зерна, указанные элементы в заданном соотношении с азотом значительно повышают предельное сопротивление упругой деформации и в первую очередь, такую важную расчетную характеристику как предел текучести.The introduction into the declared steel alloying additives of vanadium, niobium, zirconium and titanium in the specified ratio with other elements improves its structural stability and provides a given level of strength and plastic properties of steel. Having the ability to increase the dispersion of grain, these elements in a given ratio with nitrogen significantly increase the ultimate resistance to elastic deformation and, in the first place, such an important design characteristic as yield strength.
Дополнительное введение ниобия 0,15-0,20 мас. % способствует связыванию углерода в карбиды и карбонитриды, что препятствует образованию карбидов хрома на границах зерен. Кроме того, растворение при нагреве карбонитридов ниобия происходит при более высокой температуре, чем образование соединений ванадия при температуре около 1100°С, что способствует измельчению зерна и препятствует его росту при нагреве.The additional introduction of niobium 0.15-0.20 wt. % promotes the binding of carbon to carbides and carbonitrides, which prevents the formation of chromium carbides at grain boundaries. In addition, dissolution during heating of niobium carbonitrides occurs at a higher temperature than the formation of vanadium compounds at a temperature of about 1100 ° C, which contributes to the grinding of grain and prevents its growth during heating.
Введение титана 0,005-0,10 мас. % смещает начало образования нитридов алюминия в более низкотемпературную область, что способствует предотвращению выделений пленочных нитридов алюминия. Образующийся при введении в сталь титана карбонитрид титана растворяется в аустените при более высокой температуре - более 1200°С, что способствует повышению прочности и пластичности за счет карбонитридов титана, препятствующих росту зерна при нагреве. Дисперсные карбиды и карбонитриды оказывают барьерное действие на мигрирующую границу зерен. Карбонитриды титана имеют более округлую форму и меньшие по сравнению с нитридами титана размеры. Карбонитриды титана распределены сравнительно равномерно в литом металле, часть этих включений имеет тенденцию концентрироваться в междуветвиях дендритов и в междендритном пространстве.The introduction of titanium of 0.005-0.10 wt. % shifts the beginning of the formation of aluminum nitrides to a lower temperature region, which helps to prevent the release of film aluminum nitrides. The titanium carbonitride formed during the introduction of titanium into steel dissolves in austenite at a higher temperature - more than 1200 ° C, which contributes to an increase in strength and ductility due to titanium carbonitrides that impede grain growth during heating. Dispersed carbides and carbonitrides have a barrier effect on the migrating grain boundary. Titanium carbonitrides are more rounded and smaller in comparison with titanium nitrides. Titanium carbonitrides are distributed relatively evenly in the cast metal; some of these inclusions tend to concentrate in the branches of the dendrites and in the interdendritic space.
Цирконий в количестве 0,02-0,04 мас. % оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью, повышает коррозионную стойкость стали.Zirconium in an amount of 0.02-0.04 wt. % has a special effect on the size and growth of grain in steel, grinds grain and allows you to get steel with a predetermined grain size, increases the corrosion resistance of steel.
Цирконий универсален, так как действует как раскислитель, десульфуратор и денитринизатор. Цирконий ввиду большого сродства к азоту может вытеснять азот из нитридов алюминия. Цирконий повышает прочность, вязкость, сопротивление коррозии.Zirconium is universal, as it acts as a deoxidizer, desulfurizer and denitrinizer. Zirconium, due to its high affinity for nitrogen, can displace nitrogen from aluminum nitrides. Zirconium increases strength, toughness, and corrosion resistance.
Карбиды и нитриды ванадия, ниобия и титана имеют близкие параметры кристаллической решетки и обладают неограниченной взаимной растворимостью и образуют карбонитриды. Растворение при нагреве карбонитридов ниобия происходит при более высокой температуре, чем соединений ванадия. Полное растворение карбонитридов ванадия заканчивается при 800-900°С, а карбонитридов ниобия при температуре около 1100°С.The carbides and nitrides of vanadium, niobium and titanium have similar crystal lattice parameters and have unlimited mutual solubility and form carbonitrides. Dissolution upon heating of niobium carbonitrides occurs at a higher temperature than vanadium compounds. Complete dissolution of vanadium carbonitrides ends at 800-900 ° C, and niobium carbonitrides at a temperature of about 1100 ° C.
Введение в состав стали наночастиц карбонитрида циркония 0,03-0,10 мас. % с размером 30-65 нм позволяет при затвердевании расплава стали образовать большое количество центров кристаллизации, равномерно распределенных в объеме металла.Introduction to the composition of the steel nanoparticles of zirconium carbonitride 0.03-0.10 wt. % with a size of 30-65 nm allows for the solidification of the melt to form a large number of crystallization centers uniformly distributed in the metal volume.
В процессе затвердевания стали химически стойкие наночастицы карбонитрида циркония обладают повышенной устойчивостью к диссоциации и будут являться центрами кристаллизации аустенитных зерен, что существенно измельчит первичное аустенитное зерно, увеличит площадь границ аустенитных зерен, существенно увеличит дисперсность карбидов и нитридов ванадия и ниобия, выпадающих по границам аустенитных зерен, что обеспечит увеличение прочностных свойств и одновременно показателей пластичности и вязкости.During solidification, chemically stable zirconium carbonitride nanoparticles have increased resistance to dissociation and will be centers of crystallization of austenitic grains, which will significantly grind the primary austenitic grain, increase the area of the boundaries of austenitic grains, and significantly increase the dispersion of vanadium and niobium carbides and nitrides precipitated along the grain boundaries and that will provide an increase in strength properties and at the same time indicators of ductility and viscosity.
Содержание молибдена 4,5-5,2 мас. % в сочетании с оптимальным содержания хрома способствует уменьшению количества сложных соединений избыточной фазы (интерметаллидов), обогащенных железом, хромом, никелем, молибденом и медью. Молибден, в указанных пределах, также как хром и марганец, увеличивает растворимость азота, улучшает общую коррозионную стойкость стали в широком диапазоне температур и рабочих сред, увеличивает пассивацию и стойкость против локальных видов коррозии в средах повышенной агрессивности и в частности, повышает потенциал питтингообразования в водных растворах хлоридов и щелочей.The molybdenum content is 4.5-5.2 wt. % in combination with the optimal chromium content helps to reduce the number of complex compounds of the excess phase (intermetallic compounds) enriched in iron, chromium, nickel, molybdenum and copper. Molybdenum, within the specified limits, as well as chromium and manganese, increases the solubility of nitrogen, improves the overall corrosion resistance of steel in a wide range of temperatures and working environments, increases passivation and resistance to local types of corrosion in environments of increased aggressiveness, and in particular, increases the potential for pitting in water solutions of chlorides and alkalis.
Содержание меди 1,5-2,5 мас. % позволяет достигнуть максимума коррозионной стойкости к растрескиванию стали под напряжением. Являясь поверхностно-активным элементом, медь концентрируются на поверхности зерен, оказывает ингибирующее влияние на скорость реакций, протекающих на поверхности изделия, особенно, в зоне образования и развития трещины. Добавки меди ослабляют коррозионные процессы на поверхности стали, образуя поверхностный медьсодержащий слой, препятствуя проникновению коррозионно-активных компонентов в металл. Кроме того, положительное влияние меди связано с образованием мелкодисперсной избыточной Cu'-фазы, концентрирующейся преимущественно в теле зерна и отвечающей за повышение прочности материала.The copper content of 1.5-2.5 wt. % allows you to achieve maximum corrosion resistance to cracking of steel under stress. Being a surface-active element, copper is concentrated on the surface of grains, it has an inhibitory effect on the rate of reactions taking place on the surface of the product, especially in the zone of crack formation and development. Copper additives weaken the corrosion processes on the surface of the steel, forming a surface copper-containing layer, preventing the penetration of corrosive components into the metal. In addition, the positive effect of copper is associated with the formation of a finely divided excess Cu'-phase, which is concentrated mainly in the grain body and is responsible for increasing the strength of the material.
Введение меди в сталь повышает прочность и коррозионную стойкость в морской воде, благодаря измельчению аустенитного зерна и благодаря уплотнению границ зерен при образовании мелких аустенитных зерен. Стали, используемые в контакте с морской водой, обычно легируются медью. Добавка меди для повышения сопротивления питтинговой коррозии может допускать более медленные скорости охлаждения при термической обработке без образования хрупких фаз.The introduction of copper into steel increases the strength and corrosion resistance in sea water due to the grinding of austenitic grains and due to the compaction of grain boundaries during the formation of small austenitic grains. Steels used in contact with seawater are usually alloyed with copper. Copper addition to increase pitting corrosion resistance can allow slower cooling rates during heat treatment without the formation of brittle phases.
Дополнительное микролегирования бором (0,001-0,008 мас. %) в сочетании с азотом приводит к образованию нитридов бора, которые сегрегируют по границам зерен, преимущественно бывшим аустенитным, что, подавляя зернограничное проскальзывание, повышает время до разрушения. Кроме того, бор повышает сопротивление коррозии под напряжением. Бор образует наночастицы нитрида бора в теле зерен и по дислокационным стенкам, что позволяет поднять температуру эксплуатации за счет эффекта стабилизации дислокационной структуры.Additional microalloying with boron (0.001-0.008 wt.%) In combination with nitrogen leads to the formation of boron nitrides, which segregate along grain boundaries, mainly former austenitic, which, suppressing grain-boundary slippage, increases the time to failure. In addition, boron increases stress corrosion resistance. Boron forms boron nitride nanoparticles in the body of grains and along dislocation walls, which makes it possible to raise the operating temperature due to the effect of stabilization of the dislocation structure.
Наночастицы нитрида бора увеличивают эффект воздействия наночастиц карбонитрида циркония на прочность и пластичность стали.Boron nitride nanoparticles increase the effect of zirconium carbonitride nanoparticles on the strength and ductility of steel.
В заявляемой стали реализован механизм наноразмерного саморегулирования структуры в условиях длительной эксплуатации, заключающийся в закреплении дислокаций наноразмерными выделениями (размером не более 20-60 нм) нитрида бора, карбонитрида циркония, обладающими высокой стабильностью, как при воздействии низких, так и повышенных температур и высоких напряжений, что существенно повышает стабильность свойств заявленной стали.The inventive steel implements the mechanism of nanoscale self-regulation of the structure under long-term operation, which consists in fixing dislocations with nanoscale precipitates (no more than 20-60 nm in size) of boron nitride, zirconium carbonitride, which are highly stable under both low and high temperatures and high voltages , which significantly increases the stability of the properties of the claimed steel.
Предлагаемая сталь отличается от известной ограничением содержания примесей серы до 0,004 мас. % и фосфора до 0,006 мас. % каждого, что способствует получению более высоких значений пластичности и ударной вязкости. Такое содержание серы и фосфора надежно обеспечивается современными методами получения стали. При повышении содержания легкоплавких примесей серы и фосфора выше заявленных пределов резко увеличивается неоднородность структуры стали, что в свою очередь снижает прочность и пластичность стали. Кислород также неизбежно присутствует в составе стали, в основном в виде неметаллических включений. При его содержании свыше 0.003 мас. % в стали растет содержание неметаллических включений, что ухудшает свойства стали и вызывает их неоднородность.The proposed steel differs from the known by limiting the content of sulfur impurities to 0.004 wt. % and phosphorus up to 0.006 wt. % of each, which helps to obtain higher values of ductility and toughness. This sulfur and phosphorus content is reliably provided by modern methods of steel production. With an increase in the content of fusible sulfur and phosphorus impurities above the stated limits, the heterogeneity of the steel structure sharply increases, which in turn reduces the strength and ductility of steel. Oxygen is also inevitably present in steel, mainly in the form of non-metallic inclusions. When its content exceeds 0.003 wt. % in steel increases the content of non-metallic inclusions, which degrades the properties of steel and causes their heterogeneity.
Свинец, висмут, олово, сурьма и мышьяк являются примесями, которые негативно влияют на вязко-пластические свойства стали. Их суммарное содержание целесообразно ограничить диапазоном 0,03 мас. %, с учетом минимально возможного содержания этих элементов целесообразно ограничить диапазоном 0,008-0.03 мас. %.Lead, bismuth, tin, antimony and arsenic are impurities that adversely affect the visco-plastic properties of steel. Their total content, it is advisable to limit the range of 0.03 wt. %, taking into account the minimum possible content of these elements, it is advisable to limit the range of 0.008-0.03 wt. %
Для обеспечения высокого сопротивления стали питтинговой коррозии необходимо выполнение соотношения (мас. %): PREN=Cr+3,3Mo+16N≥41.To ensure high resistance of pitting corrosion steel, it is necessary to fulfill the ratio (wt.%): PREN = Cr + 3.3Mo + 16N≥41.
Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.The invention can be illustrated by the following example.
В таблице 1 приведен химический состав аустенитно-ферритной коррозионностойкой стали по изобретению, а также состав известной стали.Table 1 shows the chemical composition of austenitic-ferritic stainless steel according to the invention, as well as the composition of the known steel.
Выплавку проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые заготовки. Азот вводили в состав стали азотированными ферросплавами хрома и марганца. Карбонитрид циркония вводили в металлических капсулах на струю металла при выпуске плавки в ковш. Металл разливали в слитки диаметром 150 мм. После нагрева в печи до температуры 1150-1200°С слитки ковали на прутки для изготовления продольных образцов на растяжение и ударный изгиб. Образцы подвергали закалке от температуры 1050°С, выдержка 3 3 ч., охлаждение в воду.Smelting was carried out in a 150 kg induction furnace with metal casting on cast billets. Nitrogen was introduced into the composition of steel with nitrided ferroalloys of chromium and manganese. Zirconium carbonitride was introduced in metal capsules per jet of metal when melting was released into the ladle. Metal was poured into ingots with a diameter of 150 mm. After heating in the furnace to a temperature of 1150-1200 ° C, the ingots were forged onto rods for the manufacture of longitudinal specimens for tensile and shock bending. The samples were quenched from a temperature of 1050 ° C, holding for 3 to 3 hours, cooling to water.
В таблице 2 приведены механические свойства, полученные после оптимальной термообработки.Table 2 shows the mechanical properties obtained after optimal heat treatment.
Испытания на растяжение проводили на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости при нормальной температуре производилось на образцах типа 11 по ГОСТ 9454-78.Tensile tests were carried out on cylindrical samples of five times the length with a diameter of the calculated part of 6 mm in accordance with GOST 1497-84. Determination of impact strength at normal temperature was carried out on samples of type 11 according to GOST 9454-78.
Из представленных в таблице 2 данных механических испытаний следует, что аустенитно-ферритная сталь по изобретению обладает повышенными прочностными и вязкопластическими характеристиками, по сравнению с известной сталью.From the mechanical test data presented in table 2, it follows that the austenitic-ferritic steel according to the invention has increased strength and viscoplastic characteristics, compared with the known steel.
Сопротивления стали питтинговой коррозии было оценено путем использования показателя PREN (мас. %):=Cr+3,3Mo+16N≥41 для легирования стали на нижнем, среднем и верхнем уровне.The resistance of pitting corrosion steel was evaluated by using the PREN indicator (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N≥41 for alloying steel at the lower, middle and upper levels.
PREN (мас. %):=Cr+3,3Мо+16N=26+3×4,5+16×0,30=44,3PREN (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N = 26 + 3 × 4.5 + 16 × 0.30 = 44.3
PREN (мас. %):=Cr+3,3Мо+16N=27+3,3×4,8+16×0,40=49,24PREN (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N = 27 + 3.3 × 4.8 + 16 × 0.40 = 49.24
PREN (мас. %):=Cr+3,3Мо+16N=28+3,3×5,2+16×0,5=53,16PREN (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N = 28 + 3.3 × 5.2 + 16 × 0.5 = 53.16
Представленные данные показывают, что если эквивалент сопротивления питтинговой коррозии более 41%, то это соответствует критической температуре питтингования более 60°С.The data presented show that if the equivalent pitting corrosion resistance is more than 41%, then this corresponds to a critical pitting temperature of more than 60 ° C.
Для сравнения сопротивления стали питтинговой коррозии было оценено на стали прототипе.To compare the resistance of steel to pitting corrosion, it was evaluated on steel prototype.
PREN (мас. %):=Cr+3,3Мо+16N=24+3,3×3,5+16×0,15=37,95PREN (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N = 24 + 3.3 × 3.5 + 16 × 0.15 = 37.95
PREN (мас. %):=Cr+3,3Мо+16N=26+3,3×4,5+16×0,30=44,30PREN (wt.%): = Cr + 3.3Mo + 16N = 26 + 3.3 × 4.5 + 16 × 0.30 = 44.30
В стали прототипе при содержании легирующих элементов на нижнем уровне не выполняется это условие.In the steel prototype when the content of the alloying elements at the lower level this condition is not met.
Из представленных результатов следует, что сталь по изобретению обладает высоким комплексом прочностных, пластических и коррозионных свойств именно за счет формирования и стабилизации аустенитно-ферритной структуры и расположения мелких частиц избыточной фазы (нитридов и карбонитридов) внутри ферритных зерен.From the presented results it follows that the steel according to the invention has a high complex of strength, plastic and corrosion properties precisely due to the formation and stabilization of the austenitic-ferritic structure and the location of small particles of the excess phase (nitrides and carbonitrides) inside the ferritic grains.
Представленные данные показали, что аустенитно-ферритная сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение прочностных и вязко-пластических характеристик стали в сочетании с повышенной коррозионной стойкостью в агрессивных средах.The presented data showed that the austenitic-ferritic steel according to the invention ensures the achievement of the technical result: an increase in the strength and visco-plastic characteristics of the steel in combination with increased corrosion resistance in aggressive environments.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115896A RU2700440C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Austenitic-ferritic stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115896A RU2700440C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Austenitic-ferritic stainless steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2700440C1 true RU2700440C1 (en) | 2019-09-17 |
Family
ID=67989617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019115896A RU2700440C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Austenitic-ferritic stainless steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2700440C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3689325A (en) * | 1969-12-01 | 1972-09-05 | Int Nickel Co | Stainless steel having improved corrosion and fatigue resistance |
| RU2203343C2 (en) * | 2001-03-27 | 2003-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Two-phase stainless steel at high corrosion resistance in aggressive media |
| RU2270268C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Corrosion-resistant steel and the product made out of it |
| EP1495150B1 (en) * | 2002-03-25 | 2007-05-09 | Park, Yong Soo | High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability |
| EP2434030B1 (en) * | 2009-05-18 | 2016-01-27 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Stainless steel for oil well, stainless steel pipe for oil well, and process for production of stainless steel for oil well |
| RU2665854C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-09-04 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Thick cold-resistant steel |
-
2019
- 2019-05-23 RU RU2019115896A patent/RU2700440C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3689325A (en) * | 1969-12-01 | 1972-09-05 | Int Nickel Co | Stainless steel having improved corrosion and fatigue resistance |
| RU2203343C2 (en) * | 2001-03-27 | 2003-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Two-phase stainless steel at high corrosion resistance in aggressive media |
| EP1495150B1 (en) * | 2002-03-25 | 2007-05-09 | Park, Yong Soo | High-grade duplex stainless steel with much suppressed formation of intermetallic phases and having an excellent corrosion resistance , embrittlement resistance, castability and hot workability |
| RU2270268C1 (en) * | 2005-02-01 | 2006-02-20 | Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" | Corrosion-resistant steel and the product made out of it |
| EP2434030B1 (en) * | 2009-05-18 | 2016-01-27 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Stainless steel for oil well, stainless steel pipe for oil well, and process for production of stainless steel for oil well |
| RU2665854C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-09-04 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Thick cold-resistant steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5072285B2 (en) | Duplex stainless steel | |
| KR100931448B1 (en) | Austenitic Stainless Steels | |
| EP2199420B1 (en) | Austenitic stainless steel | |
| JP6904359B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
| KR101226335B1 (en) | An austenitic steel and a steel product | |
| US6761777B1 (en) | High chromium nitrogen bearing castable alloy | |
| EP0381121B1 (en) | High-strength heat-resistant steel with improved workability | |
| CA3009770A1 (en) | Austenitic heat resistant alloy and method for producing the same | |
| RU72697U1 (en) | STAINLESS STEEL HIGH STRENGTH STEEL BAR | |
| RU2683173C1 (en) | High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel | |
| RU2618021C1 (en) | Austenite stainless steel and method of producing material out of austenite stainless steel | |
| EP2885440A1 (en) | High-chromium heat-resistant steel | |
| KR20180052111A (en) | Low alloy steel for geothermal power generation turbine rotor, and low alloy material for geothermal power generation turbine rotor and method for manufacturing the same | |
| EP0828010B1 (en) | High strength and high-toughness heat-resistant cast steel | |
| US6793744B1 (en) | Martenstic stainless steel having high mechanical strength and corrosion | |
| US20040258554A1 (en) | High-chromium nitrogen containing castable alloy | |
| RU2383649C2 (en) | Precipitation hardening steel (versions) and item out of steel (versions) | |
| GB2131832A (en) | Steel material exhibiting superior hydrogen cracking resistance in a wet sour gas environment | |
| JP2017088957A (en) | Austenitic heat resistant steel | |
| AU683389B2 (en) | Cavitation resistant fluid impellers and method of making same | |
| RU2700440C1 (en) | Austenitic-ferritic stainless steel | |
| JP4266194B2 (en) | Heat resistant steel, heat treatment method for heat resistant steel, and steam turbine rotor for high temperature | |
| GB2368849A (en) | Martensitic stainless steel | |
| RU76647U1 (en) | SHAFT (OPTIONS) | |
| KR20230156447A (en) | New austenitic stainless alloy |