RU2704703C1

RU2704703C1 - High-strength dispersion-hardening nitrogen-containing corrosion-resistant austenitic steel

Info

Publication number: RU2704703C1
Application number: RU2018141818A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Блинов; Евгений Игоревич Лукин; Евгений Викторович Блинов; Мария Владимировна Костина; Людмила Георгиевна Ригина; Ираида Николаевна Лукина
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-10-30

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, namely to high-strength dispersion-hardening nitrogen-containing corrosion-resistant austenitic steels used for making high-loaded structures in machine building, shipbuilding, aviation and railway transport. Steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, vanadium, iron and impurities at the following ratio, wt%: carbon 0.01–0.03, silicon 0.20–0.40, manganese 0.50–1.00, chrome 16.0–18.0, nickel 11.0–13.0, nitrogen 0.15–0.25, vanadium 0.8–1.2, iron and impurities – the rest. Content of carbon and nitrogen satisfy condition: [C]:[N]≤0.12. After quenching from 1200–1250 °C and subsequent aging at 650–700 °C has a structure of azotic austenite, hardened with dispersed particles of vanadium nitride with size of ~ 60 Å.

EFFECT: higher strength while maintaining high ductility and impact viscosity.

1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к области легированных высокопрочных коррозионностойких сталей, используемых для высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to the field of alloyed high-strength corrosion-resistant steels used for highly loaded structures in mechanical engineering, shipbuilding, aviation and railway transport.

Известна коррозионностойкая хромоникелевая сталь 0Х18АН12 [Бабаков А.А., Приданцев В.М. Коррозионностойкие стали и сплавы. М. Металлургия, 1971. С. 124, 127], обладающая высокой пластичностью (δ=63%, ψ=78%) и ударной вязкостью (KCU=3,4 МДж/м²), содержащая следующие компоненты, масс. %:Known corrosion-resistant chromium-nickel steel 0X18AN12 [Babakov A.A., Pridantsev V.M. Corrosion resistant steels and alloys. M. Metallurgy, 1971. P. 124, 127], having high ductility (δ = 63%, ψ = 78%) and impact strength (KCU = 3.4 MJ / m ² ), containing the following components, mass. %:

углеродcarbon 0,050.05 никельnickel 12,212,2 хромchromium 18,418,4 марганецmanganese 0,870.87 кремнийsilicon 0,140.14 азотnitrogen 0,060.06 железоiron остальноеrest

Основными недостатками этой стали является низкая прочность (σ_в=608 МПа, σ_0,2=268 МПа).The main disadvantages of this steel is low strength (σ _in = 608 MPa, σ _0.2 = 268 MPa).

Наиболее близкой по химическому составу к предлагаемому техническому решению является коррозионностойкая хромоникелевая сталь 03Х18АН12 [Приданцев В.М., Талов Н.П., Левин Ф.Л. Высокопрочные аустенитные стали. М.: Металлургия. 1969. с. 64], содержащая следующие компоненты, масс. %:The closest chemical composition to the proposed technical solution is corrosion-resistant chromium-nickel steel 03X18AN12 [Pridantsev V.M., Talov N.P., Levin F.L. High strength austenitic steels. M .: Metallurgy. 1969. p. 64], containing the following components, mass. %:

углеродcarbon 0,030,03 никельnickel 12,012.0 хромchromium 17,017.0 азотnitrogen 0,180.18 железоiron остальноеrest

Основным недостатком этой стали являются низкая прочность (σ_в=625 МПа, а₀₎₂=300 МПа).The main disadvantage of this steel is its low strength (σ _in = 625 MPa, and _{0) 2} = 300 MPa).

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа легирования и обработки, позволяющего получать высокопрочную коррозионностойкую сталь, обладающую по сравнению со сталью 0Х18АН12 более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости.The problem to which the present invention is directed is to create a method of alloying and processing, which allows to obtain high-strength corrosion-resistant steel, which, in comparison with steel 0X18AN12, has a higher yield strength and tensile strength while maintaining increased ductility and toughness.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости коррозионностойкой стали.The technical result of the invention is to increase strength while maintaining high ductility and toughness of stainless steel.

Технический результат достигается тем, что коррозионностойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси, согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %:The technical result is achieved in that the corrosion-resistant austenitic steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, vanadium, iron and impurities, according to the invention contains components in the following ratio, mass. %:

углеродcarbon 0,01-0,030.01-0.03 кремнийsilicon 0,20-0,400.20-0.40 марганецmanganese 0,50-1,000.50-1.00 хромchromium 16,0-18,016.0-18.0 никельnickel 11,0-13,011.0-13.0 азотnitrogen 0,15-0,250.15-0.25 ванадийvanadium 0,8-1,20.8-1.2 железо и примесиiron and impurities - остальное,- the rest,

При этом, содержания углерода и азота удовлетворяют условию:In this case, the carbon and nitrogen content satisfy the condition:

[С]:[N]≤0,12. Сталь после закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650°С в течение 5 часов имеет характеризуется структурой азотистого аустенита, дисперсноупрочненного нитридами ванадия.[C]: [N] ≤0.12. Steel after quenching from 1200-1250 ° C and subsequent aging at 650 ° C for 5 hours is characterized by the structure of nitrogen austenite dispersed hardened by vanadium nitrides.

Дополнительное введение азота в состав стали в количестве 0,15-0,25% приводит к повышению прочности. Увеличение показателей прочности стали после закалки от 1200 - 1250°С обусловлено наличием азота в γ-твердом растворе, а после старения упрочнением дисперсными (~ 60

) частицами нитридов VN, выделяющимися в процессе нагрева при температуре 650°С. При концентрации азота более 0,25% трудно получить качественный металл без пористости из-за высокого содержания никеля, снижающего растворимость азота.An additional introduction of nitrogen into the composition of the steel in an amount of 0.15-0.25% leads to an increase in strength. The increase in steel strength after quenching from 1200 - 1250 ° C is due to the presence of nitrogen in the γ-solid solution, and after aging by dispersion hardening (~ 60

) particles of VN nitrides released during heating at a temperature of 650 ° C. At a nitrogen concentration of more than 0.25%, it is difficult to obtain a high-quality metal without porosity due to the high nickel content, which reduces the solubility of nitrogen.

При содержании углерода более 0,03% по границам зерен выделяются крупные частицы карбидов хрома типа Ме₂₃С₆, приводящие к снижению пластичности и ударной вязкости. При отношении содержаний углерода и азота C/N≤0,12, такие карбиды не образуются.When the carbon content is more than 0.03%, large particles of chromium carbides such as Me ₂₃ C ₆ are precipitated along the grain boundaries, leading to a decrease in ductility and toughness. When the ratio of carbon and nitrogen contents C / N≤0.12, such carbides are not formed.

Введение в сталь с 16-18% Сr и 11-13% Ni ванадия в количестве 0,8-1,2% повышает растворимость азота в аустените и позволяет получать сталь с содержанием азота до 0,25%. Увеличение содержания ванадия (ферритообразующего элемента) в количестве более 1,2% приводит к снижению стабильности аустенита по отношению к мартенситному превращению при охлаждении, а уменьшение его содержания менее 0,8% не позволяет металлу приобрести заданную прочность.Introduction to steel with 16-18% Cr and 11-13% Ni of vanadium in an amount of 0.8-1.2% increases the solubility of nitrogen in austenite and allows to obtain steel with a nitrogen content of up to 0.25%. An increase in the content of vanadium (ferrite-forming element) in an amount of more than 1.2% leads to a decrease in the stability of austenite with respect to the martensitic transformation upon cooling, and a decrease in its content below 0.8% does not allow the metal to acquire a given strength.

Увеличение концентрации никеля более 13,0% приводит к снижению растворимости азота, и значительному возрастанию стоимости металла. При содержании никеля менее 11,0% не удается сохранить стабильно аустенитную структуру при пластической деформации.An increase in the nickel concentration of more than 13.0% leads to a decrease in the solubility of nitrogen, and a significant increase in the cost of the metal. When the nickel content is less than 11.0%, it is not possible to maintain a stable austenitic structure during plastic deformation.

Введение в сталь, содержащую 16-18% Сr и 11-13% Ni, марганца в количестве 0,5-1,0% достаточно для раскисления стали.Introduction to steel containing 16-18% Cr and 11-13% Ni, manganese in an amount of 0.5-1.0% is sufficient for deoxidation of steel.

Сталь выплавляли в открытой индукционной печи. Составы стали опытных плавок приведены в таблице 1.Steel was smelted in an open induction furnace. The compositions of the steel experimental swimming trunks are shown in table 1.

Термическую обработку проводили по режимам, состоящим из закалки от 1200-1250°С с охлаждением в воде и последующего старения при 650-700°С в течение 4-5 часов. Результаты механических испытаний металла приведены в таблице 2.Heat treatment was carried out according to the regimes consisting of quenching from 1200-1250 ° C with cooling in water and subsequent aging at 650-700 ° C for 4-5 hours. The results of mechanical testing of the metal are shown in table 2.

Таким образом, по результатам испытаний видно (таб. 2), что предлагаемая сталь, в отличие от прототипа обладает более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости, что приводит к увеличению долговечности и надежности высоконагруженных изделий и конструкций из этой стали.Thus, the test results show (tab. 2) that the proposed steel, in contrast to the prototype, has a higher yield strength and tensile strength while maintaining increased ductility and toughness, which leads to an increase in the durability and reliability of highly loaded products and structures made of this steel.

Claims

High strength dispersion hardening nitrogen-containing corrosion-resistant austenitic steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, vanadium, iron and impurities, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:

carbon 0.01-0.03 silicon 0.20-0.40 manganese 0.50-1.00 chromium 16.0-18.0 nickel 11.0-13.0 nitrogen 0.15-0.25 vanadium 0.8-1.2 iron and impurities rest

while the content of carbon and nitrogen satisfy the condition:

[C]: [N] ≤0.12,

and after quenching from 1200-1250 ° C and subsequent aging at 650-700 ° C, it has an austenitic nitrogen structure hardened by dispersed particles of vanadium nitride of size ~ 60

.