RU2716922C1 - Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen - Google Patents
Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716922C1 RU2716922C1 RU2019125646A RU2019125646A RU2716922C1 RU 2716922 C1 RU2716922 C1 RU 2716922C1 RU 2019125646 A RU2019125646 A RU 2019125646A RU 2019125646 A RU2019125646 A RU 2019125646A RU 2716922 C1 RU2716922 C1 RU 2716922C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- nitrogen
- corrosion
- chromium
- nickel
- Prior art date
Links
Images
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
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к производству коррозионностойких аустенитных сталей, обладающих, наряду со стабильной аустенитной структурой (вплоть до криогенных температур), повышенной прочностью, а также высокой вязкостью и стойкостью к общей и межкристаллитной коррозии в сильноокислительной и щелочной средах и изделий, изготовленных из них.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of corrosion-resistant austenitic steels, possessing, along with a stable austenitic structure (up to cryogenic temperatures), increased strength, as well as high viscosity and resistance to general and intergranular corrosion in highly oxidizing and alkaline environments and products made of them.
Из уровня техники известны используемые в отечественной и зарубежной промышленности коррозионностойкие аустенитные стали не легированные азотом: 03Х18Н11 (аналог 1), 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 03Х17Н14М3, AISI 304, AISI 304L, AISI 316, AISI 316L, AISI 321 и другие. Основными недостатками указанных сталей являются невысокие кратковременные и длительные механические свойства. А также их относительно низкая стойкость против питтинговой коррозии, межкристаллитной коррозии (МКК) и коррозионному растрескиванию под напряжением. Corrosion-resistant austenitic steels not alloyed with nitrogen used in the domestic and foreign industry are known from the prior art: 03X18H11 (analogue 1), 08X18H10T, 12X18H10T, 03X17H14M3, AISI 304, AISI 304L, AISI 316, AISI 316L, AISI 321 and others. The main disadvantages of these steels are low short-term and long-term mechanical properties. As well as their relatively low resistance to pitting corrosion, intergranular corrosion (MCC) and stress corrosion cracking.
Из уровня техники также известны азотсодержащие стали, например: 03Х20Н16АГ6 (аналог 2) и 07Х21Г7АН5 (ЭП222), основным недостатком которых является высокое содержание марганца. Вследствие высокой токсичности и взрывоопасности паров марганца при его присадке в расплавленную сталь, необходимо обеспечивать печное оборудование сложными системами пылеулавливания и очистки воздуха, для обеспечения должной безопасности персонала, что является существенным недостатком и усложняет технологию производства такой стали. Также следует отметить, что множество дополнительных требований к обеспечению безопасности труда персонала металлургических комбинатов было установлено документом №5806-91 от 31 июня 1991 г. «Санитарные правила для производств свинецсодержащих, селенсодержащих и марганецсодержащих сталей», диктующим особые предписания при работе с высокомарганцовистыми сталями.Nitrogen-containing steels are also known in the prior art, for example: 03X20H16AG-6 (analogue 2) and 07X21G7AN5 (EP222), the main disadvantage of which is the high manganese content. Due to the high toxicity and explosiveness of manganese vapor when it is added to molten steel, it is necessary to provide furnace equipment with sophisticated dust collection and air purification systems to ensure proper personnel safety, which is a significant drawback and complicates the production technology of such steel. It should also be noted that many additional requirements for ensuring the labor safety of the personnel of metallurgical plants were established by document No. 586-91 of June 31, 1991, “Sanitary Rules for the Production of Lead, Selenium and Manganese Steel,” which dictate special requirements when working with high manganese steels.
Кроме того, известна сталь RU 2409697 С1 (опубл. 20.01.2011 - аналог 3)In addition, the known steel RU 2409697 C1 (publ. 20.01.2011 - analog 3)
Сталь имеет следующий химический состав (мас.%):Steel has the following chemical composition (wt.%):
Сталь предназначена для производства высокопрочного сортового проката, кованых заготовок и других изделий. Недостатком этой стали является высокое содержание дорогостоящих элементов никеля и молибдена.Steel is intended for the production of high-strength long products, forged blanks and other products. The disadvantage of this steel is the high content of expensive elements of Nickel and molybdenum.
Известна сталь RU 2413031 С1 (опубл. 27.02.2011 - аналог 4)Known steel RU 2413031 C1 (publ. 02.27.2011 - analog 4)
Сталь имеет следующий химический состав (мас.%):Steel has the following chemical composition (wt.%):
Сталь предназначена для производства листовых деталей и сварных конструкций из них. Недостатком этой стали, с одной стороны, является недостаточное содержание хрома и азота для обеспечения коррозионной стойкости и механических свойств, а, с другой стороны, легирование её молибденом и гафнием в значительной степени удорожающих металл.Steel is intended for the production of sheet metal parts and welded structures from them. The disadvantage of this steel, on the one hand, is the insufficient content of chromium and nitrogen to ensure corrosion resistance and mechanical properties, and, on the other hand, alloying it with molybdenum and hafnium significantly increases the cost of metal.
Наиболее близкой по химическому составу к предлагаемой стали является сталь по WO 2011155296 А1, (опубл. 15.12.2011 - прототип), содержащая, мас. %:The closest chemical composition to the proposed steel is steel according to WO 2011155296 A1, (publ. 15.12.2011 - prototype), containing, by weight. %:
В качестве необязательных компонентов авторы изобретения отмечают:As optional components, the inventors note:
Недостатком прототипа является недостаточно высокий уровень прочностных свойств стали, а также отсутствие норм по вредным примесям, таким как сера, фосфор, олово, сурьма, мышьяк, свинец, висмут, отрицательно влияющих на служебные свойства деталей, изготовленных из этой стали. Также авторы изобретения WO 2011155296 А1 устанавливают очень высокое содержание бора (не более 0,02 мас. %) в качестве допустимой присадки. Исследования различных хромоникелевых и хромоникельмарганцевых сталей, широко освещенные в технической литературе, показали значительное влияние малых концентраций бора на стойкость металла к межкристаллитной коррозии, а также его сильное влияние на технологическую пластичность стали. Собственные исследования показывают, что превышение порога в 0,0025 мас. % бора (что на порядок отличается от данных по WO 2011155296 А1) при микролегировании аустенитной стали оказывает значительное отрицательное влияние на её технологические и эксплуатационные свойства. Так, например, экспериментально подтверждено, что введение в предлагаемую сталь 0,01 мас. % бора увеличивает скорость межкристаллитной коррозии в условиях испытаний по методу ДУ (ГОСТ 6032-2017) с 0,252 мм/год (сталь без бора) до 1,328 мм/год (сталь с 0,01 мас. % бора), т.е. в 5,3 раза. Технологическая пластичность при этом снижается более чем в 2 раза. Тот же вывод можно сделать об избыточно разрешенной максимальной концентрации редкоземельных металлов и циркония в стали.The disadvantage of the prototype is the insufficiently high level of strength properties of steel, as well as the lack of standards for harmful impurities such as sulfur, phosphorus, tin, antimony, arsenic, lead, bismuth, which negatively affect the service properties of parts made of this steel. Also, the inventors of WO 2011155296 A1 set a very high boron content (not more than 0.02 wt.%) As a valid additive. Studies of various chromium-nickel and chromium-nickel-manganese steels, widely covered in the technical literature, have shown a significant effect of low boron concentrations on the resistance of metal to intergranular corrosion, as well as its strong influence on the technological ductility of steel. Our own studies show that exceeding the threshold of 0.0025 wt. % boron (which differs by an order of magnitude from the data of WO 2011155296 A1) during microalloying of austenitic steel has a significant negative effect on its technological and operational properties. So, for example, experimentally confirmed that the introduction of the proposed steel 0.01 wt. % boron increases the rate of intergranular corrosion under the conditions of the DU test (GOST 6032-2017) from 0.252 mm / year (steel without boron) to 1.328 mm / year (steel with 0.01 wt.% boron), i.e. 5.3 times. Technological plasticity is reduced by more than 2 times. The same conclusion can be drawn about the excessively allowed maximum concentration of rare-earth metals and zirconium in steel.
Технической задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является разработка коррозионностойкой аустенитной стали, обладающей, наряду со стабильной аустенитной структурой (вплоть до криогенных температур), повышенной прочностью, а также высокой вязкостью и стойкостью к общей и межкристаллитной коррозии в сильноокислительной и щелочной средах и изделий, изготовленных из предлагаемой стали.The technical problem to which the present invention is directed is the development of corrosion-resistant austenitic steel, which, along with a stable austenitic structure (up to cryogenic temperatures), has increased strength, as well as high viscosity and resistance to general and intergranular corrosion in highly oxidizing and alkaline environments and products made from the proposed steel.
Для достижения поставленной цели предлагается коррозионностойкая аустенитная сталь 03Х20Н9Г3А0,30, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, остальное железо и неизбежные примеси, в том числе: серу, фосфор, медь, олово, сурьму, мышьяк, свинец и висмут, при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve this goal, corrosion resistant austenitic steel 03Kh20N9G3A0.30 is proposed, containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, nitrogen, the rest of iron and unavoidable impurities, including sulfur, phosphorus, copper, tin, antimony, arsenic, lead and bismuth , in the following ratio of components, wt.%:
В целях улучшения технологической пластичности, сталь дополнительно микролегируют магнием на 0,05 мас. % (по расчёту) или церием на 0,04 мас. % (по расчёту) или иттрием на 0,04 мас. % (по расчёту) или бором на 0,005 мас. % (по расчёту).In order to improve technological ductility, steel is additionally micro-alloyed with magnesium by 0.05 wt. % (calculated) or cerium to 0.04 wt. % (calculated) or yttrium to 0.04 wt. % (calculated) or boron to 0.005 wt. % (by calculation).
Сущность изобретения заключается в подборе оптимальных соотношений основных легирующих элементов для обеспечения комплекса физико-механических свойств, а также в нормировании вредных примесей, растворенных в металле, для обеспечения его чистоты по неметаллическим включениям и обеспечению высокого качества изделий.The essence of the invention lies in the selection of optimal ratios of the main alloying elements to ensure a complex of physical and mechanical properties, as well as in the normalization of harmful impurities dissolved in a metal, to ensure its purity for non-metallic inclusions and to ensure high quality products.
Содержание легирующих элементов выбрано из следующих принципов.The content of alloying elements is selected from the following principles.
Хром в коррозионностойких сталях - это основной элемент, придающий им необходимые свойства. В зависимости от содержания хрома изменяются критические температуры А3 и A1 и при его концентрации около ~13 мас.% (и выше) область существования γ-фазы замыкается, т.е. хром является сильным ферритообразующим элементом.Chrome in corrosion-resistant steels is the main element that gives them the necessary properties. Depending on the chromium content, the critical temperatures A 3 and A 1 change, and at its concentration of about ~ 13 wt.% (And higher), the region of existence of the γ phase is closed, i.e. chromium is a strong ferrite-forming element.
Хром относится к металлам, которые легко пассивируются в окислительных средах с изменением отрицательного потенциала на положительный. Увеличение содержания хрома в стали с 13 до 17 % сильно увеличивает её коррозионную стойкость в азотной кислоте. Увеличение концентрации хрома свыше 21 % приводит к образованию в структуре аустенитной стали δ-феррита, что оказывает отрицательное влияние на горячую пластичность металла и его свойства. Таким образом оптимальное содержание хрома в стали, обеспечивающее её высокую коррозионную стойкость и механические свойства, составляет от 17 до 21 мас. %.Chromium refers to metals that are easily passivated in oxidizing environments with a change in negative potential to positive. An increase in the chromium content in steel from 13 to 17% greatly increases its corrosion resistance in nitric acid. An increase in chromium concentration over 21% leads to the formation of δ ferrite in the structure of austenitic steel, which has a negative effect on the hot ductility of the metal and its properties. Thus, the optimum chromium content in steel, providing its high corrosion resistance and mechanical properties, is from 17 to 21 wt. %
Никель относится к коррозионностойким металлам. Он хорошо противостоит действию воды, растворов солей и щелочей. Присадка его к железу повышает коррозионную стойкость сплавов в растворах серной, соляной и в ряде органических кислот. Никель относится к числу элементов, при введении которых в железо, происходит скачкообразное улучшение коррозионной стойкости сплава в серной кислоте. Никель, также как и хром, обладает способностью к пассивированию и изменяет электродный потенциал металла в растворах азотной кислоты, поваренной соли с перекисью водорода, а при зачистке под раствором изменяет положительный потенциал на отрицательный. Пассивирующая способность никеля меньше, чем у хрома или молибдена в хромоникелевых сталях типа Х18Н10. Nickel is a corrosion resistant metal. It is well resistant to the action of water, solutions of salts and alkalis. Its addition to iron increases the corrosion resistance of alloys in solutions of sulfuric, hydrochloric and in a number of organic acids. Nickel is one of the elements that, when introduced into iron, leads to an abrupt improvement in the corrosion resistance of the alloy in sulfuric acid. Nickel, like chromium, has the ability to passivate and changes the electrode potential of a metal in solutions of nitric acid, sodium chloride with hydrogen peroxide, and when stripping under a solution, it changes the positive potential to negative. The passivating ability of nickel is less than that of chromium or molybdenum in chromium-nickel steels of the X18H10 type.
Никель, в противовес хрому, является сильным аустенитообразующим элементом, стабилизирующим аустенитную структуру стали. Для достижения аустенитной структуры при комнатной температуре в Советском Союзе и других мировых державах были разработаны первые коррозионностойкие хромоникелевые стали с содержанием хрома 18 мас. % и никеля 10-12 мас.%. Для обеспечения стабильной аустенитной структуры в предлагаемой стали, содержание никеля было снижено до 8-10 мас.%, являющегося достаточным для обеспечения стабильной аустенитной структуры и коррозионной стойкости металла в растворах серной, соляной и в ряде органических кислот. Меньшее количество никеля не позволяет обеспечить стабильную аустенитную структуру в стали (образуются включения δ-феррита), а большее количество никеля в значительной степени удорожает её.Nickel, in contrast to chromium, is a strong austenite-forming element that stabilizes the austenitic structure of steel. To achieve an austenitic structure at room temperature in the Soviet Union and other world powers, the first corrosion-resistant chromium-nickel steels with a chromium content of 18 wt. % and nickel 10-12 wt.%. To ensure a stable austenitic structure in the proposed steel, the nickel content was reduced to 8-10 wt.%, Which is sufficient to ensure a stable austenitic structure and corrosion resistance of the metal in solutions of sulfuric, hydrochloric and in a number of organic acids. A smaller amount of nickel does not allow for a stable austenitic structure in steel (inclusions of δ-ferrite are formed), and a larger amount of nickel significantly increases its cost.
Марганец несколько ухудшает коррозионную стойкость хромистых и хромоникелевых сталей в окислительных и восстановительных средах, когда его вводят в достаточно больших количествах (8-16 %). При введении в сталь до 6 % Mn его влияние не оказывает значительного влияния на коррозионную стойкость. Имеется много сред, в которых хромоникельмарганецевые стали показывают высокую коррозионную стойкость. В то же время, на многих предприятиях отечественной металлургии высокомарганцовистые стали не производятся по причине высокой токсичности паров марганца и взрывоопасности дисперсной марганецсодержащей пыли. Производитель стали обязан обеспечить печное оборудование сложными системами пылеулавливания и очистки воздуха. Схожая тенденция сложилась в Европе и Америке, где марганцовистые стали не нашли сколько-нибудь серьезного потребителя и их производство практически свернуто. Основная причина такого положения заключается в том, что в западных странах использование марганцовистых сталей в пищевом машиностроении и промышленности запрещено санитарными службами по причине более низкой коррозионной стойкости, особенно в хлоридсодержащих средах, а также потому, что производство нержавеющих сталей с высоким (≥8 мас.%) содержанием марганца требует существенных затрат на экологию. Оптимальная добавка марганца в сталь, которая, с одной стороны, оказывает только положительное влияние на свойства стали, а с другой стороны не наносит значительный вред персоналу и окружающей среде, составляет 2,0-4,0 мас.%. Следует отметить, что марганец также вводится в состав стали для обеспечения повышенного усвоения азота, следовательно при содержании марганца меньшем, чем 2,0 мас.%, слитки предлагаемой стали оказываются пораженными газовыми пузырями из-за выделяющегося из расплава азота при охлаждении и кристаллизации стали после разливки.Manganese slightly impairs the corrosion resistance of chromium and chromium-nickel steels in oxidizing and reducing environments when it is introduced in sufficiently large quantities (8-16%). When introduced into steel up to 6% Mn, its effect does not significantly affect the corrosion resistance. There are many environments in which chromium nickel manganese steels exhibit high corrosion resistance. At the same time, at many enterprises of domestic metallurgy high manganese steels are not produced due to the high toxicity of manganese vapors and the explosion hazard of dispersed manganese-containing dust. The steel producer is required to provide furnace equipment with sophisticated dust collection and air purification systems. A similar trend has developed in Europe and America, where manganese steels have not found any serious consumer and their production has practically been curtailed. The main reason for this situation is that in Western countries the use of manganese steels in food engineering and industry is prohibited by the sanitary services because of lower corrosion resistance, especially in chloride-containing environments, and also because the production of stainless steels with high (≥8 wt. %) manganese content requires significant environmental costs. The optimal addition of manganese to steel, which, on the one hand, only has a positive effect on the properties of steel, and on the other hand does not cause significant harm to personnel and the environment, is 2.0-4.0 wt.%. It should be noted that manganese is also introduced into the composition of the steel to provide increased nitrogen uptake, therefore, when the manganese content is less than 2.0 wt.%, The ingots of the proposed steel are affected by gas bubbles due to nitrogen released from the melt during cooling and crystallization of the steel after casting.
Азот, по данным разных исследователей, неоднозначно влияет на коррозионную стойкость аустенитной стали, что объясняется различными методами проведения исследований. Собственные исследования показали, что добавка азота к предлагаемой стали значительно снижает её склонность к межкристаллитной коррозии в сильноокислительной среде. Это связанно с его воздействием на снижение активности углерода, а также изменению температурно-временных параметров выделения избыточных фаз и, прежде всего, карбида хрома Cr23С6 (увеличению критического времени до образования карбидов по границам зерен). Установлено, что при содержании азота от 0,25 до 0,35 мас.% значительно увеличиваются прочностные свойства стали (при некотором снижении пластичности металла), а также её коррозионная стойкость. При меньшем содержании азота не обеспечиваются необходимые свойства и не реализуются преимущества по коррозионной стойкости предлагаемой стали, а при большем содержании азота, он выделяется в виде пузырей в кристаллизующемся металле.Nitrogen, according to various researchers, has an ambiguous effect on the corrosion resistance of austenitic steel, which is explained by various research methods. Our own studies have shown that the addition of nitrogen to the proposed steel significantly reduces its tendency to intergranular corrosion in a highly oxidizing environment. This is due to its effect on a decrease in carbon activity, as well as a change in the temperature-time parameters of the precipitation of excess phases and, above all, chromium carbide Cr 23 C 6 (an increase in the critical time to the formation of carbides along grain boundaries). It was found that when the nitrogen content is from 0.25 to 0.35 wt.%, The strength properties of steel significantly increase (with a slight decrease in the ductility of the metal), as well as its corrosion resistance. With a lower nitrogen content, the necessary properties are not provided and the corrosion resistance advantages of the proposed steel are not realized, and with a higher nitrogen content, it is released in the form of bubbles in the crystallizing metal.
Углерод, кремний, сера и фосфор значительно снижают пластичность, вязкость и коррозионную стойкость аустенитной стали, поэтому являются вредными примесями в предлагаемой стали. При повышенном их содержании сера и фосфор могут входить в состав вредных неметаллических включений и образовывать легкоплавкие эвтектики (поэтому в заявляемой стали ограничено содержание серы и фосфора до 0,015 мас. % каждого), а углерод и кремний могут входить в состав карбидов типа Cr23C6, выделяющихся при медленном охлаждении изделий на воздухе в опасном интервале температур (450-750°С), а также:Carbon, silicon, sulfur and phosphorus significantly reduce the ductility, toughness and corrosion resistance of austenitic steel, therefore, they are harmful impurities in the proposed steel. With their increased content, sulfur and phosphorus can be part of harmful non-metallic inclusions and form fusible eutectics (therefore, the inventive steel has a sulfur and phosphorus content limited to 0.015 wt.% Each), and carbon and silicon can be part of Cr 23 C 6 carbides released during slow cooling of products in air in a dangerous temperature range (450-750 ° C), as well as:
1. при термической обработке (в том числе после сварки и в зоне термического влияния);1. during heat treatment (including after welding and in the heat-affected zone);
2. при длительной работе изделий из предлагаемой стали в указанном температурном интервале.2. during prolonged operation of products from the proposed steel in the specified temperature range.
Атомы меди олова, свинца, сурьмы, мышьяка и висмута преимущественно сегрегируются на границах зерен. При этом они имеют низкую температуру плавления и к тому же создают легкоплавкие эвтектики. Межзеренные связи ослабляются, вследствие этого по ним происходит разрушение при длительном высокотемпературном нагружении.The copper atoms of tin, lead, antimony, arsenic and bismuth predominantly segregate at grain boundaries. Moreover, they have a low melting point and also create fusible eutectics. Grain bonds are weakened, as a result of which they are destroyed during prolonged high-temperature loading.
Ограничение содержания меди, олова, сурьмы, мышьяка, свинца, висмута, серы и фосфора позволяет получать более чистые границы зерен и более высокую высокотемпературную длительную пластичность и прочность.Limiting the content of copper, tin, antimony, arsenic, lead, bismuth, sulfur and phosphorus allows you to get cleaner grain boundaries and higher high-temperature long-term ductility and strength.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Опытную сталь, в пределах заявленного состава, выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 40 кг. Химический состав опытных плавок приведен в таблице 1. Технология выплавки включала расплавление шихтовых материалов (железо, хром, никель), присадку марганца и ферросилиция с последующей присадкой азотированного феррохрома и микролегирующих элементов. Разливку проводили в изложницы, которые охлаждали на спокойном воздухе. Деформацию слитков проводили методом свободной ковки и прокатки до заготовок требуемого сечения по режимам, использующихся для деформации нержавеющих аустенитных марок стали с охлаждением металла на воздухе.Experienced steel, within the claimed composition, was smelted in an open induction furnace with a capacity of 40 kg The chemical composition of the experimental melts is shown in Table 1. The smelting technology included the melting of charge materials (iron, chromium, nickel), an additive of manganese and ferrosilicon, followed by an addition of nitrided ferrochrome and microalloying elements. Casting was carried out in molds, which were cooled in calm air. The deformation of the ingots was carried out by the method of free forging and rolling to workpieces of the required cross section according to the regimes used for the deformation of stainless austenitic steel grades with metal cooling in air.
Таблица 1Table 1
Механические свойства испытывали по ГОСТ 1497-84. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что предел текучести у предлагаемой стали не опускался ниже 380 МПа, доходя до 410 МПа, что на 55-70 % выше, по сравнению со сталью 03Х18Н11 не легированной азотом, а также до 30% выше, чем у других азотсодержащих сталей, как у рассматриваемых выше аналогов, так известных из уровня техники других азотсодержащих сталей по ГОСТ 5632-2014, например: 03Х17АН9 (ЭК177), 10Х14АГ15 (ДИ13), 03Х17Н9АМ3 (AISI 316LN), 12Х17Г9АН4 (ЭИ878).Mechanical properties were tested according to GOST 1497-84. The test results are shown in table 2. From table 2 it is seen that the yield strength of the proposed steel did not fall below 380 MPa, reaching 410 MPa, which is 55-70% higher compared to steel 03X18H11 not alloyed with nitrogen, and also to 30 % is higher than that of other nitrogen-containing steels, as are the analogues considered above, of other nitrogen-containing steels known in the prior art according to GOST 5632-2014, for example: 03X17AN9 (EK177), 10X14AG15 (DI13), 03X17H9AM3 (AISI 316LN), 12X17G9AN4 (EI878 )
Технологическую пластичность и сопротивление деформации оценивали двумя методами: методом горячего скручивания (фиг. 1) по ГОСТ 3565-80 и методом горячего растяжения (фиг. 2) на пластометре (образцы по ГОСТ 9651-84).Technological plasticity and deformation resistance were evaluated by two methods: hot twisting method (Fig. 1) according to GOST 3565-80 and hot stretching method (Fig. 2) on a plastometer (samples according to GOST 9651-84).
Таблица 2table 2
Как видно из фиг. 1 и 2б, технологическая пластичность азотсодержащих сталей оказывается значительно меньшей, чем у стали 03Х18Н11 не легированной азотом. Это приводит к образованию поверхностных дефектов при деформации слитков азотистой стали. При этом следует отметить, что достигнутый уровень технологической пластичности у предлагаемой стали (кривые 2 и 3 на фиг. 1, 2б) превосходит аналогичные азотсодержашие стали (например, 03Х20Н16АГ6 - кривая 4 на фиг. 1, 2б) при более высокой прочности предлагаемой стали (фиг. 2а). Предложенное микролегирование стали 03Х20Н9Г3А0,30 бором или редкоземельными (церием или иттрием) или щелочноземельными металлами (магнием) в указанных выше пределах позволило улучшить технологическую пластичность стали (по относительному сужению образца и количеству оборотов при скручивании) на 30-50 % практически во всем температурном интервале испытаний, уравняв предлагаемую сталь по технологической пластичности со сталью-аналогом 03Х18Н11 не легированной азотом (область 5 на фиг. 1, 2б), при неизменно высокой прочности.As can be seen from FIG. 1 and 2b, the technological plasticity of nitrogen-containing steels is much less than that of steel 03X18H11 not alloyed with nitrogen. This leads to the formation of surface defects during deformation of nitrogen steel ingots. It should be noted that the achieved level of technological ductility of the proposed steel (curves 2 and 3 in Figs. 1, 2b) is superior to similar nitrogen-containing steels (for example, 03Х20Н16АГ6 -
Таким образом полученный комплекс механических свойств превосходит все рассмотренные аналоги и прототип.Thus, the resulting complex of mechanical properties exceeds all considered analogues and prototype.
Испытания коррозионной стойкости металла проводили в соответствии с методом ДУ (по ГОСТ 6032-2017). Результаты испытаний в таблице 3. Видно, что стойкость к межкристаллитной коррозии предлагаемой стали на 30% выше, чем у стали 03Х18Н11.Tests of the corrosion resistance of the metal were carried out in accordance with the DU method (according to GOST 6032-2017). The test results in table 3. It is seen that the resistance to intergranular corrosion of the proposed steel is 30% higher than that of steel 03X18H11.
Таблица 3Table 3
Испытания на коррозионное растрескивание под напряжением проводили (таблица 4, фиг. 3) в кипящем 42-% растворе MgCl2 при температуре раствора 150°С. Базой испытания принимали величину выдержки в 1000 часов. Если через 1000 часов трещины на образце не обнаруживали, то испытания прекращали. Tests for stress corrosion cracking were carried out (table 4, Fig. 3) in a boiling 42% solution of MgCl 2 at a solution temperature of 150 ° C. The base of the test took an exposure value of 1000 hours. If after 1000 hours no cracks were found on the sample, the tests were stopped.
Из приведенных данных видно, что при напряжениях 280 МПа стойкость азотистой стали 03Х20Н9Г3А0,30 оказалась более чем в 8 раз выше стойкости стали 03Х18Н11, а при напряжении 100 МПа почти в 10 раз.It can be seen from the above data that, at voltages of 280 MPa, the resistance of nitrous steel 03Kh20N9G3A0.30 turned out to be more than 8 times higher than that of steel 03Kh18N11, and at a voltage of 100 MPa almost 10 times.
Таблица 4Table 4
Растрескивание при испытании носит явный транскристаллитный характер (фиг. 4а), присущий разрушению аустенитных сталей в хлоридах. Электронно-микрофрактографическим исследованием изломов образцов после испытаний на коррозионное растрескивание обнаружены признаки хрупкого разрушения с характерным «ручьевым» узором (фиг.4б). Следует отметить, что характер разрушения предлагаемой стали и 03Х18Н11 идентичный, но время, необходимое для зарождения и развития трещин отличается на порядок, что видно из таблицы 4 и фиг. 3.The cracking during the test is clearly transcrystalline (Fig. 4a), inherent in the destruction of austenitic steels in chlorides. An electron-microfractographic study of fractures of samples after testing for corrosion cracking revealed signs of brittle fracture with a characteristic "brook" pattern (Fig.4b). It should be noted that the nature of the destruction of the proposed steel and 03X18H11 is identical, but the time required for the initiation and development of cracks differs by an order of magnitude, as can be seen from table 4 and FIG. 3.
Таким образом, предложенная сталь обладает значительным преимуществом перед известными из уровня техники сталями, как не легированных азотом, так и легированных им.Thus, the proposed steel has a significant advantage over steel known from the prior art, both non-alloyed with nitrogen and alloyed with it.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению со сталями аналогами заключается в повышении эксплуатационных характеристик за счет повышения кратковременной и длительной прочности и повышения стойкости против МКК и питтингообразования. Одновременно с этим, выплавка предлагаемой стали может осуществляться в открытых индукционных печах и не требует специального пылеулавливающего оборудования или оборудования для создания избыточного давления азота над расплавом. При этом деформацию слитков допускается проводить по режимам принятым для аустенитных сталей.The technical and economic efficiency of the invention in comparison with analog steels consists in increasing operational characteristics by increasing short-term and long-term strength and increasing resistance against MKK and pitting formation. At the same time, the proposed steel can be smelted in open induction furnaces and does not require special dust-collecting equipment or equipment to create an excess nitrogen pressure above the melt. In this case, the deformation of the ingots is allowed to be carried out according to the regimes adopted for austenitic steels.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В настоящем изобретении используются следующие рисунки:The following drawings are used in the present invention:
1. Фиг. 1 - Результаты испытаний технологической пластичности аустенитных сталей методом горячего скручивания.1. FIG. 1 - The results of tests of technological plasticity of austenitic steels by hot twisting.
2. Фиг. 2 - Результаты испытаний сопротивления деформации (а) и технологической пластичности (б) аустенитных сталей.2. FIG. 2 - The results of tests of deformation resistance (a) and technological plasticity (b) of austenitic steels.
3. Фиг. 3 - Зависимость времени до появления первых трещин от напряжения при испытании на коррозионное растрескивание сталей.3. FIG. 3 - The dependence of the time before the appearance of the first cracks on stress when tested for corrosion stress cracking of steel.
4. Фиг. 4 - Характерная микроструктура (а) и микрофрактографическое изображение излома (б) образца стали 03Х20Н9Г3А0,30 после испытаний на коррозионное растрескивание.4. FIG. 4 - The characteristic microstructure (a) and microfractographic image of the fracture (b) of the steel sample 03Kh20N9G3A0,30 after corrosion cracking tests.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125646A RU2716922C1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125646A RU2716922C1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716922C1 true RU2716922C1 (en) | 2020-03-17 |
Family
ID=69898348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125646A RU2716922C1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716922C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2782832C1 (en) * | 2021-12-21 | 2022-11-03 | Лев Александрович Писаревский | High-strength low-magnetic non-stabilized weldable steel, resistant to local corrosion in zones of thermal affect of welding and prolonged heating in the area of hazardous temperatures |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002155345A (en) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Nippon Steel Corp | Highly corrosion resistant steel tube having excellent formability and its manufacturing method |
EP1645649B1 (en) * | 2003-06-10 | 2014-07-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
EP3276029A1 (en) * | 2015-03-26 | 2018-01-31 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Stainless steel having excellent brazeability |
JP2018083979A (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | AUSTENITIC STAINLESS STEEL FOR HEAT EXCHANGER MEMBER AND Ni BRAZED HEAT EXCHANGER MEMBER |
RU2662512C2 (en) * | 2015-07-21 | 2018-07-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Austenitic heat-resistant and corrosion-resistant steel |
EP3441494A1 (en) * | 2016-03-23 | 2019-02-13 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Austenitic stainless steel sheet for exhaust component having excellent heat resistance and workability, turbocharger component, and method for producing austenitic stainless steel sheet for exhaust component |
RU2683173C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-03-26 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel |
-
2019
- 2019-08-14 RU RU2019125646A patent/RU2716922C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002155345A (en) * | 2000-11-16 | 2002-05-31 | Nippon Steel Corp | Highly corrosion resistant steel tube having excellent formability and its manufacturing method |
EP1645649B1 (en) * | 2003-06-10 | 2014-07-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
EP3276029A1 (en) * | 2015-03-26 | 2018-01-31 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Stainless steel having excellent brazeability |
RU2662512C2 (en) * | 2015-07-21 | 2018-07-26 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Austenitic heat-resistant and corrosion-resistant steel |
EP3441494A1 (en) * | 2016-03-23 | 2019-02-13 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Austenitic stainless steel sheet for exhaust component having excellent heat resistance and workability, turbocharger component, and method for producing austenitic stainless steel sheet for exhaust component |
JP2018083979A (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | AUSTENITIC STAINLESS STEEL FOR HEAT EXCHANGER MEMBER AND Ni BRAZED HEAT EXCHANGER MEMBER |
RU2683173C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-03-26 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | High-strength nonmagnetic corrosion-resistant steel |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2782832C1 (en) * | 2021-12-21 | 2022-11-03 | Лев Александрович Писаревский | High-strength low-magnetic non-stabilized weldable steel, resistant to local corrosion in zones of thermal affect of welding and prolonged heating in the area of hazardous temperatures |
RU2790717C1 (en) * | 2022-02-24 | 2023-02-28 | Лев Александрович Писаревский | Unstabilized austenitic steel resistant to local corrosion in scp-water |
RU2798479C1 (en) * | 2022-05-17 | 2023-06-23 | Лев Александрович Писаревский | Unstabilized austenitic steel corrosion-resistant in liquid lead and steam water medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4609491B2 (en) | Ferritic heat resistant steel | |
JP5685198B2 (en) | Ferritic-austenitic stainless steel | |
RU2288967C1 (en) | Corrosion-resisting alloy and article made of its | |
JPS6411105B2 (en) | ||
KR101934219B1 (en) | Austenitic stainless steel | |
WO2013064746A1 (en) | Duplex stainless steel | |
JPWO2006112428A1 (en) | Low alloy steel | |
JP4816642B2 (en) | Low alloy steel | |
JP6842257B2 (en) | Fe-Ni-Cr-Mo alloy and its manufacturing method | |
CN106435396B (en) | A kind of steel heavy plate for pressure vessels and its manufacturing method of high temperature resistant hydrogen sulfide corrosion resistant | |
EP2617858A1 (en) | Austenitic alloy | |
JP2014214325A (en) | Metallic material | |
RU2584315C1 (en) | Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant, including bioactive media, welded steel and method of processing | |
US3132938A (en) | Aged steel | |
RU2716922C1 (en) | Austenitic corrosion-resistant steel with nitrogen | |
JP5233307B2 (en) | High-strength steel and metal bolts with excellent corrosion resistance and cold forgeability that prevent hydrogen from entering the environment | |
JP6795038B2 (en) | Austenitic heat-resistant alloy and welded joints using it | |
KR20230156447A (en) | New austenitic stainless alloy | |
US7662246B2 (en) | Steel for components of chemical installations | |
RU2657741C1 (en) | Structural cryogenic austenite high-strength corrosion-resistant weldable steel and its treatment method | |
RU2782832C1 (en) | High-strength low-magnetic non-stabilized weldable steel, resistant to local corrosion in zones of thermal affect of welding and prolonged heating in the area of hazardous temperatures | |
RU2271402C1 (en) | High-strength corrosion-resistant steel | |
RU2188874C1 (en) | High-strength corrosion-resistant welded steel for pipelines | |
JPS62177124A (en) | Manufacture of steel pipe for thermal well having low rate of creep deformation | |
JP6972722B2 (en) | Low alloy steel |