RU2808643C2 - Ферритная нержавеющая сталь - Google Patents
Ферритная нержавеющая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808643C2 RU2808643C2 RU2021116903A RU2021116903A RU2808643C2 RU 2808643 C2 RU2808643 C2 RU 2808643C2 RU 2021116903 A RU2021116903 A RU 2021116903A RU 2021116903 A RU2021116903 A RU 2021116903A RU 2808643 C2 RU2808643 C2 RU 2808643C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- less
- content
- steel according
- steel
- titanium
- Prior art date
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 82
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 20
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 8
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims abstract description 7
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 description 23
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 12
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 11
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 7
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 7
- 229910000878 H alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 5
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N methylidyneniobium Chemical compound [Nb]#C UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N azanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#N CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N azanylidynevanadium Chemical compound [V]#N SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000001761 ethyl methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- ZFGFKQDDQUAJQP-UHFFFAOYSA-N iron niobium Chemical compound [Fe].[Fe].[Nb] ZFGFKQDDQUAJQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);sulfide Chemical class [S-2].[Mn+2] VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к ферритной нержавеющей стали, полученной по технологии AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание) и используемой для изготовления деталей выхлопных систем автомобилей, топливных элементов, а также в энергетической сфере, приборах, печах и других промышленных высокотемпературных системах. Ферритная нержавеющая сталь состоит из, в мас.%: 0,003–0,035 углерода, 0,05–1,0 кремния, 0,10–0,8 марганца, 18–22 хрома, 0,05–0,8 никеля, 0,003–2,5 молибдена, 0,2–0,8 меди, 0,003–0,05 азота, 0,05–1,0 титана, 0,05–1,0 ниобия, 0,03–0,5 ванадия, 0,010–0,04 алюминия, при этом C + N в совокупности составляет менее 0,06, а остальное — железо и неизбежные примеси. Для компонентов стали выполняются соотношения: (Ti+Nb)/(C+N) составляет 8 или более и менее 40, Tieq/Ceq=(Ti+0,515*Nb+0,940*V)/(C+0,858*N) составляет 6 или более и менее 40 и Leq=5,8*Nb+5*Ti*Si составляет 3,3 или более. Сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, свариваемостью и повышенной прочностью при высокой температуре. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к стабилизированной ферритной нержавеющей стали, обладающей хорошей коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и повышенной прочностью при высоких температурах, для применения в высокотемпературных условиях в компонентах, применяемых в таких областях, как выхлопные системы автомобилей, топливные элементы и другие области применения в энергетической сфере, приборах, печах и других промышленных высокотемпературных системах.
Наиболее критическим моментом при разработке ферритной нержавеющей стали является обращение с углерод- и азот-связывающими элементами. Эти элементы должны связываться в карбиды, нитриды или карбонитриды. Элементы, используемые в связях такого типа, называют стабилизирующими элементами. К распространенным стабилизирующим элементам относятся ниобий и титан. Требования к стабилизации углерода и азота могут быть снижены в случае ферритных нержавеющих сталей, в которых, например, содержится очень мало углерода, менее 0,01 мас.%. Однако при таком низком содержании углерода возникают особые требования к способу производства. Обычная производственная технология AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание) для нержавеющих сталей более не считается практичной, и, следовательно, должны применяться более дорогостоящие способы, такие как производственная технология VOD (вакуумно-кислородное обезуглероживание).
Интерметаллические частицы фазы Лавеса, которые могут образовываться в ферритной нержавеющей стали, повышают высокую температурную прочность стали при условии, что частицы остаются мелкими и стабильными при рабочих температурах. Кроме того, частицы фазы Лавеса, осажденные внутри зерен и на границах зерен, также ингибируют рост зерен. Легирование ферритной нержавеющей стали сбалансированной комбинацией ниобия, кремния и титана способствует осаждению интерметаллических частиц фаз Лавеса и стабилизирует фазу путем повышения температуры растворения осадков.
Микроструктура, формируемая при сварке, зависит от химического состава сварочного металла. При использовании достаточного количества титана для стабилизации промежуточных элементов углерода и азота, соединения, образующиеся во время стабилизации, такие как TiN, образуют равноосевую мелкозернистую структуру в сварных швах. Равноосевая мелкозернистая структура повышает пластичность и вязкость сварных швов. Нежелательные столбчатые зерна могут вызывать горячее растрескивание, поскольку примеси могут выделяться на центральной линии сварного шва. Крупные столбчатые зерна также снижают вязкость сварного шва.
В патенте EP2922978B описана ферритная нержавеющая сталь, обладающая превосходными коррозионными свойствами и характеристиками формования листов, отличающаяся тем, что сталь состоит (в процентах по массе) из 0,003–0,035 мас.% углерода, 0,05–1,0 мас.% кремния, 0,1–0,8 мас.% марганца, 20–21,5 мас.% хрома, 0,05–0,8 мас.% никеля, 0,003–0,5 мас.% молибдена, 0,2–0,8 мас.% меди, 0,003–0,05 мас.% азота, 0,05–0,15 мас.% титана, 0,25–0,8 мас.% ниобия, 0,03–0,5 мас.% ванадия, 0,010–0,04 мас.% алюминия, и C + N в совокупности составляет менее 0,06 мас.%, а остальное — железо и неизбежные примеси, причем отношение (Ti + Nb) / (C + N) составляет 8 или более и менее 40, а отношение Tieq / Ceq = (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 6 или более и менее 40.
В патенте EP 1818422 описана стабилизированная ниобием ферритная нержавеющая сталь, содержащая, помимо прочего, менее 0,03 мас.% углерода, 18–22 мас.% хрома, менее 0,03 мас.% азота и 0,2–1,0 мас.% ниобия. В соответствии с данным патентом EP стабилизацию углерода и азота осуществляют с применением только ниобия.
В заявке на патент EP 2163658 описана ферритная нержавеющая сталь с сульфатной коррозионной стойкостью, содержащая менее 0,02 мас.% углерода, 0,05–0,8 мас.% кремния, менее 0,5 мас.% марганца, 20–24 мас.% хрома, менее 0,5 мас.% никеля, 0,3–0,8 мас.% меди, менее 0,02 мас.% азота, 0,20–0,55 мас.% ниобия, менее 0,1 мас.% алюминия, остальное — железо и неизбежные примеси. В такой ферритной нержавеющей для стабилизации углерода и азота используют только ниобий.
Публикация WO 2012046879 относится к ферритной нержавеющей стали, предназначенной для применения в сепараторе протонообменного мембранного топливного элемента. Пассивирующую пленку формируют на поверхности нержавеющей стали путем погружения нержавеющей стали в раствор, содержащий главным образом фтористоводородную кислоту или жидкую смесь фтористоводородной кислоты и азотной кислоты. Ферритная нержавеющая сталь помимо железа в качестве необходимых легирующих элементов содержит углерод, кремний, марганец, алюминий, азот, хром и молибден. Все другие легирующие элементы, описанные в публикации WO 2012046879, являются необязательными. Как описано в примерах в настоящей публикации WO, ферритную нержавеющую сталь с низким содержанием углерода получают вакуумной плавкой, что является очень дорогостоящим методом производства.
В публикации EP1083241 описана стабилизированная ниобием ферритно-хромовая стальная полоса, изготовленная из стали с заданным содержанием молибдена, кремния и олова, и имеющей кубическую железо-ниобиевую фазу в качестве единственной интерметаллической фазы при высокой температуре. Стабилизированную ниобием ферритную стальную полосу с содержанием хрома 14 мас.% получают из стали со следующим составом (мас.%): ≤ 0,02 мас.% C, 0,002–0,02 мас.% N, 0,05–1 мас.% Si, более 0–1 мас.% Mn, 0,2–0,6 мас.% Nb, 13,5–16,5 мас.% Cr, 0,02–1,5 мас.% Mo, более 0–1,5 мас.% Cu, более 0–0,2 мас.% Ni, более 0–0,020 мас.% P, более 0–0,003 мас.% S, более 0,005–0,04 мас.% Sn, остальное — Fe и примеси, причем содержание Nb, C и N удовлетворяет соотношению Nb / (C + N) ≥ 9,5 за счет следующего: (a) подогрев с последующей горячей прокаткой при 1150–1250 (предпочтительно 1175) градусов C; (b) намотка при 600–800 (предпочтительно 600) градусов C; (c) холодная прокатка, необязательно после предварительного отжига; и (d) конечный отжиг при 800–1100 (предпочтительно 1050) градусов C в течение 1–5 (предпочтительно 2) мин. Кроме того, включен независимый пункт формулы изобретения для листа из стабилизированной ниобием 14 мас.% хромистой ферритной стали, полученного вышеописанным способом.
В публикации EP1170392 описана ферритная нержавеющая сталь, содержащая все три элемента из Co, V и B, с содержанием Co от приблизительно 0,01 мас.% до приблизительно 0,3 мас.%, содержанием V от приблизительно 0,01 мас.% до приблизительно 0,3 мас.% и содержанием B от приблизительно 0,0002 мас.% до приблизительно 0,0050 мас.% и превосходной устойчивостью к вторичной хрупкости и превосходными усталостными характеристиками при высоких температурах. Дополнительные компоненты представляют собой (в мас.%): 0,02 мас.% или менее C, от 0,2 до 1,0 мас.% Si, от 0,1 до 1,5 мас.% Mn, 0,04 мас.% или менее P, 0,01 мас.% или менее S, от 11,0 до 20,0 мас.% Cr, от 0,1 до 1,0 мас.% Ni, от 1,0 до 2,0 мас.% Mo, 1,0 мас.% или менее Al, от 0,2 до 0,8 мас.% Nb, 0,02 мас.% или менее N и необязательно от 0,05 до 0,5 мас.% Ti, Zr или Ta, от 0,1 до 2,0 мас.% Cu, от 0,05 до 1,0 мас.% W, от 0,001 до 0,1 мас.% Mg и от 0,0005 до 0,005 мас.% Ca.
Патент США 4726853 относится к полосе или листу из ферритной нержавеющей стали, как правило, в отожженном состоянии, для которой после конечной операции отжига в большинстве случаев следует доводочный этап и этап холодной деформации или «пропуск в дрессировочной клети» с обеспечением степени удлинения менее 1%, предназначенный, в частности, для получения выпускных труб и коллекторов. Композиция полосы или листа описана ниже (мас.%):
(C + N) < 0,060 - Si < 0,9 - Mn < 1;
Cr от 15 до 19 Mo < 1 - Ni < 0,5 - Ti < 0,1 - Cu < 0,4 - S < 0,02 - P < 0,045;
Zr = от 0,10 до 0,50, причем Zr имеет значение в диапазоне между 7 (C + N) - 0,1 и 7 (C + N) + 0,2, Nb между — 0,25 и 0,55, если Zr 7 (C + N), и между 0,25 + 7 (C + N) - Zr и 0,55 + 7 (C + N) - Zr, если Zr < 7 (C + N);
Al от 0,020 до 0,080; остальное — прочие элементы и Fe.
В публикации EP0478790 описана термостойкая ферритная нержавеющая сталь, улучшенная по вязкости при низких температурах и защищенная от растрескивания при высоких температурах сварки, которую можно использовать в качестве материала каналов для выхлопных газов автомобилей, в частности канала, на который воздействуют высокие температуры между двигателем и нейтрализатором, причем сталь содержит до 0,03 мас.% углерода, от 0,1 до 0,8 мас.% кремния, от 0,6 до 2,0 мас.% марганца, до 0,006 мас.% серы, до 4 мас.% никеля, от 17,0 до 25,0 мас.% хрома, от 0,2 до 0,8 мас.% ниобия, от 1,0 до 4,5 мас.% молибдена, от 0,1 до 2,5 мас.% меди, до 0,03 мас.% азота и необязательно необходимое количество по меньшей мере одного из алюминия, титана, ванадия, циркония, вольфрама, бора и редкоземельных металлов, причем отношение марганца к сере составляет 200 или выше,
[Nb] = Nb% - 8(C% + N%) 0,2,
[Nb] = Nb% - 8(C% + N%) 0,2,
и Ni% + Cu% 4,
остальное — железо и неизбежные для способа производства примеси.
В патенте EP2557189 описан лист ферритной нержавеющей стали для выхлопной детали, отличающийся незначительным ухудшением прочности даже при длительном термическом воздействии, а также низкой стоимостью, отличной термостойкостью и технологичностью, и характеризующийся содержанием, характеризующийся содержанием (в мас.%) C: менее 0,010 мас.%, N: 0,020 мас.% или менее, Si: более 0,1–2,0 мас.%, Mn: 2,0 мас.% или менее, Cr: 12,0–25,0 мас.%, Cu: более 0,9–2 мас.%, Ti: 0,05–0,3 мас.%, Nb: 0,001–0,1 мас.%, Al: 1,0 мас.% или менее и B: 0,0003–0,003 мас.%, с отношением Cu / (Ti + Nb), равным 5 или более, причем остальное — Fe и неизбежные примеси.
Целью настоящего изобретения является устранение некоторых недостатков предшествующего уровня техники и получение ферритной нержавеющей стали, обладающей хорошей коррозионной стойкостью, улучшенной свариваемостью и повышенной прочностью при высокой температуре, причем сталь стабилизируют ниобием, титаном и ванадием и производят с использованием технологии AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание). Основные признаки настоящего изобретения приведены в прилагаемой формуле изобретения.
Химический состав ферритной нержавеющей стали в соответствии с изобретением включает в себя (в мас.%) 0,003–0,035 мас.% углерода, 0,05–1,0 мас.% кремния, 0,10– 0,8 мас.% марганца, 18–24 мас.% хрома, 0,05–0,8 мас.% никеля, 0,003–2,5 мас.% молибдена, 0,2–0,8 мас.% меди, 0,003–0,05 мас.% азота, 0,05–1,0 мас.% титана, 0,05–1,0 мас.% ниобия, 0,03–0,5 мас.% ванадия, 0,01–0,04 мас.% алюминия, и C + N в совокупности составляет менее 0,06 мас.%, остальное — железо и неизбежные примеси, встречающиеся в нержавеющих сталях, в таких условиях, что сумма (C + N) составляет менее 0,06 мас.%, а отношение (Ti + Nb) / (C + N) составляет 8 или более и менее 40, и отношение (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 6 или более и менее 40, а 5,8*Nb + 5*Ti*Si составляет 3,3 или более. Ферритную нержавеющую сталь в соответствии с изобретением производят с использованием технологии AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание).
Эффекты и содержание каждого легирующего элемента в мас.%, если не упомянуто иное, рассматриваются ниже:
углерод (C) уменьшает удлинение и r-значение, и углерод при производстве стали предпочтительно максимально удаляют. Углерод в твердом растворе фиксируют в виде карбидов титаном, ниобием и ванадием, как описано ниже. Содержание углерода ограничено 0,035 мас.%, предпочтительно 0,03 мас.%, но составляет по меньшей мере 0,003 мас.% углерода.
Кремний (Si) используют для восстановления хрома из шлака обратно в расплав. Некоторое количество кремния в стали необходимо, чтобы обеспечить надлежащее восстановление. В твердом растворе кремний способствует образованию фаз Лавеса и стабилизирует частицы фазы Лавеса при более высоких температурах. Следовательно, содержание кремния составляет менее 1,0 мас.%,но по меньшей мере 0,05 мас.%.
Марганец (Mn) уменьшает коррозионную стойкость ферритной нержавеющей стали посредством формирования сульфидов марганца. При низком содержании серы (S) содержание марганца составляет менее 0,8 мас.%, предпочтительно менее 0,65 мас.%, но по меньшей мере 0,10 мас.%.
Хром (Cr) повышает стойкость к окислению и коррозионную стойкость. Для достижения коррозионной стойкости, сравнимой со сталью марки EN 1.4301, содержание хрома должно составлять 18–24 мас.%, предпочтительно 20–22 мас.%.
Никель (Ni) является элементом, благоприятно способствующим улучшению вязкости, но никель обладает чувствительностью к коррозионному растрескиванию при напряжении (SCC). Чтобы учесть эти эффекты, содержание никеля составляет менее 0,8 мас.%, предпочтительно менее 0,5 мас.%, так что содержание никеля составляет по меньшей мере 0,05 мас.%.
Молибден (Mo) повышает коррозионную стойкость, но уменьшает удлинение при разрыве. Содержание молибдена составляет менее 2,5 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%. Для областей применения в высококоррозионных средах с низкими кислотными значениями pH ≤ 4, содержание молибдена предпочтительно составляет менее 2,5 мас.%, но по меньшей мере 0,5 мас.%. Для применений в менее коррозионных средах с нейтральными или высокими значениями pH > 4 более предпочтительный диапазон составляет 0,003–0,5 мас.% молибдена.
Медь (Cu) улучшает коррозионную стойкость в кислых растворах, но высокое содержание меди может быть вредным. Таким образом, содержание меди составляет менее 0,8 мас.%, предпочтительно менее 0,5 мас.%, но по меньшей мере 0,2 мас.%.
Азот (N) уменьшает удлинение при разрыве. Содержание азота составляет менее 0,05 мас.%, предпочтительно менее 0,03 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%.
Алюминий (Al) используют для удаления кислорода из расплава. Содержание алюминия составляет менее 0,04 мас.%.
Титан (Ti) очень полезен, поскольку при очень высоких температурах образует с азотом нитриды титана. Нитриды титана предотвращают рост зерен во время отжига и сварки. При сварке титановое легирование способствует образованию равноосевой мелкозернистой структуры. Титан является самым дешевым элементом из выбранных стабилизирующих элементов: титана, ванадия и ниобия. Таким образом, использование титана для стабилизации является экономичным вариантом. Содержание титана составляет менее 1,0 мас.%, но по меньшей мере 0,05 мас.%. Более предпочтительным диапазоном является содержание титана от 0,07 до 0,40 мас.%.
Ниобий (Nb) используют в какой-то мере для связывания углерода в карбиды ниобия. С помощью ниобия можно контролировать температуру перекристаллизации. Ниобий стимулирует осаждение частиц фаз Лавеса и положительно влияет на их стабильность при высоких температурах. Ниобий является наиболее дорогостоящим из выбранных стабилизирующих элементов: титана, ванадия и ниобия. Содержание ниобия составляет менее 1,0 мас.%, но по меньшей мере 0,05 мас.%.
Ванадий (V) образует карбиды и нитриды при более низких температурах. Эти осадки незначительны, и основная их часть обычно находится внутри зерен. Количество ванадия, необходимого для стабилизации углерода, составляет лишь приблизительно половину количества ниобия, необходимого для такой же стабилизации углерода. Это связано с тем, что атомная масса ванадия приблизительно в два раза меньше атомной массы ниобия. Ванадий является экономичным вариантом стабилизирующего элемента, поскольку ванадий дешевле ниобия. Ванадий также улучшает вязкость стали. Содержание ванадия составляет менее 0,5 мас.%, но по меньшей мере 0,03 мас.%, предпочтительно 0,03–0,20 мас.%.
Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 1 представлен график, на котором показана комбинация содержания Ti, Nb и Si, обеспечивающая улучшенные механические свойства при высоких температурах в материале в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 2 представлена микрофотография, на которой показана типичная микроструктура, используемая для определения химического состава частиц фаз Лавеса с помощью энергодисперсионной спектрометрии (EDS).
На Фиг. 3 представлена микрофотография, на которой показана крупнозернистая столбчатая структура, сформировавшаяся в сварном шве при автогенной сварке, когда сталь не содержит достаточного количества титана, (a) сечение поперек плоскости сварного шва; и (b) сечение в плоскости сваренного листа.
На Фиг. 4 представлен микроснимок мелкозернистой равноосевой структуры, образованной при автогенной сварке, когда сталь содержит достаточное количество титана.
Посредством всех трех стабилизирующих элементов — титана, ниобия и ванадия — в ферритной нержавеющей стали в соответствии с изобретением можно получать атомную решетку практически без промежутков. Это означает, что по существу все атомы углерода и азота связаны со стабилизирующими элементами. При использовании достаточного количества титана для стабилизации промежуточных элементов углерода и азота, соединения, образующиеся во время стабилизации, такие как TiN, способствуют образованию равноосевой и мелкозерновой структуры в сварных швах. Равноосевая мелкозернистая структура улучшает пластичность и вязкость сварных швов. Таким образом, достаточное содержание титана предотвращает формирование грубой столбчатой структуры в сварных швах. Столбчатые зерна могут вызывать растрескивание при высокой температуре, поскольку примеси могут выделяться на центральной линии сварного шва. Крупные столбчатые зерна могут также снижать вязкость сварного шва. Кроме того, при использовании достаточного содержания Ti, Si и Nb можно получать ферритную нержавеющую сталь с улучшенными механическими свойствами при высоких температурах. Комбинации содержания Ti, Nb и Si, обеспечивающие улучшенные механические свойства при высоких температурах в настоящем изобретении, показаны на Фиг. 1. Область определяется по величине 5,8* Nb + 5* Ti*Si, составляющей 3,3 или более.
Для испытания ферритной нержавеющей стали изобретения было изготовлено несколько сплавов нержавеющей стали. Во время приготовления каждый сплав расплавляли, отливали и подвергали горячей прокатке. Полученную горячей прокаткой пластину дополнительно отжигали и протравливали, после чего подвергали холодной прокатке. Затем холоднокатаный лист с конечной толщиной снова отжигали и протравливали. В таблице 1 дополнительно указаны химические составы эталонных материалов EN 1.4509 и EN 1.4622.
N | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | Таблица 1. Химические составы |
Al | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0 | 0 | |
V | 0,05 | 0,05 | 0,06 | 0,06 | 0,05 | 0,06 | 0,06 | 0,06 | 0 | 0,07 | |
Cu | 0,41 | 0,38 | 0,38 | 0,38 | 0,41 | 0,39 | 0,39 | 0,38 | 0,2 | 0,4 | |
Nb | 0,62 | 0,78 | 0,78 | 0,78 | 0,81 | 0,96 | 0,81 | 0,79 | 0,4 | 0,4 | |
Ti | 0,22 | 0,25 | 0,27 | 0,27 | 0,20 | 0,19 | 0,22 | 0,20 | 0,12 | 0,17 | |
Mo | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 1,0 | 2,0 | 0 | 0 | |
Ni | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
Cr | 20,9 | 20,9 | 20,7 | 20,8 | 21,0 | 20,9 | 20,8 | 20,9 | 18,0 | 20,8 | |
S | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | |
P | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
Mn | 0,34 | 0,33 | 0,32 | 0,33 | 0,32 | 0,32 | 0,31 | 0,30 | 0,5 | 0,4 | |
Si | 0,41 | 0,43 | 0,59 | 0,75 | 0,71 | 0,58 | 0,59 | 0,59 | 0,5 | 0,5 | |
C | 0,018 | 0,021 | 0,021 | 0,020 | 0,024 | 0,020 | 0,019 | 0,020 | 0,015 | 0,015 | |
Сплав | A | B | C | D | E | F | G | H | EN 1.4509 | EN 1.4622 |
Из таблицы 1 видно, что сплав A содержит меньшее количество ниобия и кремния по сравнению с другими сплавами B–H. Сплавы B, C и D имеют одинаковое содержание ниобия, в то время как количество кремния постепенно увеличивается от сплава B до сплава C. Сплав E имеет по существу тот же химический состав, что и сплав D, за исключением небольших изменений в количествах кремния, титана и ниобия. Сплав F имеет по существу такое же количество кремния, что и сплав C, тогда как содержание ниобия в сплаве F является самым высоким из всех сплавов A–H. Помимо кремния, титана и ниобия, сплавы G и H также содержат молибден. Все сплавы A–H имеют тройную стабилизацию титаном, ниобием и ванадием в соответствии с изобретением.
При использовании ниобия, титана и ванадия для стабилизации промежуточных элементов — углерода и азота — в ферритной нержавеющей стали изобретения образуются такие соединения, как карбид титана (TiC), нитрид титана (TiN), карбид ниобия (NbC), нитрид ниобия (NbN), карбид ванадия (VC) и нитрид ванадия (VN). При такой стабилизации для оценивания эффекта и влияния стабилизации, а также роли различных стабилизирующих элементов, применяют простую формулу.
Связь между стабилизирующими элементами — титаном, ниобием и ванадием — определяется формулой (1) эквивалента стабилизации (Tieq), причем содержание каждого элемента приведено в мас.%:
Соответственно, связь между промежуточными элементами — углеродом и азотом — определяется формулой (2) промежуточного эквивалента (Ceq), причем содержание углерода и азота приведено в мас.%:
Отношение Tieq / Ceq используют в качестве одного фактора, определяющего предрасположенность к сенсибилизации, а отношение Tieq / Ceq, составляющее 6 или более, и отношение (Ti + Nb) / (C + N), составляющее 8 или более, с ферритной нержавеющей сталью изобретения используют для предотвращения сенсибилизации. В патенте EP 292278B представлена дополнительная информация о сенсибилизации к коррозии на границах зерен. В этом документе показано, что стабилизация в отношении межзерновой коррозии успешна, если Tieq / Ceq составляет 6 или более, а (Ti + Nb) / (C + N) составляет 8 или более.
Повышенная прочность стали, составляющей объект изобретения, при высокой температуре обеспечивают за счет мелкой дисперсии термодинамически стабильных частиц фазы Лавеса. Необходимо тщательно сбалансировать легирование Nb, Ti и Si, чтобы получить оптимальную микроструктуру для высоких температур эксплуатации. Правильное легирование способствует осаждению частиц фазы Лавеса и повышению их температуры растворения. Частицы фазы Лавеса быстро образуются при воздействии температур в диапазоне от 650 до 850°C. На Фиг. 2 показаны межзерновые и внутризерновые осадки, наблюдаемые в сплавах А–Н при воздействии температуры 800°С в течение 30 минут. Химический состав осажденных частиц определяли с помощью энергодисперсионной спектрометрии (EDS). Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что частицы, образующиеся в стали изобретения, представляют собой осадки фазы Лавеса. В соответствии с таблицей 2 химический состав осажденных частиц в стали изобретения соответствует модели A2B, где A представляет собой комбинацию Fe и Cr, а B представляет собой комбинацию Nb, Si и Ti. В соответствии с данными EDS, приведенными в таблице 2, химическая формула частиц фазы Лавеса равна (Fe0,8Cr0,2)2(Nb0,70Si0,25Ti0,05). Число атомов Fe, Cr, Nb, Si и Ti в молекуле зависит от легирования и циклов термической обработки, воздействовавших на материал.
Химический состав по данным EDS (в мас.%) | |||||
Точка анализа | Fe | Nb | Cr | Si | Ti |
1 | 52,6 | 24,9 | 10,6 | 8,9 | 1,5 |
2 | 52,3 | 25,1 | 10,5 | 8,9 | 1,6 |
3 | 53,5 | 23,8 | 11,1 | 8,6 | 1,5 |
4 | 52,7 | 24,8 | 10,6 | 8,8 | 1,6 |
5 | 52,6 | 23,0 | 10,5 | 8,6 | 1,5 |
6 | 52,9 | 24,8 | 10,6 | 8,8 | 1,5 |
7 | 53,0 | 24,5 | 10,7 | 8,7 | 1,7 |
8 | 53,0 | 24,3 | 10,9 | 8,8 | 1,6 |
9 | 52,3 | 24,5 | 10,8 | 8,8 | 1,8 |
10 | 52,7 | 24,5 | 10,7 | 9,0 | 1,7 |
Среднее | 52,8 | 24,4 | 10,7 | 8,8 | 1,6 |
Таблица 2. Химический состав 10 частиц фазы Лавеса в стали изобретения по данным энергодисперсионной спектрометрии (EDS)
Сбалансированная комбинация кремния, ниобия и титана обеспечивает содержание в стали достаточного количества частиц фазы Лавеса при высоких температурах эксплуатации выше 900 °C. Связь между элементами, образующими фазу Лавеса, титаном, ниобием и кремнием определяется формулой (3) числа эквивалентности для фазы Лавеса Leq, причем содержание каждого элемента выражено в мас.%:
Число эквивалентов фазы Лавеса Leq, составляющее 3,3 или более, для ферритной нержавеющей стали изобретения должно обеспечивать улучшенные прочностные свойства при высокой температуре. Эквивалент фазы Лавеса соответствует нижней границе указанной области для обеспечения улучшенных прочностных свойств при высокой температуре. Для более высоких температур эксплуатации, превышающих 950 °C, число эквивалентов фазы Лавеса Leq составляет 4,5 или более.
Значения соотношений Tieq / Ceq, (Ti + Nb) / (C + N) и число эквивалентов Leq вычислены в таблице 3 для сплавов A–H. Значения в таблице 3 показывают, что сплавы A–H и эталонные материалы имеют благоприятные значения как для Tieq / Ceq, так и для (Ti + Nb) / (C + N). С другой стороны, только сплавы A–H имеют благоприятные значения числа эквивалентов фазы Лавеса Leq в соответствии с изобретением.
Сплав | Tieq / Ceq | (Ti + Nb) / (C + N) | Leq | |
Изобретение | A | 16,6 | 22,0 | 4,0 |
B | 18,6 | 25,6 | 5,1 | |
C | 19,3 | 25,9 | 5,3 | |
D | 20,2 | 27,1 | 5,5 | |
E | 16,0 | 22,8 | 5,5 | |
F | 20,0 | 28,9 | 6,1 | |
G | 20,0 | 27,7 | 5,3 | |
H | 19,3 | 27,0 | 5,2 | |
Сравн. образец | EN 1.4509 | 10,1 | 14,9 | 2,3 |
EN 1.4622 | 11,7 | 16,3 | 2,3 |
Таблица 3. Значения соотношений Tieq / Ceq, (Ti + Nb) / (C + N) и числа эквивалентов фазы Лавеса Leq
Растворение осажденной фазы Лавеса определяет верхний предел температуры эксплуатации ферритных нержавеющих сталей изобретения. Температуру растворения рассчитывали с помощью программы термодинамического моделирования Thermo-Calc версии 2018b для сплавов таблицы 1. Результаты представлены в таблице 4. Значения температуры растворения благоприятны и превышают целевую температуру эксплуатации сплавов A–H, равную 900°C. Для эталонных материалов температуры растворения ниже целевой температуры 900°C, что неблагоприятно.
Сплав | Tsol (°C) | |
Изобретение | A | 929 |
B | 986 | |
C | 1003 | |
D | 1013 | |
E | 1009 | |
F | 1039 | |
G | 1009 | |
H | 1009 | |
Сравн. образец | EN 1.4509 | 849 |
EN 1.4622 | 839 |
Таблица 4. Температура, при длительном воздействии которой упрочняющие частицы фазы Лавеса растворяются. Значение выше T = 900°C считается удовлетворительным.
Прочность на разрыв при повышенной температуре для всех сплавов, перечисленных в таблице 1, определяли в соответствии со стандартом испытаний на растяжение при повышенной температуре EN ISO 10002-5. Результаты испытаний, выполненных при T = 950°C и T = 1000°C, представлены в таблице 5.
Сплав | Rm при 950 °C (МПа) | Rm при 1000 °C (МПа) | |
Изобретение | A | 31 | 25 |
B | 34 | 26 | |
C | 32 | 27 | |
D | 33 | 26 | |
E | 31 | 22 | |
F | 31 | 28 | |
G | 41 | 32 | |
H | 47 | 36 | |
Сравн. образец | EN 1.4509 | 26 | 18 |
EN 1.4622 | 24 | 18 |
Таблица 5. Прочность на разрыв измеряли в соответствии со стандартом EN ISO 12002-5. Значение Rm выше 30 МПа при 950°C и выше 20 МПа при 1000°C считается удовлетворительным.
Механическая прочность Rm считается недостаточной, если Rm < 30 МПа при 950°C или Rm < 20 МПа при 1000°C. Результаты в таблице 5 показывают, что стали в соответствии с изобретением удовлетворяют этим требованиям, тогда как эталонные материалы EN 1.4509 и EN 1.4622 не удовлетворяют этим требованиям.
Поскольку коррозионная стойкость является наиболее важным свойством нержавеющей стали, потенциал точечной коррозии всех сплавов, перечисленных в таблице 1, определяли потенциодинамическим способом. Сплавы подвергали мокрому измельчению до размера 320 меш и оставляли для репассивации на воздухе при температуре окружающей среды на по меньшей мере 24 часа. Потенциал точечной коррозии измеряли в аэрированном естественным образом водном растворе NaCl с концентрацией 1,2 мас.% (0,7 мас.% Cl-, 0,2 M NaCl) при комнатной температуре приблизительно 22°C. Кривые поляризации регистрировали при 20 мВ/мин с использованием бесщелевых ячеек с промывным портом (ячейки Avesta, описанные в стандарте ASTM G150) с электрохимически активной площадью приблизительно 1 см². В качестве противоэлектродов служила платиновая фольга. В качестве референтных электродов использовали каломельные насыщенные KCl электроды (SCE). Для каждого сплава рассчитывали среднее значение для шести измерений прорывного потенциала точечной коррозии, и результаты приведены в таблице 2.
Результаты, представленные в таблице 6, показывают, что ферритная нержавеющая сталь изобретения обладает лучшим потенциалом точечной коррозии, чем эталонная сталь EN 1.4509. Потенциал точечной коррозии сплавов A–F по существу аналогичен потенциалу эталонной стали EN 1.4622, тогда как потенциал точечной коррозии у имеющих добавку Mo сплавов G и H лучше, чем у эталонного материала EN 1.4622.
Сплав | Коррозионный потенциал (мВ) | |
Изобретение | A | 428 |
B | 452 | |
C | 465 | |
D | 484 | |
E | 465 | |
F | 486 | |
G | 659 | |
H | 1000 | |
Сравн. образец | EN 1.4509 | 303 |
EN 1.4622 | 411 |
Таблица 6. Потенциал точечной коррозии для сплавов A–H и для эталонных материалов
Равноосную мелкозернистую структуру сварных швов получают при использовании достаточного количества титана для стабилизации. Соединения, образуемые титаном в жидком сварочном металле, такие как TiN, выступают в качестве центров зародышеобразования для гетерогенного затвердевания, в результате чего в сварных швах образуется равноосная мелкозернистая структура. Другие элементы (ванадий и ниобий), использованные для стабилизации, не образуют соединений, выступающих в роли центров зародышеобразования в жидком металле. Таким образом, крупнозернистый сварной шов со структурой столбчатых зерен обеспечивает недостаточно большое количество титана. Из-за крупнозернистой столбчатой структуры может произойти горячее растрескивание, поскольку примеси могут выделяться на центральной линии сварного шва. Крупные столбчатые зерна также снижают вязкость сварного шва. Проблема особенно заметна при автогенной сварке, при которой химический состав сварочного металла нельзя изменить при помощи сварочных добавок. Влияние способа стабилизации на структуру сварного шва хорошо известно и подробно описано, например, в статье авторов W. Gordon и A. Van Bennecom (W. Gordon & A. van Bennekom. Review of stabilisation of ferritic stainless steels. Materials Science and Technology, 1996. Vol. 12, no. 2, pp. 126–131).
На Фиг. 3 показан иллюстративный пример крупнозернистой столбчатой структуры сварного шва, полученного при автогенной сварке при недостаточном количестве титана в стали. На Фиг. 4 показан пример мелкозернистой равноосной структуры сварного шва, полученного при автогенной сварке при достаточном количестве введенного в сталь титана. Сплавы A–H в соответствии с настоящим изобретением и эталонные материалы EN 1.4509 и 1.4622 содержат благоприятное количество титана для получения мелкозернистой структуры сварного шва при автогенной сварке.
Claims (34)
1. Ферритная нержавеющая сталь, отличающаяся тем, что она состоит из, в мас.%: 0,003–0,035 углерода, 0,05–1,0 кремния, 0,10–0,8 марганца, 18–22 хрома, 0,05–0,8 никеля, 0,5–2,5 молибдена, 0,2–0,8 меди, 0,003–0,05 азота, 0,05–1,0 титана, 0,05–1,0 ниобия, 0,03–0,5 ванадия, 0,010–0,04 алюминия, и C + N в совокупности составляет менее 0,06, а остальное — железо и неизбежные примеси, причем отношение
(Ti + Nb) / (C + N) составляет 8 или более и менее 40,
а отношение
Tieq / Ceq = (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 6 или более и менее 40, а
Leq = 5,8*Nb + 5*Ti*Si составляет 3,3 или более, и сталь получают по технологии AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание).
2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание углерода составляет менее 0,03 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%.
3. Сталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержание марганца составляет 0,10–0,65 мас.%.
4. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание хрома составляет менее 22,0 мас.%, но по меньшей мере 20,0 мас.%.
5. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание никеля составляет менее 0,5 мас.%, но по меньшей мере 0,05 мас.%.
6. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание меди составляет менее 0,5 мас. %, но по меньшей мере 0,2 мас.%.
7. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание азота составляет менее 0,03 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%.
8. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание титана составляет 0,07–0,40 мас.%.
9. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что содержание ванадия составляет 0,03–0,20 мас.%.
10. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отношение
(Ti + Nb) / (C + N) составляет 20 или более и менее 30.
11. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отношение
Tieq / Ceq = (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 15 или более и менее 30.
12. Сталь по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что Leq = 5,8*Nb + 5*Ti*Si составляет 4,5 или более.
13. Ферритная нержавеющая сталь, отличающаяся тем, что она состоит из, в мас.%: 0,003–0,035 углерода, 0,05–1,0 кремния, 0,10–0,8 марганца, 18–22 хрома, 0,05–0,8 никеля, 0,003–0,5 молибдена, 0,2–0,8 меди, 0,003–0,05 азота, 0,05–1,0 титана, 0,05–1,0 ниобия, 0,03–0,5 ванадия, 0,010–0,04 алюминия, и C + N в совокупности составляет менее 0,06, а остальное — железо и неизбежные примеси, причем отношение
(Ti + Nb) / (C + N) составляет 8 или более и менее 40,
а отношение
Tieq / Ceq = (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 6 или более и менее 40, а
Leq = 5,8*Nb + 5*Ti*Si составляет 3,3 или более, и сталь получают по технологии AOD (аргоно-кислородное обезуглероживание).
14. Сталь по п. 13, отличающаяся тем, что содержание углерода составляет менее 0,03 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%.
15. Сталь по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что содержание марганца составляет 0,10–0,65 мас.%.
16. Сталь по любому из пп. 13-15, отличающаяся тем, что содержание хрома составляет менее 22,0 мас.%, но по меньшей мере 20,0 мас.%.
17. Сталь по любому из пп. 13-16, отличающаяся тем, что содержание никеля составляет менее 0,5 мас.%, но по меньшей мере 0,05 мас.%.
18. Сталь по любому из пп. 13-17, отличающаяся тем, что содержание меди составляет менее 0,5 мас. %, но по меньшей мере 0,2 мас.%.
19. Сталь по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что содержание азота составляет менее 0,03 мас.%, но по меньшей мере 0,003 мас.%.
20. Сталь по любому из пп. 13-19, отличающаяся тем, что содержание титана составляет 0,07–0,40 мас.%.
21. Сталь по любому из пп. 13-20, отличающаяся тем, что содержание ванадия составляет 0,03–0,20 мас.%.
22. Сталь по любому из пп. 13-21, отличающаяся тем, что отношение (Ti + Nb) / (C + N) составляет 20 или более и менее 30.
23. Сталь по любому из пп. 13-22, отличающаяся тем, что отношение Tieq / Ceq = (Ti + 0,515*Nb + 0,940*V) / (C + 0,858*N) составляет 15 или более и менее 30.
24. Сталь по любому из пп. 13-23, отличающаяся тем, что Leq = 5,8*Nb + 5*Ti*Si составляет 4,5 или более.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP18215480.7 | 2018-12-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021116903A RU2021116903A (ru) | 2022-12-12 |
RU2808643C2 true RU2808643C2 (ru) | 2023-11-30 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2352680C1 (ru) * | 2007-09-24 | 2009-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" | Ферритная коррозионно-стойкая сталь |
JP2013133482A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Jfe Steel Corp | 溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
CN103194689A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-10 | 宝钢不锈钢有限公司 | 具备优良成形性和耐腐蚀性能的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 |
EP2826878A1 (en) * | 2012-03-13 | 2015-01-21 | JFE Steel Corporation | Ferritic stainless steel |
RU2571241C2 (ru) * | 2013-12-23 | 2015-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Ферритная коррозионностойкая сталь |
RU2603519C2 (ru) * | 2012-09-03 | 2016-11-27 | Аперам Стейнлесс Франс | Листовая ферритная нержавеющая сталь, способ ее производства и ее применение, особенно в выхлопных системах |
EP2922978B1 (en) * | 2012-11-20 | 2017-03-01 | Outokumpu Oyj | Ferritic stainless steel |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2352680C1 (ru) * | 2007-09-24 | 2009-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" | Ферритная коррозионно-стойкая сталь |
JP2013133482A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Jfe Steel Corp | 溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
EP2826878A1 (en) * | 2012-03-13 | 2015-01-21 | JFE Steel Corporation | Ferritic stainless steel |
RU2603519C2 (ru) * | 2012-09-03 | 2016-11-27 | Аперам Стейнлесс Франс | Листовая ферритная нержавеющая сталь, способ ее производства и ее применение, особенно в выхлопных системах |
EP2922978B1 (en) * | 2012-11-20 | 2017-03-01 | Outokumpu Oyj | Ferritic stainless steel |
CN103194689A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-10 | 宝钢不锈钢有限公司 | 具备优良成形性和耐腐蚀性能的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 |
RU2571241C2 (ru) * | 2013-12-23 | 2015-12-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Ферритная коррозионностойкая сталь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5420292B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
WO2011111871A1 (ja) | 耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼板並びに耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法 | |
WO2007029515A1 (ja) | 使用中の硬さ変化が少ない高靭性耐摩耗鋼およびその製造方法 | |
JP5025671B2 (ja) | 高温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 | |
JPWO2019189871A1 (ja) | 二相ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法 | |
JP6426617B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼の製造方法 | |
EP3118341B1 (en) | Ferritic stainless steel | |
WO2008004506A1 (fr) | Acier au chrome présentant une excellente résistance à la fatigue thermique | |
JP7464606B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼の製造方法 | |
WO1993017143A1 (en) | High-chromium and high-phosphorus ferritic stainless steel excellent in weatherproofness and rustproofness | |
RU2808643C2 (ru) | Ферритная нержавеющая сталь | |
WO2008062984A1 (en) | Steel excellent in resistance to corrosion by sulfuric acid and method for manufacturing the same | |
JP2675957B2 (ja) | 耐候性、耐銹性に優れた高Cr,P添加フェライト系ステンレス鋼 | |
JP3388998B2 (ja) | 溶接性に優れた高強度オーステナイト系耐熱鋼 | |
JP2004353041A (ja) | 高耐食二相ステンレス鋼 | |
JP4083391B2 (ja) | 構造部材用フェライト系ステンレス鋼 | |
JP3598364B2 (ja) | ステンレス鋼 | |
JP2970432B2 (ja) | 高温用ステンレス鋼とその製造方法 | |
JP3139302B2 (ja) | 耐食性に優れた自動車用熱延鋼板の製造方法 | |
RU2796905C2 (ru) | Холоднокатаный и отожжённый стальной лист, способ его изготовления и использование такой стали для производства деталей транспортных средств | |
WO2023170996A1 (ja) | フェライト系ステンレス鋼板および排気部品 | |
JP5343445B2 (ja) | 熱疲労特性、耐酸化性および靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP2010043327A (ja) | 熱疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP2001011567A (ja) | 耐火性と溶接熱影響部靭性に優れた鋼材とその製造方法 | |
JP2004162121A (ja) | 溶接熱影響部靱性・耐食性に優れた高強度非調質鋼板 |