RU2813053C1 - Способ производства коррозионно-стойкой стали - Google Patents
Способ производства коррозионно-стойкой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813053C1 RU2813053C1 RU2023115978A RU2023115978A RU2813053C1 RU 2813053 C1 RU2813053 C1 RU 2813053C1 RU 2023115978 A RU2023115978 A RU 2023115978A RU 2023115978 A RU2023115978 A RU 2023115978A RU 2813053 C1 RU2813053 C1 RU 2813053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- rare earth
- corrosion
- production
- slag
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 22
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 6
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PYLLWONICXJARP-UHFFFAOYSA-N manganese silicon Chemical compound [Si].[Mn] PYLLWONICXJARP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 5
- MHKWSJBPFXBFMX-UHFFFAOYSA-N iron magnesium Chemical compound [Mg].[Fe] MHKWSJBPFXBFMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- -1 organochlorine Chemical compound 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 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 1
- 241000227272 Agarista populifolia Species 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Chemical class 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011093 chipboard Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- GXBKELQWVXYOPN-UHFFFAOYSA-N iron tungsten Chemical compound [W][Fe][W] GXBKELQWVXYOPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству в дуговых сталеплавильных печах коррозионно-стойкой стали для производства труб и деталей нефтегазового оборудования, работающих под нагрузкой растягивающих напряжений в агрессивных средах с повышенной концентрацией хлоридов. Способ включает рафинирование стали в процессе выпуска и доводки на установке печь-ковш, а также порционное введение с электромагнитным перемешиванием в восстановительный период предварительно разогретых добавок РЗМ V - VIII групп d-переходных металлов Ni, V, W, Re. После термообработки стали при наличии остаточных напряжений 200-210 МПа работоспособность до разрушения составила 1200 часов, при снижении нагрузки до 100-120 МПа время до разрушения увеличилось на 30-40%. Использование в составе стали d-переходных тугоплавких РЗМ Ni, V, W, Re позволит увеличить время до коррозионного растрескивания на 80-90%. Полученную сталь используют в ядерной, атомной, нефтяной, химической промышленностях. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству в дуговых сталеплавильных печах коррозионностойкой стали с добавками d-переходных редкоземельных металлов РЗМ V - VIII групп Ni, V, W, Re, предназначенной для производства труб и деталей нефтегазового оборудования, работающих под нагрузкой растягивающих напряжений в агрессивных средах, содержащих хлоридные (галоидные), роданидные, хлорорганические, сульфидные и щелочные соединения.
Имеется авторское свидетельство (изобретение 1678851 А1 23.09.1991 бюл. № 35, патентообладатель Днепропетровский металлургический институт), способ получения коррозионностойкой стали. В качестве раскислителей используют Al (2,3 кг/т), РЗМ (0,6 - 1,0 кг/т) и на дно ковша Ti (в 3 - 4 раза, превышающего его массу), присаживают в печь за 8 - 12, 4 - 7, 2 - 3 мин до выпуска плавки соответственно. Все РЗМ, обладают большой раскислительной способностью, освобождают хром, марганец и частично железо от кислорода и серы, переводя их в раствор. В данном изобретении конкретно не указано какие из известных 17 элементов РЗМ применяются. В остальном все результаты воспроизводимы. Тем не менее, предложенные составы стали использовали все возможности конкурентоспособного развития за счет повышения своих технологических и эксплуатационных свойств, экономических показателей, модификаций термообработки.
Известен способ производства трубной стали (патент 2555304 С1 10.07.2015 Бюл. № 19 Патентообладатель Публичное акционерное общество "Северский трубный завод"). Способ включает модифицирование металла кальцием после перегрева металла, содержащего не более 0,003 % серы и не более 0,01 % алюминия, над температурой ликвидус не менее 120°С, и длительной, не менее 20 минут, продувки металла аргоном в условиях вакуума. Разливку осуществляют в условиях электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе при значениях тока 120-200 А и частотой 2,0-4,0 Гц, в зависимости от диаметра непрерывнолитой заготовки. Использование способа обеспечивает заданную чистоту металла по коррозионноактивным неметаллическим включениям, а также повышение стойкости труб при эксплуатации в агрессивных средах. Введение в технологическую схему производства коррозионностойких марок стали в качестве обязательного элемента обработку металла в условиях глубокого вакуума преследует цель изменения морфологии и измельчения включений алюминатов и глинозема в шпинелиды в присутствии растворенного в металле магния. Вакуумная обработка металла в ковшах с периклазоуглеродистой рабочей футеровкой, покрытой шлаковым гарнисажем, решает задачу исключения высоких концентраций магния в металле. Способ не всегда применим для малых партий выпуска сталей и не решает задачу повышения коррозионностойкой стойкости при работе в агрессивных средах под нагрузкой.
Существует способ производства (патент 2515403 С1, 10.05.2014 Бюл. № 13, патентообладатель ООО "Группа "Магнезит"). Способ включает подачу в печь металлолома, чугуна, железо-магниевого концентрата, шлакообразующего материала, углеродсодержащего материала, плавление шихты, формирование покровного шлака и выпуск стали в сталеразливочный ковш, при этом железо-магниевый концентрат вводят в виде брикетов размером 20-80 мм поверх металлического лома, причем 1-75% железо-магниевого концентрата вводят в завалку металлошихты на металлолом до начала периода плавления, а оставшиеся 25-99% железо-магниевого концентрата вводят не ранее 0,1 и не позднее 0,9 общей длительности периода плавления, причем железо-магниевый концентрат вводят в количестве, обеспечивающем достижение соотношения между содержанием оксида магния в шлаке и футеровке печи в пределах 0,05-0,16, при этом основность шлака обеспечивают на уровне 1,7-4,5 единиц, а в период формирования покровного шлака производят вдувание в шлак углеродсодержащего материала в количестве 0,1- 100 кг/т шлака для вспенивания шлака и восстановления железа из его оксидов. Изобретение позволяет увеличить усвоение железосодержащего материала и стойкость огнеупорной футеровке ДСП. Предлагаемый способ производства стали воспроизводим на любом стандартном оборудовании. Недостатки способа заключаются в том, что предложенные технологические решения не обеспечивают получения шлака, позволяющего в полной мере удалить образовавшиеся в результате внепечной обработки неметаллические включения и получить сталь повышенной чистоты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства стали (патент 2533071 С1, 20.11.2014 Бюл. № 32, патентообладатель ОАО "Северсталь") (прототип). В способе осуществляют выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, рафинирование стали в процессе выпуска и доводки на установке печь-ковш. Во время выпуска в ковш присаживают флюс в количестве 4-10 кг/т стали, содержащий 40-85% Al2O3 и 2,0-12,0% СаО, алюминий в количестве 1,0-1,9 кг/т стали, известь в количестве 5-12 кг/т стали, кремний и марганецсодержащие ферросплавы в количестве 5-10 кг/т стали, во время доводки на установке печь-ковш на шлак присаживают алюминиевую сечку в количестве 0,3-2,0 кг/т стали, а в металл вводят кальцийсодержащие материалы из расчета 0,05-0,2 кг кальция на тонну стали. Во время выпуска отношение СаО/Al2O3 в шлаке должно составлять менее 3,5, а во время доводки на установке печь-ковш в металл вводят карбид кремния в количестве не более 1,2 кг/т стали. Способ позволяет повысить чистоту стали по коррозионноактивным неметаллическим включениям для исключения образования и развития локальной коррозии и увеличения эксплуатационной стойкости труб. Данный способ применяется для получения стальных труб массового производства, эксплуатирующихся в не жестких производственных условиях и не требующих самой высокой стойкости к агрессивной коррозии и высоких физико-механических свойств.
Технический результат изобретения состоит в создании способа производства коррозионностойкой стали с добавками d-переходных редкоземельных металлов РЗМ V - VIII групп Ni, V, W, Re, обеспечивающего равномерное распределение легирующих элементов по всему сечению и объему, снижение содержания неметаллических включений в стали, получении состава коррозионностойкой стали, предназначенной для производства труб и деталей нефтегазового оборудования, работающих под нагрузкой растягивающих напряжений в агрессивных средах, содержащих хлоридные (галоидные), роданидные, хлорорганические, сульфидные и щелочные соединения.
Указанный технический результат в способе производства коррозионностойкой стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава стали в ковш, рафинирование стали в процессе выпуска и доводки на установке печь-ковш, достигается тем, что металлический лом, прокатную обрезь, ферросплавы, кремний- и марганецсодержащие материалы нагревают до температуры 1500°С для расплавления и испарения свинца, магнезии, с последующим повышением температуры до 2873°С для получения чистой по примесям стали, доводку стали осуществляют на установке ковш-печь с электромагнитным перемешиванием, при этом введение легирующих металлов осуществляют в следующем порядке: в восстановительный период порционно вводят предварительно разогретые добавки РЗМ V - VIII групп d-переходных металлов Ni, V, W и доводят дуговой нагрев до 1520 - 1670°С, в любое время плавки вводят РЗМ в виде Ni, Co, Cu, Mo и осуществляют продувку аргоном до 5 минут для повышения жидкоподвижности шлака и удаления пористости, вводят Mn, Cr, W, V, Nb, Ti, Si, Al, осуществляют контроль химического состава стали и продувку стали Са для жидкоподвижности шлака и удаления коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ), а в конце плавления после легирования упомянутыми металлами вводят разогретый до 1273°С Re, затем осуществляют выпуск плавки с электромагнитным перемешиванием для улучшения качества непрерывного литья и выравнивания химического состава по всему сечению и объему выплавляемого слитка. При выплавке стали по данному способу получают коррозионностойкую сталь содержащую, мас. %: углерод 0,02, марганец ≤ 2, кремний ≤ 1, хром 11 - 20, никель 12 - 18, молибден < 6,0, азот 0,01 - 0,05, медь менее 0,5 и не более 2,0, бор < 0,6, рений не менее 0,1 и не более 4,5, вольфрам < 4,0, фосфор ≤ 0,01, алюминий ≤ 0,01, титан ≤ 0,002, сера ≤ 0,01, ванадий ≤ 0,07, железо и неизбежные примеси остальное
Сущность предложенного способа заключается в следующем. Для промышленного производства стали с порционным введением d-переходных металлов Ni, V, W, Re предлагается использовать электродуговую печь ЭДП с электродами из графита с разогревом лома металла повышенной чистоты по примесям, чистой прокатной обрези, ферросплава, кремния и марганецсодержащих материалов, с нагревом до температуры 1500°С, чтобы расплавились и испарились свинец или магнезия и повышением до температуры 2873°С для получения чистой промышленной стали. Шлак и примеси (алюминий, грязь), которые не испаряются, всплывают наверх и удаляются наклоном печи или вытряхиванием. Качество стали оценивается химическим составом шлака. При удовлетворительном составе оставшейся стали в агрегате ковш-печь АКП с электромагнитным перемешиванием в восстановительный период порционно вводят предварительно разогретые добавки РЗМ V - VIII групп d-переходных металлов Ni, V, W, Re и доводят дуговой нагрев до 1520 - 1670°С и затем через выпускное отверстие выпускают состав наружу с электромагнитным перемешиванием, которое необходимо для выравнивания химического состава по объему и по всему сечению, и улучшения качества непрерывного литья. Порядок введения элементов РЗМ: Ni, Co, Cu, Mo, «мягкая» продувка состава с минимальным расходом аргона до 5 минут для повышения жидкотекучести и удаления пористости, Mn, Cr, W, V, Nb, Ti, Si, Al, контроль, «мягкая» продувка состава Са для жидкоподвижности и удаления коррозионно-активных неметаллических включений КАНВ, введение разогретого до 1273° Re (из молибденовой руды, медного, молибденового сульфидного сырья, свинцового шлама). Ni, Co, Cu, Mo из-за отсутствия окисления можно вводить в сталь в любое время плавки. Сродство Mn, Cr, W, V, Nb, Ti, Si, Al к кислороду нуждается в более позднем введении в сталь. Если выплавку продолжать в ЭДП, то легирующие добавки вводят: Cr, Mn, W, V, Al, Ti (без подачи кислорода) - после слива окислительного шлака в начале восстановительного периода, Ni - в завалку, Mo - в начале окислительного периода, Re - в конце плавления после легирования всеми элементами, перед разливкой стали. Весь процесс в ЭДП с разогревом 8 млн т. лома мощностью 115 МВт и получением 100 т. пригодной стали составил 40 минут.
Содержание рения и всех остальных известных легирующих элементов определяли на оптико-эмиссионном спектрометре EXPECT-6500 с индуктивно связанной плазмой ICP-OES 3-го поколения (Focused Photonics Inc., Корея), в котором используется технология двойного наблюдения и измерения элементов с относительно небольшими различиями в содержании в сложной матрице. Результаты измерений легирующих элементов показали, что состав стали при плавках в ЭДП идентичен заявленному. Масса потерь легирующих элементов от общих потерь в ЭДП не более 0,1 - 0,15 %. Отклонений химического состава и плотности по всему сечению и объему слитков не обнаружено, распределение легирующих элементов по длине, поперечному сечению, объему равномерное. Структура металла плотная, однородная. Дефекты в виде пор, раковин, трещин и неметаллических включений не обнаружены.
В ЭДП использование исходного материала сплава нержавеющей стали ультравысокой чистоты не примешивает к расплаву примесные элементы P, S, Sn, Pb и пр., но Si, Al, Ti, B, Zr могут примешиваться к расплаву из исходного материала для расплава. Поэтому для удаления элементов C, Si, Mn, Al, Ti, Zr и B необходимо ввести рафинирование. Выявленное влияние вредных примесей на эксплуатационные свойства стали представлены в таблице 1. Таким образом, применение шихтовых материалов повышенной чистоты, порционное введение d-переходных металлов Ni, V, W, Re с точным интервалом легирования позволяет сформировать мелкодисперсную структуру металла со стабильными свойствами. Выход годного 97 - 98%.
Экспериментально установлено, что элементы d-переходных тугоплавких РЗМ снижают содержание кислорода и серы, повышают содержание азота, но со снижением его активности, что обеспечивает более глубокую раскисленность стали и повышенную хладностойкость. При химическом взаимодействии d-переходных металлов Ni, V, W, Re с карбидом кремния вероятность образования карбидов металлов уменьшается, из-за того, что с увеличением веса атомов со стабильными конфигурациями d5 и долей нелокализованных электронов, необходимых для стабилизации sp3 - конфигурации атомов углерода в карбидах снижается. Распределение Re в растворе металла понижает скорость диффузионных процессов, повышает температуру солидуса и приводит к увеличению температурной прочности.
Определение условных пределов прочности (временное сопротивление) и текучести, деформации стали проводились на машине универсальной испытательной гидравлической горизонтальной РГМ-300-Г (Россия) на трубах диаметром 114 мм при непрерывно повышаемой нагрузке до 400 кН, со скоростью нагружения 25 Н/(мм2⋅с). Полученный образец подвергался термической обработке: температура закалки 1150 - 1200°С, охлаждающая среда - воздух. Можно утверждать, что легирование рением приводит к стабильному повышению значений условного предела текучести σ0,2 = 850…950 МПа, предела прочности σв = 1000 … 1100 МПа в интервале температур от 20 до 1200°С, деформация до разрушения увеличилась до 62%.
Рений повышает одновременно прочность и пластичность молибдена и вольфрама, выдерживает многократные охлаждения и нагревы, высокие ударные нагрузки, вибрации, контакт с агрессивными веществами при температуре 1000°С. Анализ результатов показывает, что условный предел текучести, предел прочности у сталей предлагаемого состава выше на 35 - 45 % по сравнению с существующими сталями, содержащими основные компоненты никель, хром, вольфрам, ванадий, молибден. Выявлено, что жаропрочность и жаростойкость максимальны с возрастанием объемной доли тугоплавких V, W и Re в стали, увеличивающих ее плотность, одновременно с повышением температуры снижаются размеры зерен, межзерновых прослоек и зоны накопления вредных примесей между ними, образуется более однородная структура стали с чистыми границами зерен и прочными связями между зернами.
Испытания на стойкость стали с добавками d-переходных тугоплавких РЗМ Ni, V, W, Re против хлоридного коррозионного растрескивания при воздействии растягивающих напряжений на трубе диаметром 114 мм в 44%-ном растворе MgCl2 показали следующее: при напряжении от 600 до 700 МПа время до разрушения составило 1700 - 1500 часов. С ростом растягивающих напряжений стойкость к коррозионному растрескиванию снижается. Для термообработанной стали заявленного состава, работающей в агрессивной среде с повышенной концентрацией хлоридов и при наличии остаточных напряжений 200 - 210 МПа, работоспособность до разрушения 1200 часов, при снижении нагрузки до 100 - 120 МПа, время до разрушения увеличилось на 30 - 40%. Использование в составе стали d-переходных тугоплавких РЗМ Ni, V, W, Re позволит увеличить время до коррозионного растрескивания на 80 - 90 %.
Предложенный способ получения коррозионностойкой стали и состав стали может быть применен в ядерной, атомной, нефтяной, химической промышленностях.
Дополнительные материалы
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Для промышленного производства стали с порционным введением d-переходных металлов Ni, V, W, Re предлагается использовать электродуговую печь ЭДП с электродами из графита с разогревом металлического лома, прокатную обрезь, ферросплавы, кремний- и марганецсодержащие материалы нагревают до температуры 1500°С для расплавления и испарения свинца, магнезии, с последующим повышением температуры 2873°С для получения чистой по примесям стали. Шлак и примеси (алюминий, грязь), которые не испаряются, всплывают наверх и удаляются наклоном печи или вытряхиванием. Качество стали оценивается химическим составом шлака. Доводку стали осуществляют на установке ковш-печь с электромагнитным перемешиванием. При этом введение легирующих металлов осуществляют в следующем порядке: в восстановительный период порционно вводят предварительно разогретые добавки РЗМ V - VIII групп d-переходных металлов Ni, V, W и доводят дуговой нагрев до 1520 - 1670°С, в любое время плавки вводят РЗМ в виде Ni, Co, Cu, Mo и осуществляют продувку аргоном до 5 минут для повышения жидкоподвижности шлака и удаления пористости, вводят Mn, Cr, W, V, Nb, Ti, Si, Al, осуществляют контроль химического состава и продувку стали Са для жидкоподвижности шлака и удаления коррозионно-активных неметаллических включений КАНВ. Влияние легирующих элементов и примесей на эксплуатационные свойства стали предлагаемого состава отражено в таблице 1. В конце плавления после легирования упомянутыми металлами вводят разогретый до 1273° Re (из молибденовой руды, медного, молибденового сульфидного сырья, свинцового шлама). Затем осуществляют выпуск плавки с электромагнитным перемешиванием для улучшения качества непрерывного литья и выравнивания химического состава по всему сечению и объему выплавляемого слитка.
| Таблица 1. Влияние легирующих элементов и примесей на эксплуатационные свойства стали предлагаемого состава | |||
| Элемент | Включения | Воздействие | Содержание |
| S, О | Оксидные, сульфидные неметаллические | ↓ усталостной прочности, пластичности, коррозионной стойкости | ↓ масс. % S ≤ 0,02 - 0,03 мас. % O ≤ 0,005-0,008 |
| P | Твердый раствор | ↑ закаливаемость ↓ ударной вязкости, охрупчивание, хладноломкость |
↓ масс. % P ≤ 0,02 - 0,03 мас. % |
| P + Cu | P < Cu - раскислитель, P > Cu - нерастворимое соединение | ↑ сопротивление коррозии ↓ хладноломкость |
Cu 0,8 - 3,5 мас. % |
| Ni + Сu | ↓ образование трещин, чувствительность к перегреву ↑ коррозионную стойкость |
Ni ≤ 0,05 - 30 мас. % |
|
| N | Формирует перлит и цементит Нитридное упрочнение |
↓ пластичность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению ↑ прочностные свойства, коррозионная стойкость |
min % N ≤ 0,002-0,05 мас. % |
| N+C | Выделение карбидов и нитридов по границам зерен | ↓ охрупчивание | |
| N + Al | Трещины сляба | ↑ дефекты | Al ≤ 0,01 |
| Ti | Трещины сляба | ↑ дефекты | Ti ≤ 0,0015 мас. % |
| Н | Растворяется в железе, образует растворы внедрения между атомами железа | ↓ пластичность, коррозионную стойкость, сопротивление деформации ↑ хрупкое разрушение, дефекты |
min % Н ≤ 0,0001-0,0005 мас. % |
| W | При W > 4 % образуется железовольфрамовый карбид Fe3W3C Стойкие труднорастворимые карбиды |
↑ прокаливаемость, прочность, вязкость ↑ теплостойкость |
W < 4 % W < 13 % при С < 1,2 % |
| V | Образование карбида ванадия VC при V = 1,5 % | ↑ теплостойкость | V < 1,2 % |
| VC | ↓ C, тем быстрее V растворяется в твердом растворе и не переходит в карбиды | ↑ жаростойкость, термодинамическая устойчивость | V ≤ 3 % при С < 1,2 % |
| Re | Образование карбидов ReC с меньшим содержанием С, неустойчивые растворимые карбиды ReSi Отсутствуют реакции с N, H При ↑ Т и подводе тока полностью растворим |
↑ жаропрочность, жаростойкость, химическая стойкость, термодинамическая устойчивость | 0, 1 % < Re < 4,5 % |
| ↑ - увеличение, ↓ - снижение | |||
Claims (2)
1. Способ производства коррозионностойкой стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава стали в ковш, рафинирование стали в процессе выпуска и доводки на установке печь-ковш, отличающийся тем, что металлический лом, прокатную обрезь, ферросплавы, кремний- и марганецсодержащие материалы нагревают до температуры 1500°С для расплавления и испарения свинца, магнезии, с последующим повышением температуры до 2873°С для получения чистой по примесям стали, доводку стали осуществляют на установке ковш-печь с электромагнитным перемешиванием, при этом введение легирующих металлов осуществляют в следующем порядке: в восстановительный период порционно вводят предварительно разогретые добавки РЗМ V - VIII групп d-переходных металлов Ni, V, W и доводят дуговой нагрев до 1520 - 1670°С, в любое время плавки вводят РЗМ в виде Ni, Co, Cu, Mo и осуществляют продувку аргоном до 5 минут для повышения жидкоподвижности шлака и удаления пористости, вводят Mn, Cr, W, V, Nb, Ti, Si, Al, осуществляют контроль химического состава стали и продувку стали Са для жидкоподвижности шлака и удаления коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ), а в конце плавления после легирования упомянутыми металлами вводят разогретый до 1273°С Re, затем осуществляют выпуск плавки с электромагнитным перемешиванием для улучшения качества непрерывного литья и выравнивания химического состава по всему сечению и объему выплавляемого слитка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают коррозионностойкую сталь, содержащую, мас. %: углерод 0,02, марганец ≤ 2, кремний ≤ 1, хром 11 - 20, никель 12 - 18, молибден < 6,0, азот 0,01 - 0,05, медь менее 0,5 и не более 2,0, бор < 0,6, рений не менее 0,1 и не более 4,5, вольфрам < 4,0, фосфор ≤ 0,01, алюминий ≤ 0,01, титан ≤ 0,002, сера ≤ 0,01, ванадий ≤ 0,07, железо и неизбежные примеси остальное
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813053C1 true RU2813053C1 (ru) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6424671B1 (en) * | 1999-02-11 | 2002-07-23 | National Research Development Corporation | Process for making steel |
| JP2003082435A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-03-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | カーゴオイルタンク用鋼材 |
| RU2307876C2 (ru) * | 2002-12-20 | 2007-10-10 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Высокопрочная мартенситная нержавеющая сталь с высокой коррозионной стойкостью к газообразному диоксиду углерода и сопротивлением коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде |
| RU2344194C2 (ru) * | 2006-10-02 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Сталь повышенной коррозионной стойкости |
| RU2533071C1 (ru) * | 2013-10-15 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства стали |
| CN110983156A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 上海大学 | 一种富含合金化稀土元素的稀土耐蚀钢及其制造方法 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6424671B1 (en) * | 1999-02-11 | 2002-07-23 | National Research Development Corporation | Process for making steel |
| JP2003082435A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-03-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | カーゴオイルタンク用鋼材 |
| RU2307876C2 (ru) * | 2002-12-20 | 2007-10-10 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Высокопрочная мартенситная нержавеющая сталь с высокой коррозионной стойкостью к газообразному диоксиду углерода и сопротивлением коррозионному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде |
| RU2344194C2 (ru) * | 2006-10-02 | 2009-01-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Сталь повышенной коррозионной стойкости |
| RU2533071C1 (ru) * | 2013-10-15 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства стали |
| CN110983156A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 上海大学 | 一种富含合金化稀土元素的稀土耐蚀钢及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104532102A (zh) | 风电用大规格渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A制造新工艺 | |
| JP2018525520A (ja) | マイクロアロイング乗用車カーボンハブベアリング用鋼及びその製造方法 | |
| WO2008018242A1 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
| CN108950432B (zh) | 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法 | |
| JP2014105341A (ja) | 耐硫酸腐食性、耐粒界腐食性および表面性状に優れるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金およびその製造方法 | |
| CN109295382B (zh) | 一种高氮耐磨耐蚀合金及其制备方法 | |
| CN111961954A (zh) | 一种铸态混合基体qt500-14球墨铸铁的制备方法 | |
| CN109280743A (zh) | 一种轧辊用高强度耐磨钢及其生产方法 | |
| KR101574446B1 (ko) | 열간 가공성 및 표면 성상이 우수한 붕소 함유 스테인리스강 | |
| JP2016191124A (ja) | 高Ｍｎ含有Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金およびその製造方法 | |
| JP2012036434A (ja) | 軸受鋼鋼材 | |
| CN109487155A (zh) | 高压油缸液压杆用非调质钢及其生产方法 | |
| JP2012052224A (ja) | 溶接熱影響部靭性に優れた鋼材 | |
| RU2813053C1 (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали | |
| JP2005023346A (ja) | 熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法 | |
| WO2019131035A1 (ja) | 油井用低合金高強度継目無鋼管 | |
| RU2545856C2 (ru) | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения | |
| RU2221875C2 (ru) | Способ производства бесшовных труб из углеродистой или низколегированной стали повышенной коррозионной стойкости | |
| RU2542157C1 (ru) | Способ выплавки стали в дуговой электропечи | |
| WO2019131036A1 (ja) | 油井用低合金高強度継目無鋼管 | |
| RU2333255C1 (ru) | Способ выплавки стали | |
| RU2363736C2 (ru) | Способ и шихта для производства конструкционной стали с пониженной прокаливаемостью | |
| RU2810410C1 (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали | |
| RU2209845C1 (ru) | Сталь | |
| RU2747083C1 (ru) | Способ производства электросварной трубы из низкоуглеродистой стали, стойкой против водородного растрескивания (варианты) |