RU2813453C1 - Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135 - Google Patents

Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135 Download PDF

Info

Publication number
RU2813453C1
RU2813453C1 RU2023132337A RU2023132337A RU2813453C1 RU 2813453 C1 RU2813453 C1 RU 2813453C1 RU 2023132337 A RU2023132337 A RU 2023132337A RU 2023132337 A RU2023132337 A RU 2023132337A RU 2813453 C1 RU2813453 C1 RU 2813453C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
thick
thin
nitrogen
corrosion
Prior art date
Application number
RU2023132337A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Вячеславович Капустин
Сергей Александрович Марченко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЗЛАТОУСТОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЗЛАТОУСТОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЗЛАТОУСТОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД"
Application granted granted Critical
Publication of RU2813453C1 publication Critical patent/RU2813453C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой немагнитной стали, используемой для изготовления изделий подводной добычи углеводородов, в частности тяжелых бурильных труб. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,05, хром 17,0-19,0, никель 3,0-4,2, марганец 18,5-20,5, молибден 1,5-2,5, азот 0,40-0,55, кремний не более 0,6, медь не более 0,6, сера не более 0,010, фосфор не более 0,030, железо и неизбежные примеси остальное. Сталь содержит неметаллические включения, среди которых сульфиды тонкие не превышают балла 0,5, оксиды тонкие – первого балла, силикаты тонкие – балла 1,5, глобулярные включения тонкие – первого балла, а сульфиды толстые, оксиды толстые, силикаты толстые и глобулярные включения толстые не обнаруживаются. Магнитная проницаемость стали не превышает 1,001 Гс/э, а эквивалентное число сопротивления стали питтинговой коррозии PREN составляет ≥29, где PREN = %Cr+3,3%Mo+16%N. Обеспечиваются высокие показатели предела прочности и предела текучести, меньшая магнитная проницаемость при сохранении ударной вязкости и коррозионной стойкости, а также большая структурная стабильность и технологичность. 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области металлургии сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для изделий подводной добычи углеводородов (тяжелых бурильных труб).
Известна аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь для изделий судового машиностроения, содержащая 0,04-0,05% углерода, 19,5-20,5% хрома, 4,5-5,5% никеля, 11,5-13,5% марганца, 0,40-0,45% азота, 0,30-0,40% ванадия, 0,2-0,3% ниобия, 0,3-0,8% кремния, до 0,020% серы, до 0,030% фосфора, железо и неизбежные примеси [RU, 2456365 C1,C22C 38/00, C21C 5/52, 20.07.2011]. Содержание в таком количестве хрома, ванадия и ниобия в стали способствует формированию и коагуляции нитридов Cr2N, VN и NbN, которые, как правило, скоагулированы по границам зерен, что снижает пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость стали. Также необходимо отметить узкий предел содержания углерода, который затруднительно достигнуть в условиях промышленного производства.
Наиболее близкой к изобретению по назначению, составу и потребительским свойствам является высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь, содержащая 0,04-0,09% углерода, 0,1-0,6% кремния, 14,0-16,0% марганца, 21,0-23,0% хрома, 7,0-9,0% никеля, 0,45-0,55% азота, 1,0-2,0% молибдена, 0,1-0,30% ванадия, 0,001-0,030% церия, 0,005-0,010% кальция, железо и неизбежные примеси [RU, 2303648 C1, C22C 38/58, C21D 1/18, C21D 8/00, 27.07.2007], принятая нами за прототип.
Основным недостатком этой стали является недостаточные показатели предела прочности и текучести, а также высокое содержание хрома выше 20%, что может способствовать появлению в структуре δ-феррита, который приводит к нарушению немагнитности стали.
Технический результат настоящего изобретения – получение аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой немагнитной азотсодержащей стали с более высокими показателями предела прочности, предела текучести и меньшей магнитной проницаемостью при сохранении ударной вязкости и коррозионной стойкости, характеризующейся большей структурной стабильностью и технологичностью.
Технический результат достигается тем, что аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, молибден, медь, железо и неизбежные примеси, при этом для достижения технического результата в состав стали дополнительно вводят серу и фосфор, снижается содержание хрома, никеля и ванадия, увеличивается содержание марганца и молибдена, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод не более 0,05
хром 17,0-19,0
никель 3,0-4,2
марганец 18,5-20,5
молибден 1,5-2,5
азот 0,40-0,55
кремний не более 0,6
медь не более 0,6
сера не более 0,010
фосфор не более 0,030
железо и неизбежные примеси остальное,
при этом сульфиды тонкие не превышают балла 0,5, оксиды тонкие – первого балла, силикаты тонкие – балла 1,5, глобулярные включения тонкие – первого балла, сульфиды толстые, оксиды толстые, силикаты толстые, глобулярные включения толстые не обнаруживаются, а магнитная проницаемость не превышает 1,001 Гс/э.
Также для достижения технического результата должно выполняться следующее условие: а) % Cr+3,3⋅% Mo+16⋅% N ≥29.
Выполнение условия (а) необходимо для обеспечения сопротивления питтинговой коррозии в морской воде. Выражение (а) называют эквивалентным показателем сопротивления питтинговой коррозии (индекс PREN).
Снижение пределов содержания в стали углерода до не более 0,05 % позволяет повысить коррозионную стойкость и растворимость азота, а также предупредить интенсивное образование крупных карбидов типа Cr23C6, которое происходит преимущественно по границам зерен при температуре 600-700 °С в процессе медленного охлаждения поковок и приводит к межкристаллитной коррозии и охрупчиванию стали.
Снижение содержания хрома до 17,0-19,0% позволяет достичь наилучшего сочетания прочности и пластичности при сохранении коррозионных свойств при снижении магнитной проницаемости стали, что обусловлено снижением интенсивности образования в структуре δ-феррита и интерметаллидной σ-фазы. Предпочтительно, чтобы содержание хрома составляло 18,0-19,0%.
Увеличение содержания в стали марганца до уровня 18,5-20,5 % позволяет обеспечить стабильность аустенита, повышая тем самым растворимость азота и стойкость против ударных нагрузок при сохранении пластичности. Марганец также способствует десульфурации и раскислению сталей, что позволит предупредить формирование и рост оксидных включений в структуре стали. Предпочтительно, чтобы содержание марганца составляло 19,5-20,5%.
Увеличение содержания в стали молибдена до уровня 1,5-2,5 % позволяет не только повысить растворимость азота, но и предел прочности на растяжение, а также как и хром способствует повышению коррозионной стойкости (условие (а)), особенно стойкости к точечной и щелевой коррозии. Предпочтительно, чтобы содержание молибдена составляло 1,7-2,5%.
Содержание серы ограничено до 0,010%, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия, вызываемые тем, что сульфиды служат подложкой, в которых начинается точечная коррозия, а также уменьшить количество и размер образующихся в структуре стали сульфидов.
Кремний эффективен в качестве раскислителя, но его побочный эффект заключается в том, что он ускоряет образование интерметаллидных соединений в сталях рассматриваемого состава. Ввиду этого эффекта содержание кремния ограничено не более 0,6%, что также предупредит образование и рост силикатов в структуре стали.
Введение в сталь марганца и молибдена позволяет снизить концентрацию ванадия, что предупреждает образование крупных нитридов VN, в том числе и по границам зерен, что улучшает деформируемость и повышает пластичность стали. При выполнении данных условия введенный азот практически полностью находится в твердом растворе, увеличивая тем самым прочность аустенита.
Содержание фосфора ограничено до 0,030%, поскольку коррозионная стойкость и ударная вязкость сталей значительно снижаются при его содержании более 0,040%. Предпочтительно, чтобы содержание фосфора составляло до 0,025%.
Заявляемую марку стали получали в условиях ООО «Златоустовский металлургический завод» путем выплавки полупродукта в открытой дуговой печи, с последующей обработкой на установке «ковш-печь», установке вакуум-кислородного рафинирования металла и окончательной обработкой на установке «ковш-печь» с последующей разливкой в слитки кв. 590 мм. Слитки подвергали сначала прокатке, а затем ковке с получением заготовок диаметром 145 мм и массой 550 кг. Составы стали опытных плавок приведены в табл. 1.
Металл был подвергнут термической обработке – аустенизация от температуры 1120 °C с выдержкой в течение 2-х часов. Результаты механических испытаний металла приведены в табл. 2.
Таблица 1
Химический состав заявляемой стали и стали-прототипа
Сталь № плавки Содержание элементов, мас. % Условие
(а)
C Si Mn Cr Ni Mo N V S P Cu Fe
Прототип 1 0,052 0,27 15,1 22,3 7,72 1,87 0,50 0,18 0,005 0,009 - ост. 36,47
Заявляемая 1 0,035 0,12 19,80 18,25 3,35 1,76 0,45 0,05 0,004 0,020 0,08 ост. 31,26
2 0,025 0,40 19,70 18,55 4,00 1,95 0,50 - 0,009 0,015 0,10 ост. 32,99
3 0,031 0,37 20,05 18,50 3,70 2,05 0,49 0,07 0,008 0,009 0,09 ост. 33,11
Таблица 2
Механические свойства заявляемой стали и стали-прототипа
Сталь № плавки Температура аустенизации, °C σB, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, % KCV, МДж/см2 μ, Гс/э
Прототип 1 1120 857 500 54 85 >3,75 1,004
Заявляемая 1 1135 1010 24,8 77,0 2,85 0,999
2 1149 1055 16,8 72,5 2,50 1,001
3 1169 1126 17,6 67,4 2,20 0,998
По результатам испытаний видно, что предлагаемая сталь обладает более высокими показателями предела прочности, предела текучести и меньшей магнитной проницаемостью при сохранении ударной вязкости и коррозионной стойкости. Оценка неметаллических включений показала, что сталь имеет сульфиды тонкие балла 0,5, оксиды тонкие первого балла, силикаты тонкие балла 1,5, глобулярные включения тонкие первого балла, сульфиды толстые, оксиды толстые, силикаты толстые, глобулярные включения толстые не обнаруживаются (фиг. представлена структура заявляемой стали, ×130).
Результаты испытаний образцов на стойкость к межкристаллитной коррозии согласно ASTM A262, методика E показали отсутствие склонности предлагаемой стали к указанному виду коррозии.
Полученной стали была присвоена маркировка «Златоустовская исследовательская», марка ЗИ135.
Достигнутый технический результат настоящего изобретения позволяет рекомендовать заявляемую сталь, в качестве материала для изделий подводной добычи углеводородов (тяжелых бурильных труб).
Работа выполнялнена при финансовой поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) в рамках «Соглашения о предоставлении из федерального бюджета субсидии российским организациям на финансовое обеспечение затрат на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по современным технологиям в рамках реализации такими организациями инновационных проектов от 1 июля 2021 г. № 020-11-2021-1030 (идентификатор 000 000 00 02021P QG0002)».

Claims (3)

  1. Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь, характеризующаяся тем, что она содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, молибден, медь, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:
  2. углерод не более 0,05 хром 17,0-19,0 никель 3,0-4,2 марганец 18,5-20,5 молибден 1,5-2,5 азот 0,40-0,55 кремний не более 0,6 медь не более 0,6 сера не более 0,010 фосфор не более 0,030 железо и неизбежные примеси остальное,
  3. причем сульфиды тонкие не превышают балла 0,5, оксиды тонкие – первого балла, силикаты тонкие – балла 1,5, глобулярные включения тонкие – первого балла, сульфиды толстые, оксиды толстые, силикаты толстые, глобулярные включения толстые не обнаруживаются, магнитная проницаемость не превышает 1,001 Гс/э, а эквивалентное число сопротивления стали питтинговой коррозии PREN составляет ≥29, где PREN = %Cr+3,3%Mo+16%N.
RU2023132337A 2023-12-08 Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135 RU2813453C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2813453C1 true RU2813453C1 (ru) 2024-02-12

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT318682B (de) * 1969-10-09 1974-11-11 Boehler & Co Ag Geb Verwendung eines vollaustenitischen Stahles unter korrodierenden Bedingungen
GB9723242D0 (en) * 1997-11-05 1998-01-07 Jessop Saville Limited Non-magnetic corrosion resistant high strength steels
EP1624082A1 (de) * 2004-05-25 2006-02-08 Edelstahl Witten-Krefeld GmbH Nichtmagnetisierbarer, austenitischer Stahl und Verwendungen dieses Stahls
RU2303648C1 (ru) * 2005-11-21 2007-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь
RU2445397C1 (ru) * 2010-06-23 2012-03-20 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
RU2451763C2 (ru) * 2006-07-20 2012-05-27 Актех Гмбх Нержавеющая аустенитная литая сталь, способ ее получения и применение
US20120160363A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
JP5042493B2 (ja) * 2005-12-21 2012-10-03 旭化成イーマテリアルズ株式会社 印刷基材
EP1645649B1 (en) * 2003-06-10 2014-07-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof
RU2768949C1 (ru) * 2021-04-16 2022-03-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Сварочная проволока с высоким содержанием азота

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT318682B (de) * 1969-10-09 1974-11-11 Boehler & Co Ag Geb Verwendung eines vollaustenitischen Stahles unter korrodierenden Bedingungen
GB9723242D0 (en) * 1997-11-05 1998-01-07 Jessop Saville Limited Non-magnetic corrosion resistant high strength steels
CA2307570A1 (en) * 1997-11-05 1999-05-14 Jessop Saville Limited Non-magnetic corrosion resistant high strength steels
EP1645649B1 (en) * 2003-06-10 2014-07-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof
EP1624082A1 (de) * 2004-05-25 2006-02-08 Edelstahl Witten-Krefeld GmbH Nichtmagnetisierbarer, austenitischer Stahl und Verwendungen dieses Stahls
RU2303648C1 (ru) * 2005-11-21 2007-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь
JP5042493B2 (ja) * 2005-12-21 2012-10-03 旭化成イーマテリアルズ株式会社 印刷基材
RU2451763C2 (ru) * 2006-07-20 2012-05-27 Актех Гмбх Нержавеющая аустенитная литая сталь, способ ее получения и применение
RU2445397C1 (ru) * 2010-06-23 2012-03-20 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
US20120160363A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Exxonmobil Research And Engineering Company High manganese containing steels for oil, gas and petrochemical applications
RU2768949C1 (ru) * 2021-04-16 2022-03-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Сварочная проволока с высоким содержанием азота

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10000833B2 (en) Thick, tough, high tensile strength steel plate and production method therefor
JP6119934B1 (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
JP6119935B1 (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
US9187811B2 (en) Low-carbon chromium steel having reduced vanadium and high corrosion resistance, and methods of manufacturing
JP6119932B1 (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
KR101648694B1 (ko) 2상 스테인리스강, 2상 스테인리스강 주조편 및 2상 스테인리스강 강재
US10480043B2 (en) Seamless steel pipe for line pipe and method for producing the same
CN108950432B (zh) 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法
US20190048446A1 (en) Steel material and oil-well steel pipe
US20190292619A1 (en) Duplex Stainless Steel and Method of Manufacturing Duplex Stainless Steel
US10550962B2 (en) Steel material and oil-well steel pipe
JP6493285B2 (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
US11447849B2 (en) Non-heat treated steel for induction hardening
US20210164067A1 (en) High-mn steel and method for manufacturing same
US20210285069A1 (en) A steel for grade r6 offshore mooring chain with high strength and high toughness and its chain use in anchoring and mooring floating bodies with cathodic protection
RU2813453C1 (ru) Аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая немагнитная азотсодержащая сталь ЗИ135
JP6733808B2 (ja) 線材、及び平鋼線
RU2362815C2 (ru) Низколегированная сталь и изделие, выполненное из нее
JP2017193741A (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
JP2017193739A (ja) 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法
RU2362814C2 (ru) Низколегированная сталь и изделие, выполненное из нее
EP1126042A1 (en) A steel
KR20200123831A (ko) 고Mn강 및 그의 제조 방법
CN113061816B (zh) 一种抑制带钢三次渗碳体沿晶界析出的低碳加硼钢
JPS61272316A (ja) 耐応力腐蝕割れ性のすぐれた超高張力鋼の製造法