UA124457C2 - Композиції сталі з поліпшеними властивостями проти нагароутворення - Google Patents

Композиції сталі з поліпшеними властивостями проти нагароутворення Download PDF

Info

Publication number
UA124457C2
UA124457C2 UAA201808413A UAA201808413A UA124457C2 UA 124457 C2 UA124457 C2 UA 124457C2 UA A201808413 A UAA201808413 A UA A201808413A UA A201808413 A UAA201808413 A UA A201808413A UA 124457 C2 UA124457 C2 UA 124457C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
steel
composition
content
silicon
sample
Prior art date
Application number
UAA201808413A
Other languages
English (en)
Inventor
Валєнтін Россі
Валентин Росси
Ангуло Фернандо Андрес Бонілла
Ангуло Фернандо Андрес Бонилла
Ніколас Далсі
Николас Далси
Original Assignee
Валлурек Тьюбс Франс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валлурек Тьюбс Франс filed Critical Валлурек Тьюбс Франс
Publication of UA124457C2 publication Critical patent/UA124457C2/uk

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • C21D1/28Normalising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/02Rigid pipes of metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Даний винахід стосується галузі сталей особливого призначення, зокрема сталей, які призначені для контакту з димами, утворюваними під час горіння. Даний винахід також стосується трубчастих компонентів, виконаних на основі таких сталей. Дана сталь не тільки є стійкою до явища нагароутворення, але також має поліпшені механічні характеристики. Дана сталь містить, мас. %: не більш ніж 0,15 вуглецю (C), від 0,3 до 1 марганцю (Mn), від 1,4 до 3 кремнію (Si), від 0,5 до 3 міді (Cu), від 8 до 10 хрому (Cr), від 0,5 до 3 нікелю (Ni), від 0,01 до 0,07 азоту (N), від 0,8 до 1,1 молібдену (Mo), від 0,005 до 0,3 алюмінію (Al), при цьому решта композиції містить залізо (Fe) та домішки.

Description

Даний винахід стосується галузі сталей особливого призначення, зокрема сталей, які призначені для контакту з димами, утворюваними під час горіння. Даний винахід також стосується трубчастих компонентів, виконаних із таких сталей.
Обладнання для обробки та перетворення нафтових продуктів включає багато установок, таких як печі, резервуари, реактори та витяжні труби, які з'єднані між собою за допомогою трубопроводів. Стінки даних установок і трубопроводів переважно складаються зі сталі.
Сталі, пристосовані для вищевказаного обладнання, повинні мати механічні характеристики, придатні для жорстких умов, таких як високі температури та високі навантаження. В іншому випадку прискорене старіння погіршує властивості компонента. Таким чином, вважається, що варто регулювати кристалічну структуру сталей. З урахуванням цього в стандартах, наприклад,
АТМ АЗЗ5/АЗ35М або ЕМ10216-2 вказані діапазони вмісту декількох типових хімічних елементів. Дотримання вимог стандартів є вельми бажаним не тільки для того, щоб уникнути одержання кристалічних структур, які несумісні з необхідними механічними властивостями, але й для усунення необхідності проведення численних довгострокових та дорогих тестів відповідності. До того ж виробництво сталі, максимально наближеної до вимог стандартів, дозволяє поліпшити її прийнятність у промисловому секторі.
Дані стандарти також визначають родини композицій легувальних сталей, механічні властивості яких розглянуті, а ргіогі, як задовільні для наведеного застосування.
Вступаючи в контакт з димами, які містять вуглець, поверхні стінок вищевказаного обладнання підлягають вуглецевим відкладенням або нагару. Дане явище називається нагароутворенням.
Нагароутворення призводить до появи вуглецевого шару на внутрішніх стінках обладнання.
Відкладення у вигляді нагару зумовлюють втрати тиску, знижену ефективність теплообміну між внутрішньою та зовнішньою стінками, погіршення хімічних та фізичних властивостей вказаних стінок, перенавантаження стінок, щонайменше часткове утруднення прохідності системи трубопроводів і т. д. Таким чином, строк експлуатації обладнання є обмеженим. Ось чому бажано обмежувати нагароутворення. Однак у стандартах для сталей не передбачена інформація про поведінку сталей щодо нагароутворення.
Для захисту обладнання необхідно регулярно проводити операції з видалення нагару. Такі
Зо операції технічного обслуговування та чищення є дорогими й зазвичай потребують відключення обладнання. Це знижує ефективність обладнання.
Відомо, що можливим є нанесення на поверхні сталевих стінок захисного покриття, яке уповільнює нагароутворення. Такі покриття можна отримувати шляхом нанесення спеціальної композиції або шляхом утворення оксиду на поверхні, наприклад, шляхом пасивації. У документі МО 2009/152134 описані трубопроводи, одержані даним способом. Виготовлення таких компонентів є складним та дорогим. До того ж такі покриття не виключають операції з видалення нагару. Традиційна операція з видалення нагару полягає в переміщенні скребка- калібра придатного розміру для обстеження труб усередині (Ріб) по трубопроводах із зіскоблюванням та видаленням вуглецевих відкладень, подібно чищенню димарів. У ході даної операції пошкоджується або навіть повністю руйнується будь-яка захисна внутрішня поверхня трубопроводів. Відповідно, операцію з нанесення захисного покриття необхідно повторювати після кожної операції з видалення нагару. Це є трудомістким і витратним, особливо якщо сталевий трубчастий компонент з'єднаний з рештою обладнання.
У патенті ЕК 2776671, заявка на який була подана Французьким нафтовим інститутом, описані сталі, призначені для застосування у виготовленні печей та реакторів. Однак механічна міцність та ударна в'язкість таких сталей є низькими.
За допомогою даного винаходу намагаються поліпшити ситуацію.
Заявник прагне поліпшити стійкість до нагароутворення і зберегти інші механічні властивості за допомогою зміни композицій сталі, хімічні елементи яких характеризуються вибраними значеннями вмісту. Дані значення вмісту невідомі, але в цілому відповідають чинним стандартам, що забезпечує, таким чином, швидке задіювання з униканням довгострокових кваліфікаційних тестів. Інакше кажучи, заявник має вдосконалені хімічні композиції сталі, які є новаторськими і не суперечать жорстким принципам стандартів, визнаних фахівцями в розглянутій галузі техніки.
З урахуванням цього заявником представлена композиція сталі для виготовлення компонентів із поліпшеними властивостями проти нагароутворення, яка містить у відсотках за вагою: - не більше 0,15 95 вуглецю (С), - від 0,3 до 1 95 марганцю (Мп), 60 - від 1,4 до З 95 кремнію (51),
- від 0,5 до З 95 міді (Си), - від 8 до 10 95 хрому (Ст), - від 0,5 до З 95 нікелю (Мі), - відО,01 до 0,07 9о азоту (М), - від 0,8 до 1,1 95 молібдену (Мо), при цьому решта композиції, по суті, містить залізо (Ре) і домішки.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст за вагою інших хімічних елементів не перевищує: - 0,04 95 алюмінію (АЇ), - 0,025 до фосфору (Р), - 0,02 9о сірки (5), - 0,02 95 титану (Ті), - 0,05 95 ніобію (МБ), - 0,05 95 ванадію (М), - 0,1 96 вольфраму (М) та - 0,05 95 кобальту (Со).
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст за вагою кожного з інших хімічних елементів не перевищує 0,01 95.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст вуглецю становить від 0,08 95 до 0,15 об.
В іншому варіанті здійснення даного винаходу вміст вуглецю становить від 0,09 95 до 0,11 Ор.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст кремнію становить від 1,5 95 до 2,5 Об.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст міді становить від 0,5 95 до 2 95.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст нікелю становить від 0,5 95 до 2,7 Об.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст марганцю становить від 0,4 95 до 0,8 Об.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст азоту становить від 0,02 95 до 0,05 95.
В одному варіанті здійснення даного винаходу вміст алюмінію становить від 0,005 95 до 0,03 Фо.
В одному конкретному варіанті здійснення даного винаходу вміст за вагою домішок не
Зо перевищує: - 0,025 до фосфору (Р), - 0,02 9о сірки (5), - 0,02 95 титану (Ті), - 0,05 95 ніобію (МБ), - 0,05 9о ванадію (М), - 0,1 96 вольфраму (М) та - 0,05 95 кобальту (Со).
Серед домішок переважно вибирають фосфор (Р) та сірку (5). Більш переважно серед домішок вміст за вагою фосфору (Р) не перевищує 0,025 90, і вміст за вагою сірки не перевищує 0,02 ор.
Згідно з конкретним варіантом здійснення даного винаходу композиція сталі для виготовлення компонентів з поліпшеними властивостями проти нагароутворення складається у відсотках за вагою із: - не більше 0,15 95 вуглецю (С), переважно від 0,08 95 до 0,15 95 вуглецю (С), - від 0,3 до 1 95 марганцю (Мп), переважно від 0,4 95 до 0,8 96 марганцю (Мп), - від 1,4 95 до З 95 кремнію (51), переважно від 1,5 95 до 2,5 95 кремнію (51), - від 0,5 до З 95 міді (Си), переважно від 0,5 95 до 2 95 міді (Си), - від 8 до 10 95 хрому (Ст), - від 0,5 до З 95 нікелю (Мі), переважно від 0,5 95 до 2,7 9о нікелю (Мі), - від 0,01 до 0,07 95 азоту (М), переважно від 0,02 95 до 0,05 95 азоту (М), - від 0,8 до 1,1 95 молібдену (Мо), - від О до 0,04 95 алюмінію (АїЇ), переважно від 0,005 95 до 0,03 95 алюмінію (АЇ), при цьому решта композиції містить залізо (Бе) і домішки, такі як фосфор (Р), від 0 до 0,025 9, сірка (5), від О до 0,02 95, титан (Ті), від О до 0,02 95, ніобій (МБ), від О до 0,05 95, ванадій (М), від 0 до 0,05 95, вольфрам (М/), від 0 до 0,1 95, та/або кобальт (Со), від О до 0,05 9.
В одному варіанті здійснення даного винаходу значення процентного вмісту за вагою кремнію (51), міді (Си) й нікелю (Мі) відповідають наступним нерівностям: 5і«1,5(0,3 СичМі) для 5і«2,5 90; 275і«1,57(0,3 Си-Мі) для 51і22,5 95 60 та бисМмі.
Інший об'єкт даного винаходу являє собою трубчастий компонент, щонайменше одна частина якого містить композицію сталі згідно з одним із варіантів здійснення композиції сталі згідно з даним винаходом.
В одному варіанті здійснення ще один об'єкт даного винаходу являє собою трубчастий компонент, частина якого, що містить композицію сталі згідно з одним із варіантів здійснення композицій сталі згідно з даним винаходом, виконана з можливістю контакту з атмосферою, яка містить нагар.
Інші характеристики, подробиці та переваги даного винаходу стануть очевидними із викладеного нижче докладного опису та доданих графічних матеріалів, серед яких: - фігура 1 являє собою зображення трубчастого компонента згідно з даним винаходом, - фігура 2 являє собою схематичне зображення поперечного перерізу трубчастого компонента, підданого явищу однорідного нагароутворення, - фігура З являє собою схематичне зображення поперечного перерізу трубчастого компонента, підданого явищу неоднорідного нагароутворення, - фігура 4 являє собою діаграму Шефлера, та - фігура 5 являє собою схематичне зображення стенда для проведення випробування на стійкість до нагароутворення.
Графічні матеріали та нижчевикладений опис, по суті, містять елементи певного походження. Вони є невід'ємною частиною опису і, таким чином, можуть застосовуватися не тільки для ліпшого розуміння даного винаходу, але також, можливо, сприяють його визначенню.
Більш конкретно даний винахід стосується виготовлення трубчастих компонентів печей нафтопереробних заводів. Однак композицію сталі можна використовувати для виготовлення інших елементів, які найімовірніше будуть піддаватися явищу нагароутворення.
Фігура 1 являє собою трубчастий компонент згідно з даним винаходом, фігура 2 являє собою поперечний переріз компонента фігури 1 після того, як він був підданий, по суті, однорідному нагароутворенню, що відповідає, наприклад, трубчастому компоненту, який простягається в цілому вертикально. Фігура З являє собою поперечний переріз компонента фігури 1 після загалом неоднорідного нагароутворення, що відповідає, наприклад, трубчастому
Зо компоненту, який простягається в цілому горизонтально.
Кожен трубчастий компонент позначений 1. Кожна внутрішня поверхня позначена а, і кожна зовнішня поверхня позначена 16. Вуглецеві відкладення позначені 2. Стосовно кожного з трубчастих компонентів 1 фігур 2 і З вуглецеве відкладення 2 виникає на поверхні сталі, яка піддається контакту з димами, що містять вуглець. В описаних у даному документі прикладах внутрішня поверхня 1а трубчастого компонента 1 піддається проходженню вуглецевмісних димів. Вуглецеве відкладення 2 виникає на внутрішній поверхні Та трубчастого компонента 1, потім збільшується, зменшуючи вільний простір усередині трубчастого компонента 1.
Заявник провів порівняльні випробування на різних зразках сталі для визначення їхніх характеристик щодо стійкості до нагароутворення та їхніх механічних властивостей.
Використані протоколи випробувань описані нижче за текстом.
Хімічні композиції досліджуваних сталей наведені в представленій нижче таблиці 1.
Значення виражені у відсотках за вагою.
Таблиця 1
Партія| С | Мп | 5і | Си | Ст| мі | м | Мо |Аїмакь| Р | 5 | ті | мо 717 Голі|040 028|01084310,09) 002 10,97| 0,005 1 0,0051 0,004 1 0,002 | 0,009 2" |ол1|039 їо2|0108271|0,09) 002 10951 0,004 /0,0051 0,004 1 0,002 | 0,008 3 |0ол11ц039 2021001 816Щ10,09) 003 0,93) 0,005 /0,0051 0,003 1 0,002 | 0,008 4 (0711097 ї96|011 826|010 002 |0,90| 0,006 /0,0051 0,004 1 0,002 | 0,008 6 (олі|042 250|011827Щ|0,09) 002 10,86| 0,006 / 0,005 | 0,003 | 0,003 0,009 7 |о01|0,5 148Щ10,99 8,76|0,95 003 | 101 0,002 / 0,015 | 0,007 |«0,012. «0,014 8 010,5 249|2,06 8,89|2,56) 003 | 1.01 0,002 / 0,015 | 0,007 |«0,012. «0,014 9 Щ|009|042 20110,508,90Щ|1,45 003 |1.02| 0,01 0,015 0,007 |«0,012. «0,014 іл" ол |0,5115,54|2,5518,86|5,02| 003 |0,99| 0,01 /0,015 | 0,007 |«0,012) «0,014 х Порівняльні приклади
Зразок 17 являє собою композицію сталі, вибрану заявником за основу для порівняння, традиційну композицію сталі типу РО, як визначено в стандарті АБТМ АЗ335.
Зразки 27" і 37 являють собою композиції, аналогічні композиції зразка 1", за винятком умісту в них за вагою кремнію (зі), який становить відповідно приблизно 1 95 і 2 905.
Зразок 47 являє собою композицію, аналогічну композиції зразка 1", за винятком значень вмісту в ній за вагою кремнію (5і) та марганцю (Мп), які становлять відповідно приблизно 2 95 і 1 в.
Еталонний зразок 5 являє собою композицію згідно з даним винаходом, досліджену заявником перед серією випробувань, позначених 7-11, яка характеризується вмістом за вагою кремнію приблизно 2 95 та вмістом за вагою міді приблизно 1 95.
Еталонний зразок 67 являє собою композицію, аналогічну композиції зразка 1", за винятком умісту в ній за вагою кремнію (5ії), який становить приблизно 2,5 95. Вміст міді в зразку 6" зменшений порівняно зі зразком 5.
Еталонні зразки 7-11 відповідають композиціям сталі, одержаним після цього.
Вимірювання значень вмісту за вагою хімічних елементів перевіряли наступним чином: - у разі азоту (М) - за допомогою вимірювання теплопровідності після плавлення; - у разі вуглецю (С) та сірки (5) - за допомогою аналізу методом інфрачервоної спектроскопії газів, утворюваних після горіння; - у разі інших хімічних елементів - за допомогою іскрової спектроскопії (так званої "ЗБраїк-
ОЕ5").
Кожна із застосовуваних методик вимірювання акредитована Французьким акредитаційним агентством під назвою СОРКАС (Сотйе Егапсаїб5 «а'Ассгеййанйоп |Французький комітет із акредитації), за винятком методик вимірювання кремнію (51), міді (Си) та азоту (М).
Хімічні елементи зліва в таблиці 1 (С, Мп, 5і, Си, Сг, Мі, М, Мо, АЇ) є легувальними (або додатковими) елементами, спеціально доданими до заліза (Бе).
Хімічні елементи справа в таблиці 1 (Р, 5, Ті, Мб) у даному документі розглядаються як домішки.
Вміст за вагою домішок спеціально підтримували настільки низьким, наскільки це можливо, тому що вони або чинять негативний вплив на необхідні властивості, або тому що вони чинять,
Зо по суті, нейтральний вплив на необхідні властивості, або тому що вони зумовлюють вартість сировини, яка є надто високою для застосування в промисловому масштабі, або тому що заявник хотів дослідити вплив додаткових хімічних елементів, зокрема без вмісту домішок, які перешкоджають одержанню результатів, або з огляду на поєднання даних причин.
У цілому переважно, щоб значення вмісту фосфору (Р) та сірки (5) були якнайнижчими.
Завдяки цьому поліпшуються механічні властивості. Фосфор є залишковим елементом. Його присутність необов'язкова, оскільки вона сприяє відпускному окрихчуванню та негативно позначається на ударній в'язкості одержуваної сталі. Фосфор підвищує прогартовуваність. Сірка переважно сприяє утворенню сульфідів, які знижують здатність деформуватися під час кування, зменшують пластичність та ударну в'язкість, зокрема у поперечному напрямку, одержуваної сталі. Наприклад, композиції сталі містять не більш ніж: - 0,025 95 фосфору (Р) та переважно не більше 0,022 95 фосфору, - 0,02 95 сірки (5) та переважно не більше 0,015 95 сірки.
Наприклад, композиції сталі містять не більше: - 0,02 95 титану (Ті), - 0,05 95 ніобію (МБ).
Зразки одержували у вакуумній індукційній печі. Одержані злитки потім розрізали на блоки, обгортали листом алюмінію для зменшення окиснення під час наступної стадії формування, яка включала нагрівання до 1100 "С для запобігання утворенню фаяліту, потім прокатування за шість проходів зі зменшенням товщини від 80 мм до товщини 25 мм, при цьому початкова температура становила 1100 С, а температура під час останнього проходу прокатування становила 900 "С. Розміри одержаних зразків становили 400х125х25 мм.
Проводили попередні дослідження з метою виявлення будь-яких дефектів, таких як тріщини, дірки, а також щодо наявності вкраплень (розрахунок за стандартом АЗТМ Е45, спосіб 0).
В одержаних зразків не спостерігалося дефектів, зокрема вкраплень В і С типу, які є несприятливими для ударної в'язкості.
Потім зразки піддавали дилатометричним вимірюванням для визначення значень температури термічної обробки Ас!1 та Ас3, застосовуючи прилад Вапйг рії. 805 0, і наступному циклу зміни температури: нагріванню при 0,5 "С/с, витримуванню при 1100" протягом 5 хвилин та охолодженню зі швидкістю 1 "С/с до температури навколишнього середовища.
Потім зразки піддавали термообробці для нормалізації з наступною термообробкою для відпускання. Застосовувані значення температури нормалізації були на 307-50 С вищі за значення температури Ас3, одержані шляхом дилатометричних вимірювань, для усунення мікроструктури після прокатки. Значення температури не підвищували більш ніж на 50 "С для запобігання збільшенню аустенітних зерен. Застосовувані значення температури відпускання були на 60 "С нижчі за значення температури Ас1, одержані за допомогою дилатометричних кривих, для запобігання виникненню аустеніту.
У випадку деяких зразків досліджували додаткові або альтернативні види термообробки або за рахунок підвищення температури нормалізації, та/або додавання стадії нормалізації, та/або охолодження у воді замість охолодження на повітрі.
Дані види термообробки зведені в таблиці 2 нижче стосовно композицій сталі згідно з даним винаходом.
Таблиця 2
Сталь тора а одЖЕпНя Тепер нн с лодження
Сталь - я 7 970С 15 хв. Повітря т0с ІБ хв. 1020 2С 15 хв.
ТРОС вв Повітря 990 с 10 15 хв. Повітря вс іБхв. Повітря
Зразки 8 та 11 піддавали відпусканню у дві стадії з метою випробування впливу такої термообробки на погіршення механічних властивостей даних сталей.
Виготовлення кожного зі зразків передбачає забезпечення виливка зі сталі та, отже, застосування дуже великогабаритного обладнання. Випробування, зокрема випробування, тривалість яких становить довготривалі періоди часу, та/або випробування, здійснювані на вимірювальних машинах високої точності, є особливо витратними. Має бути зрозуміло, що одержання підсумкових результатів для великої кількості композицій є невиправдано довготривалим, складним і дорогим.
Випробування на нагароутворення
Займались реалізацією протоколу експерименту з одержанням результатів із таблиці З нижче. Вимірювання проводили за допомогою термогравіметра 20, схематично представленого на фігурі 5.
В описаних у даному документі прикладах зразки 100 являють собою злитки у формі паралелепіпеда розміром приблизно 10 мм х 5 мм х 2 мм. У кожному зразку 100 робили отвір діаметром 1,8 мм, щоб спростити його закріплення в термогравіметрі 20.
Перед тим, як помістити зразки 100 в термогравіметр 20, кожен із них зачищали. Для цього використовували наждачний папір на основі карбіду кремнію з середньою крупністю зерна приблизно 10,3 мкм, згадуваний як "5ІС 2000". Зачищення дає змогу видаляти окиснений шар та/або будь-які забруднення. Потім зразок знежирювали шляхом очищення за допомогою ацетону в ультразвуковій бані.
Термогравіметрія дозволяє безперервно вимірювати масу зразка 100. Застосовуваний у даному винаході термогравіметр 20 являє собою "ЗЕТАВАМ ТОИ92". Він характеризується розкидом результатів в один мікрограм у діапазоні від 0 до 20 г із похибкою приблизно 2 95.
Кожен зразок 100 поміщали в нагрітий кварцовий реактор або піч 21 і підвішували на відстані від модуля 27 для зважування термогравіметра 20. Температуру печі регулювали на рівні -10 "С. В місці розташування зразка 100 температура була по суті незмінною. Як показано в таблиці 2, випробування здійснювали відповідно при 650 "С та 700 "С.
Зразок 100 підвішували на відстані за допомогою дроту зі сплаву залізо-хром-алюміній (гесСтАЇ), відомого під торговою назвою "Капіпаї!".
Зразок 100 занурювали в газоподібне середовище, яке містило суміш сполуки під назвою "Марпіа", позначеної 23, та диводню (Нг).
Використовувана у даному документі нафта 23 має торгову назву "Марпіна ІРРЕМ 7939".
Композиція за вагою нафти 23 є наступною: - 48,5 95 парафінів, - 36 9о нафтену, - 11,1 956 ароматичних сполук, - 4,3 Фо толуолу та - 0,1 95 бензолу.
Густина використаної у даному документі нафти 23 становила приблизно 0,75 г/см".
Молярна маса становила приблизно 112,1 г на моль. Характеристичний фактор (зазвичай вказаний як Коср), запроваджений компанією "Юніверсал ойл продактс компані" (Опімегзаї! ОЇ
Зо Ргодисі5 Сотрапу), становив 11,9.
Нафту 23 вводили в рідкому вигляді, потім випарювали у випарнику 25 термогравіметра 20.
Температура випарника 25 та розподільних трубопроводів становила приблизно 200 "С. Умови експерименту вибирали таким чином, щоб молярне співвідношення диводню та нафти 23 становило приблизно 4.
Швидкість потоку рідкої нафти 23 становила приблизно 2 мл за годину. Швидкість потоку диводню становила приблизно 1,2 л за годину (або 20 мл/хв.). Нафту 23 піддавали розкладанню шляхом приведення в реакцію з воднем з утворенням подаваного матеріалу.
В експерименті вказаний подаваний матеріал заміняв вуглецеві дими або текучі середовища, що виникають у реальних умовах. В умовах експерименту подаваний матеріал у газоподібному вигляді вводили в піч 21 зі швидкістю потоку, яка становила приблизно 72 л за годину.
Для захисту модуля 27 для зважування в печі 21 безперервно генерується потік аргону (Аг).
Потік аргону (Аг) характеризувався мінімальною швидкістю приблизно 50 мл за хвилину, що додавалася до швидкості потоку при завантаженні. Аргон (Аг) вводили із модуля 27 для зважування таким чином, щоб утворилася газоподібна подушка, яка заповнювала простір, для запобігання виникнення контакту між подаваним матеріалом у газоподібному вигляді та модулем 27 для зважування.
Зміни маси, зумовлені змінами відкладення нагару, потім вимірювали протягом вибраного періоду часу. У даному випадку тривалість випробувань становила 5 годин або 18 годин.
Вимірювання маси виконували безперервно протягом даних 18 годин.
У таблиці З нижче представлені результати стійкості до нагароутворення у зразків, хімічна композиція яких представлена в таблиці 1. "Н. 3.» означає "не застосовано", оскільки нема в наявності або "не доступно". Результати виражено як маса, зведена до одиниці поверхні зразка 100 (рівень нагароутворення у грамах на квадратний метр), відносно рівня нагароутворення в конкретний момент; та виражено як маса, зведена до одиниці поверхні зразка 100 та за годину (рівень нагароутворення у грамах на квадратний метр за годину), відносно швидкості нагароутворення.
Таблиця З
Швид- Рівень Швид- | Рівень
Початкова кість нагаро- кість Рівень Початкова Швид- нагаро- | Швидкість | Рівень
Сталь швидкість | через утворен- через через швидкість кість |утворен-| через 18 | через ня через 18 год. через | ня через год. 18 год. (г/м'тод.) З год. 5 год 18 год. (г/м) (г/м'тод.) 5 год 5 год (г/м"год.) | (г/м) (г/м"год.) г/мгу (г/м"год.) І г/м) І 17771111 17 138 1 95| 88 | / 41137 | 02 1 4 1 / | / | 66 | 02| 46 | / | / 7 | 05 | 003 «15 | 003 | 22 | 115 | 04 | 6 | 02 | 959 81 026 | 07 | 1" | 014 | 29 | 1 | 02| 2 | 02 | 55 91 06 | 005 | 1 002 | 17 | 12 | 04 | 28 | 0,24 | 68
За основу для порівняння прийнята стандартна сталь РО з початковою швидкістю нагароутворення 38 г/м"год. і рівнем нагароутворення 88 г/м? після закінчення 5 годин при 700 С. Сталь РО, поліпшена за допомогою 2 95 кремнію або сталі 3" з попереднього рівня техніки, забезпечує значне поліпшення з початковою швидкістю нагароутворення 4,6 г/м"год. і рівнем нагароутворення 5 г/м? після закінчення 5 годин при 700 "С, демонструючи явище дуже повільного нагароутворення після закінчення 5 годин. При 650 "С сталь 3" характеризувалася початковою швидкістю нагароутворення 3,7 г/м"год. і рівнем нагароутворення 3,1 г/м? після закінчення 5 годин.
Чим вища температура, тим більше відкладення нагару.
Результати випробувань зразка 2" і зразка 37 показали, що додаткове додавання кремнію, відповідно 1 95 і 2 95 за вагою кремнію, дозволяло значно зменшити явище нагароутворення, при цьому початкова швидкість приблизно у півтора і приблизно у вісім разів відповідно нижча, ніж у еталонного зразка 17. Крім того, через 5 годин випробування швидкість нагароутворення зменшилась до дуже низької швидкості, близько 0,2 г/м"год. Кремній дозволяє зменшити явище нагароутворення -- чим більше кремнію, тим повільніше нагароутворення.
Зразок 4" містив 2 95 за вагою кремнію, подібно до зразка 3", і також містив 1 95 марганцю.
При 650 "С початкова швидкість була такою ж, як і у випадку зразка 37", 3,7 г/м"год. При 700 "С початкова швидкість нагароутворення була трохи вищою, ніж у зразка 3", а саме 6,6 г/м"год. порівняно з 4,6 г/м"год.; однак рівень нагароутворення через п'ять годин був приблизно таким же, близько 5 г/м". Початкова швидкість нагароутворення, судячи з усього, була вищою або утримувалась трохи довше, ніж у випадку зразка 3". Згідно з даними випробуваннями марганець, судячи з усього, не дозволяє зменшити явище нагароутворення.
Зразок 5 містив 2 95 кремнію, подібно до зразка 3", і додатково містив 1 95 міді та 1 95 нікелю.
При 650 "С початкова швидкість нагароутворення становила більш ніж у три рази нижче, ніж у зразка 3", лише 1,1 г/м"год. Рівень нагароутворення через п'ять годин був також зменшений майже у З рази. Таким чином, додавання міді та нікелю дозволяє значно зменшити явище нагароутворення, починаючи з його появи. При 700 "С початкова швидкість нагароутворення
Зо становила на 25 9о нижче, ніж у зразка 3", і в 10 разів нижче, ніж у еталонного зразка 17.
Зразок 7, який відповідав зразку 5, лише тільки з 1,5 95 кремнію, продемонстрував дуже хороші результати при 650 "С, при цьому початкова швидкість нагароутворення знов виявилася зменшеною вдвічі порівняно зі зразком 5, але початкова швидкість нагароутворення при 700 С була вищою, ніж у зразка 5, а саме 11,5 г/м"год. порівняно з 3,6 г/м"год. Однак дана швидкість нагароутворення все рівно задовільна, оскільки вона набагато нижча, ніж у еталонних зразків 1" і 27; і дана початкова швидкість, судячи з усього, достатньо швидко знижувалась, оскільки після закінчення 5 годин рівень нагароутворення був доволі низьким, дуже близьким до рівня нагароутворення у зразка 5. В даному випробуванні виявили, що, судячи з усього, вміст кремнію в поєднанні з нікелем і міддю має досягати нижньої межі, щоб домогтися ефекту зменшення явища нагароутворення за більш високої температури. За більш низького вмісту кремнію можна забезпечувати стійкість до явища нагароутворення, еквівалентну стійкості сталі з більш високим вмістом кремнію. Даний зразок демонструє інгібувальну дію міді на нагароутворення. Якщо кремній призводить до зниження початкової швидкості нагароутворення, то дія міді полягає у швидкому сповільненні швидкості нагароутворення у зразка.
Зразки 8 і 117 характеризувалися високими значеннями вмісту кремнію, міді та нікелю і продемонстрували значні зменшення явища нагароутворення, причому іноді навіть з дуже зниженими початковими швидкостями, як у випадку зразка 117. Поліпшення було вельми значним порівняно зі зразками 17-47", при цьому поліпшення також було істотним порівняно зі зразком 7. Однак поліпшення було помірно вираженим порівняно зі зразками 10 і 9, зокрема, за температури 700 "С.
Зразок 10, який містив 2 95 кремнію та 0,5 95 міді, а також 1,5 95 нікелю, продемонстрував під час порівняння зі зразком 3", що в ньому мав місце синергічний ефект, виражений зменшенням нагароутворення завдяки присутності 0,5 95 міді в сталі.
Що стосується більш загальних результатів, то при 650 "С усі досліджувані зразки згідно з даним винаходом показали, що вони мають чудові характеристики щодо нагароутворення.
Після закінчення п'яти годин рівень нагароутворення становив менше за 1,2 г/м, менше, ніж для порівняльної композиції 3", для якої він становив 3,1 г/м".
При 700 "С: усі сталі згідно з даним винаходом без винятку демонстрували рівні нагароутворення набагато менші, ніж 17 ї 27, від початку випробування, при цьому швидкість нагароутворення знижувалася дуже швидко.
Також слід зазначити, що важливим критерієм якості є початкова швидкість нагароутворення. Безумовно, якщо досягається ініціювання нагароутворюючого відкладення і шар нагару вкриває зразок, то захисна дія, що забезпечується елементами сталі, звичайно зменшується. Згідно з результатами випробувань, судячи з усього, швидкість нагароутворення близько 0,2 г/м"год. відповідає мінімальній швидкості нагароутворення, що досягається з утворенням шару нагару на стінці зразка після закінчення 18 годин.
Випробування механічних властивостей
Оброблені зразки піддавали механічним випробуванням. Проводили випробування на ударну в'язкість за Шарпі. Використовуваний протокол експерименту базується на стандартах
АТМ АЗ70-15 для підготовки зразків і АЗТМ Е23-12с для випробувань за Шарпі.
Ударну в'язкість досліджували у поперечному напрямку відповідно до стандарту АБТМ Е23-
Зо 12с шляхом випробування на удар, яке проводили щодо зразка з М-подібним надрізом за методом Шарпі. Поперечний напрямок вибирали з тієї причини, що він є найбільш критичним для катаної сталевої труби. Випробування проводили за значень температури 20 "С, 02, - "С. Також є зацікавленість у тому, щоб сталь мала задовільну в'язкість за низьких значень температури. Ілюстративне значення ударної в'язкості являє собою мінімальну поглинену енергію за заданої температури і наведено у джоулях.
Результати порівнювали з вимогами стандарту МЕ ЕМ 10216-2 і з порівняльними прикладами 3" і 6", відомими з попереднього рівня техніки.
У таблиці 4 нижче представлені результати ударної в'язкості зразків, хімічна композиція яких представлена у таблиці 1. У таблиці представлено лише середнє значення виміряної енергії для трьох випробувань, як того потребує стандарт. Сталі піддавали випробуванням із застосуванням різних видів термообробки і трьох значень температури під час проведення випробувань: 20 "С, 0 "С і -30 "С.
Таблиця 4 (Дж) 6 Мого! ї5хв. / Повітря | 820"С | 120хв. | Повітря | | | 14 7 197020 15 хв. Повітря | 710"сС | 120хв. | Повітля | 41 | 67| 96 760 | л120хв. | Повітря | 40 /67| 98 97070| 15 хв. Повітря | 640"С | 120хв. | Повітля | 9 | 4 | 9 11
БЕ ою пе 15 погос| ї5хв. | | 670"С | ї120хв. | Вода. | | /| 14 лобоес| ї5хв. | | 670"с | л20хв. | Вода. | | | 14 171 ню 1 відпал, 60 хв. 21 70026 10202с| 15 хв. Повітря 760"с | ї20хв. | Вода. | | | 75 760с | 180хв. | Вода. 760 1 120хв. | Вода. | -(ХБ| | 82 10 15 хв. Повітря
Щ
800С | 120хв. | Вода | | | 46. 800 сС | 120хв. | Вода | | | 66 97070| 15 хв. Повітря | 640"С | 120хв. | Повітля | 9 | 4 | 9 11 пи юю ли 1 15 о 6707с | ї20хв. | Вода. | | | 14 670ис | л120хв. | Вода | | | 174
НЕ М СН відпал, 60 хв. 21 70026 117 192070| 15 хв. Повітря | 570"С | 120хв. | Повітля | 6 | 6 | ви 600 с | 120хв. | Повітвя | 7 | 6 | 7 пев 1 ож) потя
Мінімальна середня енергія удару, визначена відповідно до стандарту МЕ ЕМ 10216-2 для даного типу сталі, становила мінімум 40 Дж у поздовжньому напрямку при 20 "С; мінімум 27 Дж у поперечному напрямку при 20 "С.
Результатами щодо ударної в'язкості зразка 3" були 40 Дж у поперечному напрямку при 2076.
Зразок 6" з 2,5 95 кремнію характеризувався набагато гіршою ударною в'язкістю в 14 Дж, що значно нижче від порогової величини, яка потребується відповідно до стандарту.
Зразок 7 демонстрував ударну в'язкість набагато вищу, ніж порівняльні приклади. Результат при -30 "С є рівним або навіть перевищує характеристики при 20 "С прикладів з попереднього рівня техніки. До того ж значення, одержані при 20 "С, цілююм вписуються в рамки вимог стандарту МЕ ЕМ 10216-2.
Зразок 8 не досяг значень ударної в'язкості, що задовольняють вимоги стандарту, але забезпечував можливість поліпшити ударну в'язкість сталі зі збільшенням її вдвічі у поперечному напрямку до значення 25 Дж при 20 "С замість 14 Дж при 20 "С зразка 6".
Додавання у сталь нікелю та міді, отже, дозволяє зменшити негативну дію кремнію на її ударну в'язкість. Однак різні випробування продемонстрували, що придатна термообробка дозволяє наблизитися до вимог стандарту, і сталь 8 може задовольняти вимоги стандарту.
Сталь 10 містила 2 965 5і, 0,595 Си і 1,5 95 Мі. Було відмічено вельми значне поліпшення ударної в'язкості, а саме у 2 рази при 20 "С, відносно порівняльних сталей 3" і 6" (відповідно
РОУ--2 Зо 5і, РО--2,5 95 51). Зразок 9, який містив 2 90 5, 1,595 Си ї 0,5 95 Мі, продемонстрував значення характеристик, які, по суті, були таким ж, як для зразка 10. Із цього випливає, що нікель і мідь дозволяють компенсувати велику кількість кремнію і підвищити ударну в'язкість сталі. Нікель відіграє більш важливу роль у підвищенні ударної в'язкості, ніж мідь.
Зразок 117 характеризувався високими значеннями вмісту кремнію, нікелю та міді, а саме 3,5 до 5, 5,5 95 Мі і 2,5 95 Си. Залежно від термообробки одержували сталь, ударна в'язкість якої у найліпшому разі знаходилася лише на рівні сталі з попереднього рівня техніки, такої як сталь 67. Надлишкова частка кремнію погіршувала ударну в'язкість сталі, для якої додавання нікелю та міді не могло компенсувати дане погіршення.
Підбиваючи підсумок, під час порівняння результатів першого випробування, що відповідають еталонним зразкам 1-6, заявник виявив, що додавання кремнію (51) загалом поліпшує характеристики нагароутворення. Однак додавання кремнію (5і) також має тенденцію зменшувати ударну в'язкість сталі. Отже, додавання кремнію (51) не достатньо для поліпшення властивостей стійкості до нагароутворення і одночасного збереження механічних властивостей сталей.
До того ж одержані результати показали, що зменшення нагароутворення залежно від додавання кремнію (5і) стає невеликим при збільшенні частки кремнію (51) (див. також еталонні зразки 17, 27 і 37.
Заявник проводив такі ж випробування на нагароутворення й ударну в'язкість для зразка 5 сталі, що об'єднує додавання кремнію (5і) з іншими хімічними елементами. Заявник виявив, що комбіноване додавання кремнію (51), нікелю (Мі) та міді (Си), порівняно з еталонним зразком 1, дозволяє одержати сталь не тільки з поліпшеними властивостями стійкості до нагароутворення, але також із поліпшеними механічними властивостями і, зокрема, ударною в'язкістю, відносно порівняльних зразків.
На підставі результатів, одержаних для еталонного зразка 5 із таблиць 1-4, заявник спробував підтвердити свої експериментальні дані шляхом проведення додаткових випробувань на зразках, позначених 7-11 із таблиць 1--4.
Зо Одержані результати показали, що спільна присутність кремнію (51), міді (Си) та нікелю (Мі) дозволяє одержувати сталі, в яких як властивості стійкості до нагароутворення, так і ударної в'язкості є надзвичайно перспективними.
Зокрема, сталь згідно з даним винаходом містить наступні елементи.
Вуглець
Вуглець присутній у кількості не більш ніж 0,15 95 за вагою. За межами даних значень зварюваність сталі погіршується. Переважно вміст вуглецю перевищує або дорівнює 0,08 95 за вагою, щоб уникнути утворення дельта-фериту. За значень, нижчих від 0,0895, можуть погіршитися властивості повзучості сталі. Знову ж таки переважно, щоб вміст вуглецю дорівнював або перевищував 0,09 95 і становив менше або дорівнював 0,11 95.
Марганець
Марганець є розкиснювачем і знесіркувачем сталі під час плавлення. Марганець поліпшує прогартовуваність і, отже, міцність кінцевої сталі. Якщо вміст марганцю перевищує 1,5 95, то підвищується ризик утворення включень, що являють собою сульфід марганцю, які погіршують ударну в'язкість сталі. Отже, вміст марганцю переважно становить від 0,3 90 до 1 95 і переважно - від 0,495 до 0,895 для оптимізації відповідності між ударною в'язкістю сталі та прогартовуваністю.
Кремній
Кремній з хромом є розкиснювачем сталі. Кремній забезпечує можливість утворення захисного оксидного шару на поверхні сталі. Кремній і хром утворюють оксиди 5іО» і Сг2Оз.
Оксидний шар утворює плівку, яка захищає від явища нагароутворення.
Однак кремній є альфа-стабілізуючим елементом, і, як відомо, його вміст повинен бути обмежений для запобігання утворенню дельта-фериту. Якщо його вміст є надто високим, то це також сприяє послабленню утворення осаду у процесі роботи. Відомо, що його вміст у сталі обмежено до максимум 1 95 за вагою.
У процесі випробувань заявник встановив, що можна перевищувати дане значення вмісту, зберігаючи при цьому прийнятні механічні властивості сталі за допомогою додавання нікелю та міді.
Дійсно, швидкість нагароутворення сталей сильно знижується зі збереженням механічних властивостей сталі у випадку вмісту кремнію, що дорівнює або перевищує 1,4 95 за вагою. бо Такий ефект ще більш поліпшується за вмісту не більш ніж З 95 за вагою кремнію. За значень,
що перевищують дане граничне значення, уже неможливо підтримувати показники якості сталі.
Найбільший ефект спостерігали за вмісту кремнію, що дорівнює або перевищує 1,595 ії є меншим або дорівнює 2,5 9.
Хром
Хром виконує важливу функцію у стійкості до корозії та окиснення за високої температури.
Необхідно, щоб мінімальний його вміст становив 8 95 для досягнення необхідних ефектів у разі використання в обладнанні для обробки та перетворення нафтових продуктів. Однак ризик утворення дельта-фериту, зумовлений присутністю хрому, призводить до обмеження вмісту хрому до 10 95, щоб це не відбилося на ударній в'язкості сталі.
Азот
Азот є гамма-стабілізуючим елементом, який сприяє утворенню аустеніту і дозволяє зменшити утворення дельта-фериту (б-фериту), який погіршує ударну в'язкість сталі. Азот також забезпечує утворення нітридів, які є більш стабільними й утворюються у меншій кількості, ніж еквіваленти, які являють собою карбіди. Щоб обмежити ризики появи дефектів, таких як раковини у злитках або заготовках, або дефектів, що виникають у процесі операцій зварювання, переважно обмежувати вміст азоту до значення від 0,01 95 до 0,07 95 і переважно від 0,02 95 до 0,05 9о.
Молібден
Молібден поліпшує прогартовуваність сталі і, зокрема, ефективність розм'якшення під час відпускання. Молібден зменшує кут нахилу кривої відпускання і сприяє контролю термообробки.
Виходячи з цього, потрібний мінімальний вміст молібдену, який становить 0,895. Однак надлишковий вміст молібдену може викликати утворення оксиду молібдену МпОЗ, який є нестабільним за високої температури та інгібує належну стійкість до корозії за високої температури. Молібден також є джерелом дельта-фериту, що чинить вплив на ударну в'язкість сталі. З цих причин переважно обмежувати вміст молібдену до 1,1 95.
Нікель
Нікель є гамма-стабілізуючим елементом, і він сповільнює появу фериту. Ферит погіршує властивість ударної в'язкості сталі. До того ж нікель сприяє утворенню аустенітної фази.
Випробування показали, що додавання нікелю в сталь, яка характеризується вищевказаною
Зо концентрацією кремнію, призводить до забезпечення високої ударної в'язкості. Заявник несподівано виявив, що нікель також бере участь у зменшенні явища нагароутворення. Даних ефектів досягають за вмісту нікелю в сталі від 0,5 95 за вагою і не більш ніж З 95 за вагою, переважно не більш ніж 2,7 95 за вагою. За значень, які перевищують дані значення, ударна в'язкість одержаної сталі є незадовільною.
Мідь
Мідь є важливим елементом за даним винаходом. Заявник несподівано виявив, що стійкість сталі до нагароутворення можна ще більше поліпшити шляхом додавання міді.
Мідь сповільнює або навіть блокує дисоціацію вуглецю і кисню в сталі. Мідь також сповільнює дифузію вуглецю в сталі та нагароутворення.
Поєднання в сталі присутності міді на додаток до присутності кремнію значною мірою сповільнює нагароутворення на стінках: якщо в оксидному шарі виникають дефекти, такі як тріщини, то явище нагароутворення сповільнюється за рахунок присутності міді у місці даного дефекту. Дані два ефекти діють синергічно із забезпеченням у сталі стійкості до нагароутворення, яка є значно поліпшеною.
Таких ефектів досягають за концентрації міді, що дорівнює або перевищує 0,5 95 за вагою і становить не більш ніж З 95 за вагою міді. За значень, що перевищують дані значення, ефект міді обмежується. Переважно максимальний вміст міді становить 2 95 за вагою.
Алюміній
Даний елемент не є необхідним для одержання потрібних металургічних характеристик у межах обсягу даного винаходу, і він розглядається у даному документі як залишкова домішка під час виробництва, тому його додавання залишається необов'язковим. Він є сильним розкиснювачем металу. Алюміній також являє собою альфа-фазний стабілізуючий елемент і характеризується високою спорідненістю до азоту, при цьому значення вмісту алюмінію, більші за 0,04 95, є несприятливими. Залежно від потреб, якщо це є необхідним, алюміній можна додавати до забезпечення кінцевого вмісту у діапазоні не більш ніж 0,04 95 і переважно до кінцевого вмісту від 0,005 до 0,03 95.
На фігурі 4 показана діаграма Шефлера. На даній діаграмі вісь абсцис являє собою вміст альфа-фазних стабілізуючих елементів сталі, так званий "еквівалент хрому". Формула, згідно з якою визначають еквівалентний вміст хрому, представлена нижче. Вісь ординат являє собою вміст гамма-фазних стабілізуючих елементів сталі, так званий "еквівалент нікелю". Формула, згідно з якою визначають еквівалентний вміст нікелю, представлена нижче.
Стекв.--Стя2" 51,5 Мо-57М5,5 АНІ, 75иМБ-А1,57Ті-0,757М
Міекв.-Мі-Со-3070--0,57Мп--0,3"бин25М
Наносячи дані для кожної композиції сталі на таку діаграму, теоретично можливо спрогнозувати кристалічну структуру вказаної сталі.
Переважно залишатися поза феритового домену сталей. Механічні характеристики і термін експлуатації сталевих деталей погіршуються з підвищенням частки фериту у мартенситній структурі. Феритної структури уникають, коли хімічна композиція є такою, що виконується щонайменше одна і переважно обидві з нижченаведених нерівностей, де вміст виражено у відсотках за вагою: зі«1,500,3 СиМі) для 5і«2,5 90; 275і«1,57(0,3 Ситі) для 5і22,5 95 та
Си « МІ.
Інакше кажучи, щоб поліпшити характеристики сталі у процесі прокатування переважно, щоб вміст за вагою міді (Си) становив менше вмісту за вагою нікелю (Мі).
Даний винахід не обмежується прикладами композицій сталі і трубчастих компонентів, описаних вище лише як приклади, але охоплює усі варіанти, які можуть бути передбачені фахівцем у даній галузі у межах обсягу формули винаходу, що додається.

Claims (15)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Композиція сталі для виготовлення компонентів з поліпшеними властивостями проти нагароутворення, яка містить, мас. 90: - не більше 0,15 вуглецю (С), - від 0,3 до 1 марганцю (Мп), - від 1,4 до З кремнію (51), - від 0,5 до З міді (Си), Зо - від 8 до 10 хрому (Сг), - від 0,5 до З нікелю (Мі), -від 0,01 до 0,07 азоту (М), - від 0,8 до 1,1 молібдену (Мо), - від 0,005 до 0,03 алюмінію (АЇ), при цьому решта композиції містить залізо (Ре) і домішки.
2. Композиція сталі за п. 1, де вміст інших хімічних елементів не перевищує, мас. 90: - 0,025 фосфору (Р), - 0,02 сірки (5), - 0,02 титану (Ті), - 0,05 ніобію (МБ), - 0,05 ванадію (М), - 01 вольфраму (М/) та - 0,05 кобальту (Со).
3. Композиція сталі за п. 2, де вміст кожного з інших хімічних елементів не перевищує 0,01 мас.
до.
4. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,08 до 0,15 мас. 95 вуглецю (С).
5. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,09 до 0,11 мас. 95 вуглецю (С).
6. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 1,5 до 2,5 мас. 95 кремнію (51).
7. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,5 до 2 мас. 95 міді (Си).
8. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,5 до 2,7 мас. о нікелю (МІ).
9. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,4 до 0,8 мас. 95 марганцю.
10. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, яка містить від 0,02 мас. 95 до 0,05 азоту.
11. Композиція сталі за п. 1, де вміст домішок не перевищує, мас. Фо: бо - 0,025 фосфору (Р),
- 0,02 сірки (5), - 0,02 титану (Ті), - 0,05 ніобію (МБ), - 0,05 ванадію (М), - 01 вольфраму (М/) та - 0,05 кобальту (Со).
12. Композиція сталі за п. 1, де серед домішок вибрані фосфор (Р) та сірка (5).
13. Композиція сталі за будь-яким із попередніх пунктів, де значення відсоткового вмісту за масою кремнію (51), міді (Си) та нікелю (Мі) відповідають наступним нерівностям: 5і«1,5-(0,3 Си--Мі) для 5бі«2,5; 2: 5і«1,5-(0,3 Си--Мі) для 5і22,5 та бисМмі.
14. Трубчастий компонент, щонайменше одна частина якого містить композицію сталі за будь- яким із попередніх пунктів.
15. Трубчастий компонент за п. 14, частина якого, що містить композицію сталі за будь-яким із пп. 1-13, виконана з можливістю контакту з атмосферою, яка містить нагар. 1 ншшч КУМ данкноднпкян п жнанянннннклннннчакннчий із
Фіг. 1 1 т, о, М-й їв Шо за
Фіг. 2 Фіг. 3
UAA201808413A 2016-02-02 2017-02-02 Композиції сталі з поліпшеними властивостями проти нагароутворення UA124457C2 (uk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1650832A FR3047254B1 (fr) 2016-02-02 2016-02-02 Composition d'aciers aux proprietes anti-cokage ameliorees
PCT/FR2017/050243 WO2017134396A1 (fr) 2016-02-02 2017-02-02 Compositions d'aciers aux propriétés anti-cokage améliorées

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA124457C2 true UA124457C2 (uk) 2021-09-22

Family

ID=55590068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201808413A UA124457C2 (uk) 2016-02-02 2017-02-02 Композиції сталі з поліпшеними властивостями проти нагароутворення

Country Status (16)

Country Link
US (2) US20190284665A1 (uk)
EP (1) EP3411509B1 (uk)
JP (1) JP7175193B2 (uk)
KR (1) KR20180110005A (uk)
CN (1) CN108699659B (uk)
AU (1) AU2017215159B2 (uk)
BR (1) BR112018015270B1 (uk)
CA (1) CA3011054C (uk)
EA (1) EA037307B1 (uk)
ES (1) ES2856944T3 (uk)
FR (1) FR3047254B1 (uk)
MX (1) MX2018009358A (uk)
PL (1) PL3411509T3 (uk)
UA (1) UA124457C2 (uk)
WO (1) WO2017134396A1 (uk)
ZA (1) ZA201805112B (uk)

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58224148A (ja) * 1982-06-19 1983-12-26 Nippon Stainless Steel Co Ltd 自動車排気系部材用クロム鋼
JP3116156B2 (ja) * 1994-06-16 2000-12-11 新日本製鐵株式会社 耐食性および溶接性に優れた鋼管の製造方法
JPH1157819A (ja) * 1997-08-25 1999-03-02 Kawasaki Steel Corp 高強度高靱性鋼管の製造方法
US6444168B1 (en) * 1998-03-31 2002-09-03 Institu Francais Du Petrole Apparatus comprising furnaces, reactors or conduits used in applications requiring anti-coking properties and novel steel compositions
FR2776671B1 (fr) 1998-03-31 2000-06-16 Inst Francais Du Petrole Aciers faiblement allies anti-cokage
FR2811683B1 (fr) * 2000-07-12 2002-08-30 Ugine Savoie Imphy Acier inoxydable ferritique utilisable pour des pieces ferromagnetiques
FR2819526B1 (fr) * 2001-01-15 2003-09-26 Inst Francais Du Petrole Utilisation d'aciers inoxydables austenitiques dans des applications necessitant des proprietes anti-cokage
JP3920185B2 (ja) * 2002-09-27 2007-05-30 日新製鋼株式会社 耐たわみ性に優れたステンレス鋼製の二輪車用タイヤリム材および二輪車用フレーム材
JP4314458B2 (ja) * 2003-02-04 2009-08-19 住友金属工業株式会社 マルテンサイト系ステンレス鋼管及びその製造方法
FR2851774B1 (fr) * 2003-02-27 2006-08-18 Inst Francais Du Petrole Aciers faiblement allies anticokage a teneur accrue en silicium et en manganese, et leur utilisation dans des applications du raffinage et de la petrochimie
CN1280445C (zh) * 2003-07-17 2006-10-18 住友金属工业株式会社 具有耐渗碳性和耐焦化性的不锈钢和不锈钢管
US7520942B2 (en) * 2004-09-22 2009-04-21 Ut-Battelle, Llc Nano-scale nitride-particle-strengthened high-temperature wrought ferritic and martensitic steels
JP2006265663A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Nisshin Steel Co Ltd 無段変速機用鋼、素材鋼板および無段変速機ベルト
JP2009068079A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐水蒸気酸化性に優れた鋼管
JP5311202B2 (ja) * 2007-11-15 2013-10-09 日立金属株式会社 時効硬化型ステンレス鋼の製造方法
TWI341332B (en) * 2008-01-07 2011-05-01 Nippon Steel Corp Wear-resistant steel sheet having excellent wear resistnace at high temperatures and excellent bending workability and method for manufacturing the same
US10351922B2 (en) 2008-04-11 2019-07-16 Questek Innovations Llc Surface hardenable stainless steels
JP5349153B2 (ja) 2009-06-15 2013-11-20 日新製鋼株式会社 ろう付け用フェライト系ステンレス鋼材および熱交換器部材
CN101660098B (zh) * 2009-09-16 2011-07-27 天津钢管集团股份有限公司 用于580~620℃高温下、24~30MPa高压的热轧无缝钢管及生产方法
CA2830155C (en) * 2011-06-24 2015-12-29 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Carburization resistant metal material

Also Published As

Publication number Publication date
CA3011054A1 (fr) 2017-08-10
JP2019509396A (ja) 2019-04-04
US11685981B2 (en) 2023-06-27
BR112018015270B1 (pt) 2023-05-16
MX2018009358A (es) 2019-06-06
PL3411509T3 (pl) 2021-06-28
BR112018015270A2 (pt) 2018-12-18
FR3047254A1 (fr) 2017-08-04
EA201800409A1 (ru) 2018-12-28
ZA201805112B (en) 2019-10-30
US20220389552A1 (en) 2022-12-08
CN108699659B (zh) 2022-02-25
ES2856944T3 (es) 2021-09-28
AU2017215159A1 (en) 2018-08-16
EP3411509A1 (fr) 2018-12-12
CN108699659A (zh) 2018-10-23
JP7175193B2 (ja) 2022-11-18
FR3047254B1 (fr) 2018-02-16
EA037307B1 (ru) 2021-03-09
WO2017134396A1 (fr) 2017-08-10
CA3011054C (fr) 2023-10-17
US20190284665A1 (en) 2019-09-19
AU2017215159B2 (en) 2022-05-26
KR20180110005A (ko) 2018-10-08
EP3411509B1 (fr) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6332576B1 (ja) 耐硫酸露点腐食鋼
JP6338032B1 (ja) 耐硫酸露点腐食鋼
JP6338031B1 (ja) 耐硫酸露点腐食鋼
KR102466688B1 (ko) 오스테나이트계 스테인리스강 용접 이음
EP2256220B1 (en) Nickel-based alloy
JP4506958B2 (ja) 溶接継手およびその溶接材料
RU2553136C1 (ru) Металлический материал, устойчивый к карбюризации
JP6332575B1 (ja) 耐硫酸露点腐食鋼
JP4656251B1 (ja) Ni基合金材
JPWO2009044802A1 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼
WO2010093034A1 (ja) 金属管の製造方法
EP3683325A1 (en) Heat-resistant alloy, and reaction tube
JP6018364B2 (ja) 線状加熱性に優れたケミカルタンカー用二相ステンレス鋼
JP6313468B2 (ja) 改善した溶接性を有する鉄−ニッケル合金
JP2002235136A (ja) Ni基耐熱合金とその溶接継手
JP6780426B2 (ja) 二相ステンレス鋼
UA124457C2 (uk) Композиції сталі з поліпшеними властивостями проти нагароутворення
RU2387727C2 (ru) Модификатор для углеродистой и низколегированной стали для проката и труб повышенной коррозионной стойкости
JP7156342B2 (ja) 薄肉管用フェライト系ステンレス鋼板およびこれを用いてなる薄肉管