Коррозионно-стойкая немагнитная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления низкотемпературной ускорительной техники. Цель изобретения -снижение магнитной восприимчивости при термоциклировании в интервале температур 293-4,2 К, повышение способности к формоизменению в холодном состоянии, повышение пластичности и вязкости при криогенных температурах. Сталь дополнительно содержит медь, щелочно-земельные металлы, титан, молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,10; хром 17-22; никель 14-17; марганец 4-8; азот 0,05-0,12; медь 0,1-1,0; щелочно-земельные металлы 0,01-0,1; бор 0,001-0,005; редкоземельные металлы 0,001-0,05; молибден 0,01-0,5;титан 0,01-0,3; железо - остальное, причем сумма ЩЗМ + РЗМ + бор 0,02-0.12. 2 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s!)s С 22 С 38/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ва ОЮй20 ;iИ 87K - TK »;(1lvj )E68krj

БИБЛИОТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗО..- РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, С> С) (21) 4790575/02 (22) 12,02.90 (46) 23.12.91. Бюл. ¹ 47 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) Н.А.Сорокина,, К.А.Ющенкв, О.Г.Квасневский, А,П.Шлямнев, В.И.Гальцова, Н.В.Андрушовэ, M.Е.Шмырев, В.Н.Яськин, Г.А.Братко, Е,Я,Чернышов, Ю.Я.Мельников, Н,M.ÒàðàêàHîâ и П,А.Щербаков (53) 669.14,018.584-194(088,8) (56) 1. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. ГОСТ 5632-72.

2, Ульянин Е,А., Сорокина Н.А. Стали и сплавы для криогенной техники. — М.: Металлургия, 1984; с. 205.

3. Заявка Японии № 63-69949, кл. С 22 С 38/58, 1988.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 1116093, кл. С 22 С 38/58, 1984.

Изобретение относится к металлургии, а именно к металлургии коррозионно-стойких сталей, используемых для изготовления низкотемпературной ускорительной техники.

Применяемые в металлургии хромоникелевые, хромоникелемарганцевые стали аустенитного класса являются немагнитными, однако для применения в условиях термоциклирования в интервале 293-4,2 К в импульсном магнитном поле напряженностью 5 Тл непригодны ввиду повышенных

„„5U„„1700093 А1 (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ НЕМАГНИТНАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к коррозионно-стойкой стали,.используемой для изготовления низкотемпературной ускорительной техники. Цель изобретения — снижение магнитной восприимчивости при термоциклировании в интервале температур 293-4,2 К, повышение способности к формоизменению в холодном состоянии, повышение пластичности и вязкости при криогенных температурах, Сталь дополнительно содержит медь, щелочно-земельные металлы, титан, молибден при следующем соотношении компонентов, мас, ь : углерод 0,05-0,10; хром 17 — 22; никель 14-17, марганец 4 — 8; азот 0,05 — 0,12, медь 0,1-1,0; щелочно-земельные металлы

0,01-0,1; бор 0,001-0,005; редкоземельные металлы 0,001-0,05; молибден 031-0,5;титан 0,01 — 0,3; железо — остальное, причем . сумма ЩЗМ+ РЗМ+ бор =0,02 — 0,12, 2 табл, значений магнитной восприймчивости при значительном гистерезисе, Применяемые немагнитные коррозионно-стойкие стали (1) и (2) можно условно разделить на 3 группы:

08Х18Н10, 03Х18Н12, 10Х23Н18;

10Х14АГ15, 07Х13А Г20;

07Х21 Г7АН5, 12Х17Г9АН4, 03Х20Н 16АГ6.

Хромоникелевые стали первой группы характеризуются повышением магнитной восприимчивости при охлаждении от 293 до 4,2

К до значений, превышающих 10

1700093

Хромомарганцевые стали, испытывающие у- е fпlрpеeвeрpаefщL(е8нHиNеe, склонны в процессе термоциклирОВания в интервале

293 42 V, К ПОТ6ре HQMBf HÈÒHOÑÒN в р8зультате я-а превращения под воздействием термических напряжений, Стали третьей группы, в том числе сталь (31 на хромоникелемарганцевой основе., имеют низкие значения магнитной восприимчивости при 4„2 К, при термоциклироваНИИ СКЛОННЫ К ГИСТВРВЗИСУ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому резуль(ату является сталь следующего химического состава (4(,, «C%:

Углерод 0,001-О,О4О

Кремний 0,01 — 0„70

Марганец 2.5-8,0(Хром 16.0 — 21,5

Никель 14-17

Азот О, t 5 — 0,50

Бор 0,0001-0,0500

Редкоземельныеметалл ы 0,0ОО1-О,1000

Х(елезо Оста lbHG8

ПО ХИМИЧЕСКОму СОСтаэу ЭТВ СтаЛЬ ОТНОсится K аус) енитному классу и характеризу 8Tcsl нестабильностью свойс-ie: в заВисимости GY соотношения леГируюших элементов магнитная восприимчивость в интервале температур от 293 до 4,2 К существенно изменяется, Кроме того, эта сталь

Отлича8тся повышенным сопротивлением деформации, что затрудняет полученле металлопродукции на непрерывных прокатнь(х cTBHах, и ВысОкОЙ с!<лОнностью K наклепу, в результате чего ухудшается способность к формоизменению В холодном состоянии.

Целью изобретения является снижение магнитной Восприимчивости f)()iiI Термоциклиоовании В интервале 293 — 4,2 К, ПОВышение способности K фОрмоизменеНИЮ В ХОГ!ОДНОМ СОСТОЯНИИ, ПОВЫШВНИВ

Г(ластичности и Вязкости при KриОГеннь( температурах, Изобретение основано на принципиальном изменении GCHoab(стали, базирующемся на вновь установленном

СП8ЦИфи "(ес ком ЭЛИЯ НИИ ЛВГИРУЮ(ЦИ", элементов на температуру перехода эустенита в антиферрОмаГнитнО6 сОстояние и легировании элементам(А, определяющими существенное пов!O!eHNe служебн ых харак Г8ристик, Предель(по концентрации уГлерода выооаны, исходя из услови(I Обеспе;(ения. аустенитной структуры, не склонной к выпадени(О дельта-феррита при температу5

1В;, 20 " ф

<55 (()

50 рах нагрева слитков f(oq прокатку и выплавки стали в электродуговых печах большой емкостА. Нижний(предел по содержанию углерода 0,05 / представляет собой то количество, которое необходимо для предупреждения Образования высокотемпературного дельта-феррита, Верхний предел выбран из условий получения аустенитной струKYVpb(свободной от карбидных выделений в закаленном состоянии, Концентрация хрома в предлагаемой стали составляет 17-22g,. БрА содержании

po,Аа IMeHee 17Î/ Не Обдспецивается доста точно низкий уровень магнитной Восприим -ч;Вопти при температуре 4,2.: а пои содержании хрома более 22;-, ухудшается де<рормируемость сталА из эа ВО pBÑTBHMí

СОПРОТИвления ДЕформации, а также B Слитках большого развеса в результате ликвации становится возможным Образование небольших количеств ферромагнитной фазы — дельта-феррита, что совершенно недоП) СТИМО.

Кон Центра ЦиЯ ни!<ел Я В и редлЗГаемой с) али составляет 14 — 17 Ь. peAcTBN<- никеля

HB ВВЛMHNHУ МаГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧ !BGCTM

Г(РОПАВОПОЛОЖНО ВЛИЯНИЮ ХPGÌB. ПОCКОЛЬK/ с увеличением содержания никеля те(;пе()атура перехода в антиферромагнитное состоянА8 (точка Нееля) с((ви(гается к более низким температурам, вплоть qo 4,2 К, Максимальное количество никеля, которое В комГ Оэиоии не Выэываст приближени8 т8мпературы Нееля к эксплуатационной (4,2 KI, является 17 . Сильное аустенитообразуюLI<(88 деЙствие ни«еля ((спользованo для создания Основы стали. Г(ри этом 14 / никеля обеспеч(вает пог(учеHNie.. стабильной аустенитной структуры, не склoHHGN к образовани (О мартен(.ИТB дефо РMа ции и ри воздействии напряжений и криогенныхтемп.еращ1, ((1BP(3H8L>, В c 5ли(В !ПОЛНЯВ(1ВОЯ!(УK)

«)Олb — наряду с никел8м фоpм!ЛруeT ауcTB .м,(Н) (О CTP, KT)/P)! А OPH.iв,.;.мЕН !О ЛУ -.(;ЯЕ:

"Варивае(1ость стали. (. 1(инимальное еколичество марганца, которое Обеспе((Вает получение стабильной ауст8нитной структуры и, :)и содержании хрома ". 7 -) и HNKef()I

14-17%, составляет 4 „., Верхний(предел по содержанию марГанЦа ОГраничее Я,О !, так как при более высоко," содержаниА марганца наблюдается повышенная C;

1700093 мартенсит деформации; 63 — дельта-феррит) превращения. Нижний предел 0,05% обеспечивает достигаемый эффект, а верхний предел 0,12 ограничен, так как при большем содержании возрастает сопротивление деформации при температурах обработки давлением, что затрудняет прокатку на непрерывных станах.

Медь вводится в сталь с цельс уменьшения упрочнения аустенитной ма рицы В процессе холодной пластической деформации, что позволяет облегчить процесс штамповки, вырубки, гибким. При 0,1 меди этот эффект проявляется, При содержании меди до 1 4 ана находится в твердом растворе.

Ограничение содержания меди 1 связано с тем, что при большем содержании м ди в сварных соединениях наблюдается охрупчивание из-за выделения свободной меди по границам дендритных ячеек, Введение щелочно-земельных металлов преследует цель повысить технологи ескую пластичность при температурах горячей обработки давлением. Действие щелочно-земельных металлов в этом направлении начинается при введении в количестве 0,01;4, а при введении более 0,1 4 наблюдается тенденция к снижению пластичности.

Действие редкоземельных металлов проявляется в улучшении деформируемости стали в холодном состоянии и измельчении размера зерна. Эффект повышения деформируемасти проявляется при введении

0,001% редкоземельных металлов. Увеличение содержания редкоземельных металлов более 0,05 нецелесообразно из-за возникающих трудностей при выплавке, так как ухудшается жидкотекучесть металла.

Влияние бора отмечено в части повышения качества поверхности металлургических полуфабрикатов горячекатаного листа. В стали без бора на поверхности слябов, листов после горячей прокатки наблюдаются дефекты типа мелких рванин, плен. При введен<ии бора в количестве

0,001 эти дефекты устраняются. Повышение содержания бора свыше 0,005% вызывает ухудшение сва риваемости (склонность к горячим трещинам), в связи с чем концентрация в стали бора ограничена 0,005%.

Высокие требования к стали по немагнитности вызывают необходимость получения низкого содержания неметал, лических включений (s частности, окислов, силикатов и др,), проявляющих ферромагнитные свойства, В связи с этим применен метод комплексного раскисления и модифицирования щелочно-земельными металлами, редкоземельными металлами и бором, что позволяет не только повысить чистоту металла, но и улучшить деформируемасть стали при высоких температурах, обеспечив тем самым получение высокого качества поверхности горячекатаного и холоднокатаного листа, Суммарное содержание ШЗМ+ РЗМ + В должна составлять

0,02 — 0,12%, При содержании этих элементов в количестве 0,02 $ количестВО неметаллических В .л ючений (силикатОВ, Оксидов, сульфидов) составляет 0,57%, а при содержании 0,12-0,62%. При этом одновременно с уменьшением абьемной доли неметаллических включений наблюдается и уменьшение среднего размера их. Нижний предел по суммарному содержанию ЩЗМ++РЗМ+ В ограничен 0,02%, так так при более низком содержании не обеспечивается необходимая технологическая и астичнасть. Верхн::й предел по суммарному содержанию

РЗМ, 3M и бора ограничен 0,12%, так как пр=; более высоком содержании наблюдается снижение пластичности при температурах горячей дефаомации.

Титан в композиции выполняет двоякую роль: модифицирует неметаллические включения г. способствует частичному связыванию углерод"; и азата в карбонитриды, уменьшая тем самым сопротивление деформа ии и измельчая аустенитное зерно, Нижний предел по содержанию титана 001 является тем количеством, при котором достигается эффект. Превышение содержания титана câûøe 0,3;4 недопустимо, так как В этом случае проявляется его ферритообразующее действие.

Молибден вводится в сталь с целью. уменьшения пограничных выделений, так как способствует оттеснению карбонитридной фазы вглубь зерна, Минимальное количества молибдена, обеспечивающее снижение концентрации карбонитридов на границах зерна составляет 0,01%, а максимальное количество, которое может быть в стали б".ç образования дельта-феррита. составляет 0,5;4.

Сог<оставительный анализ с известным гюзваляет сделать вывод, что предлагаемый остав отличается ат известного введением

HGBb x компонентов, а именно меди, (целачна-земельных металлов, титана, молибдена, и предлагаемым соотношением

ЩЗМ + РЗМ + В = 0,02 — 0,12%.

Опытные плавки выплавляют в индукционных печах емкостью 50 кг и разливают в изложницы для слитков массой 25 кг. Выплавка производилась на чистых шихтовых материалах. Металл прокован на сортовой профиль диаметром 16 мм. Изготовлены

1700093 с целью снижения магнитной восприимчивости при термоциклировании в интервале температур 293 — 4,2 К, повышения способности к формоизменению в холодном состоянии, повышения пластичности и вязкости при криогенных температурах, она дополнительно содержит медь, щелочно-земельные металлы, титан, молибден при следующем соотношении компонентов, мас,,Д:

0,001 — 0,050

0,1 — 1,0 габлица 1

Стал

Предггага

4

За преде прелое.а

6,г

Иааест

О,з о,е

1,0

О,1

02.о ,1 6. ,7 8,,2 7, .О 7.

3.5 8

7,6 3

57 3

f таблица 2

Темпе а

7 ем

Пре- Г Предел дел

Сталь т, псоч ьу«ес

Iно,сти co2

Про- Предел 1дел те- с проч- 1я1гчасти гъ,т, Mffa u ялагтная

ГьГП гге, Мпа едлагаема .1

3

5 пределами длагаемог

7 зеестная

831

854

820

Зоо

3 1

29

"2

624

612

654

608

638

652

686

1002

1070

31

34

Составитель В,Битков

Техред М,МОргентал

Редактgð Н,Бобкова

Корректор О, Кравцова." . а ка 3 4445 Тираж Подписное

ВНФЛП 4 Государственного комитега по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва., Ж-35, Раушская наб„4/5 . poè3âoäcTBeHío-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 образцы для определения механических свойств после термообработки; закалка с

1050 С в воде.

В табл. 1 приведен химический состав плавок 1-8, в табл. 2 — их свойства. 5

Механические свойства при испытании на растяжение и ударную вязкость определяют стандартными методами.

Штампуемость оценивают по методу Энгельгардта-Гросса с определением пре- 10 дельного коэффициент вытяжки, Магнитную восприимчивость при 4,2 К определяют по специально разработанной методике, Как видно из полученных данных, пред- 15 лагаемая сталь значительно превосходит известную по минимальному значени1о магнитной восприимчивости при термоциклировании в интервале температур 293 — 4,2 К, повышенной способности к формоизмене- 20

НгИЮ B ХОЛОДНОМ СОСТОЯНИИ. ПОВЫШЕННой пластичности и вязкости при криогенных температурах.

Формула изобретения

Коррозионно-стойкая немагнитная 25 сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, азот, бор, редкоземельные металлы, железо, о т л и ч а о щ а я с я тем. что, Углерод 0,05 — 0,10

Хром 17 — 22

Никель 14 — 17

Марганец 4 — 8

Азот 0,05 — 0,12

Бор 0,001 —.О,005

Редкоземельнь1е . металлы

Медь

Щелочно-земельные металлы 0,01 — 0,10

Молибден 0,01 — 0,50

TL4TBH 0,01 — 0,30

Железо ОстальнОе причем сумма щелочно-земельных ме-. таллов, редкоземельных металлов и бора равна 0,02 — 0,12,