Коррозионностойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали для изготовления изделий торгово-технологического пищевого оборудования, бытоЬыхприборов и предметов народного потребления, и может быть использовано в автомо - билестроении и для инструментария в медицинской технике. Цель изобретения - повышение пластичности; ударной вязкости основного металла, сварных швов, околошовной зоны и улучшение полируемости. Сталь дополнительно содержит ниобий, азот и кальций при Следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,005- 0,035; азот-0,"005-0,045; кремний 0,1-0,8; марганец 0,1-0,8^Г хром 14-20; титан 0,01- 0,35; ниобий 0,1-0,30 редкоземельные металлы 0,0001-0,02; кальций 0,0001-0,01; железоостальное,! причем выполняется следующее соотношениеО,45 >&(титан+ ниобий)={100(углерод + азот)^ + 0,01]. 1 табл.СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,04 — 0,10

0,30 — 0,60

0,30 — 0,60

14 — 18

0,10 — 0,70

0,10 — 0,80

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4805329/02 (22) 23,03,90 (46) 15.02.92. Бюл. hb 6 (71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я. Чубаря (72} В.Г. Мищенко, В.А. Сацкий, В.Г, Рахманный, И.П. Волчок, О.Н. Штехно, В.С. Мовшович, Н.А. Сорокина, Е.И. Мошкевич, О.И.

Тищенко и С,Л. Сергиенко (53) 669.14.018.8-194 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1046321, кл. С 22 С 38/28, 1983. (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали для изготовления изделий торгово-технологического пищевого оборудования, бытовых

Изобретение относится к металлургии, в частности к сталям для изготовления изделий торгово-технологического пищевого оборудования, бытовых приборов и предметов народного потребления, в автомобилестроении и для инструментария в медицинской технике.

Известны стали марок 08Х1871, 08Х18Тч, 06Х18ч, 12Х17. Высокое содержаwe углерода, хрома и титана обусловливает появление грубой остроугольной карбидной фазы, значительное количество которой. располагается по границам зерен, ухудшая пластические свойства металла. полируемость и ударную вязкость.

Уменьшение содержания титана в стзяи до нижнего предела снижает пластичность сварных соединений.

Наиболее близкой к предлагаемой ввляется коррозионно-стойкая сталь 08Х17ФТч, содержащая, мас.7:

„„, ЯЦ„„1712452 А1 приборов и предметов народного потребления, и может быть использовано в автомобилестроении и для инструментария в медицинской технике. Цель изобретения— повышение пластичности; ударной вязкости основного металла; сварных швов, околошовной зоны и улучшение полируемости.

Сталь дополнительно содержит ниобий, азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас."",ь: углерод 0,0050,035; азот 0,005-0,045; кремний 0,1-0,8: марганец 0,1-0,8 хром 14-20; титан 0,010,35; ниобий 0,1-0,30 редкоземельные металлы 0,0001 — 0,02; кальций 0,0001 — 0,01; железо- остальное,i причем выполняется следующее соотношение0,45 ÂK (титан+ ниобий) 100(углерод+ азот) + 0,01). 1 табл.

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Титан

Ванадий

Редкоземельные металлы, 0,010 — 0,10

Барий 0,001 — 0,05

Железо Остальное

Эта сталь относится к ферритному классу и имеет следующие механические свойства после холодной прокатки, термической обработки и щелочно-кислотного травления:

Предел прочности, МПа . До 550

Относительное удлинение, » 40

Основной недостаток стали — невысокая ударная вязкость сварных швов основного металла и околошовной зоны, ограниченный ресурс пластичности в процессах хо1712452

40 ладного формоизменения металла до появления анизотропии деформации, в значительной степени затрудняющий ее полируемость.

Цель изобретения — повышение пластичности, ударной вязкости основного металла, сварных швов и околошовной зоны, и улучшение полируемости.

Указанная цель достигается тем, что в сталь. содержащую углерод, кремний, марганец, хром, титан, железо. редкоземельные металлы, дополнительно введены ниобий, азот и кальций. Высокие показатели полируемости достигаются. если соотношение содержаний сильных карбидообразующих элементов титана и ниобия, а также элементов внедрения углерода и азота удовлетвоояет, требованию

0,45 «(TI + Nb) - f f00 (C + N)2+ 0,01) %.

Так как при таких содержаниях резко повышается количество оксидов и оксисульфидов этих элементов. Кроме того, возрастает. количество крупных карбидов и нитридов титана и ниобия, ухудшающих полируемость и снижающих ударную BAsкость сварных швов и аколошовной зоны.

Высокие показатели полируемости, пластичности и ударной вязкости сварных швов, околошовной зоны и основного металла достигаются при совместном введении титана и ниобия в пропорции, близкой

1:1. При этом содержание углерода в стали не должно превышать 0,035$. Эти условия обеспечивают выделение преимущественно мелкодисперсной карбонитридной и нитридной фазы, количество которой в объеме не превышает 0,12ф>.

Нижний предел содержания углерода

0,005 ограничивается минимально требуемой для обеспечения. высоких значений ударной вязкости околошавной зоны, карбонитридной фазы в объеме металла 0,05%, Содержание. ферритообразующих и аустенитообразующих элементов определяется следующим образом: с мма ферритообразующих

12

=8 (сумма аустенитообразующих) - Х

Соотношение фазовых составляющих и мартенситоферритной стали определяется уравнением, которое получено на основании экспериментальных данных, оюработанных на 3ВМ

Y 0,64+ 65,37X - 91 57X + 125,24Х, где Y - количество ферритной составляющей;

Х вЂ” приведенный эквивалент содержания легирующих элементов.

10 I5

Сумма.-ферритообразующих элементов (%)

1 Сг+4TI+ 1,5SI+0,9Nb+50 P3M+

+ f0 Ca+(C+N+0,.1 Mn), Таким образом, улучшения структуры и свойств в указанной стали достигается пу-тем снижения содержания углерода, совместным легированием титанам, ниобием и азотом и введением определенных количеств редкоземельных и щелочноземельных металлов. Совместным легированием металла титаном и ниобием получают карбиднитридную и нитридную фазы этих металлов, что Способствует стабилизации структуры, уменьшению хрупкости и улучшению полируемости. Кроме этого, карбонитридная фаза препятствует интенсивному росту зерен в процессе рекристаллизации или при сварке. Редкоземельные металлы препятствуют выделению карбидной фазы по границам зерен, а следовательно, повышают пластичность, удар-. ную вязкость стали, уменьшают склонность к межкристаллитной коррозии,. Редкоземельные элементы в пределах (0,0001-0,02) мас.$ и щелачноземельные элементы затрудняют диффузионную подвижность примесных атомов внедрения, что сказывается на равномерном выделении избыточных фаз. Кальций в указанных пределах (0,0001 — 0,01) мас.$ вводится для более глубокого раскисления и:повышения жидкотекучести стали.

Таким образом, рационально выбранные пределы содержаний углерода, азота, титана, ниобия и Р3М и их установленные соотношения, позволяют не только получать благоприятное структурное состояние и комплекс высоких свойств металла, но и устранить вредное влияние анизотропии деформации при низкой интенсивности деформации.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава подготовлены шесть составов, два из которых показали оптимальный результат (см. таблицу).

Верхний предел содержания титана в стали (0,35 мас. ) ограничивается резким увеличением количества оксидов и оксисульфидов титана, ухудшающих полируемость и способствующих появлению плен на поверхности металла. Ограничение максимального содержания ниобия в стали (0,30 мас.g) обусловлено отрицательным воздействием его на пластичность металла.

Нижние содержания титана и ниобия ограничены началом их благоприятного воздействия на структуру и свойства металла.

Введение азота в хромистые нержавеющие стали в указанном соотношении (0,005

1712452 — 0,045 мас.$) оправдано улучшением их ударной вязкости, появлением мелкодисперсных нитридных и карбонитридных выделений, сдерживающих рост зерна в процессе рекристаллизации и при сварке.

Предельные содержания хрома (14 — 20 мас.$) выбраны с учетом достаточной коррозионной стойкости и незначительным влиянием на механические свойства стали.

Кремний и марганец" содержатся в стали в количествах, позволяющих получить Aelloжительный эффект. ,Анизотропия деформации, возн икзющая s процессе холодного формоизменения и резко ухудшающая полируемость в сталях ферритного и мартенситферритного классов проявляется значительнее и наступает при меньшей интенсивности деформации, чем у аустенитных. Доминирующим фактором при возникновении анизотропии деформации (поверхность типа

"апельсиновой корки") является степень однородности структурного состояния стали.

Следовательно, повышение пластичности металла, сдвигающее появление анизотропии деформации в сторону больших интенсивностей холодных деформаций, достигается путем повышения однородности его структурного состояния. Поэтому важно не только обеспечить выплавку металла в заданных пределах содержаний легирующих элементов, ио и обеспечить их указанное соотношение.

Несмотря на достаточно высокие показатели полируемости первой смеси ударная вязкость сварного шва и околошовной зоны — низкая. Это связано с недостаточным количеством карбидной и карбонитридной фаз, препятствующих росту зерен в период перегрева при сварке (см. таблицу),Выплавку коррозионно-стойкой стали проводили в индукционной печи с основной футеровкой емкостью 120 кг; Слитки подвергали прокатке при 960 С со степенью обжатия 75;4. Затем прокатывали натолщи- ну 4,0 мм при 1200 С с последующим щелочно-кислотным травлением; Холодную . прокатку проводили на лабораторном прокатном стане со степенью обжатия,.40—

80У,.

Холоднокатаный лист. подвергали рекристаллизационному отжигу с 950О C. Полученные. листы толщиной 2,0 мм имели механические свойства, представленные в таблице.

После аргонодуговой сварки встык производили вырезку ударных образцов с Щнцентратором R = 1 мм. Концентратор напряжений наносили на основной металл, околошовную зону и на сварной шов; ИспыФ тания ударной вязкости и относительного удлинения дз производили стандартными методами, Предлагаемую сталь используют при изготовлении столовых приборов и т. д.

5 вместо дорогостоящих хромникелевых сплавов, что позволяет экономить никель.

Количественную оценку способности листового металла лабораторных плавок к полированию осуществляли линейным ме10 тодом подсчета неметаллических включений и карбидной фазы. Количество включений подсчитывали с помощью металлографического микроскопа МИМ-7, После определения количества и размеров вклю15 чений подсчитывали индекс загрязненности металла как отношение суммарной длины включений ко всей длине подсчета:

1 р ai ° b;

20 где ml — среднее значение интервала размерной группы в делениях окулярной шкалы; а — количество подсчитанных включе25 ний данной размерной группы;

bi — цена деления окулярной шкалы при данном увеличении, мкм;

f- длина подсчета, мкм.

Металлографически установлен крити.30 ческий размер и количество неметаллических включений, которые определяют пригодность металла к полировке.

Из таблицы следует, что коррозионностойкая сталь предлагаемого состава обла35 дает значительно более высокой полируемостью (до 4.3 ° 10 ), вязкость (КСИ1=

= 1,8 МДж/м, КСИ2 = 1,4 МДж/м, КСИз-.1,15 МДж/м ) и пластичносТь о A = 50 ).

40 Формула изобретения

0,0001 — 0,02

Коррозионно-стойкая сталь, преимуще.ственно для сварки, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, титан, редкозе45 мельные металлы, железо, отл и чаю щаяс я тем, что, с целью повышения пластичности, ударной вязкости основного металла,сварных швов и окалошовной зоны и улучшения полируемости, она дополнительно со50 держит ниобий, азот и кальций при следующем соотношении компонентов, мас., :

Углерод 0,005 — 0,035

Кремний 0,1 — 0.8

55 Марганец 0,1 — 0,8

Хром 14 — 20

Титан 0,01 — 0,35

Редкоземельные металлы

1712452

0,01 — 0,30

0,005 — 0,045

0,0001 — О.01

Остальное

Ниобий Азот

Кальций

Железо причем выполняется следующее соотношение 0,46>(титан + ниобйй) -1100(углерод + азот) + 0,01).

Состав

Химический состав, мас А

Щ Ч Р3М

Ф ею е ю стали

Предлагаемый

0,008 0,007

0,01 0,01

0,15 . 0,05

025 015

0,35 0 30

0,42 "0 35

Известный

О,25 - 0,5

0,ОО4 0,004 0,70

0,005 0,005 0,10

0,02 0,02 0,4

0,03 0,03 0,5

Оэ035 ОеО45 Оэ80

0,04 0,05 0,9

0,045 - 8,45 0,5 17

0,02

Продолжение таблицы ею ° юее ю ю еею4 °

1 ,Химический состав, Мас, Ф вЂ” °

Le «юеее е 3ю

Са Ва Ре

4 ° е ю ю ° ее

Механические свойства

Состав, стали

Полируе" мость еееею юе

КСИ КСИ, КСИ е

Индекс загрязнен- . ности

Идж/мз

Известный

Остальное 45 - 1,35 .

Тоже 48 . 1,6 °

50 1,8

48 1.75

47 15 ..(. 45 .13 .Предлагаемый

45. 13

0,3 3,5 ° 10"з

0„O03 ю е ю ею Ю ее е е ее ее» юю еюеююююю е ею4еееююююююююююююююю

П р и м е ч а н и е. КСИ " ударная вязкость основного металла; КСЙ - удар(1 .ная вязкость сварного шва; КСИ " ударная вязкость око-1 лововной зоны, Составитель В;Мищенко

Редактор В.Пчолинская Техред М;Моргентал Корректор С.Шевкун

Заказ 512 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

1

3

5

0,0005

0,0001

0,002

0,002

0,О1

0,015

0,008

0 1О

0,4

0,5

0,80

0,9

13 5 !

4 0

17 0

18,0

20,0

21э0

О 55

0,95

1,4

1«351.05

0,45

0,4.

0,45, 0,8

1э15

1,10

0,75

0 30

0,00005

0,0001

0,005

0,01

0,02

О, 025

4 3-10-з

4,3 10 з

4,7.10-з

4,g.105,2 10= .

3 2510 з