Нержавеющая ферритная сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к легированной стали, и может быть использовано в общем и торговом машиностроении при производстве современного технологического оборудования для пищевых и перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса. Целью изобретения является создание пищевой нержавеющей стали с улучшенным комплексом физико-механических и технологических свойств по сравнению с известными конструкционными материалами, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы современного технологического оборудования перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса. Сталь содержит компоненты, мас. углерод 0,01 - 0,03; кремний 0,3 0,7; марганец 0,3 0,6; хром 16,5 18,0; ванадий 0,1 0,6; азот 0,01 0,06; церий 0,005 0,05; кальций 0,001 0,01; железо остальное при выполнении следующих соотношений: сумма углерода и азота не должна превышать 0,07; отношение ванадия к углероду должно быть не менее 10. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, легированной стали и может быть использовано в общем и торговом машиностроении при производстве современного технологического оборудования для пищевых и перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса.

Известны нержавеющие стали и сплавы, применяемые как конструкционный материал в указанных отраслях машиностроения (стали марок 08Х17Т, 12Х17, 08Х18Т1 и др. по ГОСТ 5623-72). Однако известные марки сталей не обеспечивают необходимого уровня основных физико-механических и технологических свойств и не отвечают современным требованиям производства и эксплуатации изделий продовольственного машиностроения.

Наиболее близкой к предлагаемой является высокохромистая безникелевая сталь марки 12Х17 (ГОСТ 5632-72), содержащая, мас. Углерод ≅ 0,12 Кремний ≅ 0,8 Марганец ≅ 0,8 Хром 16,0-18,0 Сера ≅ 0,025 Фосфор ≅ 0,035 Железо Остальное Данную марку стали указанным ГОСТом рекомендуется использовать как материал-заменитель никельсодержащих металлов и сплавов для кухонного и моечного оборудования предприятий общественного питания и торгового машиностроения.

Однако известный материал не обладает требуемым комплексом физико-механических свойств ( σ_0,2δ ЛДК, число перегибов и др.) и не обеспечивает необходимой технологичности при производстве тонколистового рулонного проката и изделий, получаемых методом глубокой вытяжки и штамповки.

Целью изобретения является создание новой стали, обладающей более высоким уровнем физико-механических и технологических свойств по сравнению с известными аналогами, что обеспечивает повышение работоспособности и эксплуатационной надежности создаваемого технологического оборудования.

Цель достигается введением в состав заявляемой композиции оптимального количества ванадия, азота, церия и кальция. Содержание серы и фосфора в стали соответствует требованиям ГОСТ 5632-72 и не превышает, соответственно, 0,025 и 0,035 мас.

Предлагается сталь, содержащая, мас. Углерод 0,01-0,03 Кремний 0,3-0,7 Марганец 0,3-0,6 Хром 16,5-18,0 Ванадий 0,1-0,6 Азот 0,01-0,06 Церий 0,005-0,05 Кальций 0,001-0,001 Железо Остальное Соотношение легирующих и модифицирующих элементов в заявляемой стали выбрано таким, чтобы структура и основные физико-механические свойства металла обеспечивали значительное повышение служебных и эксплуатационных характеристик оборудования.

Введение в заявляемую сталь микролегирующих добавок ванадия и азота в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность и обеспечивает требуемый уровень прочностных и пластических свойств рулонного проката, что увеличивает выход годного на стадии металлургического предела и повышает работоспособность материала в конструкции. Обладая способностью увеличивать дисперсность зерна, ванадий в заданном соотношении с азотом существенно повышает предельное сопротивление упругой деформации и, в первую очередь, такую важную расчетную характеристику, как предел текучести, улучшает сварочно-технологические свойства, благотворно влияет на процессы теплового и деформационного старения металла в условиях длительной эксплуатации. Выбор указанного соотношения ванадия к углероду также направлен на обеспечение оптимального сочетания основных физико-механических, технологических и коррозионных свойств материала. При величине этого отношения, равной 10 и более, практически весь углерод в стали связан в специальные карбиды, что способствует более равномерному распределению хрома по всему объему зерна и полному подавлению склонности металла к локальным видам коррозии. При несоблюдении этого соотношения свободные атомы углерода активно взаимодействуют с атомами хрома, образуют высокохромистые карбиды типа Сч₂₃С₆, обедняя приграничные области по хрому и повышая чувствительность границ зерна к межкристалличной коррозии и межкристаллитному коррозионному растрескиванию.

Введение в сталь модифицирующих добавок РЗМ (церия) и кальция в указанных пределах, а также контролирование суммарного содержания примесей внедрения, положительно влияет на повышение пластичности и вязкости сложнолегированного хромистого феррита. Обладая высокой термодинамической активностью, церий и кальций способствуют эффективному снижению в твердом растворе вредных примесей и газов, что благотворно влияет на повышение сопротивления стали общей и локальным видам коррозии. При этом существенно улучшаются сварочно-технологические свойства металла, снижается чувствительность его к перегреву и росту зерна в зоне термического влияния сварки.

Ограничение суммарного содержания (С + П) до 0,06 мас. продиктовано также подавлением возможности образования в приграничных областях продуктов распада аустенита, а также повышением однородности структуры и снижением склонности сварных соединений к локальным видам коррозионного разрушения. Фрактографический анализ поверхности изломом методом сканирования на электронном микроскопе показал, что в заявленной стали доля вязкой составляющей в зоне разрушения заметно возрастает по сравнению с известным составом.

Введение рассматриваемых элементов в количестве менее указанных пределов легирования практически не дает положительного эффекта, а увеличение их содержания свыше заявляемого предела приводит к ухудшению и снижению ряда важнейших характеристик, определяющих работоспособность материала в условиях длительного циклического и динамического нагружений.

Полученный более высокий уровень основных механических, технологических и служебных свойств заявляемой стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами.

В ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с Челябинским металлургическим комбинатом в соответствии с отраслевым планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в обеспечение известных постановлений Правительства по национальной программе "Материалы 95" проведен комплекс опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемого тонколистового рулонного проката. Сталь выплавлялась в вакуумно-индукционной печи ИСВ-25 на чистых шихтовых материалах с разливкой в слитки массой 13,2 т с последующей прокаткой на слябы толщиной 135-180 мм на стане 1220-3. Получение ленты толщиной 0,8 и 1,0 мм производилось из проката на 20-валковом стане 1700.

Химический состав и результаты определения необходимых свойств и характеристик представлены в табл.1 и 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования нового технического решения выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы создаваемого технологического оборудования.

Формула изобретения

НЕРЖАВЕЮЩАЯ ФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий, азот, церий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,01 0,03 Кремний 0,3 0,7 Марганец 0,3 0,6 Хром 16,5 18,0 Ванадий 0,1 0,6 Азот 0,01 0,06 Церий 0,005 0,05
Кальций 0,001 0,01
Железо Остальное
при выполнении следующих соотношений: сумма углерода и азота не должна превышать 0,07, отношение ванадия к углероду должно быть не менее 10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2