Коррозионно-стойкая сталь

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к составам коррозионностойкой стали, используемой для изготовления корпусов погруженных МГД насосов для перекачки алюмоцинкового расплава. Коррозионностойкая сталь содержит компоненты, мас. % : углерод 0,005 - 0,03; кремний 0,02 - 0,4; марганец 1,0 - 2,2; хром 16 - 18; никель 12 - 16; молибден 2,0 - 3,1; фосфор 0,002 - 0,035; кальций 0,001 - 0,01; железо - остальное. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к составам коррозионностойкой стали, используемой для изготовления корпусов погружных МГД насосов для перекачки жидких цинковых, алюмоцинковых и других расплавов.

Технологический процесс горячего цинкования и алюмоцинкования стальных полос методом погружения в расплав предполагает периодическое скачивание алюмоцинкового расплава из рабочей ванны как для изменения химического состава расплава, так и в случаях необходимости ремонта ванны или аварийных остановках агрегата. Насосы механического действия, содержащие подвижные детали, являются одноразовыми и не допускают, как правило, повторного использования. Наиболее перспективными в настоящее время являются погружные магнитогидродинамические (МГД) насосы. Принцип их действия заключается в том, что на расплав, находящийся в рабочем канале корпуса насоса после его погружения в ванну, воздействуют мощным переменным электромагнитным полем, которое возбуждает в жидком расплаве ответное электромагнитное поле. Воздействие магнитных полей МГД насоса и столба расплава приводит к перемещению расплава вдоль рабочего канала корпус насоса, за счет чего и достигается перекачивание расплава. МГД насос не содержит подвижных частей и полостей, в которых возможно застывание расплава. Такой насос используют многократно, а его эксплуатационная стойкость определяется механической прочностью и устойчивостью немагнитного стального корпуса против взаимодействия с алюмоцинковым расплавом.

Коррозийная сталь для изготовления корпусов погруженных МГД насосов, перекачивающих алюмоцинковый расплав, должна соответствовать комплексу физико-химических и механических свойств, основные из которых приведены в табл.1.

Помимо свойств, указанных в табл.1, коррозионностойкая сталь для корпусов погружных МГД насосов должна иметь хорошую свариваемость.

Известна коррозионностойкая сталь аустенитного класса, содержащая следующие элементы, мас.

Углерод 0,003-0,05 Кремний 2,3-3,0 Марганец 1,0-2,1 Хром 23,5-26,5 Никель 19-21 Молибден 1,8-2,2 Церий 0,05-0,15 Железо Остальное Недостатки известной стали состоят в ее низкой пластичности, высокой теплопроводности. Сталь имеет недопустимо высокую скорость коррозии в алюмоцинковом расплаве, превышающую 580 мм/год. Это делает сталь непригодной для изготовления корпусов погружных МГД насосов.

Наиболее близкой по своему химическому составу и свойствам к предлагаемой стали является коррозионностойкая сталь, содержащая следующие элементы, мас.

Углерод 0,009-0,03 Кремний 0,01-0,4
Марганец 1,0-2,0
Хром 16-18
Никель 13-15
Молибден 2,5-3,1
Фосфор 0,02-0,04
Алюминий 0,01-0,08
Ванадий 0,01-0,05
Медь 0,1-0,3
Железо остальное
Недостатки известной стали заключаются в ее низкой прочности и пластичности, высокой теплопроводности и главное сталь вступает с активное взаимодействие с алюмоцинковым расплавом, что снижает эксплуатационную стойкость погружных МГД насосов.

Технический результат изобретения состоит в повышении эксплуатационной стойкости насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в коррозионностойкую сталь, преимущественно для изготовления корпусов погружных МГД насосов для перекачки алюмоцинкового расплава, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор и железо, дополнительно введен кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,005-0,03
Кремний 0,02-0,4
Марганец 1,0-2,2
Хром 16-18
Никель 12-16
Молибден 2,0-3,1
Фосфор 0,002-0,035
Кальций 0,001-0,01
Железо Остальное
Известная и предложенная стали аустенитного класса имеют следующие общие признаки. Обе стали содержат углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор и железо, при этом процентные содержания перечисленных элементов полностью или частично взаимно перекрываются.

Отличие предложенной стали состоит в том, что она содержит 0,001-0,01% кальция, которого в известной стали нет. Кроме того, известная сталь содержит алюминий, ванадий и медь, которой нет в предложенной стали.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков, и заключающиеся в повышении эксплуатационной стойкости насосов за счет снижения скорости коррозии корпусов в алюмоцинковом и идентичных расплавах при одновременном обеспечении заданных физико-механических характеристик и хорошей свариваемости.

Углерод в стали является упрочняющим элементом. При содержании углерода менее 0,005% снижается ее прочностные свойства ниже заданных. Увеличение содержания углерода более 0,03% резко ухудшают коррозионную стойкость и свариваемость.

При содержании кремния менее 0,02% имеет место снижения прочности, коррозионной стойкости, увеличение окисленности стали. Увеличение содержания кремния более 0,4% сопровождается увеличением количества неметаллических включений, ухудшением свариваемости и снижением пластичности.

Марганец в коррозионностойкой стали обеспечивает повышение прочности, снижение окисленности. Уменьшение содержания марганца менее 1,0% приводило к снижению стойкости аустенита, прочности и ухудшению теплофизических свойств, а увеличение его содержания более 2,2% чрезмерно упрочняет сталь, ухудшает ее пластичность.

Хром и никель являются основными легирующими элементами, определяющими комплекс физико-химических и механических свойств. Снижение содержания хрома менее 16% или никеля менее 12% приводит в снижению прочности и пластичности стали, коррозийной стойкости, а также росту коэффициента теплопроводности, что недопустимо, т.к. к перегреву электрических обмоток МГД насоса. Увеличение содержания хрома более 18% или никеля более 16% чрезмерно повышает прочность, ухудшает свариваемость стали, значительно удорожает ее производство.

Молибден повышает прочность и пластичность стали, измельчает зерно микроструктуры, повышает стойкость против коррозии. При содержании молибдена в стали менее 2,0% снижается количество карбидных частиц, прочность и пластичность стали. Повышение его содержание более 3,1% не приводит к дальнейшему улучшению механических свойств, снижает теплофизические свойства и увеличивает затраты на производство стали.

Фосфор в стали несколько повышает ее прочность и при содержании 0,002-0,035% практически не ухудшает механических свойств, но в сочетании с кальцием резко понижает скорость коррозии в алюмоцинковом расплаве. При содержании фосфора менее 0,002% он не улучшает коррозийную стойкость стали, а увеличение его содержания сверх 0,035% приводит к ухудшению комплекса механических свойств, что недопустимо.

Кальций, помимо модификации данной стали, обеспечивает повышение коррозийной стойкости стали за счет ее пассивации.При содержании стали менее 0,001% коррозийная стойкость данной стали в алюмоцинковом расплаве резко снижалась из-за ускоренного образования интерметаллических соединений компонентов стали и расплава. Увеличение содержания кальция более 0,01% ухудшает механические свойства стали и не приводит к дальнейшему улучшению коррозионной стойкости.

Коррозионностойкую сталь выплавляли в электродуговой печи, легировали феррохромом, ферромарганцем, силикофосфором. Затем добавляли никель и молибден. Порошкообразный кальций в герметической капсуле из коррозионностойкой стали вводили в последнюю очередь.

После завершения выплавки сталь разливали в изложницы. Температура разливки 1450^oC. Слитки прокатывали в слябы при 1220^oC. Охлажденные слябы после зачистки поверхности разогревали до 1210^oC и прокатывали на толстолистовом реверсивном стане 2800 в лист толщиной 60 мм. Сталь подвергали термообработке.

Из листов с использованием электродуговой сварки изготавливали корпуса погружных МГД насосов для перекачивания алюмоцинкового расплава из рабочей ванны агрегата горячего алюмоцинкования холоднокатанных полос.

Химический состав исследованных коррозионностойких сталей приведен в табл. 2, а в табл.3 их физико-химические свойства и стойкость погружных МГД насосов.

Из табл.3 следует, что наилучшим комплексом свойств обладает предложенная сталь (составы N 2-4). Погружные МГД насосы для перекачки алюмоцинкового расплава, корпусы которых изготовлены из сталей составов 2-4, имеют максимальную эксплуатационную стойкость. Кроме того, предложенная сталь хорошо сваривалась.

В случае запредельных значений всех (составы 1 и 5) или некоторых (составы 6-15) из элементов имеет место ухудшение комплекса физико-химических и механических свойств и снижение эксплуатационной стойкости погружных МГД насосов, работающих в алюмоцинковом расплаве. Стали этих составов имели плохую свариваемость.

Технико-экономические преимущества предложенной коррозионностойкой стали заключаются в том, что дополнительное введение в ее состав 0,001-0,01% кальция при регламентированном содержании остальных элементов позволяет осуществить пассивацию стали относительно алюмоцинкового расплава при одновременном обеспечении заданных механических, теплофизических свойств и хорошей свариваемости. За счет этого достигается повышение эксплуатационной стойкости МГД насосов.

За базовый объект принята сталь прототип. Рентабельность от применения предложенной стали для изготовления корпусов погружных МГД насосов превысит 40%

Формула изобретения

Коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,005 0,03
Кремний 0,02 0,4
Марганец 1,0 2,2
Хром 16 18
Никель 12 16
Молибден 2,0 3,1
Фосфор 0,002 0,035
Кальций 0,001 0,01
Железо ОстальноеC

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2