Аустенитная нержавеющая сталь
Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным нержавеющим сталям и изделиям из них, подвергающимся воздействию высокотемпературной воздушной среды. Сталь содержит в мас.%: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более чем 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, железа и побочных примесей. Сталь может содержать до 0,3 мас.% алюминия. Отношение ниобия к углероду в стали удовлетворяет соотношению: 0,7<(ниобий/углерод)≤1,0, где содержания ниобия и углерода выражены в атомных процентах. Сталь обладает повышенным сопротивлением ползучести при высокой температуре и/или повышенной стойкостью к коррозии. 4 н. и 34 з.п. ф-лы, 9 ил., 6 табл.
Заявление относительно финансируемого правительством США
исследования или разработки
Эта работа частично финансировалась Министерством энергетики США на основании контракта №DE-FC02-00CH11062.
Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к аустенитным нержавеющим сталям. Более конкретно, настоящее раскрытие относится к аустенитным нержавеющим сталям, имеющим повышенное сопротивление ползучести и повышенную коррозионную стойкость в тех случаях, когда они подвергаются воздействию высокотемпературных сред.
Описание уровня техники
Высокотемпературный воздух представляет собой в некоторой степени коррозионную среду. Еще более агрессивные коррозионные условия могут возникать при условии, если водяной пар присутствует в значительном количестве.
Сочетание высокотемпературного воздуха и значительного количества водяного пара является обычным в устройствах для выработки энергии, таких, как, например, газовые турбины, паровые турбины и топливные элементы, и в теплообменниках и рекуператорах, осуществляющих перенос газовых потоков, используемых или образуемых такими устройствами для выработки энергии, а также в оборудовании для обработки, переработки или извлечения химических продуктов или минералов при высоких температурах. Поэтому узлы таких устройств, подвергающихся воздействию этих сред, изготавливают из ряда аустенитных нержавеющих сталей.
Для повышения коррозионной стойкости в аустенитные нержавеющие стали добавляют в различных сочетаниях хром, никель, марганец и другие легирующие добавки. Тем не менее нержавеющие стали и некоторые другие хромосодержащие термостойкие сплавы являются восприимчивыми к коррозии в высокотемпературном воздухе и в высокотемпературном воздухе, содержащем водяной пар. Эта коррозия принимает две различные формы. Низколегированные нержавеющие стали, такие, как, например, сталь марки AISI 304 (номинально 18 мас.% хрома и 8 мас.% никеля, остальное железо), претерпевают ускоренное окисление в присутствие водяного пара. Медленно растущая пленка оксида хрома замещается толстой окалиной, состоящей из быстро растущих смешанных оксидов железа и хрома. Результат заключается в быстрой потере металла вследствие преобразования в оксид. Высоколегированные материалы, такие, как, например, суперферритные хромистые нержавеющие стали и хромоникелевые суперсплавы, проявляют устойчивость к этой форме коррозии, но обнаружено, что они претерпевают потерю массы, когда подвергаются воздействию водяного пара. Оксид, который образуется на некоторых сильнолегированных материалах, представляет собой очень чистый оксид хрома и является восприимчивым к испарению вследствие образования летучих гидроокисей хрома. Результат этой потери хрома при испарении в атмосферу заключается в чрезмерно высокой степени обеднения металлической подложки хромом, и это может приводить к утрате стойкости против окисления при высоких температурах. Переход между упомянутыми выше коррозионными состояниями является относительно сложным, при этом в некоторых сплавах замечены признаки обоих состояний.
В дополнение к коррозии у изделий и узлов в высокотемпературных средах может проявляться свойство ползучести. Ползучесть представляет собой нежелательную пластическую деформацию сплавов, сохраняющуюся в течение продолжительных периодов времени при более низких механических напряжениях, чем нормальное напряжение текучести. Поэтому ползучесть может сказываться на некоторых конструктивных узлах и других узлах, подвергающихся воздействию больших напряжений и высоких температур, например, в устройствах для выработки энергии и связанных с ними устройствах, и в оборудовании и узлах для переработки, обработки и извлечения при высокой температуре химических продуктов или минералов или для высокотемпературной обработки сплавов, или сплавления сплавов. При таких применениях часто желательно, чтобы узлы были образованы из материала, который имеет высокую стойкость к коррозии в условиях высоких температур и который также имеет большое сопротивление ползучести.
Доказано, что легирующая добавка в виде марганца играет некоторую роль в подавлении эффектов испарения оксида хрома. В спецификации многие нержавеющие стали включают марганец в количествах, ограниченных до 2 мас.% или меньших, без задания минимального количества. Марганец в этих сталях не является преднамеренной легирующей добавкой, а включается в сталь в качестве побочного компонента, получаемого из исходного скрапа. Одной аустенитной нержавеющей сталью, предназначенной для использования в условиях высокой температуры, высокого содержания водяного пара, которая включает в себя заметное содержание марганца, является сплав NF709. Сплав NF709 может быть получен от Nippon Steel Corporation в виде бесшовных труб, предназначенных для применения в паровых котлах. Состав сплава NF709, который представлен Nippon Steel в публикации “Quality and properties of NF709 austenitic stainless steel for boiler tubing applications”, приведен в таблице 1. В опубликованном составе задано предельное количество марганца, составляющее 1,5 мас.%, без задания минимального количества. Согласно различным опубликованным отчетам относительно исследования этого сплава типовое промышленное содержание марганца составляет около 1 мас.%. В таблице 1 также представлены некоторые другие аустенитные стали. Концентрации элементов на всем протяжении настоящего описания приведены в процентах по массе в расчете на общую массу сплава, если не указано иное. В таблице 1 «НО» (не оговорено техническими условиями) указывает на то, что в подробной спецификации единой системы нумерации (ЕСН) концентрация элемента не задана.
| Таблица 1 | ||||||
| NF709 | Марка 201L | Esshete 1250 | Nitronic 60 | Марка 309S | Марка 310S | |
| Номер по ЕСН | нет | S20100 | S21500 | S21800 | S30908 | S31008 |
| Углерод | 0,10, макс. | 0,03, макс. | 0,06-0,15 | 0,10, макс. | 0,08, макс. | 0,08, макс. |
| Молибден | 1,0-2,0 | НО | 0,8-1,2 | НО | НО | НО |
| Хром | 19,0-23,0 | 16-18 | 14-16 | 16-18 | 22-24 | 24-26 |
| Никель | 22,0-28,0 | 3,5-5,5 | 9-11 | 8-9 | 12-15 | 19-22 |
| Ниобий | 0,10-0,40 | 0,75-1,25 | 0,75-1,25 | НО | НО | НО |
| Марганец | 1,50, макс. | 5,5-7,5 | 5,5-7,5 | 7-9 | 2,0, макс. | 2,0, макс. |
| Кремний | НО | НО | НО | 3,5-4,5 | 0,75, макс. | 0,75, макс. |
| Титан | 0,02-0,20 | НО | НО | НО | НО | НО |
| Азот | 0,10-0,25 | 0,25, макс. | НО | 0,08-0,18 | НО | НО |
Что касается таблицы 1, то базовая нержавеющая сталь марки AISI 201 аналогична стандартным нержавеющим сталям с содержанием 18 мас.% хрома и 8 мас.% никеля, но при этом часть никеля заменена марганцем для снижения стоимости сплава. В большинстве случаев сплав марки 201 не обладает сопротивлением ползучести и стойкостью к окислению, достаточными для использования при повышенных температурах. Более сильно легированные материалы, такие, как семейство сплавов NITRONIC®, сплав Esshete 1250 и сплав 21-6-9 (S21900 согласно единой системы нумерации), включают в себя небольшие количества никеля (максимальное количество около 11 мас.%) и значительные количества марганца (5-10 мас.%) и обычно рассчитаны на высокий предел ползучести и умеренную стойкость к воздействию окружающей среды. Доступные для приобретения жаростойкие нержавеющие стали, такие, как марки AISI 309S и 310S, обычно включают в себя марганец в количествах до около 2 мас.%. Эти сплавы являются до некоторой степени несовершенными в части металлургической стабильности, что может быть обусловлено их основными составами, поскольку отношение никеля к хрому для этих двух марок при типичных температурах использования приводит к образованию неустойчивых фаз в значительных количествах.
Представляется выгодным получать аустенитные нержавеющие стали, имеющие повышенное сопротивление ползучести при высокой температуре и/или стойкость к коррозии в высокотемпературном воздухе и/или в высокотемпературном воздухе, содержащем водяной пар в значительном количестве. Например, нержавеющие стали, имеющие большую коррозионную стойкость в высокотемпературном воздухе, включающем в себя водяной пар, могут быть успешно использованы, например, в узлах устройств для выработки энергии, включающих в себя, например, газовые турбины, паровые турбины и топливные элементы, которые подвергаются воздействию сильнокоррозионных высокотемпературных сред, содержащих в большом количестве водяной пар. Такие узлы включают в себя теплообменники, рекуператоры, трубопроводы, трубы и некоторые конструктивные узлы. Сплавы, имеющие высокую коррозионную стойкость в высокотемпературном воздухе, также могут быть успешно применены в некоторых устройствах для высокотемпературной переработки, обработки или извлечения химических продуктов или минералов, или для высокотемпературного сплавления, или обработки сплавов. Нержавеющие стали, имеющие значительное сопротивление ползучести при высокой температуре, а также значительную коррозионную стойкость, с достижением преимущества могут быть приспособлены для применения в узлах упомянутых выше устройств, которые подвергаются воздействию значительных механических напряжений.
Сущность изобретения
Согласно настоящему раскрытию предложены аустенитные нержавеющие стали, имеющие повышенное сопротивление ползучести при высокой температуре и/или повышенную стойкость к коррозии, когда они подвергаются воздействию высокотемпературной воздушной среды. Использованный в настоящей заявке термин «высокая температура» относится к температурам, превышающим приблизительно 100°F (около 37,8°С). Согласно одному объекту настоящего раскрытия предложена аустенитная нержавеющая сталь, включающая в себя: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; от более 1,5 до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; до 0,1 титана; железо и побочные примеси. Согласно некоторым, не создающим ограничения вариантам осуществления содержание марганца в стали составляет от, по меньшей мере, 1,6 до 4,0% по массе. Кроме того, согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления аустенитная нержавеющая сталь дополнительно включает в себя один или несколько из следующих элементов: от более чем 0 до 0,50 кремния; от более чем 0 до 0,30 алюминия; от более чем 0 до 0,02 серы; от более чем 0 до 0,05 фосфора; от более чем 0 до 0,1 циркония; и от более чем 0 до 0,1 ванадия. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления содержание титана и/или алюминия в стали не более 0,1 мас.%.
Используемый в настоящей заявке термин «до» без указания нижнего предела включает в себя отсутствие упоминаемого элемента. Кроме того, используемый в настоящей заявке термин «не более» относительно содержания титана и алюминия включает в себя отсутствие этих элементов.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена аустенитная нержавеющая сталь, которая включает в себя: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; от более чем 1,5 до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; до 0,1 титана; до 0,50 кремния; до 0,30 алюминия; до 0,02 серы; до 0,05 фосфора; до 0,1 циркония; до 0,1 ванадия; железо; и побочные примеси. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления содержание марганца в стали составляет от, по меньшей мере, 1,6 до 4,0% по массе. Кроме того, согласно некоторым, не создающим ограничения вариантам осуществления содержание титана и/или алюминия в стали составляет не более 0,1 мас.%.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена аустенитная нержавеющая сталь, которая состоит, по существу, из следующих элементов: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; от более чем 1,5 до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; до 0,1 титана; до 0,50 кремния; до 0,30 алюминия; до 0,02 серы; до 0,05 фосфора; до 0,1 циркония; до 0,1 ванадия; железа; и побочных примесей. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления содержание марганца в стали составляет от, по меньшей мере, 1,6 до 4,0% по массе.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложена аустенитная нержавеющая сталь, которая состоит из: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; от более чем 1,5 до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; до 0,1 титана; до 0,50 кремния; до 0,30 алюминия; до 0,02 серы; до 0,05 фосфора; до 0,1 циркония; до 0,1 ванадия; железа; и побочных примесей. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления стали содержание марганца в стали составляет от по меньшей мере 1,6 до 4,0% по массе.
Еще один аспект настоящего изобретения относится к аустенитной нержавеющей стали, включающей в себя, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; по меньшей мере один элемент из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия; железо; и побочные примеси.
Дальнейший аспект настоящего изобретения относится к аустенитной нержавеющей стали, состоящей, по существу, из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия; до 0,50 кремния; до 0,02 серы; до 0,05 фосфора; до 0,1 циркония; до 0,1 ванадия; железа; и побочных примесей. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления сталь включает в себя от по меньшей мере 1,5 до 4,0% по массе марганца, тогда как согласно другим вариантам осуществления сталь включает в себя от 1,6 до 4,0% по массе марганца.
Дальнейший аспект настоящего изобретения относится к аустенитной нержавеющей стали, состоящей из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода; от 0,08 до 0,2 азота; от 20 до 23 хрома; от 25 до 27 никеля; от 1 до 2 молибдена; до 4,0 марганца; от 0,20 до 0,75 ниобия; по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия; до 0,50 кремния; до 0,02 серы; до 0,05 фосфора; до 0,1 циркония; до 0,1 ванадия; железа; и побочных примесей. Согласно некоторым, не ограничивающим вариантам осуществления сталь включает в себя от по меньшей мере 1,5 до 4,0% по массе марганца, тогда как согласно другим вариантам осуществления сталь включает в себя от 1,6 до 4,0% по массе марганца.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложено изделие промышленного производства, включающее в себя аустенитную нержавеющую сталь, имеющую состав в соответствии с настоящим изобретением. Согласно не ограничивающим вариантам осуществления изделие промышленного производства включает в себя, например, устройства для выработки энергии или узлы таких устройств. Например, изделие промышленного производства может быть выбрано из газовой турбины, паровой турбины, топливного элемента, теплообменника, рекуператора, трубопровода, трубы, конструктивных узлов и других узлов для любого из этих устройств. Другие примеры изделия промышленного производства включают в себя оборудование или трубопроводы, трубы и другие узлы для оборудования, предназначенного для высокотемпературной переработки, обработки или извлечения химических продуктов или минералов, или для высокотемпературного сплавления, или обработки сплавов.
Читателю должны быть понятны упомянутые выше особенности, а также и другие, после рассмотрения следующего подробного описания некоторых, не создающих ограничения вариантов осуществления в рамках настоящего раскрытия. Кроме того, читатель может осознать дополнительные преимущества и подробности после оценивания или использования сплавов и изделий промышленного производства, находящихся в рамках настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Особенности и преимущества сплавов и изделий, описываемых в настоящей заявке, могут быть лучше поняты при обращении к сопровождающим чертежам, на которых:
Фиг. 1 - график изменения массы с течением времени для образцов сплавов, подвергавшихся при 1300°F (704°C) воздействию воздуха, содержавшего 10% водяного пара;
Фиг. 2 - график изменения массы с течением времени для образцов сплавов, подвергавшихся при 1400°F (760°C) воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара;
Фиг. 3 - график изменения массы с течением времени для образцов сплавов, подвергавшихся при 1500°F (815°C) воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара;
Фиг. 4(а) и фиг. 4(b) - микрофотографии окалины, образованной на образцах сплавов, подвергавшихся воздействию высокотемпературных сред, включавших в себя водяной пар;
Фиг. 5 - диаграмма состава оксида, оцененного как молярное отношение MnO к Cr2O3, для нескольких сплавов, подвергавшихся воздействию высокотемпературных сред, включавших в себя водяной пар;
Фиг. 6 - график содержания хрома в двух образцах сплавов в зависимости от глубины проникновения в образец;
Фиг. 7 - график содержания хрома в двух образцах сплавов в зависимости от глубины проникновения в образец;
Фиг. 8 - диаграмма состава оксида, оцененного как молярное отношение MnO к Cr2O3, для образцов с высоким содержанием марганца и низким содержанием марганца, подвергавшихся воздействию высокотемпературных сред, включавших в себя 7% водяного пара; и
Фиг. 9 - график изменения массы с течением времени для образцов сплавов, подвергавшихся при 1400°F (760°C) воздействию воздуха, содержавшего 10% водяного пара.
Описание некоторых не ограничивающих вариантов осуществления
Кроме как в рабочих примерах или в случаях, когда иным образом указаны все числа, выражающие количества ингредиентов, условия обработки и т.п., используемые в настоящем описании и формуле изобретения, подразумеваются изменяемыми во всех возможных случаях с помощью термина «около». Поэтому, если не указано иное, любые числовые параметры, приводимые в последующем описании и приложенной формуле изобретения, являются приблизительными величинами, которые могут изменяться в зависимости от необходимых свойств с целью получения сплавов и изделий в соответствии с настоящим раскрытием. Как минимум, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен быть интерпретирован по меньшей мере в свете ряда представленных значащих цифр и путем применения обычных методов округления.
Несмотря на то, что числовые пределы и параметры, определяющие в дальнейшем широкий объем настоящего изобретения, являются приблизительными величинами, числовые значения, приведенные в настоящей заявке в любых конкретных примерах, представлены по возможности точными. Однако любые числовые значения в своей основе содержат определенные погрешности, такие, как, например, погрешности, обусловленные оборудованием и/или оператором, неизбежные вследствие среднеквадратического отклонения, заложенного в соответствующих измерениях во время испытания. Кроме того, должно быть понятно, что любые числовые пределы, указанные в настоящей заявке, предполагаются включающими в себя границы пределов и все промежуточные значения, отнесенные к ним. Например, предполагается, что пределы от 1 до 10 включают в себя все значения между указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10 (и в том числе указанные значения), то есть имеют минимальное значение, равное или большее чем 1, и максимальное значение, равное или меньшее чем 10.
Любой патент, публикация и другой раскрывающий материал целиком или частично, в отношении которого указано, что он включен в настоящую заявку посредством ссылки, является включенным в настоящую заявку посредством ссылки только в тех случаях, когда включенный материал не противоречит существующим определениям, положениям или другому раскрывающему материалу, изложенному в данном описании. Само по себе и по мере необходимости раскрытие, изложенное в настоящей заявке, заменяет любой противоречащий материал, включенный в настоящую заявку посредством ссылки. Любой материал или часть его, в отношении которого указано, что он включен в настоящую заявку посредством ссылки, но который противоречит существующим определениям, положениям или другому раскрывающему материалу, изложенному в настоящей заявке, является включенным только в тех случаях, когда не возникает противоречие между этим включенным материалом и существующим раскрывающим материалом.
Как описывалось выше, некоторые аустенитные нержавеющие стали используются в изделиях и узлах, подвергающихся воздействию высокотемпературного воздуха или высокотемпературного воздуха, содержащего значительное количество водяного пара. Узлы, подвергающиеся воздействию таких сред, включают в себя, например, поражаемые коррозией узлы устройств для выработки энергии, такие, как газовые турбины, паровые турбины и топливные элементы, и теплообменники и рекуператоры, а также узлы, находящиеся в оборудовании для высокотемпературной переработки, обработки или извлечения химических продуктов или минералов, или для высокотемпературного сплавления, или обработки сплавов. Однако эти стали в определенной степени все же претерпевают изменения в результате коррозионного воздействия, когда подвергаются воздействию этих сред в динамике во времени. Поэтому заявитель попытался определить, повысится ли дополнительно коррозионная стойкость модифицированных аустенитных нержавеющих сталей некоторых химических составов в условиях высокой температуры. Как дополнительно описано ниже, авторы установили, что сплавы, содержащие 1,5 мас.% или меньше марганца, подвержены испарению окалины и последующему разрушению в воздухе, содержащем водяной пар. Отчасти работа авторов нацелена на некоторые новые химические составы аустенитной нержавеющей стали, включающей в себя более 1,5 мас.% марганца помимо значительных уровней хрома и никеля. В результате проведенной работы авторы сделали вывод, заключающийся в том, что аустенитная нержавеющая сталь, имеющая широкий состав, а более предпочтительно номинальный состав, приведенный в таблице 2, будет обладать значительной стойкостью к испарению хромовой окалины в высокотемпературных воздушных средах и в высокотемпературных воздушных средах, включающих в себя водяной пар. Содержание марганца в предложенном сплаве удерживается на минимальном уровне, что, как было обнаружено, значительно повышает стойкость к коррозионному воздействию при высокой температуре.
| Таблица 2 | |||
| Минимальное количество | Максимальное количество | Номинальное количество | |
| Углерод | 0,05 | 0,2 | 0,10 |
| Азот | 0,08 | 0,2 | 0,15 |
| Хром | 20 | 23 | 20,5 |
| Никель | 25 | 27 | 25,5 |
| Молибден | 1 | 2 | 1,5 |
| Марганец | более 1,5 | 4,0 | 1,6 |
| Кремний | 0 | 0,50 | 0,30 |
| Алюминий | 0 | 0,30 | 0,25 |
| Сера | 0 | 0,02 | 0,005 |
| Фосфор | 0 | 0,05 | 0,03 |
| Ниобий | 0,20 | 0,75 | 0,6 |
| Титан | 0 | 0,1 | - |
| Цирконий | 0 | 0,1 | - |
| Ванадий | 0 | 0,1 | - |
В таблице 3 представлена информация по нескольким сплавам, оцененным во время исследования. Все продукты плавок были расплавлены и затем прокатаны до толщины фольги. Продукты 1 и 3 плавок были продуктами лабораторных плавок, продукт 2 плавки был получен в виде экспериментального рулона полосового материала, а продукт 4 плавки был продуктом заводской плавки, полученным в виде промышленного рулона полосового материала. Продукты 1, 3 и 4 плавок были получены с намерением иметь 1,0 мас.% марганца, а продукт 2 плавки был получен с намерением иметь 1,6 мас.% марганца.
| Таблица 3 | ||||
| Продукт 1 плавки | Продукт 2 плавки | Продукт 3 плавки | Продукт 4 плавки | |
| Углерод | 0,10 | 0,087 | 0,076 | 0,078 |
| Молибден | 1,54 | 1,53 | 1,54 | 1,50 |
| Хром | 20,01 | 21,0 | 20,19 | 20,4 |
| Никель | 25,42 | 26,0 | 25,57 | 26,0 |
| Ниобий | 0,65 | 0,30 | 0,30 | 0,34 |
| Марганец | 0,99 | 1,61 | 1,03 | 0,99 |
| Титан | 0,077 | 0,01 | - | 0,02 |
| Азот | 0,143 | 0,10 | 0,13 | 0,1 |
Сравнение вариантов с содержанием (номинальным) марганца 1,6 и 1,0% по массе, приведенных в таблице 3 в качестве продуктов 2 и 4 плавок, соответственно, показало, что модификация с более низким содержанием марганца является более восприимчивой к испарению окалины в увлажненном воздухе, особенно при более высоких температурах. Со временем это может приводить к неблагоприятному воздействию окружающей среды. Испытания проводились следующим образом.
Образцы подвергались воздействию влажного воздуха в диапазоне температур 1300-1500°F (704-815°С). Как показано на фиг. 1, образец с высоким содержанием марганца (около 1,6 мас.% марганца, продукт 2 плавки) и образец с низким содержанием марганца (около 1,0 мас.% марганца, продукт 3 плавки) имеют сходную кинетику оксидирования в значениях изменения массы (мг/см2) с течением времени в тех случаях, когда при 1300°F (704°С) подвергались воздействию воздуха, содержавшего 10% водяного пара. Образец с низким содержанием марганца обычно характеризуется несколько меньшим увеличением массы с до некоторой степени нерегулярным поведением.
На фиг. 2 показано изменение массы с течением времени для образцов сплавов с высоким содержанием марганца (продукт 2 плавки) и с низким содержанием марганца (продукт 4 плавки) для случаев, когда образцы при 1400°F (760°С) подвергались воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара. При этих условиях образцы имели весьма различную кинетику оксидирования. Во время первой части испытания масса образца с высоким содержанием марганца увеличивается быстро, но затем возрастание массы существенно замедляется. После завершения испытания, продолжавшегося 5000 ч, два образца имели, по существу, одинаковое увеличение массы.
На фиг. 3 показано изменение массы со временем для образцов сплавов с высоким содержанием марганца (продукт 2 плавки) и низким содержанием марганца (продукт 4 плавки) для случаев, когда образцы при 1500°F (815°С) подвергались воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара. Кривая свидетельствует, что образец с низким содержанием марганца характеризуется значительным испарением окалины во время периода испытания. Сплав с более высоким содержанием марганца не характеризуется таким же изменением массы в течение ограниченного воздействия внешней среды при испытании.
Образцы, подвергавшиеся суммарному воздействию в продолжение 5000 ч в условиях 1300°F (704°С) и 1400°F (760°С), указанных выше, закрепляли, полировали и исследовали. Окалина, которая образовалась на образцах с высоким содержанием марганца, оказалась тонкой, плотной и, по существу, не имеющий резко выраженных особенностей. Вариант с низким содержанием марганца характеризуется образованием пустот в подслойной окалине после того, как при 1300°F (704°С) он подвергался воздействию влажного воздуха. Окалина поверх этих пустот, показанная на фиг. 4а, несколько толще, чем окалина в других местах. Рассеянные оксидные включения наблюдаются на образцах с низким содержанием марганца, подвергавшихся воздействию влажного воздуха при 1400°F (760°С). Примеры включений показаны на фиг. 4b. Многочисленные небольшие выступающие включения появляются в процессе разрывания окалины.
Кроме того, образцы исследовались с увеличением изображения после того, как подвергались при 1500°F (815°С) воздействию воздуха, содержавшего водяной пар. Было обнаружено, что спустя примерно 3000 ч небольшие включения смешанных оксидов образовались в окалине образца с низким содержанием марганца (около 1,0 мас.% марганца, продукт 4 плавки). Образцы с низким содержанием марганца повторно исследовались с увеличением изображения после воздействия внешней среды в течение примерно 8000 ч, и было установлено, что оксидные включения значительно выросли по размеру. Образец с высоким содержанием марганца (около 1,6 мас.% марганца, продукт 2 плавки) был исследован спустя примерно 3500 ч, и в окалине включения не были обнаружены.
Микроанализ с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) использовался для определения общего состава окалин. Окалины были относительно тонкими (2-3 мкм), что затрудняло получение детального профиля состава. В большинстве случаев измерения были ограничены местами вблизи границы раздела окалина/сплав и вблизи границы раздела окалина/газ. Было обнаружено, что сплав с высоким содержанием марганца (продукт 2 плавки) характеризуется значительно большей сегрегацией марганца от сплава к окалине. На фиг. 5 показаны диаграммы состава оксида, оцененного в виде молярного отношения MnO к Cr2O3, определенного путем использования в сканирующем электронном микроскопе рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии (РЭДС) с полуколичественной интерпретацией для нескольких образцов на границе раздела окалина/сплав и границе раздела окалина/газ. В материале с низким содержанием марганца насыщение марганцем не обнаружено (то есть отношение MnO/Cr2O3, составляющее 1,0) на границе раздела окалина/газ при 1300°F (704°С), а граничная линия насыщения появляется при 1400°F (760°С). Считается, что достижение насыщения марганцем в шпинели является важным для обеспечения стойкости к испарению.
Та же самая технология (рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия в сканирующем электронном микроскопе с количественным определением нестандартным и стандартным методами) была использована для определения степени и глубины обеднения хромом в нижележащем металле после воздействия высокотемпературного воздуха, включавшего в себя водяной пар. На фиг. 6 показаны графики зависимости концентрации хрома от глубины внутрь поверхности образца для образцов с высоким содержанием марганца и низким содержанием марганца из продуктов 2 и 4 плавок, соответственно, подвергавшихся в течение 5000 ч при 1300°F (704°С) воздействию воздуха, содержавшего 10% водяного пара. Обеднение, выраженное в концентрации хрома, наблюдаемое для образца с низким содержанием марганца, значительно более высокое непосредственно возле границы раздела окалина/металл. Глубина обеднения от образца к образцу не является существенно различной. Профили хрома, полученные для каждого образца, являются очень крутыми, указывая на то, что хром не может быстро диффундировать изнутри образца к границе раздела окалина/сплав.
На фиг. 7 показаны графики зависимости концентрации хрома от глубины внутрь поверхности образца для образцов с высоким содержанием марганца и низким содержанием марганца, продуктов 2 и 4 плавок, соответственно, подвергавшихся в течение 5000 ч при 1400°F (760°С) воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара. Как и на фиг. 6, на границе раздела окалина/металл обеднение хромом для образца с низким содержанием марганца значительно больше, чем для образца с высоким содержанием марганца. Было обнаружено, что влияние обеднения хромом при 1400°F (760°С), выраженное в конечном содержании хрома на границе раздела окалина/сплав, ненамного больше по сравнению с показанным на фиг. 6, но градиент, видимый на фиг. 7, продолжается намного глубже в подложку. Это может происходить в силу того, что диффузия хрома в металл при 1400°F (760°C) является достаточно быстрой для делокализации эффектов обеднения хромом вследствие окисления.
На фиг. 8 представлена диаграмма, показывающая состав оксида, определенного в виде молярного отношения MnO к Cr2O3 путем использования рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии (РЭДС) с полуколичественной интерпретацией в сканирующем электронном микроскопе для образцов с высоким содержанием марганца и низким содержанием марганца, полученных из продуктов 2 и 4 плавок, соответственно, подвергавшихся воздействию высокотемпературного воздуха, содержавшего 7% водяного пара. Измерения осуществлялись на границе раздела окалина/сплав и границе раздела окалина/газ. Оценки, производившиеся после воздействия воздухом до 1300°F (704°C) и до 1400°F (760°C), были выполнены по истечении времени воздействия, составлявшего около 5000 ч. Оценки, производившиеся после воздействия при 1500°F (815°C), были выполнены по истечении времени воздействия, составлявшего около 3000 ч. Материал с низким содержанием марганца не характеризуется насыщением марганцем (то есть отношением MnO/Cr2O3, составляющим 1) на границе раздела окалина/газ при 1300°F (704°C) и при 1500°F (815°C), а граничная линия насыщения появляется при 1400°F (760°C).
Ряд плавок сплавов с более высоким содержанием марганца был получен для оценивания реагирования стойкости к окислению в ответ на дальнейшее повышение содержания марганца. В таблице 4 приведен химический состав дополнительных продуктов плавок, обозначенных как продукты 5 и 6 плавок.
| Таблица 4 | ||
| Продукт 5 плавки | Продукт 6 плавки | |
| Углерод | 0,04 | 0,03 |
| Марганец | 2,04 | 3,82 |
| Фосфор | 0,006 | 0,006 |
| Сера | 0,0069 | 0,003 |
| Кремний | 0,26 | 0,17 |
| Хром | 19,4 | 19,81 |
| Никель | 23,19 | 23,22 |
| Алюминий | 0,07 | 0,17 |
| Молибден | 1,2 | 1,25 |
| Медь | 0,010 | 0,010 |
| Титан | 0,004 | 0,004 |
| Азот | 0,051 | 0,058 |
| Ниобий | 0,39 | 0,39 |
На фиг. 9 представлены графики зависимости изменения массы с течением времени для образцов сплавов из продукта 2 плавки (1,61 мас.% марганца), продукта 5 плавки (2,04 мас.% марганца) и продукта 6 плавки (3,82 мас.% марганца), подвергавшихся при 1400°F (760°C) воздействию воздуха, содержавшего 7% водяного пара. Результаты свидетельствуют, что при более высоких содержаниях марганца получается большее первоначальное увеличение массы вследствие образования окалины. Хотя увеличения массы, показанные на фиг. 9, не производят впечатление проблематичных, можно думать, что более высокие содержания марганца, свыше около 4 мас.%, будут приводить к дополнительному образованию окалины и увеличениям массы и последующему нежелательному возникновению растрескивания материала.
Были получены дополнительные продукты плавок, с 7 по 11, указанные в таблице 5. Продукты плавок имели в своем составе менее 0,1 мас.% титана. Кроме того, продукты 7, 8 и 11 плавок имели в своем составе менее 0,1 мас.% алюминия.
| Таблица 5 | |||||
| Продукт 7 плавки | Продукт 8 плавки | Продукт 9 плавки | Продукт 10 плавки | Продукт 11 плавки | |
| Углерод | 0,086 | 0,088 | 0,078 | 0,091 | 0,080 |
| Молибден | 1,54 | 1,52 | 1,50 | 1,52 | 1,54 |
| Хром | 20,99 | 20,95 | 20,4 | 20,35 | 25,83 |
| Никель | 25,92 | 26,02 | 26,0 | 25,7 | 20,42 |
| Ниобий | 0,30 | 0,30 | 0,34 | 0,38 | 0,36 |
| Марганец | 1,61 | 1,79 | 0,99 | 1,03 | 1,52 |
| Титан | 0,010 | <0,01 | 0,02 | 0,001 | 0,06 |
| Азот | 0,0955 | 0,1130 | 0,10 | 0,104 | 0,12 |
| Кремний | 0,41 | 0,40 | 0,47 | 0,33 | 0,36 |
| Сера | <0,01 | <0,01 | 0,0001 | 0,0001 | 0,0005 |
| Алюминий | <0,01 | <0,01 | 0,16 | 0,34 | 0,02 |
| Бор | 0,0033 | 0,0029 | 0,0047 | 0,0047 | 0,0052 |
Как рассматривалось выше, аустенитные нержавеющие стали, подвергавшиеся воздействию высокой температуры в течение длительных периодов времени, могут быть склонными к ползучести. Большинство аустенитных нержавеющих сталей имеют в своем составе относительно небольшие количества титана и алюминия для облегчения раскисления расплавленного металла во время плавки и разливки. Кроме того, эти элементы осаждаются в виде нитридов и, возможно, интерметаллических фаз в твердом состоянии. Эти осажденные фазы очень трудно или невозможно растворить во время переработки. Избыточное образование нитридов будет иметь результатом снижение содержания азота в твердом растворе, при этом будет снижаться предел ползучести сплава. Кроме того, нитриды и интерметаллические фазы могут делать обработку более трудной, особенно в тех случаях, когда осуществляют формоизменение стали путем гибки или штамповки с образованием профилей деталей.
Поэтому для повышения предела текучести и способности к формоизменению сплава во время гибки, штамповки и аналогичных этапов механической обработки предпочтительные химические составы аустенитных нержавеющих сталей из настоящего раскрытия включают в себя по меньшей мере один элемент из не более чем 0,1 мас.% титана и не более чем 0,1 мас.% алюминия. Для большего повышения сопротивления ползучести и способности к формоизменению предпочтительно, чтобы аустенитные нержавеющие стали по настоящему изобретению включали в себя не более чем 0,1 мас.% титана и не более чем 0,1 мас.% алюминия.
Исходя из вышеизложенного, аустенитная нержавеющая сталь, имеющая исследованные химические составы и включающая в себя марганец в количествах от более 1,5 мас.% и до около 4 мас.%, должна иметь выгодную стойкость к агрессивному воздействию высокой температуры в воздухе, который может включать в себя значительное количество водяного пара, и без ущерба свойствам вследствие образования избыточной окалины и растрескивания. Точнее, широкие и номинальные составы сплавов, приведенные в таблице 2, предлагаются для аустенитных нержавеющих сталей с высокой стойкостью к коррозионному воздействию высокотемпературного воздуха и высокотемпературного воздуха, включающего в себя водяной пар. Предпочтительное количество марганца находится в пределах от по меньшей мере 1,6 до около 4% по массе, а более предпочтительное количество марганца находится в пределах от по меньшей мере 1,6 до около 2,0% по массе марганца.
Дополнительные предложенные сплавы, имеющие повышенное сопротивление ползучести и повышенную способность к формоизменению, имеют общий химический состав, показанный в таблице 2, но включают в себя не более 0,1 мас.% титана и/или не более 0,1 мас.% алюминия. Ожидаемое повышение сопротивления ползучести, вытекающее из пределов содержания титана и/или алюминия, необязательно связано с повышенной коррозионной стойкостью при высокой температуре, обеспечиваемой заданием содержания марганца в пределах от более 1,5 мас.% до около 4 мас.%. Вместо этого содержание марганца в сплаве, предложенном в настоящей заявке, имеющем повышенное сопротивление ползучести и повышенную способность к формоизменению, может быть на любом уровне до около 4,0 мас.%. Поэтому сплав из нижеследующей таблицы 6 должен иметь выигрышные характеристики сопротивления ползучести и способности к формоизменению, и при этом предпочтительный химический состав включает в себя не более 0,1 мас.% титана и не более 0,1 мас.% алюминия.
| Таблица 6 | ||
| Минимальное количество | Максимальное количество | |
| Углерод | 0,05 | 0,2 |
| Азот | 0,08 | 0,2 |
| Хром | 20 | 23 |
| Никель | 25 | 27 |
| Молибден | 1 | 2 |
| Марганец | 0 | 4,0 |
| Кремний | 0 | 0,50 |
| Алюминий* | 0 | 0,30 |
| Сера | 0 | 0,02 |
| Фосфор | 0 | 0,05 |
| Ниобий | 0,20 | 0,75 |
| Титан* | 0 | 0,1 |
| Цирконий | 0 | 0,1 |
| Ванадий | 0 | 0,1 |
| * По меньшей мере одного элемента из Ti и Al не более 0,1. |
Сплав, обнаруживающий выигрышное сопротивление ползучести при высокой температуре, повышенную способность к формоизменению и выигрышную стойкость к коррозионному воздействию в высокотемпературном воздухе, включающем в себя водяной пар, имеет состав, показанный в таблице 6, и при этом состав к тому же задается так, что содержание марганца составляет от более 1,5 до 4,0% по массе, предпочтительно, чтобы оно составляло от по меньшей мере 1,6 до около 4,0% по массе, и более предпочтительно, чтобы оно составляло от по меньшей мере 1,6 до около 2,0% по массе. С достижением преимущества такой сплав может быть применен при изготовлении, например, конструктивных узлов и других узлов упомянутых ранее устройств для выработки энергии и устройств для переработки, обработки и извлечения, которые подвергаются воздействию механических напряжений и воздействию высокотемпературного воздуха, включающего в себя водяной пар.
Необязательное ограничение на составы аустенитных нержавеющих сталей, предложенные в настоящей заявке, накладываемое для большей гарантии значительного сопротивления ползучести, заключается в том, что отношение ниобия к углероду в сплавах удовлетворяет следующему соотношению:
0,7< (ниобий/углерод) ≤1,0,
где содержания ниобия и углерода в соотношении выражены в атомных процентах.
Составы новых, стойких к коррозии аустенитных нержавеющих сталей, раскрытые в настоящей заявке, могут быть выполнены известным способом, таким, как известная технология вакуумного переплава лома и других материалов. Получающиеся в результате продукты могут быть переработаны с помощью известных технологий в заготовки, слябы, пластины, рулоны, листы и другие промежуточные изделия и затем дополнительно переработаны в конечные изделия промышленного производства. Повышенная способность к формоизменению вариантов сплавов в рамках настоящего раскрытия, включающих в себя не более 0,1 мас.% титана и/или не более 0,1 мас.% алюминия, позволяет получать плоский прокат (такой, как полоса, лист, пластина, рулон и т.п.), образованный из сплавов, для дальнейшей переработки в изделия, имеющие относительно сложные формы. Эта характеристика сплавов является выигрышной по сравнению с характеристикой сплава NF709, который обладает более ограниченной способностью к формоизменению и обычно перерабатывается только экструзией в бесшовную трубу.
Новые аустенитные нержавеющие стали согласно настоящему раскрытию могут быть использованы в любом подходящем оборудовании и в любых условиях, но сплавы особенно пригодны для использования в оборудовании и узлах, подвергающихся в течение продолжительных периодов времени воздействию высокой температуры или высокой температуры и значительного количества водяного пара. Например, сопротивление ползучести и/или коррозионная стойкость при высокой температуре сплавов, раскрытых в настоящей заявке, делает их особенно пригодными для использования при изготовлении трубопроводов, труб, конструктивных узлов и других узлов оборудования, предназначенного для высокотемпературной переработки, обработки или извлечения химических продуктов или минералов, или высокотемпературного сплавления, или обработки сплавов; трубопроводов, труб, конструктивных узлов и других узлов устройств для выработки энергии, таких, как, например, газовые турбины, паровые турбины и топливные элементы; и узлов теплообменников, рекуператоров и другого оборудования управления газовыми потоками, используемого в устройствах для выработки энергии. Другие применения сплавов, раскрытые в настоящей заявке, должны быть очевидными для специалистов в данной области техники после рассмотрения настоящего описания сплавов.
Хотя в предшествующем описании в силу необходимости представлено ограниченное число вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения в составах и других деталях примеров, которые описаны и пояснены в настоящей заявке с целью разъяснения сущности изобретения, могут быть сделаны специалистами в данной области техники, и все такие модификации будут оставаться в рамках принципа и объема изобретения, отраженных в описании и прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в вариантах осуществления, описанных выше, могут быть сделаны изменения без отступления от широкой идеи изобретения. Поэтому понятно, что это изобретение не ограничено конкретными раскрытыми вариантами осуществления, а предполагается охватывающим модификации, которые находятся в рамках принципа и объема изобретения, определенных формулой изобретения.
1. Аустенитная нержавеющая сталь, содержащая, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более чем 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,1 титана, железо и побочные примеси.
2. Сталь по п.1, которая содержит от 1,6 до 4,0 мас.% марганца в расчете на общую массу стали.
3. Сталь по п.1, которая дополнительно содержит по меньшей мере один из следующих элементов, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от более чем 0 до 0,50 кремния, от более чем 0,07 до 0,30 алюминия, от более чем 0 до 0,02 серы, от более чем 0 до 0,05 фосфора, от более чем 0 до 0,1 циркония и от более чем 0 до 0,1 ванадия.
4. Сталь по п.1, в которой по меньшей мере один элемент из титана и алюминия ограничен пределом до не более чем 0,1 мас.% в расчете на общую массу стали.
5. Сталь по п.1, в которой отношение ниобия к углероду в стали удовлетворяет соотношению:
0,7<(ниобий/углерод)≤1,0,
где содержания ниобия и углерода выражены в атомных процентах.
6. Сталь по п.1, содержащая, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более чем 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, до 0,1 титана, до 0,50 кремния, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железо и побочные примеси.
7. Сталь по п.6, которая содержит от 1,6 до 4,0 мас.% марганца в расчете на общую массу стали.
8. Сталь по п.6, в которой по меньшей мере один элемент из титана и алюминия ограничен пределом до не более чем 0,1 мас.% в расчете на общую массу стали.
9. Сталь по п.1, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более чем 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, до 0,1 титана, до 0,50 кремния, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
10. Сталь по п.9, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от 1,6 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, до 0,1 титана, до 0,50 кремния, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
11. Сталь по п.10, в которой по меньшей мере один элемент из титана и алюминия ограничен пределом до не более чем 0,1 мас.% в расчете на общую массу стали.
12. Сталь по п.1, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более чем 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, до 0,1 титана, до 0,50 кремния, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
13. Сталь по п.12, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от 1,6 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, до 0,1 титана, до 0,50 кремния, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
14. Сталь по п.12, в которой по меньшей мере один элемент из титана и алюминия ограничен пределом до не более чем 0,1 мас.% в расчете на общую массу стали.
15. Изделие из аустенитной нержавеющей стали, содержащей, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от более 1,5 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, от 0,07 до 0,30 алюминия, до 0,1 титана железа и побочных примесей.
16. Изделие по п.15, в котором аустенитная нержавеющая сталь содержит от 1,6 до 4,0 мас.% марганца в расчете на общую массу стали.
17. Изделие по п.15, в котором аустенитная нержавеющая сталь дополнительно содержит по меньшей мере один из следующих элементов, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от более чем 0 до 0,50 кремния, от более чем 0,07 до 0,30 алюминия, от более чем 0 до 0,02 серы, от более чем 0 до 0,05 фосфора, от более чем 0 до 0,1 циркония и от более чем 0 до 0,1 ванадия.
18. Изделие по п.15, в котором по меньшей мере один элемент из титана и алюминия в аустенитной нержавеющей стали ограничен пределом до не более чем 0,1 мас.% в расчете на общую массу стали.
19. Изделие по п.15, причем изделие представляет собой устройство для выработки энергии или устройство для переработки или обработки по меньшей мере одного из: химического продукта, минерала или сплава.
20. Изделие по п.15, причем изделие выбрано из группы, состоящей из газовой турбины, паровой турбины, топливного элемента и узлов для любого из этих изделий.
21. Изделие по п.15, причем изделие представляет собой устройство или узел, который принимает газы, используемые или создаваемые устройством для выработки энергии.
22. Изделие по п.15, причем изделие представляет собой теплообменник, или узел теплообменника, или рекуператор, или узел рекуператора.
23. Изделие по п.15, причем изделие представляет собой узел устройства, приспособленного для по меньшей мере одного из:
переработки при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта, минерала и сплава, или
обработки при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта, минерала и сплава, или
извлечения при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта и минерала.
24. Аустенитная нержавеющая сталь, содержащая, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере один элемент из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, железо и побочные примеси, причем отношение ниобия к углероду в стали удовлетворяет соотношению:
0,7<(ниобий/углерод)≤1,0,
где содержания ниобия и углерода в соотношении выражены в атомных процентах.
25. Сталь по п.24, при этом сталь содержит от 1,6 до 4,0 мас.% марганца в расчете на общую массу стали.
26. Сталь по п.24, дополнительно содержащая по меньшей мере один из следующих элементов, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от более чем 0 до 0,50 кремния, от более чем 0 до 0,02 серы, от более чем 0 до 0,05 фосфора, от более чем 0 до 0,1 циркония и от более чем 0 до 0,1 ванадия.
27. Сталь по п.24, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, до 0,50 кремния, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
28. Сталь по п.24, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от 1,6 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, до 0,50 кремния, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
29. Сталь по п.24, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, до 0,50 кремния, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
30. Сталь по п.29, которая состоит по существу из, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, от 1,6 до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере одного элемента из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, до 0,50 кремния, до 0,02 серы, до 0,05 фосфора, до 0,1 циркония, до 0,1 ванадия, железа и побочных примесей.
31. Изделие из аустенитной нержавеющей стали, содержащей, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от 0,05 до 0,2 углерода, от 0,08 до 0,2 азота, от 20 до 23 хрома, от 25 до 27 никеля, от 1 до 2 молибдена, до 4,0 марганца, от 0,20 до 0,75 ниобия, по меньшей мере один элемент из не более чем 0,1 титана и не более чем 0,1 алюминия, железа и побочных примесей, причем отношение ниобия к углероду в стали удовлетворяет соотношению:
0,7<(ниобий/углерод)≤1,0,
где содержания ниобия и углерода в соотношении выражены в атомных процентах.
32. Изделие по п.31, в котором аустенитная нержавеющая сталь содержит от 1,6 до 4,0 мас.% марганца в расчете на общую массу стали.
33. Изделие по п.31, в котором аустенитная нержавеющая сталь дополнительно содержит по меньшей мере один из следующих элементов, в процентах по массе в расчете на общую массу стали: от более чем 0 до 0,50 кремния, от более чем 0 до 0,02 серы, от более чем 0 до 0,05 фосфора, от более чем 0 до 0,1 циркония и от более чем 0 до 0,1 ванадия.
34. Изделие по п.31, при этом изделие представляет собой устройство для выработки энергии или устройство для переработки или обработки по меньшей мере одного из: химического продукта, минерала или сплава.
35. Изделие по п.31, при этом изделие выбрано из группы, состоящей из газовой турбины, паровой турбины, топливного элемента и узлов для любого из этих изделий.
36. Изделие по п.31, при этом изделие представляет собой устройство или узел, который принимает газовые потоки, используемые или создаваемые устройством для выработки энергии.
37. Изделие по п.36, при этом изделие представляет собой теплообменник, или узел теплообменника, или рекуператор, или узел рекуператора.
38. Изделие по п.31, при этом изделие представляет собой узел устройства, приспособленного для по меньшей мере одного из:
переработки при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта, минерала и сплава или
обработки при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта, минерала и сплава или
извлечения при высокой температуре по меньшей мере одного из химического продукта и минерала.
