Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь


 


Владельцы патента RU 2493285:

Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, используемым для изготовления рабочих колес гидротурбин и насосов, работающих в условиях циклических знакопеременных нагрузок, кавитационной эрозии и интенсивного коррозионного воздействия в пресной воде. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,01-0,06, кремний 0,10-0,40, марганец 0,20-0,80, хром 12,50-14,00, никель 3,00-4,50, медь 0,70-1,20, молибден 0,20-0,40, сера 0,001-0,01, фосфор 0,001-0,015, церий 0,005-0,025, кальций 0,005-0,02, алюминий 0,005-0,02, азот <0,005, водород ≤0,00025, железо остальное. Сталь обладает высокой пластичностью, повышенной ударной вязкостью при отрицательных температурах и высокой кавитационной стойкостью. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям, в частности, к сталям, которые могут быть использованы для изготовления рабочих колес гидротурбин и насосов, работающих в условиях циклических знакопеременных нагрузок, кавитационной эрозии и интенсивного коррозионного воздействия в пресной воде.

Известны для этих целей коррозионностойкие стали мартенситно-ферритного класса 08Х14НД и 10Х12НД по ГОСТ 977-88. Эти стали обладают достаточно высоким уровнем механических свойств, хорошей коррозионной стойкостью и хорошей технологичностью при изготовлении литых деталей. Однако известные марки сталей не обеспечивают необходимого уровня коррозионной усталости и * недостаточно технологичны при обработке давлением и сварке. Кроме того, имеют недостаточно высокую ударную вязкость при отрицательных температурах.

Известна коррозионностойкая сталь мартенситно-аустенитного класса, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, кальций, иттрий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,05-0,10
Кремний 0,01-0,40
Марганец 1,00-1,50
Хром 14,00-16,00
Никель 3,50-3,90
Медь 1,00-1,50
Молибден 0,30-0,45
Кальций 0,01-0,10
Иттрий 0,01-0,10
Железо и примеси - остальное

(SU 665018, C22C 38/44, опубликовано 30.05.1979)

Недостатком данной стали является повышенное содержание 6-феррита, что не обеспечивает достаточной пластичности стали, что в свою очередь понижает деформируемость стали, вызывая образование трещин на заготовках. Кроме того, сталь не обладает требуемой ударной вязкостью при отрицательных температурах и высокой кавитационной стойкостью.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является высокопрочная коррозионностойкая сталь CA6NM/Grade А, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, вольфрам, ванадий серу, фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод ≤0,062
Кремний ≤1,00
Марганец ≤1,00
Хром 11,50-14,00
Никель 3,50-4,50
Молибден 0,40-1,00
Медь ≤0,50
Вольфрам ≤0,10
Ванадий ≤0,05
Сера ≤0,03
Фосфор ≤0,04
Железо остальное

(ASTM A487/А487М. Version 93)

Сталь CA6NM после окончательной термообработки имеет предел текучести не менее 550 МПа, предел прочности не менее 760 МПа, относительное удлинение не менее 15%, относительное сужение не менее 35% и твердость 235 НВ. Однако при изготовлении больших отливок для рабочих колес гидротурбин и насосов в структуре металла появляется δ-феррита, который приводит к снижению коррозионно-усталостной прочности стали, кавитационной стойкости и падению ударной вязкости при отрицательных температурах.

Задачей изобретения и техническим результатом является создание высокопрочной коррозионностойкой стали с высокой пластичностью, повышенной ударной вязкостью при отрицательных температурах и высокой кавитационной стойкостью.

Технический результат достигается тем, что высокопрочная коррозионностойкая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, серу, фосфор, церий, кальций, алюминий и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,01-0,06
Кремний 0,10-0,40
Марганец 0,20-0,80
Хром 12,50-14,00
Никель 3,00-4,50
Медь 0,70-1,20
Молибден 0,20-0,40
Серу 0,001-0,01
Фосфор 0,001-0,015
Церий 0,005-0,025
Кальций 0,005-0,02
Алюминий 0,005-0,02
азот <0,005
водород ≤0,00025
Железо остальное.

Технический результат также достигается тем, что суммарное содержание церия, кальция и алюминия составляет 0,02-0,06 мас.%; содержание никеля [Ni] в стали связано с содержание хрома и молибдена [Cr+Mo] в стали следующим соотношением [Ni]=3,00+0,50{[Cr+Mo] - 12,25±0,25} мас.%.

Введение в состав стали алюминия в количестве 0,005-0,02 мас.% в сочетании с химически активными элементами кальцием и церием благоприятно изменяет форму неметаллических включений, снижает в стали содержание кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает и упрочняет границы зерен и измельчает структуру литой стали, что приводит к повышению прочности, пластичности и ударной вязкости, особенно при низких температурах. Кальций и церий благоприятно воздействуют и на характер нитридных включений, способствуют переходу пленочных включений нитридов алюминия в глобулярные комплексы оксисульфонитридных образований.

При содержании Al менее 0,005 мас.% его воздействие на свойства стали малоэффективно, а при содержании его выше 0,02 мас.% вызывает избыточное обогащение границ зерен неметаллическими включениями, что отрицательно сказывается на свойствах стали. Кроме того, при избыточном содержании Al резко снижается разливаемость стали.

При суммарном содержании Al, Ca и Ce ниже 0,02 мас.% их воздействие па свойства стали малоэффективно, а при их суммарном содержании выше 0,06 мас.% вызывает избыточное обогащение границ зерен неметаллическими включениями, что отрицательно сказывается на свойствах стали, снижается коррозионно-усталостная прочность, кавитационная стойкость и ударная вязкость, особенно, при Отрицательных температурах.

Оптимальное содержание углерода 0,01-0,06 мас.% обеспечивает высокую технологичность стали и способствует получению высокой прочности, коррозионной и кавитационной стойкости, а также более высоких значений пластичности и ударной вязкости.

Содержанием кремния в пределах 0,10-0,40 мас.% обеспечивает эффективное раскисление. При более низком содержании кремния возможно появление газовых пузырей и ухудшение макроструктуры стали, что отрицательно повлияет на ее прочностные характеристики стали. При более высоком содержании кремния заметно снижается ударная вязкость и пластичность стали.

Содержание хрома 12,5-14,0 мас.% и никеля 3,00-4,50 мас.%, а также связь содержания никеля [Ni] в стали с содержанием хрома и молибдена [Cr+Mo] в стали соотношением [Ni]=3,00±0,50{[Cr+Mo]-12,25±0,25} мас.%, является оптимальным для получения стабильной мартенситной структуры стали с незначительным содержанием аустенита в пределах от 5 до 15%, что обеспечивает высокие механические свойства стали и ее высокую коррозионно-кавитационную стойкость.

Содержание меди 0,70-1,20 мас.% способствует повышению прочности за счет выделения интерметаллидных фаз и повышению коррозионно-кавитационной стойкости. Кроме того, наличие меди в таком количестве в стали способствует равномерности свойств в отливках разного сечения за счет обратной ликвации. Наличие меди, как аустенитизирующего элемента способствует образованию структуры мартенсита с аустенитом, без присутствия δ-феррита. Прослойки пластичной фазы аустенита являются препятствием для распространения трещин. Содержание меди более 1,20 мас.% снижает пластические свойства стали при ковке.

Содержания серы 0,001-0,01 мас.%, и фосфора 0,001-0,015 мас.%, способствует получению более высоких значений пластичности и ударной вязкости стали.

Ограничение содержания водорода до 0,00025 мас.% уменьшает вероятность образования флокенов и водородного охрупчивания стали. Заметное отрицательное влияние водорода проявляется при содержании его более 0,00025 мас.% и с ростом его концентрации изменяется характер разрушения стали - от вязкого к типично хрупкому (разрушение сколом). Ограничение содержания азота до 0,005 мас.% способствует повышению пластичности и ударной вязкости стали.

В таблице 1 приведен химический состав стали по изобретению (плавки 1-3) и состав известной стали (плавка 4). Стали исследовались на металле лабораторных плавок. Выплавку проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые заготовки, часть металла подвергалась прокатке на толщину 20 мм.

В таблице 2 приведены механические свойства сталей, полученные после оптимальной термообработки.

Кавитационную стойкость определяли по результатам испытаний на магнитострикционной установке при амплитуде колебаний никелевого вибратора 70 мк и частоте колебаний 4000 Гц по потере, массы через каждый час, а также с чередованием коррозионного и кавитационного воздействия (таблица 3).

Из представленных данных следует, что сталь по изобретению имеет значительное преимущество по уровню прочности, пластичности и ударной вязкости по сравнению с известной сталью.

Экспресс-испытания на коррозионную стойкость в условиях воздействия раствора хлорида натрия при повышенных температурах также показали преимущество стали по изобретению.

Использование предложенной стали в качестве высокопрочного коррозионно-стойкого материала для рабочих колес гидротурбин и насосов позволит повысить эксплуатационную стойкость рабочих колес и увеличить межремонтный срок.

Таблица 1
Химический состав предлагаемой и известной стали.
Содержание компонентов, мас.% Номер плавки
1 2 4
Углерод 0,01 0,04 0,06 0,06
Кремний 0,10 0,25 0,40 1,00
Марганец 0,20 0,40 0,80 1,0
Хром 12,50 13,00 14,00 11,50
Никель 3,00 3,50 4,50 3,5
Медь 0,70 0,98 1,20 0,50
Кальций 0,005 0,01 0,02 -
Церий 0,015 0,008 0,02 -
Алюминий 0,005 0,008 0,02 -
Молибден 0,20 0,30 0,40 0,60
Вольфрам - - - 0,10
Ванадий - - - 0,03
Сера 0,006 0,005 0,008 0,03
Фосфор 0,015 0,015 0,009 0,040
Водород 0,0002 0,00025 0,0002 0,0003
Азот 0,0049 0,0049 0,0049 0,015
Железо остальное остальное остальное остальное
Таблица 2
Механические свойства предлагаемой и известной сталей
Номер плавки Вид продукции σ0,2, МПа σb, МПа δ, % ψ, % KCV, Дж/см2 при температуре, °C
+20 -60
1 отливка 668 790 21 64 145 75
2 665 790 20,5 65 145 73
3 675 795 19,5 63 140 65
1 листовой прокат 690 800 23,3 65 195 100
2 690 800 21 66 195 95
3 695 810 20,5 65 193 90
4 отливка 558 780 15 35 90 35
Таблица 3
Кавитационная стойкость предлагаемой и известной стали
Номер плавки Потери массы, мг в за время, ч. Коэффициент стойкости предлагаемой стали по отношению к известной при чередовании коррозии и кавитации
1 2 3
1 13 31 50 1,29
2 12,5 30 47,5 1,29
3 12 29 47 1,30
4 17.5 39,5 60.5 1,00

1. Высокопрочная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что дополнительно содержит церий, кальций, алюминий, азот и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,01-0,06
кремний 0,10-0,40
марганец 0,20-0,80
хром 12,50-14,00
никель 3,00-4,50
медь 0,70-1,20
молибден 0,20-0,40
сера 0,001-0,01
фосфор 0,001-0,015
церий 0,005-0,025
кальций 0,005-0,02
алюминий 0,005-0,02
азот <0,005
водород ≤0,00025
железо остальное

2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что суммарное содержание церия, кальция и алюминия составляет 0,02-0,06 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению бейнитной стали, используемой для изготовления, в частности, брони. .
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к способам обработки высокопрочных аустенитных сталей, и может быть использовано, например, для изготовления высоконагруженных деталей в машиностроении.

Изобретение относится к конструкционным материалам, применяемым для изготовления элементов устройств, работающих в условиях среды, содержащей кислород и/или водород, и/или фтористоводородную кислоту.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали для нефтегазопромысловых и трубопроводных труб. .
Изобретение относится к области термообработки стали, которую используют при изготовлении литых деталей судовой арматуры и буровой техники. .
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипса для магистральных подводных трубопроводов диаметром до 1420 мм, класса прочности Х70, толщиной до 40 мм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нержавеющей стали для нефтяной скважины и трубе из нержавеющей стали для нефтяной скважины. Нержавеющая сталь для нефтяной скважины содержит, % по массе: С не более 0,05, Si не более 0,5, Mn от 0,01 до 0,5, Р не более 0,04, S не более 0,01, Cr свыше 16,0 и не более 18,0, Ni свыше 4,0 и не более 5,6, Мо от 1,6 до 4,0, Cu от 1,5 до 3,0, Al от 0,001 до 0,10, и N не более 0,050, причем остальное составляют Fe и примеси. Микроструктура стали содержит мартенситную фазу и ферритную фазу, имеющую объемную долю от 10 до 40%. Коэффициент распределения ферритной фазы превышает 85%. Сталь обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 44 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяющихся в серийном производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,18-0,23, кремний 0,17-0,37, марганец 0,70-1,10, хром 0,40-0,70, никель 0,40-0,70, молибден 0,15-0,25, олово 0,05-0,30, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: серу - не более 0,025, фосфор - не более 0,025, медь - не более 0,20. Суммарное содержание серы и олова не превышает 0,31 мас.%, а отношение содержания молибдена к содержанию меди находится в пределах от 0,8 до 4,8. Повышается обрабатываемость стали резанием и увеличивается производительность процесса ее горячей обработки давлением при сохранении требуемых механических свойств металла, а также улучшается экологическая обстановка производства. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 14 пр.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых для изготовления ответственных деталей машин. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,37-0,43, кремний 0,17-0,37, марганец 0,50-0,80, хром 0,60-0,90, никель 0,70-1,10, молибден 0,15-0,25, олово 0,05-0,30, железо и примеси - остальное. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: сера - не более 0,025, фосфор - не более 0,025, медь - не более 0,20. Отношение содержания молибдена к содержанию олова не превышает 0,8. Повышается обрабатываемость стали резанием и увеличивается производительность процесса ее горячей обработки давлением при сохранении требуемых механических свойств металла. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной нержавеющей стали для нефтяных скважин. Сталь содержит, в мас.%: С: максимум 0,05, Si: максимум 1,0, Mn: максимум 0,3, P: максимум 0,05, S: менее 0,002, Cr: более 16 и максимум 18, Мо: от 1,5 до 3,0, Cu: от 1,0 до 3,5, Ni: от 3,5 до 6,5, Al: от 0,001 до 0,1, N: максимум 0,025 и О: максимум 0,01, Fe и примеси остальное. Сталь имеет микроструктуру, включающую мартенситную фазу, от 10 до 48,5 % об. ферритной фазы и максимум 10% об. остаточной аустенитной фазы. Предел текучести стали составляет по меньшей мере 758 МПа, а равномерное удлинение по меньшей мере 10%. Сталь имеет высокую коррозионную стойкость в высокотемпературной окружающей среде, высокую стойкость к SSC-коррозии при нормальной температуре и хорошую обрабатываемость. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной броневой листовой стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,28-0,40, кремний 0,80-1,40, марганец 0,50-0,80, хром 0,10-0,70, никель 1,50-2,20, молибден 0,30-0,80, алюминий 0,005-0,05, медь не более 0,30, сера не более 0,012, фосфор не более 0,015, железо - остальное. Соотношение молибден/углерод составляет 0,8-2,0. Стальные заготовки нагревают до температуры горячей деформации, осуществляют прокатку с регламентированным обжатием и закалку с отпуском. Закалку проводят в прессе с охлаждением водой под давлением 150-500 кг/см2 и при ее расходе 0,2-0,5 м3/час. Обеспечивается противопульная стойкость изготовленной из стали брони. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям для высоконагруженных деталей, используемых в машиностроении, приборостроении. Сталь содержит, мас.%: 0,28-0,35 углерода, 12-14 хрома, 1,5-2 никеля, 0,5-0,8 кремния, 0,5-0,8 марганца, 0,4-0,8 молибдена, железо - остальное. Повышаются механические свойства и коррозионная стойкость, обеспечивается возможность устранения трещин при термической обработке, снижается трудоемкость изготовления изделий сложных геометрических форм в приборостроении.
Сталь // 2532661
Изобретение относится к металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют цементацией или нитроцементацией. Сталь содержит, в мас.%: углерод 0,14-0,16, марганец 0,25-0,50, кремний 0,17-0,25, хром 1,35-1,65, никель 4,20-4,40, молибден 0,30-0,40, церий 0,007-0,009, лантан 0,001-0,005, алюминий 0,02-0,05, кальций 0,002-0,005, медь ≤0,20, серу ≤0,005, фосфор ≤0,005, железо остальное. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет 0,13-0,15. Повышается ударная вязкость и прокаливаемость стали, сплошность и твердость цементованного слоя, а также хрупкая прочность, пластичность, сопротивляемость усталости при изгибе и контактная усталость после цементации поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C. Износостойкая сталь содержит, в мас.%: углерод 0,25-1,2, кремний 0,2-1,8, марганец 0,3-2,0, фосфор не более 0,025, сера не более 0,025, хром 0,3-6,5, никель 0,03-2,0, один или несколько элементов из группы: молибден 0,2-1,5, вольфрам 0,5-1,5, медь 0,05-0,4, ниобий 0,01-0,1 и ванадий 0,02-0,7, железо и неизбежные примеси - остальное. Свариваемая сталь содержит, в мас.%: углерод 0,002-0,3, кремний 0,10-0,6, марганец 0,4-1,8, фосфор не более 0,02, сера не более 0,01, хром 0,01-0,4, никель 0,01-0,5, один или несколько элементов из группы: медь 0,01-0,4, молибден 0,01-0,1, ниобий 0,01-0,1 и ванадий 0,02-0,1, железо и неизбежные примеси - остальное. Углеродный эквивалент свариваемой стали составляет не более 0,45, толщина слоя износостойкой стали составляет 10-40% или 60-90% от общей толщины проката, а прочность сцепления слоев составляет не менее 450 Н/мм2. После термической обработки изделия из проката при оптимальном расходе легирующих элементов обладают высокой износостойкостью, твердостью не менее 500 HBW, высокой прочностью слоя из свариваемой стали с пределом текучести не менее 500 МПа, в сочетании с хорошей свариваемостью и ударной вязкостью на остром надрезе при температуре до -40°C не менее 30 Дж/см2. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,18-0,23, кремний 0,17-0,37, марганец 0,70-1,10, хром 0,40-0,70, никель 0,40-0,70, молибден 0,15-0,25, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа. В качестве примесей сталь содержит, мас.%: медь не более 0,25, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025. Отношение содержания кальция к содержанию алюминия составляет от 0,20 до 0,40. Повышается обрабатываемость стали резанием при сохранении требуемых механических свойств металла, а также улучшается экологическая обстановка производства за счет снижения агрессивности вредных выбросов в окружающую атмосферу высокотоксичных компонентов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 11 пр.

Изобретение относится к высокопрочной высокопластичной легированной стали и изделиям, изготавливаемым из нее. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,30-0,47, Mn 0,8-1,3, Si 1,5-2,5, Cr 1,5-2,5, Ni 3,0-5,0, Mo+½W 0,7-0,9, Cu 0,70-0,90, Со до 0,01, V+(5/9)×Nb 0,10-0,25, Ti до 0,005, Al до 0,015, Fe и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит не более 0,01 мас.% фосфора и не более 0,001 мас.% серы. Изготовляемые из стали упрочненные и закаленные при температуре 500°F изделия обладают высокой прочностью и трещиностойкостью. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Наверх