Аустенитная коррозионно-стойкая сталь

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке состава легированной аустенитной коррозионно-стойкой стали для атомных энергетических установок. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,03-0,08, кремний 0,4-0,6, марганец 1,0-1,8, хром 17,5-19, никель 8,0-9,5, ниобий 0,05-0,07, ванадий 0,05-0,07, титан 0,08-0,12, сера ≤0,015, фосфор ≤0,015, азот от 0,04 до менее 0,07, кальций 0,004-0,015, церий 0,005-0,05, железо - остальное. Для компонентов стали выполняется соотношение: Повышаются кратковременные и длительные механические свойства и стойкость против питтингообразования в агрессивных водных средах. 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и изысканию сталей, используемых в атомной энергетике, машиностроении, судостроении и в других отраслях промышленности в установках, работающих длительное время при повышенных температурах (более 500°C).

Основными недостатками применяемых в настоящее время коррозионно-стойких сталей, эксплуатируемых при повышенных температурах, являются пониженная технологическая пластичность, низкие кратковременные и длительные механические свойства, низкая стойкость к питтинговой коррозии и нестабильность свойств при старении (эксплуатации при высоких температурах).

Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой стали является сталь марки 09X18Н9 (патент 2359064 C2 от 10.01.2009 г.), содержащая, мас. %:

углерод (C) 0,054÷0,1
кремний (Si) 0,44÷0,8
марганец (Mn) 1,04÷1,8
хром (Cr) 17,54÷19
никель (Ni) 8,04÷9,0
ниобий (Nb) 0,034÷0,06
ванадий (V) 0,024÷0,07
титан (Ti) 0,054-0,15
олово (Sn) <0,015
свинец (Pb) ≤0,004

железо и примеси - остальное.

При этом соблюдаются следующие условия:

В качестве примесей содержит серу при содержании мас. %:

сера (S) ≤0,002

Известная сталь имеет недостаточно высокие кратковременные прочностные характеристики как при комнатной, так и при повышенных температурах (600°C), длительная прочность также имеет более низкие значения, низкую стойкость против питтингообразования в атмосферных условиях при наличии воды с большой концентрацией хлоридов.

Техническим результатом изобретения является повышение кратковременных и длительных механических свойств, повышение стойкости против питтингообразования.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, титан, ниобий, ванадий дополнительно введены азот, кальций, церий, фосфор, регламентировано содержание серы и углерода, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, серу, фософор, азот, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении мас. %:

углерод (C) 0,03÷0,08
кремний (Si) 0,44÷0,6
марганец (Mn) 1,04÷1,8
хром (Cr) 17,54÷19
никель (Ni) 8,04÷9,5
ниобий (Nb) 0,054÷0,07
ванадий (V) 0,054÷0,07
титан (Ti) 0,08÷0,12
сера (S) ≤0,015
азот (N) от 0,04 до менее 0,07
фосфор (P) ≤0,015
кальций (Ca) 0,0044÷0,015
церий (Ce) 0,0054÷0,05,
железо (Fe) остальное

При соблюдении следующего условия:

Для повышения высокотемпературных прочностных свойств (как кратковременных, так и длительных) необходимо вводить азот.

Введение азота увеличивает растворимость углерода в растворах γ и α и тормозит выпадение крупных карбидов Me23C6.

Атомы углерода, имеющие атомный и ионный радиусы больше, чем атомный и ионный радиусы азота, базируются в приграничной зоне или по границам зерен и с атомами хрома образуют крупные карбиды, коагулирующие при эксплуатации. Вокруг крупных карбидов появляются обедненные хромом зоны, которые являются центрами зарождения питтингов при контакте с агрессивной хлоридной средой. Коррозионная стойкость стали снижается.

Атомы азота равномерно распределены в γ- и α-твердых растворах и базируются на дислокациях, способствуя более равномерному распределению атомов хрома. Кроме того, при взаимодействии азота с сильными карбидообразующими элементами (Nb, Ti, V), имеющими большее сродство к азоту, чем к углероду, образуются мелкие термостойкие нитриды и карбонитриды на стыках дислокаций. Они являются центрами зарождения новых зерен при горячей деформации, измельчают зерно и увеличивают высокотемпературные прочностные свойства. Поэтому при замене части углерода на азот происходит измельчение зерна при ковке, повышение кратковременной и длительной прочности, повышение пластических характеристик металла и стойкости против питтинговой коррозии при наличии воды с большой концентрацией хлоридов.

Следует отметить, что количество азота должно быть строго регламентировано, для обеспечения баланса между прочностным и пластическими свойствами материала. Для высокотемпературного оборудования энергетических установок определяющими с точки зрения обоснования работоспособности материала являются длительные механические характеристики при температуре 600°C. В таблице 1 представлены данные по длительным механическим характеристикам стали с различным содержанием углерода и азота. При увеличении содержания азота от 0,02 до 0,09% наблюдается повышение длительной прочности, поэтому для обеспечения высоких значений указанной характеристики содержание азота должно быть более 0,02%. Характеристики длительной пластичности при повышении содержания азота до 0,05% повышаются, а при дальнейшем увеличении до 0,09% значительно снижаются, поэтому следует ограничить содержание азота. Оптимальным содержанием азота для сохранения высокого уровня характеристик длительной пластичности и длительной прочности является содержание от 0,04 до менее 0,07%.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Сера образует на границах зерен легкоплавкие эвтектики, а фосфор склонен к интенсивной ликвации. При этом резко понижаются хрупкая прочность и пластичность.

В настоящее время оборудование металлургических заводов, технология выплавки и применяемая шихта не обеспечивают получение стали с серой менее 0,002%. Отсутствие регламентации фосфора может привести к выплавке стали, в которой окажется от 0,025 до 0,25% фосфора, что приведет к трещинам при горячем деформировании и при эксплуатации. Поэтому в заявляемой стали необходимо изменить содержание серы (не более 0,015%) и ввести регламентацию по содержанию фосфора (не более 0,015%).

Для очищения стали от серы и фосфора и связывания остатков этих элементов в высокотемпературные соединения необходимо вводить при выплавке кальций (0,004-0,015%) и церий (0,005-0,05%). Очищение границ зерен от серы и фосфора с помощью кальция и церия приводит к повышению высокотемпературной пластичности и длительной прочности.

Для получения мелкозернистой структуры стали и повышения высокотемпературной прочности и пластичности необходимо вводить Ti, Nb, V. Для связывания углерода и азота титаном, ванадием и ниобием необходимо учитывать соотношение элементов к углероду и азоту в весовых процентах (V/C=4/l, Ti/C=4/1, Nb/C=8/1). В связи с этим в формуле (1) необходимо ввести коэффициент 0,5 Nb в пересчете на весовые % для Ti и V, а в знаменателе учитывать кроме углерода и азот. При этом соотношение ; углерод и азот связаны в нитриды и карбонитриды титана, ванадия и ниобия, что способствует получению полуфабрикатов с мелкозернистой структурой. При более низком соотношении титана, ниобия и ванадия к сумме углерода и азота в стали могут появиться крупные карбиды хрома и железа в основном на границах зерен. С этой же целью ограничено содержание углерода (до 0,08% вместо 0,10%). Это соотношение позволяет получать мелкозернистую структуру с большим количеством дисперсных карбидов, нитридов и карбонитридов, повышающих кратковременную и длительную прочность.

В промышленных условиях в электровакуумной печи были выплавлены 3 плавки по 100 кг заявляемой стали и одна плавка известной марки и изготовлены поковки, из которых изготавливали образцы для испытаний.

Химический состав предлагаемых плавок приведен в таблице 3.

Определены кратковременные свойства заявляемой стали (3 плавки) и известной при комнатной температуре на цилиндрических образцах по ГОСТ 1497-84 и при 600°C по ГОСТ 9651-84. Из головок образцов изготовлены микрошлифы и оценена величина зерна для каждой плавки по ГОСТ 5639. Для оценки длительных прочностных свойств проводили испытания на длительную прочность при температуре 600°C и одном напряжении (200 МПа). При этом оценивали время до разрушения. Для оценки коррозионной стойкости было проведено изучение стойкости против питтингообразования ускоренным методом по ГОСТ 9912-89 в растворе 10% FeCl3·6H2O для каждой плавки. Результаты всех испытаний представлены в таблице 2 и характеризуют явное преимущество заявляемой марки стали перед известной.

Примечание. Кратковременные при 20 и 600°C и механические испытания на длительную прочность определялись на 3-х образцах от каждой плавки. Критическую температуру питтингообразования и величину зерна определяли на 5-6 образцах на каждый вид испытаний. Температуру выдержки образцов в 10% FeCl3·6H2O изменяли на 5°C.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом выразится в повышении эксплуатационных характеристик за счет повышения кратковременной и длительной прочности, коррозионной стойкости в агрессивных растворах хлоридов.

Аустенитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, серу, азот, фосфор, кальций, церий и железо, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод (C) 0,03-0,08
кремний (Si) 0,4-0,6
марганец (Mn) 1,0-1,8
хром (Cr) 17,5-19,0
никель (Ni) 8,0-9,5
ниобий (Nb) 0,05-0,07
ванадий (V) 0,05-0,07
титан (Ti) 0,08-0,12
сера (S) ≤ 0,015
азот (N) от 0,04 до менее 0,07
фосфор (P) ≤ 0,015
кальций (Ca) 0,004-0,015
церий (Ce) 0,005-0,05
железо остальное

при соблюдении следующего условия: T i + 0,5 N b + V C + N 1,0 .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и используется для изготовления сварных нефте- и газопроводов, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Для повышения коррозионной стойкости, хладостойкости и выхода годного горячекатаного полосового проката прокатку в черновой группе клетей ведут до толщины раската не менее 4,3 от толщины готовой полосы, чистовую прокатку ведут при температуре начала прокатки, равной от Ar3+70°С до Ar3+170°С, а температуру смотки определяют в зависимости от температуры конца прокатки из соотношения: Тк.чист-370°C≤Tcм≤Тк.чис-270°С.

Изобретение относится к металлургии, более точно к прокатному производству, и может быть использовано при производстве толстолистового проката классов прочности К52-К60, Х52-Х70, L385-L485 для изготовления электросварных труб магистральных трубопроводов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионно-стойкой криогенной аустенитной высокопрочной свариваемой стали, предназначенной для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.
Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения свариваемости стальных полос с цинковым покрытием получают полосу из стали, содержащей, вес.%: С 0,04-1,0, Мn 9,0-30,0, Аl 0,05-15,0, Si 0,05-6,0, Cr ≤6,5, Cu ≤4, Ti+Zr ≤0,7, Nb+V ≤0,5, остальное - железо и неизбежные примеси, подвергают ее отжигу и затем на нее электролитическим методом наносят покрытие из цинка или цинкового сплава.

Изобретение относится к области металлургии, в частности способу изготовления горячекатаной стальной ленты толщиной 2-12 мм из низколегированной стали с содержанием углерода 0,04-0,08 вес.% и содержащем также ниобий и титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлу сварного шва, сформированному дуговой сваркой в защитном газе с применением электродной проволоки с флюсовым сердечником.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении толстолистовой стали для изготовления деталей транспортных и горнодобывающих машин, обладающих высокой стойкостью против абразивного износа (истирания).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению высокопрочного стального листа. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.%: С 0,02-0,07, Si 0,05-0,50, Mn 1,10-1,60, P максимум 0,015, S максимум 0,0030, Nb 0,005-0,030, Ti 0,005-0,020, Al 0,005-0,060, Ca 0,0005-0,0060, N 0,0015-0,0070, по меньшей мере один из таких элементов, как Cu, Ni, Cr и Mo, в общем количестве от более чем 0,1% до менее чем 1,5%, а остальное - Fe и неизбежные примеси.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству изготовления толстолистовой стали для труб с толщиной стенки до 39 мм. Для обеспечения повышенной хладостойкости, высокого уровня сопротивления протяженному вязкому разрушению используют слябовую заготовку толщиной не менее 250 мм из стали, содержащей, мас.%: 0,05-0,12 С, 1,40-1,75 Mn, Si≤0,35, Ni≤0,3, Mo≤0,25, Cu≤0,3, 0,01-0,03 Ti, 0,02-0,08 Nb, V≤0,08, 0,01-0,05 Al, S≤0,005, P≤0,015, Fe и примеси - остальное, при этом количество сульфидных неметаллических включений не превышает 1,5 балла, а количество остальных неметаллических включений не превышает 3 балла.

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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству на реверсивном толстолистовом стане листового проката толщиной 15-34 мм для изготовления труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству cверхнизкоуглеродистых холоднокатаных сталей для глубокой вытяжки изделий и последующего однослойного эмалирования и может быть использовано при изготовлении деталей бытовой техники, посуды, санитарно-гигиенических приборов, в химической промышленности, в строительстве и др.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, применяемым для изготовления износостойких деталей. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, молибден, ванадий, кальций, алюминий, ниобий, титан, редкоземельные металлы (РЗМ), железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,25-0,60, кремний 0,10-1,50, марганец 0,20-1,30, хром 0,30-1,90, никель 0,70-2,0, медь не более 0,45, молибден 0,10-0,90, ванадий 0,001-0,40, кальций 0,0001-0,01, алюминий 0,005-0,1, ниобий 0,001-0,20, титан 0,001-0,20, РЗМ 0,0001-0,005, железо и неизбежные примеси остальное.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении высокопрочной листовой стали толщиной 8,0-40,0 мм для изготовления платформ грузовых автомобилей, работающих в условиях Крайнего Севера.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, используемым для производства магистральных труб. Сталь содержит, мас.%: углерод от 0,11 до менее 0,15, кремний от 0,40 до менее 0,50, марганец 1,30-1,60, хром не более 0,30, никель 0,06-0,20, медь не более 0,30, алюминий не более 0,05, титан не более 0,03, азот не более 0,008, сера не более 0,040, фосфор 0,015-0,030, железо остальное.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения высокопрочной теплостойкой проволоки различных типоразмеров и листового материала.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к фольге из нержавеющей стали, используемой в носителе катализатора устройства очистки выхлопного газа автомобиля.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным низкоуглеродистым мартенситным свариваемым сталям, закаливающимся на воздухе, используемым для изготовления термически упрочненных сварных конструкций, крупногабаритных изделий, а также строительных конструкций и деталей нефтяного машиностроения.
Сталь // 2502821
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам низкоуглеродистых сталей, используемых для изготовления гильз патронов автоматического стрелкового оружия калибра 7,62 мм, покрытых сплавом латуни (томпаком) или лаком.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу металлического материала, используемого на нефтеперерабатывающих, газоперерабатывающих и химических производствах в качестве материала для крекинговых, реформинговых и нагревательных печей, теплообменников. Материал содержит, в мас.%: C: от 0,03 до 0,075, Si: от 0,6 до 2,0, Mn: от 0,05 до 2,5, P: 0,04 или менее, S: 0,015 или менее, Cr: больше 16,0 и меньше 20,0, Ni: 20,0 или больше, но меньше 30,0, Cu: от 0,5 до 10,0, Al: 0,15 или менее, Ti: 0,15 или менее, N: от 0,005 до 0,20, O: 0,02 или менее, остальное Fe и примеси. Материал может дополнительно содержать по меньшей мере один компонент, выбранный из: Co, Mo, W, Ta, B, V, Zr, Nb, Hf, Mg, Ca, Y, La, Ce и Nd. Материал обладает устойчивостью к науглероживанию, пылящему износу и закоксовыванию, имеет повышенную свариваемость и характеристики ползучести. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке состава легированной аустенитной коррозионно-стойкой стали для атомных энергетических установок. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: углерод 0,03-0,08, кремний 0,4-0,6, марганец 1,0-1,8, хром 17,5-19, никель 8,0-9,5, ниобий 0,05-0,07, ванадий 0,05-0,07, титан 0,08-0,12, сера ≤0,015, фосфор ≤0,015, азот от 0,04 до менее 0,07, кальций 0,004-0,015, церий 0,005-0,05, железо - остальное. Для компонентов стали выполняется соотношение: Повышаются кратковременные и длительные механические свойства и стойкость против питтингообразования в агрессивных водных средах. 3 табл.

Наверх