Аустенитная нержавеющая сталь и способ получения материала из аустенитной нержавеющей стали
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке аустенитной нержавеющей стали для химической промышленности. Сталь содержит, в мас.%: C: не более 0,050, Si: 0,01-1,00, Mn: 1,75-2,50, P: не более 0,050, S: не более 0,0100, Ni: 20,00-24,00, Cr: 23,00-27,00, Mo: 1,80-3,20, N: 0,110-0,180, остальное Fe и примеси. Номер размера зерна стали, определенный согласно JIS G0551 (2005), составляет по меньшей мере 6,0, а доля площади, занятая фазой σ, не превышает 0,1%. Сталь обладает высокой жаропрочностью и стойкостью к коррозии азотной кислотой. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к аустенитной нержавеющей стали и способу получения материала из аустенитной нержавеющей стали, более конкретно к аустенитной нержавеющей стали, использующейся в коррозионной среде химической установки или подобного, и к способу получения материала из аустенитной нержавеющей стали.
Уровень техники
Стальной материал, используемый в химической установке, требует отличной коррозионной стойкости, а также прочности. В частности, на установке по производству мочевины, являющейся одной из химических установок, требуются жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой. На такой установке мочевину обычно производят следующим способом. Смесь газов, содержащую аммиак и диоксид углерода, конденсируют при высоком давлении 130 кг/см2 или выше в высокотемпературном диапазоне от 160 до 230°C. При этом мочевина образуется в реакции синтеза. Так как мочевину получают при высокой температуре и высоком давлении, какие описаны, требуется, чтобы стальные материалы, применяющиеся в установках по производству мочевины, имели отличную жаропрочность.
В описанном выше процессе получения мочевины получают, кроме того, промежуточный продукт, называемый карбаматом аммония. Коррозионная активность карбамата аммония очень сильная. Общеизвестно, что коррозия карбаматом аммония коррелирует с коррозией азотной кислотой. Соответственно, стальные материалы для установок по получению мочевины должны обладать не только жаропрочностью, но также отличной стойкостью к коррозии азотной кислотой.
Аустенитная нержавеющая сталь типов SUS316, SUS317 и т.п. согласно японским промышленным стандартам (JIS) имеет отличную коррозионную стойкость. Поэтому эти типы аустенитных нержавеющих сталей применяются в качестве стальных материалов для промышленных установок.
В целях дальнейшего улучшения прочности и коррозионной стойкости вышеуказанной аустенитной нержавеющей стали предлагаются следующие методы.
Патент JP10-88289A (патентный документ 1) предлагает хром-марганцевую (Cr-Mn) аустенитную сталь с отличной прочностью и коррозионной стойкостью. В патентном документе 1 кристаллические зерна хром-марганцевой аустенитной стали являются ультрамелкими, средний размер зерна меньше или равен 1 мкм. Патентный документ 1 указывает, что благодаря этому получают хром-марганцевую аустенитную сталь с высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью.
JP6-256911A (Патентный документ 2) предлагает аустенитную нержавеющую сталь с отличной стойкостью к коррозии азотной кислотой даже после холодной обработки. В патентном документе 2 контролируются содержания Ni, Mn, C, N, Si и Cr в стали. В патентном документе 2 указывается, что этим подавляется образование мартенсита деформации после холодной обработки и получается отличная стойкость к коррозии азотной кислотой.
JP2005-509751A (патентный документ 3) предлагает ультрапрочную аустенитную нержавеющую сталь, имеющую отличную коррозионную стойкость. Согласно патентному документу 3 сталь содержит Cu наряду с Cr, Ni, Mo и Mn. Патентный документ 3 указывает, что при содержании этих элементов в надлежащих количествах получается отличная коррозионная стойкость.
Однако аустенитная нержавеющая сталь, раскрытая в каждом из патентных документов 1-3, иногда не может обеспечить достаточную жаропрочность одновременно с сохранением стойкости к коррозии азотной кислотой.
Описание изобретения
Целью настоящего изобретения является разработать аустенитную нержавеющую сталь, обладающую жаропрочностью и отличной стойкостью к коррозии азотной кислотой.
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению содержит, в масс. %: C: не более 0,050%, Si: 0,01-1,00%, Mn: 1,75-2,50%, P: не более 0,050%, S: не более 0,0100%, Ni: 20,00-24,00%, Cr: 23,00-27,00%, Mo: 1,80-3,20% и N: 0,110-0,180%, остальное Fe и примеси, причем номер размера зерна аустенитной нержавеющей стали согласно JIS G0551 (2005) составляет по меньшей мере 6,0, и доля площади, занятая σ-фазой, не больше 0,1%.
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению имеет повышенную жаропрочность и отличную стойкость к коррозии азотной кислотой.
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению может содержать, кроме того, вместо некоторой части Fe, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из: Ca: не более 0,0100%, Mg: не более 0,0100% и редкоземельный металл (REM): не более 0,200%.
Способ получения материала из аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению включает: этап подготовки исходного материала, содержащего, в масс. %: C: не более 0,050%, Si: 0,01-1,00%, Mn: 1,75-2,50%, P: не более 0,050%, S: не более 0,0100%, Ni: 20,00-24,00%, Cr: 23,00-27,00%, Mo: 1,80-3,20% и N: 0,110-0,180%, остальное Fe и примеси; этап горячей обработки исходного материала для получения стального материала; и этап обработки стального материала на твердый раствор при температуре растворения от 1050 до 1100°C.
Материал из аустенитной нержавеющей стали, полученный способом получения согласно настоящему изобретению, имеет повышенную жаропрочность и отличную стойкость к коррозии азотной кислотой.
Лучший способ осуществления изобретения
Далее будет подробно описан один вариант осуществления настоящего изобретения. В следующем описании символ “%” при указании содержания элементов означает массовые проценты.
Авторы настоящего изобретения провели исследования, относящиеся к жаропрочности и стойкости к коррозии азотной кислотой аустенитной нержавеющей стали. В результате они обнаружили следующее.
(A) Чтобы получить улучшенную жаропрочность, сталь должна содержать 1,75% или более Mn. Mn растворяется в стали и повышает жаропрочность стали. Далее, хотя Mn присутствует, снижение стойкости стали к коррозии азотной кислотой маловероятно. Соответственно, Mn эффективен для получения повышенной жаропрочности и отличной стойкости к коррозии азотной кислотой.
(B) При уменьшении размера зерна жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой аустенитной нержавеющей стали улучшаются. Более конкретно, если номер размера зерна аустенитной нержавеющей стали, определенный согласно JIS G0551 (2005), составляет 6,0 или больше, получаются отличные жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой. Отметим, что в настоящем описании год пересмотра стандарта пишется в скобках в конце указания на стандарт JIS.
(C) Сигма-фаза (обозначаемая далее фазой σ) снижает стойкость к коррозии азотной кислотой. Соответственно, чтобы получить отличную стойкость к коррозии азотной кислотой, образование σ-фаз требуется подавить. Cr и Mo растворяются в стали, улучшая жаропрочность стали аналогично Mn. Однако Cr и Mo способствуют образованию σ-фаз. Соответственно, в настоящем изобретении содержание Cr и содержание Mo сдерживают. Более конкретно, установлен верхний предел содержания Cr 27,00% и верхний предел содержания Mo 3,20%.
(D) Чтобы подавить образование σ-фаз и получить более высокую жаропрочность, температуру растворения при обработке на твердый раствор устанавливают на уровне от 1050 до 1100°C. Если температура растворения ниже 1050°C, образуются σ-фазы. Точнее, доля площади, занятой σ-фазами в стали, превышает 0,1%. В результате снижается стойкость к коррозии азотной кислотой. С другой стороны, если температура растворения превышает 1100°C, жаропрочность снижается. Если подобрать химический состав на основе описанных выше пунктов (A) и (C) и установить температуру растворения на уровне 1050-1100°C, то жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой получаемой аустенитной нержавеющей стали улучшатся. Более точно, предел текучести при 230°C станет больше или равным 220 МПа, и скорость коррозии в испытании на коррозию 65%-ной азотной кислотой, в соответствии с JIS G0573 (1999), станет меньше или равной 0,085 г/м2/ч.
На основе указанных выше результатов авторы совершили настоящее изобретение. Ниже будет описана аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению.
Химический состав
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению имеет следующий химический состав.
C: не более 0,050%
Углерод (C) соединяется с Cr, образуя карбид хрома. Карбиды Cr выделяются по границам зерен и улучшают жаропрочность стали. В то же время, если содержится слишком много C, вблизи границ зерен образуется зона обеднения хромом. Зона обеднения хромом снижает стойкость стали к коррозии азотной кислотой. Соответственно, содержание C не больше 0,050%. Нижний предел содержания C особо не устанавливают, но если содержание C составляет 0,002% или больше, вышеописанный эффект оказывается заметным. Верхний предел содержания С предпочтительно меньше 0,050%, более предпочтительно он составляет 0,030%. Еще более предпочтительно нижний предел содержания С составляет 0,010%.
Si: 0,01-1,00%
Кремний (Si) раскисляет сталь. Кроме того, Si повышает стойкость стали к окислению. В то же время, если содержится слишком много Si, Si выделяется по границам зерен. Выделенный Si реагирует со сгоревшими шлаками, содержащими хлориды, в результате возникает межкристаллитная коррозия. Если содержится слишком много Si, ухудшаются, кроме того, механические свойства, такие как пластичность стали. Соответственно, содержание Si составляет от 0,01 до 1,00%. Нижний предел содержания Si предпочтительно выше 0,01%, более предпочтительно он составляет 0,10% и еще более предпочтительно 0,20%. Верхний предел содержания Si предпочтительно ниже 1,00%, более предпочтительно он составляет 0,40% и еще более предпочтительно 0,30%.
Mn: 1,75-2,50%
Марганец (Mn) растворяется в стали и улучшает жаропрочность стали. Далее, хотя Mn присутствует, снижение стойкости стали к коррозии азотной кислотой стали маловероятно. Соответственно, Mn эффективен в улучшении жаропрочности при сохранении стойкости стали к коррозии азотной кислотой. Кроме того, Mn раскисляет сталь. Далее, Mn является аустенитообразующим элементом и стабилизирует аустенитные фазы в матрице. Кроме того, Mn соединяется с S в стали, образуя MnS, и улучшает обрабатываемость стали в горячем состоянии стали. В то же время, если содержится слишком много Mn, ухудшаются свариваемость и обрабатываемость стали. Соответственно, содержание Mn составляет от 1,75 до 2,50%. Нижний предел содержания Mn предпочтительно выше 1,75%, более предпочтительно он составляет 1,85% и еще более предпочтительно 1,90%. Верхний предел содержания Mn предпочтительно ниже 2,50%, более предпочтительно он составляет 2,30% и еще более предпочтительно 2,00%.
P: не более 0,050%
Фосфор (P) является примесью. P ухудшает свариваемость и обрабатываемость стали. Соответственно, чем меньше содержание P, тем лучше. Содержание P не превышает 0,050%. Верхний предел содержания P предпочтительно меньше 0,050%, более предпочтительно он составляет не более 0,020% и еще более предпочтительно не более 0,015%.
S: не более 0,0100%
Сера (S) является примесью. S ухудшает свариваемость и обрабатываемость стали. Соответственно, чем меньше содержание S, тем лучше. Содержание S не превышает 0,0100%. Верхний предел содержания S предпочтительно ниже 0,0100%, более предпочтительно он составляет 0,0020% и еще более предпочтительно 0,0012%.
Ni: 20,00-24,00%
Никель (Ni) является аустенитообразующим элементом и стабилизирует аустенитные фазы в матрице. Кроме того, Ni улучшает жаропрочность и стойкость стали к коррозии азотной кислотой. В то же время, если содержится слишком много Ni, предел растворимости N снижается, уменьшая, напротив, стойкость стали к коррозии азотной кислотой из-за уменьшения прочности и из-за выделения нитридов. Соответственно, содержание Ni составляет от 20,00 до 24,00%. Нижний предел содержания Ni предпочтительно выше 20,00%, более предпочтительно он составляет 21,00% и еще более предпочтительно 22,00%. Верхний предел содержания Ni предпочтительно ниже 24,00%, более предпочтительно он составляет 23,00% и еще более предпочтительно 22,75%.
Cr: 23,00-27,00%
Хром (Cr) улучшает стойкость стали к коррозии азотной кислотой. Кроме того, Cr растворяется в стали, улучшая жаропрочность стали. В то же время, если содержится слишком много Cr, в стали выделяются σ-фазы и стойкость стали к коррозии азотной кислотой снижается. Кроме того, σ-фазы ухудшают свариваемость и обрабатываемость стали. Соответственно, содержание Cr составляет от 23,00 до 27,00%. Нижний предел содержания Cr предпочтительно выше 23,00%, более предпочтительно он составляет 24,00% и еще более предпочтительно 24,50%. Верхний предел содержания Cr предпочтительно меньше 27,00%, более предпочтительно он составляет 26,00% и еще более предпочтительно 25,50%.
Mo: 1,80-3,20%
Молибден (Mo) улучшает стойкость стали к коррозии азотной кислотой. Кроме того, Mo растворяется в стали, улучшая жаропрочность стали. В то же время, если содержится слишком много Mo, в стали выделяются σ-фазы и стойкость стали к коррозии азотной кислотой снижается. Кроме того, σ-фазы ухудшают свариваемость и обрабатываемость стали. Соответственно, содержание Mo составляет от 1,80 до 3,20%. Нижний предел содержания Mo предпочтительно выше 1,80%, более предпочтительно он составляет 1,90% и еще более предпочтительно 2,00%. Верхний предел содержания Mo предпочтительно ниже 3,20%, более предпочтительно составляет 2,80% и еще более предпочтительно 2,50%.
N: 0,110-0,180%
Азот (N) является аустенитообразующим элементом и стабилизирует аустенитные фазы в матрице. Кроме того, азот образует мелкие нитриды, уменьшая размер зерен аустенитной нержавеющей стали, и улучшает жаропрочность стали. Далее, азот также оказывает эффект стабилизации поверхностной пленки и улучшает стойкость к коррозии азотной кислотой. В то же время, если содержится слишком много N, образуется слишком много нитридов, из-за чего снижается обрабатываемость стали в горячем состоянии и, кроме того, уменьшается стойкость к коррозии азотной кислотой. Соответственно, содержание N составляет от 0,110 до 0,180%. Нижний предел содержания N предпочтительно больше 0,110%, более предпочтительно составляет 0,120% и еще более предпочтительно 0,130%. Верхний предел содержания N предпочтительно меньшее 0,180%, более предпочтительно составляет 0,170% и еще более предпочтительно 0,160%.
Балансом в аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению являются Fe и примеси. Примеси относятся к элементам, поступающим с рудой и ломом, которые используются как сырье для стали, или поступающим из среды производственного процесса и т.п.
Размер зерна
В аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению номер размера зерна, измеренный путем травления примерно 20%-ным водным раствором азотной кислоты, в соответствии со стандартом JIS G0551 (2005), составляет 6,0 или больше. Если номер размера зерна больше или равен 6,0, аустенитная нержавеющая сталь имеет отличную жаропрочность при сохранении стойкости к коррозии азотной кислотой.
Доля площади, занимаемой сигма-фазами
В аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению доля площади, занимаемой сигма-фазами (далее обозначаемыми σ-фазами), не больше 0,1%. При этом доля площади σ-фаз рассчитывается следующим образом.
Образец для микроскопических исследований вырезали из произвольного места материала из аустенитной нержавеющей стали. Поверхность вырезанного образца механически шлифовали и травили. На протравленной поверхности образца произвольно выбирали шесть полей обзора для обследования, используя с оптическим микроскопом линзу с 400-кратным увеличением, включающую 20 на 20, т.е. всего 400 решеток. Зона наблюдения каждого поля обзора составляла 225 (мкм)2. Подсчитывалось число σ-фаз на узлах решетки каждого поля обзора, и величина, полученная делением числа σ-фаз, имеющихся на узлах решетки в полях обзора, на полное число узлов решетки на шести полях обзора (2400 точек), определялась как доля площади σ-фазы (в %).
В настоящем изобретении доля площади, занимаемой σ-фазами в стали, не больше 0,1%. Следовательно, аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению имеет отличную стойкость к коррозии азотной кислотой. Когда сталь, имеющая вышеуказанный химический состав, получена способом получения, который будет описан ниже, доля площади, занимаемой σ-фазами, становится не больше 0,1%. Доля площади σ-фаз предпочтительно меньше 0,05%, более предпочтительно она не превышает 0,01%.
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению, имеющая вышеописанный состав, обладает отличными жаропрочностью и стойкостью к коррозии азотной кислотой. Более точно, жаропрочность аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению при 230°C составляет 220 МПа или выше. Упомянутый здесь предел текучести определен как напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2%. Далее, скорость коррозии, полученная в испытании на коррозию 65%-ной азотной кислотой (испытания по Хьюи) в соответствии с JIS G0573 (1999), не превышает 0,085 г/м2/ч.
Суммарное содержание C и N в вышеуказанном химическом составе предпочтительно больше или равно 0,145. В этом случае жаропрочность аустенитной нержавеющей стали еще больше повышается.
Элементы по выбору
Аустенитная нержавеющая сталь согласно настоящему изобретению содержит, кроме того, один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из Ca, Mg и редкоземельного металла (REM). Все эти элементы улучшают обрабатываемость стали в горячем состоянии.
Ca: не более 0,0100%
Кальций (Ca) является элементом по выбору. Ca улучшает обрабатываемость стали в горячем состоянии. В то же время, если содержится слишком много Ca, ухудшается чистота стали. Следовательно, снижаются стойкость к коррозии азотной кислотой и вязкость стали, и ухудшаются механические свойства стали. Соответственно, содержание Ca не превышает 0,0100%. Если содержание Ca составляет 0,0005% или больше, вышеописанный эффект достигается в заметной степени. Верхний предел содержания Ca предпочтительно меньше 0,0100%, более предпочтительно он составляет 0,0050%.
Mg: не более 0,0100%
Магний (Mg) является элементом по выбору. Mg улучшает обрабатываемость стали в горячем состоянии. В то же время, если содержится слишком много Mg, снижается чистота стали. Следовательно, снижаются стойкость стали к коррозии азотной кислотой и вязкость, и ухудшаются механические свойства стали. Соответственно, содержание Mg не превышает 0,0100%. Если содержание Mg составляет 0,0005% или больше, вышеописанный эффект достигается в заметной степени. Верхний предел содержания Mg предпочтительно меньше 0,0100%, более предпочтительно он составляет 0,0050%.
Редкоземельный металл (REM): не более 0,200%
Редкоземельный металл (REM) является элементом по выбору. REM имеет высокое сродство к S. Поэтому REM улучшает способность стали к горячей обработке. Однако если содержится слишком много REM, снижается чистота стали. Следовательно, стойкость к коррозии азотной кислотой и вязкость стали снижаются, и ухудшаются механические свойства стали. Соответственно, содержание REM составляет не более 0,200%. Если содержание REM больше или равно 0,001%, вышеописанный эффект достигается в заметной степени. Верхний предел содержания REM предпочтительно меньше 0,150%, более предпочтительно составляет 0,100%.
REM является общим обозначением 17 элементов от лантана (La) с атомным номером 57 до лютеция (Lu) с атомным номером 71 в периодической системе, к которым добавлены иттрий (Y) и скандий (Sc). Содержание REM означает суммарное содержание одного или более из этих элементов.
Когда присутствуют два или более из Ca, Mg и REM, суммарное содержание Ca, Mg и REM предпочтительно не превышает 0,0150%. В этом случае получают отличную обрабатываемость при высокой температуре при сохранении стойкости стали к коррозии азотной кислотой.
Способ получения
Далее будет описан один пример способа получения материала из аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению.
Расплавленную сталь, имеющую вышеуказанный химический состав, получают выплавкой в домне или электропечи. При необходимости полученную расплавленную сталь подвергают хорошо известной обработке дегазацией.
Затем из расплавленной стали получают исходный материал. Более конкретно, расплавленную сталь формуют в отливки способом непрерывной разливки. Отливки представляют собой, например, слябы, блюмы и сутунки. Альтернативно, расплавленную сталь отливают в слитки в процессе разливки в кристаллизаторе. Упоминаемый в настоящем описание исходный материал является, например, вышеуказанной отливкой или слитком. Далее, полученный исходный материал (отливку или слиток) подвергают горячей обработке хорошо известным способом и формуют в материал из аустенитной нержавеющей стали. Примеры материалов из аустенитной нержавеющей стали включают стальные трубы (бесшовные трубы или сварные стальные трубы), стальные листы, стальные прутки, заготовки для проволоки, стальные поковки и т.д. Горячая обработка представляет собой, например, прокатку на прошивном стане, горячую прокатку, горячую штамповку и т.п. На материале из аустенитной нержавеющей стали после горячей штамповки может проводиться холодная обработка, как холодная прокатка и холодное волочение.
Обработка на твердый раствор проводится на материале, полученном из аустенитной нержавеющей стали. Температура обработки на твердый раствор (температура растворения) составляет от 1050 до 1100°C. Если температура растворения ниже 1050°C, образуются σ-фазы и доля площади, занимаемая σ-фазами в стали, превышает 0,1%. В то же время, если температура растворения превысит 1100°C, аустенитная нержавеющая сталь огрубляется и номер размера зерна становится меньше 6,0. Если температура растворения лежит в интервале 1050-1100°C, номер размера зерна аустенитной нержавеющей стали больше или равен 6,0 и доля площади σ-фаз становится не выше 0,1%.
Предпочтительный период выдерживания (томления) при температуре растворения составляет от одной до десяти минут. Верхний предел периода выдерживания предпочтительно составляет пять минут. При обработке на твердый раствор сталь выдерживают при температуре растворения в течение заданного периода времени, после чего быстро охлаждают.
В описанном выше способе получают аустенитную нержавеющую сталь согласно настоящему изобретению.
Пример
Получали несколько типов материалов из аустенитной нержавеющей стали и исследовали жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой каждого стального материала.
Способ исследования
Аустенитную нержавеющую сталь каждой из марок 1-12, имеющую химический состав, указанный в таблице 1, выплавляли в высокочастотной нагревательной вакуумной печи для получения слитков.
| Таблица 1 | ||||||||||||
| Марка | Химический состав (в масс. %, остальное Fe и примеси) | Температура растворения (°C) | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | N | Ca | REM (Nd) | ||
| 1 | 0,010 | 0,21 | 1,87 | 0,013 | 0,0010 | 22,30 | 24,72 | 2,09 | 0,155 | - | - | 1080 |
| 2 | 0,010 | 0,21 | 1,93 | 0,014 | 0,0009 | 22,64 | 24,52 | 2,17 | 0,158 | 0,0015 | - | 1080 |
| 3 | 0,012 | 0,29 | 1,99 | 0,019 | 0,0009 | 22,89 | 25,12 | 2,39 | 0,156 | - | 0,042 | 1090 |
| 4 | 0,010 | 0,20 | 1,74 | 0,014 | 0,0008 | 22,22 | 24,56 | 2,10 | 0,133 | - | - | 1120 |
| 5 | 0,006 | 0,24 | 1,53 | 0,019 | 0,0002 | 21,88 | 24,88 | 2,12 | 0,159 | - | - | 1080 |
| 6 | 0,010 | 0,23 | 1,86 | 0,017 | 0,0003 | 21,94 | 25,05 | 2,11 | 0,126 | 0,0018 | - | 1120 |
| 7 | 0,009 | 0,22 | 1,81 | 0,019 | 0,0011 | 21,96 | 24,95 | 2,11 | 0,151 | 0,0009 | - | 1030 |
| 8 | 0,011 | 0,20 | 1,81 | 0,018 | 0,0014 | 19,71 | 25,10 | 2,23 | 0,119 | - | - | 1050 |
| 9 | 0,013 | 0,19 | 1,78 | 0,018 | 0,0019 | 25,12 | 25,14 | 2,19 | 0,129 | 0,0009 | - | 1080 |
| 10 | 0,008 | 0,21 | 1,76 | 0,016 | 0,0012 | 23,12 | 25,03 | 2,09 | 0,098 | 0,0009 | - | 1080 |
| 11 | 0,015 | 0,18 | 1,83 | 0,018 | 0,0009 | 20,91 | 25,07 | 2,35 | 0,212 | 0,0017 | - | 1080 |
| 12 | 0,011 | 0,22 | 1,79 | 0,018 | 0,0007 | 21,89 | 24,87 | 2,09 | 0,144 | 0,0011 | - | 1000 |
В каждом столбце с символами соответствующих элементов (C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo, N, Ca, REM) в таблице 1 приведено содержание (масс. %) соответствующего элемента в стали каждой марки. Остальным, помимо элементов, указанных в таблице 1, в химическом составе каждой из марок являются Fe и примеси. В таблице 1 знак “-” указывает, что содержание соответствующего элемента находится на уровне примеси.
Химический состав марок 1-3, 6, 7 и 12 соответствовал диапазону согласно настоящему изобретению. В то же время содержание Mn в марках 4 и 5 было меньше нижнего предела содержания Mn согласно настоящему изобретению. Содержание Ni в марке 8 было меньше нижнего предела содержания Ni согласно настоящему изобретению, и содержание Ni в марке 9 превышало верхний предел содержания Ni согласно настоящему изобретению. Нижний предел содержания N в марке 10 был меньше нижнего предела содержания N согласно настоящему изобретению, а содержание N в марке 11 превышало верхний предел содержания N согласно настоящему изобретению.
Соответствующие полученные слитки подвергали горячей штамповке и горячей прокатке, чтобы получить промежуточный материал. Далее, промежуточный материал подвергали холодной прокатке, получая листы аустенитной нержавеющей стали толщиной 30 мм.
Полученные стальные листы обрабатывали на твердый раствор при температурах растворения, указанных в таблице 1. Время выдерживания при температуре растворения для всех марок составляло три минуты. По истечении периода выдерживания стальные листы быстро охлаждали (водяное охлаждение).
Доля площади, занятой σ-фазами
Из произвольных мест полученных стальных листов вырезали образцы для микроскопических исследований. Поверхность вырезанных образцов механически шлифовали и травили. На протравленной поверхности образца обследовали шесть произвольно выбранных полей обзора, используя с оптическим микроскопом линзу с 400-кратным увеличением, включающую 20 на 20, т.е. всего 400 решеток. Зона наблюдения каждого поля обзора составляла 225 (мкм)2. Подсчитывалось число σ-фаз в узлах решетки в каждом поле обзора. Величина, полученная делением подсчитанного числа σ-фаз на полное число узлов решетки в шести полях обзора (2400 точек), определялась как доля площади σ-фазы (в %).
Микроскопическое исследование размеров зерна
Из полученных стальных листов соответствующих марок вырезали образцы. На этих образцах проводили микроскопическое исследование размера зерна в соответствии со стандартом JIS G0551 (2005) и определяли номера размера зерна аустенитной нержавеющей стали соответствующих марок.
Испытание на жаропрочность
Из полученных стальных листов соответствующих марок вырезали образцы в форме круглых стержней, каждый с наружным диаметром параллельной части 6 мм. На этих вырезанных образцах в форме круглых стержней проводили испытание на растяжение при высокой температуре в соответствии с JIS G0567 (1998), чтобы определить предел текучести (МПа) для каждой марки. Температура испытания составляла 230°C. Кроме того, в качестве предела текучести использовали условный предел текучести 0,2%.
Испытание на коррозию 65%-ной азотной кислотой
Испытание на коррозию 65%-ной азотной кислотой (испытание по Хьюи) проводили в соответствии с JIS G0573 (1999) и исследовали стойкость к коррозии азотной кислотой стального листа для каждой марки. Более точно, из стального листа каждой марки вырезали образец размером 40×10×2 мм. Площадь поверхности образца составляла 1000 мм2. Далее, готовили раствор для испытаний с концентрацией азотной кислоты 65 масс. %. Образцы погружали в кипящий раствор для испытаний на 48 часов (первое испытание погружением). По окончании испытания готовили новый раствор для испытаний и проводили второе испытание погружением. Более точно, образцы вынимали из раствора для испытаний, использовавшегося в первом испытании погружением, и затем образцы погружали на 48 часов во второй раствор для испытания погружением. Описанные выше испытания погружением повторяли пять раз (первое-пятое испытание).
Перед и после соответствующих испытаний погружением (первое-пятое испытание) измеряли массы образцов и определяли изменение (потерю) массы. Из значений потери массы для каждого испытания погружением рассчитывали потери массы образца на единицу площади в единицу времени (далее называемые удельными потерями массы, в г/м2/ч). Рассчитанное среднее значение удельных потерь массы по пяти испытаниям (первое-пятое испытания) определялось как скорость коррозии (г/м2/ч).
Результаты испытаний
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Марка | Доля площади σ-фаз (%) | Номер размера зерна | Жаропрочность (МПа) | Скорость коррозии (г/м2/ч) |
| 1 | <0,01 | 6,3 | 225 | 0,057 |
| 2 | <0,01 | 6,4 | 242 | 0,056 |
| 3 | <0,01 | 6,9 | 245 | 0,059 |
| 4 | <0,01 | 5,8 | 204 | 0,052 |
| 5 | <0,01 | 6,2 | 203 | 0,057 |
| 6 | <0,01 | 4,6 | 199 | 0,036 |
| 7 | 0,2 | 6,9 | 221 | 0,096 |
| 8 | <0,01 | 6,3 | 201 | 0,091 |
| 9 | <0,01 | 6,7 | 223 | 0,086 |
| 10 | <0,01 | 5,9 | 191 | 0,089 |
| 11 | <0,01 | 7,0 | 239 | 0,101 |
| 12 | 0,4 | 6,7 | 232 | 0,112 |
Согласно таблице 2 химические составы марок 1-3 соответствовали диапазону химического состава согласно настоящему изобретению и температура растворения находилась в диапазоне 1050-1100°C. Соответственно, доля площади σ-фаз в листах аустенитной нержавеющей стали марок 1-3 не превышала 0,1%, а номера размера зерна были больше или равны 6,0. Поэтому жаропрочность марок 1-3 составляла 220 МПа или больше, а скорость их коррозии была не выше 0,085 г/м2/ч.
В то же время содержание Mn в марке 4 было меньше нижнего предела содержания Mn согласно настоящему изобретению и температура растворения превышала 1100°C. Поэтому номер размера зерна в марке 4 был меньше 6,0, а ее жаропрочность была меньше 220 МПа.
Содержание Mn в марке 5 было меньше нижнего предела содержания Mn согласно настоящему изобретению. Поэтому жаропрочность марки 5 была меньше 220 МПа.
Химический состав марки 6 соответствовал химическому составу согласно настоящему изобретению, но температура растворения превышала 1100°C. Поэтому номер размера зерна марки 6 был меньше 6,0, а ее жаропрочность была меньше 220 МПа.
Химический состав марок 7 и 12 соответствовал химическому составу согласно настоящему изобретению, но температуры растворения были ниже 1050°C. Поэтому доля площади, занятой σ-фазами, превышала 0,1%. В результате скорость коррозии была выше 0,085 г/м2/ч.
Содержание Ni в марке 8 было меньше нижнего предела содержания Ni согласно настоящему изобретению. Поэтому жаропрочность была ниже 220 МПа, а скорость коррозии превышала 0,085 г/м2/ч.
Содержание Ni в марке 9 превышало верхний предел содержания Ni согласно настоящему изобретению. Поэтому скорость коррозии превышала 0,085 г/м2/ч.
Содержание N в марке 10 было меньше нижнего предела содержания N согласно настоящему изобретению. Поэтому номер размера зерна был меньше 6,0. Соответственно жаропрочность была ниже 220 МПа, и скорость коррозии превышала 0,085 г/м2/ч.
Содержание N в марке 11 превышало верхний предел содержания N согласно настоящему изобретению. Поэтому скорость коррозии была выше 0,085 г/м2/ч.
Отметим, что для марок 1-3, 7 и 12 доля площади, занятой σ-фазами, значительно снижалась при повышении температуры растворения. Когда температуры растворения были больше или равны 1050°C, доля площади σ-фаз была не больше 0,1%.
Выше был описан вариант осуществления настоящего изобретения, и этот вариант представляет собой лишь иллюстрацию осуществления настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено приведенным выше вариантом, и вышеуказанный вариант осуществления может быть соответствующим образом модифицирован, оставаясь в пределах объема и сущности настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может широко применяться для стальных материалов, для которых требуется иметь жаропрочность и стойкость к коррозии азотной кислотой, оно может применяться, например, к стальным материалам для химических установок. Настоящее изобретение особенно предпочтительно для стальных материалов для установок по получению мочевины.
1. Аустенитная нержавеющая сталь, содержащая, в мас.%:
С: не более 0,050
Si: 0,01-1,00
Mn: 1,75-2,50
Р: не более 0,050
S: не более 0,0100
Ni: 20,00-24,00
Cr: 23,00-27,00
Мо: 1,80-3,20 и
N: 0,110-0,180
остальное Fe и примеси,
причем номер размера зерна аустенитной нержавеющей стали, определенный согласно JIS G0551 (2005), составляет по меньшей мере 6,0 и доля площади фазы σ не превышает 0,1%, при этом сталь получена путем осуществления обработки стального материала на твердый раствор при температуре растворения от 1050 до 1100°C с выдерживанием стального материала при указанной температуре в течение 1-5 минут после горячей обработки.
2. Аустенитная нержавеющая сталь по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из
Ca: не более 0,0100%,
Mg: не более 0,0100%, и
редкоземельный металл (REM): не более 0,200%.
3. Аустенитная нержавеющая сталь по п. 1 или 2, у которой предел текучести при 230°C составляет по меньшей мере 220 МПа и скорость коррозии в испытании на коррозию к 65%-ной азотной кислоте согласно JIS G0573 (1999) не превышает 0,085 г/м2/ч.
4. Способ получения аустенитной нержавеющей стали, включающий:
- этап подготовки исходного материала, содержащего, в мас.%: С: не более 0,050, Si: 0,01-1,00, Mn: 1,75-2,50, Р: не более 0,050, S: не более 0,0100, Ni: 20,00-24,00, Cr: 23,00-27,00, Mo: 1,80-3,20, N: 0,110-0,180, остальное Fe и примеси;
- этап горячей обработки исходного материала для получения стального материала; и
- этап обработки стального материала на твердый раствор при температуре растворения от 1050 до 1100°C с выдерживанием стального материала при указанной температуре в течение 1-5 минут.
5. Способ получения аустенитной нержавеющей стали по п. 4, причем исходный материал дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из: Ca: не более 0,0100%, Mg: не более 0,0100%, и редкоземельный металл (REM): не более 0,200%.
