Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее



Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее

 


Владельцы патента RU 2573161:

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в окислительных и восстановительных средах средней и высокой агрессивности. Сталь содержит, мас.%: углерод ≤0,03, марганец 1,0-2,0, хром 14,0-18,0, никель 8,5-14,5, азот 0,06-0,35, церий 0,001-0,05, кремний от более 2,0 до 4,5, молибден 2,5-4,5, железо и неизбежные примеси остальное. Для компонентов стали выполняется следующее соотношение: ( C r + 0,75 S i + M o ) / ( 2 N i + 0,5 M n + 40 ( N + C ) ) = 0,35 ÷ 1,30. Обеспечивается высокая коррозионная стойкость против общей и межкристаллитной коррозии в средах сильно окисляющего (кипящая азотная кислота различной концентрации) и в хлоридсодержащих средах восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера при сохранении комплекса физико-механических свойств. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в средах средней и высокой агрессивности как окислительного (крепкая азотная кислота и др.), так и восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера. Изобретение может быть использовано в производстве плоских видов металлопроката; горячекатаных (г/к) и холоднокатаных (х/к) листов; сортовых видов проката; горячекатаных, холоднокатаных и горячепрессованных труб; поковок любой конфигурации; сварных конструкций, в т.ч. емкостей для работы под давлением.

Известны стали, обладающие высокой коррозионной стойкостью против концентрированной азотной кислоты при температурах до 100°C: 02Х8Н22С6 (ЭП 794), 015Х14Н19С6Б-ВИ (ЧС110-ВИ), 10Х15Н9С3Б (ЭП 302).

Химический состав сталей: (Справочник «Коррозионно-стойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы», с. 133-137. М., 2008 г.).

Из сталей изготавливают листы, прутки, трубы, поковки и другие виды металлопродукции.

Стали характеризуются высоким сопротивлением коррозии при контакте с кипящей азотной кислотой высоких концентраций (среды окислительного характера).

Недостатком этих сталей является пониженная прочность, особенно по величине предела текучести σ0,2=175-245 Н/мм2, что препятствует их применению в высоконагруженных конструкциях, а также относительно низкая коррозионная стойкость в средах восстановительного характера, в т.ч в присутствии ионов хлора (Cl-1).

Известна аустенитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее. Аустенитная сталь содержит следующие компоненты, мас.%:

Углерод 0,01-0,06
Марганец 0,5-2,0
Кремний 0,1-0,8
Хром 16,0-19,0
Никель 8,0-10,5
Азот 0,05-0,25
Бор 0,001-0,005
Кальций 0,01-0,10
Церий 0,001-0,05
Сера ≈0,030
Фосфор ≈0,045
Железо и неизбежные примеси остальное

при выполнении следующих соотношений:

Cr + 1 ,2Si 2Mn + 2 ,5 ( Ni 0 ,5 ) + 50 ( C + N ) = 0,40 ÷ 0,70 и ∑B+Ca+Ce≈0,12.

Изделие может быть выполнено в виде горячекатаных листов толщиной 3,0-8,0 мм, или в виде холоднокатаных листов толщиной 0,5-3,0 мм, или в виде прутков диаметром 4-8 мм. Сталь по данному изобретению обладает повышенным уровнем прочности (σв=705-720 Н/мм2, σ0,2=365-395 Н/мм2), хорошей штампуемостью в холодном состоянии и стойкостью против общей и межкристаллитной коррозии, удовлетворительной свариваемостью. (Патент RU 2173729 опубл. 20.09.2001 МПК С22С 38/54, С22С 38/58 - прототип изобретения - сталь и изделие).

Недостаток прототипа заключается в том, что сталь и изделия, выполненные из нее, обладая повышенным уровнем прочностных характеристик, обеспечивают высокую коррозионную стойкость в средах слабой и средней агрессивности, но не обеспечивают необходимое сопротивление коррозии в сильно окислительных средах, в частности в кипящей азотной кислоте и в средах восстановительного характера.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании свариваемой, немагнитной коррозионно-стойкой стали и изделий, выполненных из нее, с обеспечением повышенной прочности (σ0,2≥325 Н/мм2), коррозионной стойкости как в средах высокой окисляющей способности (например в кипящей азотной кислоте), так и в средах восстановительного характера, содержащих хлор-ионы.

Техническим результатом изобретения является создание немагнитной коррозионно-стойкой стали, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость против общей и межкристаллитной коррозии в средах сильно окисляющего (кипящая азотная кислота различной концентрации) и в хлоридсодержащих средах восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера при сохранении комплекса физико-механических свойств на уровне прототипа.

Указанный технический результат достигается тем, что немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, церий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод ≤0,03
Марганец 1,0-2,0
Хром 14,0-18,0
Никель 8,5-14,5
Азот 0,06-0,35
Церий 0,001-0,05
Кремний от более 2,0 до 4,5
Молибден 2,5-4,5
Железо и неизбежные примеси остальное,

при этом выполняется соотношение , а также тем, что изделия выполнены из немагнитной коррозионно-стойкой стали указанного состава.

Изделия могут быть выполнены в виде горячекатаных листов толщиной 4-40 мм, холоднокатаных листов толщиной 0,5-3,9 мм, холоднокатаной ленты толщиной 0,05-2,0 мм, в виде горячекатаного или холоднокатаного сортового проката, в виде горячекатаных или холоднокатаных бесшовных или сварных труб или трубной заготовки

Сущность изобретения заключается в том, что для реализации технического результата регламентировано соотношение элементов, отвечающих за повышение: параметров прочности (σв, σ02), коррозионной стойкости в агрессивных средах окислительного и восстановительного характера и одновременно уменьшающих склонность к межкристаллитной коррозии, в т.ч. сварных соединений, в состав стали вводится молибден и повышается содержание кремния.

Приведенные выше содержания легирующих элементов в предлагаемой стали позволяют получить немагнитную, коррозионно-стойкую сталь повышенной прочности, пригодную для изготовления облегченных конструкций, в т.ч сварных, контактирующих при эксплуатации со средами средней и высокой агрессивности как окислительного, так и в хлоридсодержащих средах восстановительного характера.

Содержание углерода в стали в количестве менее 0,03% обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии, в т.ч. сварных соединений, и улучшает свариваемость стали.

Принятые пределы легирования хромом 14,0-18,0% обеспечивают способность стали к пассивации в широком интервале потенциалов, характерных для сред восстановительного и окислительного характера. Снижение содержания хрома ниже 14% отрицательно сказывается на сопротивлении стали к питтинговой коррозии. Увеличение содержания хрома выше 18% усиливает склонность стали к образованию в структуре высокотемпературной фазы 5-феррита, оказывающей негативное влияние с одной стороны на обрабатываемость стали при горячей обработке давлением и на увеличение магнитной проницаемости с другой стороны.

Пределы по содержанию никеля 8,5-14,5% выбраны исходя из требований обеспечения стабильной аустенитной структуры при легировании ферритообразующими элементами: хромом, кремнием и молибденом. Легирование никелем в количестве меньшем, чем 8,5% приводит к снижению стабильности аустенита при холодной деформации и снижении температуры. Увеличение содержания никеля в азотсодержащей стали выше 14,5% экономически нецелесообразно.

Для реализации указанных качеств в сталь также вводится азот в количествах 0,06-0,35%. При этом в данной композиции действие азота проявляется в трех направлениях. Азот, относящийся к элементам внедрения и являющийся сильнейшим аустенитообразующим элементом, находясь в твердом γ-растворе, вызывает упрочнение матрицы, способствует повышению стабильности аустенита по отношению к превращению, повышает стойкость стали практически против всех видов коррозии (межкристаллитной (МКК), точечной, ножевой и др.). Указанные свойства проявляются при легировании азотом в количестве с 0,06%. Ограничение верхнего предела по содержанию азота 0,35% вызвано пределом его растворимости при атмосферном давлении в системе легирования Fe-Cr-Ni, во избежание появления несплошности (роста) слитка при кристаллизации.

Увеличением в стали содержания кремния достигается повышенный уровень коррозионной стойкости стали в сильно окисляющих средах (кипящая азотная кислота и др.), и, что особенно важно, в присутствии ионов 6-ти валентного хрома (Cr6+). Значительное повышение сопротивления коррозионному воздействию, в окислительных средах наступает при введении в сталь более 2% кремния. Но увеличение в стали содержания кремния свыше 4,5% нежелательно, поскольку облегчаются условия для образования пограничных выделений силицидов в структуре металла сварного соединения, что отрицательно сказывается на пластических свойствах металла.

Введение в сталь молибдена в количествах 2,5-4,5%) продиктовано тем, что он в противоположность хрому пассивирует поверхность стали как в агрессивных средах восстановительного характера (соляная, серная, сернистая и др.кислоты), так и в сильно окисляющих соляных средах, и в особенности, когда в них присутствуют ионы хлора. Ограничения пределов легирования стали молибденом объясняются тем, что при легировании в количестве меньшем чем 2,5%, его пассивирующая способность проявляется недостаточно, а введение в сталь молибдена больше 4,5% может в стали данной композиции, при температурах порядка 600-750°C, приводить к образованию интерметаллидных фаз типа Fe2Mo (фазы Лавеса), которые понижают в стали облагораживающее действие молибдена и снижают пластические свойства.

Микролегирование церием повышает прочность и пластичность стали, при этом минимальный эффект достигается при введении 0,001% церия. Введение церия в количестве, большем, чем 0,05%, нецелесообразно из-за появления значительного количества окислов церия.

Содержание в составе предложенной стали марганца до 2% обеспечивает возможность выплавки стали традиционными способами на обычных шихтовых материалах и одновременно позволяет получить необходимый уровень твердорастворимого упрочнения аустенитной основы в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью.

В связи со сложным влиянием и взаимодействием основных легирующих элементов в системе Fe-Cr-Ni-Mo-Si-N, для обеспечения выше указанного технического результата необходимо соблюдать соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов согласно формуле

При величине указанного соотношения в пределах 0,35÷1,30 в стали достигается сочетание стабильности аустенитной структуры, высокой прочности и пластичности при нормальной температуре, необходимой технологичности при температурах горячей деформации и коррозионная стойкость сварных соединений при контакте с окисляющей агрессивной средой.

Примеры осуществления изобретения.

Опытные стали в пределах заявленного состава, а также прототип выплавляли в вакуумно-индукционной печи с разливом металла в изложницы для слитков массой 30 кг. Химический состав сталей приведен в таблице 1.

Слитки ковали на заготовки и сутунки, которые прокатывали на прутки диаметром 14 мм и горячекатаный лист толщиной 4-6 мм. Нагрев слитков под ковку 1150-1180°C. Ковку слитков на заготовку промежуточного размера (квадрат со стороной 35 мм) и сутунку проводили в интервале температур 1150-900°C.

Заготовки - квадрат со стороной 35 мм, прокатывали на пруток диаметром 14 мм и подвергали закалке с 1060°C в воде. Из закаленных горячекатаных прутков изготавливали образцы для определения механических свойств и коррозионных испытаний. Изделия в виде холоднокатаных листов толщиной 1.5-2.0 мм изготавливали холодной прокаткой горячекатаных листов, которые предварительно закаливали при 1060°C и травили щелочно-кислотным способом.

В таблицах 2÷5 представлены результаты испытаний механических и коррозионных свойств новой стали.

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что свойства прочности (σв и σ02) и пластичности (δ5 и ψ) новой стали в закаленном состоянии находятся на уровне тех же свойств прототипа. Чувствительность к концентрации напряжений новой стали существенно ниже, чем прототипа, и это является положительным качеством.

В таблице 2а показаны свойства новой стали после провоцирующих отпусков при температурах 450-650°С, в течение 1 часа, т.е. в состоянии сенсибилизации.

Данные таблицы 2а показывают, что механические свойства новой стали после провоцирующих отпусков практически не отличаются от свойств в закаленном состоянии, см. таблицу 2. После указанных отпусков в стали не происходит снижения прочностных и пластических свойств, что косвенно свидетельствует о том, что новая сталь после сварки не требует термической обработки. Также в новой стали не наблюдается повышения чувствительности к концентрации напряжений в сенсибилизированном состоянии. Об этом свидетельствуют данные по пластичности (δ5, ψ) и по соотношению σ в н σ в .

Результаты испытаний новой стали на коррозионную стойкость приведены в таблицах 3, 4, 5.

Испытания на стойкость к межкристаллитной коррозии (МКК) проводили в растворе 27%HNO3+40 г/л Cr6+, который является аналогом раствора для метода ДУ ГОСТ 6032, но обладает более сильной окислительной способностью. Результаты испытаний показали, что все исследованные стали, включая прототип, не склонны к МКК как в закаленном, так и в сенсибилизированном, т.е. после провоцирующих отпусков в интервале температур 450-650°C, состояниях.

Приведенные результаты механических и коррозионных испытаний свидетельствуют о том, что технические результаты в новой стали полностью реализуются:

- сталь сохраняет повышенный комплекс прочности и пластичности на уровне прототипа;

- существенно повышается коррозионная стойкость в средах окислительного и восстановительного характера по сравнению с прототипом;

- сталь сохраняет комплекс механических и коррозионных свойств в сенсибилизированном состоянии.

Таким образом, предлагаемая коррозионно-стойкая сталь обладает комплексом служебных свойств, который позволяет изготавливать из нее детали и изделия конструкций для работы в контакте с агрессивными средами восстановительного и сильно окисляющего характера, т.е. сталь демонстрирует универсальность по отношению к областям применения.

1. Немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, церий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод ≤0,03
марганец 1,0-2,0
хром 14,0-18,0
никель 8,5-14,5
азот 0,06-0,35
церий 0,001-0,05
кремний от более 2,0 до 4,5
молибден 2,5-4,5
железо и неизбежные примеси остальное,

при выполнении соотношения .

2. Изделие, выполненное из немагнитной коррозионно-стойкой стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п. 1.

3. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаного листа толщиной 4-40 мм.

4. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаного листа толщиной 0,5-3,9 мм.

5. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаной ленты толщиной 0,05-2,0 мм.

6. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаного или холоднокатаного сортового проката.

7. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаных или холоднокатаных бесшовных или сварных труб.

8. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаной или холоднокатаной бесшовной или сварной трубной заготовки.



 

Похожие патенты:
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.

Изобретение относится к металлургии. Стальной лист содержит образованный гальванизацией погружением слой, сформированный на поверхности базового стального листа, содержащего, в мас.%: С от 0,075 до 0,400, Si от 0,01 до 2,00, Mn от 0,80 до 3,50, Р от 0,0001 до 0,100, S от 0,0001 до 0,0100, Al от 0,001 до 2,00, О от 0,0001 до 0,0100, N от 0,0001 до 0,0100, и остальное количество, состоящее из Fe и неизбежных загрязняющих примесей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к облегченной конструкционной стали для изготовления емкости для содержания топлива автомобиля. Сталь имеет следующий химический состав, вес.%: C 0,04-2, Mn 14-30, Al 1,5-12, Si 0,3-3, Cr 0,12-6, дополнительно один или несколько из следующих элементов: Ti, V, Nb, В, Zr, Mo, Ni, Cu, W, Co, P и N с содержанием каждый до 5% и в сумме до 10%, остальное - железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным хладостойким бейнитным сталям, используемым для изготовления сварных балок, стрел, поворотных механизмов и других элементов подъемно-транспортной техники.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению рулона горячекатаной стальной полосы для изготовления трубопровода. Химический состав стали включает, мас.%: C от 0,03 до 0,10, Si от 0,01 до 0,50, Mn от 0,5 до 2,5, P от 0,001 до 0,03, S от 0,0001 до 0,0030, Nb от 0,0001 до 0,2, Al от 0,0001 до 0,05, Ti от 0,0001 до 0,030, B от 0,0001 до 0,0005, железо и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение может быть использовано при получении сварных конструкций дуговой сваркой в защитном газе с применением электродной проволоки с флюсовым сердечником.
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.

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.

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 черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, 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, висмут 0,08-0,13, кальций 0,002-0,003, алюминий 0,005-0,015, железо - основа.

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.

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.

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.
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.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионно-стойким сталям для высоконагруженных деталей, используемых в машиностроении, приборостроении.
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.

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.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяемых для изготовления ответственных деталей машин.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сталей с особыми технологическими свойствами, применяющихся в серийном производстве ответственных деталей машин.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной жаропрочности и хладостойкости, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,10-0,16, кремний 0,10-0,50, марганец 0,20-0,60, хром 4,2-5,0, никель 0,10-0,30, медь 0,05-0,20, молибден 0,30-0,60, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, железо остальное. Сталь обладает высокими показателями по прочности при высоких температурах и ударной вязкости при отрицательных температурах, характеризуется стойкостью к коррозии и окислению. 2 табл., 1 пр.
Наверх