Сталь низколегированная жаропрочная

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.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным сталям повышенной жаропрочности, применяемым при производстве корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов и крекинговых труб, задвижек, деталей насосов, также подходит для спецкрепежа труб, трубопроводной арматуры, деталей трубопроводов, коммуникационных и печных труб, используемых в тепловых сетях и энергомашиностроении.

Известна жаропрочная сталь, предназначенная для изготовления роторов паровых турбин большой мощности (заявка на изобретение №93033596/02, С22С 38/32, 20.09.1996).

Углерод 0,19-0,30
Кремний 0,01-0,12
Марганец 0,05-0,40
Хром 2,4-3,3
Молибден 0,35-0,55
Вольфрам 0,30-0,50
Кальций 0,003-0,020
Бор 0,002-0,008
Железо Остальное

Недостатки стали известного состава состоят в том, что сталь имеет низкие прочностные характеристики при +650°C и хладостойкость при -40°C, что влияет на эксплуатационные характеристики металлопродукции.

Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является взятая за прототип сталь (патент РФ 2277604 С1, С22С 38/48, 10.06.2006), мас. %:

Углерод 0,17-0,24
Марганец 0,35-0,65
Кремний 0,17-0,37
Хром 0,20-0,50
Никель 0,20-0,50
Ниобий 0,05-0,08
Железо Остальное

при выполнении соотношения:

[Марганец]+0,3*[Хром]+0,5*[Никель]+0,7*[Медь]/[Ниобий]=10÷20.

Недостатком стали известного состава является недостаточная жаропрочность и пониженная ударная вязкость.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении жаропрочности стали и ударной вязкости при отрицательных температурах.

Для решения поставленной технической задачи сталь содержит углерод, марганец, кремний, хром, никель, медь, молибден и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 0,10-0,16
Марганец 0,20-0,60
Кремний 0,10-0,50
Хром 4,2-5,0
Никель 0,10-0,30
Молибден 0,30-0,60
Медь 0,05-0,20
Сера Не более 0,010
Фосфор Не более 0,015
Железо Остальное

при выполнении соотношения:

[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0-1,4, при этом структура состоит из мелкозернистого бейнита с баллом зерна 12÷14.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при содержании элементов в стали в предложенном соотношении позволяет получить требуемые жаропрочность и хладостойкость стали.

Углерод упрочняет сталь. При содержании углерода менее 0,10% не достигается требуемая прочность стали, а при его содержании более 0,16% ухудшается ударная вязкость стали.

Кремний раскисляет сталь, повышает ее прочностные характеристики. При концентрации кремния менее 0,10% прочность стали ниже допустимой, а при концентрации более 0,50% снижается пластичность.

Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу. При содержании марганца менее 0,20% прочность стали недостаточна. Содержание свыше 0,60% приводит к перерасходу легирующих элементов.

Хром обеспечивает увеличение прочности при повышенных температурах, а также обеспечивает стойкость к коррозии и окислению. При его концентрации менее 4,2% прочность при повышенных температурах ниже допустимых значений. Увеличение содержания хрома более 5,0% приводит к потере пластичности.

При содержании никеля менее 0,10% снижается прочность и ударная вязкость стали. Повышение его массовой доли свыше 0,30% экономически нецелесообразно и приводит к увеличению себестоимости.

Молибден повышает прочность и вязкость стали, измельчая зерно микроструктуры. При содержании молибдена менее 0,30% прочность стали ниже требуемого уровня, а увеличение его содержания более 0,60% ухудшает пластичность и приводит к перерасходу легирующих элементов.

Медь способствует повышению прочностных свойств. Но если содержание этого элемента для данного состава превышает 0,20%, то может иметь место снижение ударной вязкости стали при отрицательных температурах.

Фосфор и сера в стали являются вредными примесями, их концентрация должна быть как можно меньшей. Однако при концентрации фосфора не более 0,015% и серы не более 0,010% их отрицательное влияние незначительно.

Экспериментально было установлено, что максимально влияющим параметром на получение оптимального комплекса свойств и необходимой структуры, является соотношение:

[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0÷1,4

При величине данного соотношения менее 1,0 металл обладает недостаточными прочностными характеристиками, в том числи и при повышенной температуре. При величине данного соотношения более 1,4 наблюдается ухудшение пластичности, а также ударной вязкости при отрицательных температурах.

Обеспечений бейнитной микроструктуры с баллом зерна №12-14 позволяет одновременно гарантировать и жаропрочность, и хладостойкость. Структура другого типа не позволяет этого сделать. Разнобалльность структуры приводит к резкому падению характеристик вязкости при отрицательных температурах.

Пример реализации

Сталь выплавляли в электродуговой печи, разливали в слябы. Слябы подвергали термической обработке при следующих технологических параметрах: скорость нагрева металла - 20-30°C/ч; температура нагрева - 870°C; продолжительность выдержки 12 ч; скорость охлаждения до температуры 200°C - не более 50°C/ч. Затем слябы нагревали до температуры 1200-1260°C и прокатывали на толстолистовом стане 2800 в листы до конечной толщины (8,0-40,0 мм) при температуре конца прокатки 830-850°C. После окончания процесса деформации осуществляли окончательное охлаждение листового проката до температуры окружающей среды. После охлаждения осуществляли нагрев до температуры 850°C с последующей выдержкой 1,5-2,5 мин/мм и охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды. Далее осуществляли еще один нагрев до температуры 730°C с последующей выдержкой 3-5 мин/мм и окончательное охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды.

Из табл. 1 и 2 следует, что предложенная сталь (составы 2-3) имеет более высокие прочностные характеристики при повышенных температурах и ударную вязкость при температуре KCV - 40°C. Кроме того, сталь характеризуется высокой стойкостью к общей коррозии.

При запредельных концентрациях элементов (составы 1, 5-8) прочностные характеристики при повышенных температурах и ударная вязкость стали ухудшаются. Также более низкие свойства по прочности и ударной вязкости имеет сталь по прототипу (состав 4).

Испытания при повышенных температурах показали удовлетворительные результаты даже при более высоких температурах. Так, при +650°C уменьшение значения предела текучести происходит на 6-8% в сравнении с комнатной температурой, при +700°C - на 16-18%, при +750°C - на 40-43%, что свидетельствует о гарантированном обеспечении прочности и при +700°C.

Сталь низколегированная жаропрочная хладостойкая при -40°C, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо и примеси серы и фосфора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден и медь при следующем соотношении элементов, 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,

при этом структура стали состоит из мелкозернистого бейнита с баллом зерна 12÷14 и выполняется условие:
[Углерод]+[Марганец]/6+([Хром]+[Молибден])/5+[Кремний]/7=1,0÷1,4.



 

Похожие патенты:

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.

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 созданию высокопрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления изделий, работающих при высоких растягивающих и изгибающих нагрузках, преимущественно проволоки малого диаметра, используемой в авиационной промышленности и машиностроении. Сталь содержит углерод, хром, никель, молибден, азот, марганец, кремний, иттрий, лантан, церий, празеодим, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,21, хром 15,0-16,5, никель 6,0-7,2, молибден 2,7-3,2, азот 0,04-0,09, марганец не более 1,0, кремний не более 0,6, иттрий не более 0,002, лантан не более 0,002, церий не более 0,002, празеодим не более 0,002, железо и неизбежные примеси - остальное. Повышается кратковременная прочность до значений не менее 2550 МПа и относительное удлинение до значений не менее 35%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низколегированным сталям повышенной теплоустойчивости, применяемым при производстве плавниковых труб, предназначенных для паровых котлов, труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, деталей цилиндров газовых турбин, различных деталей, работающих при температуре до +480-500°C, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников для энергооборудования и трубопроводов тепловых электростанций. Получают сляб из стали, имеющей химический состав, в мас.%: углерод 0,15-0,22, кремний 0,15-0,50, марганец 0,60-1,00, алюминий 0,01-0,06%, хром не более 0,3, никель не более 0,3, медь не более 0,3, молибден 0,20-0,50, сера не более 0,007, фосфор не более 0,020, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси - остальное. Осуществляют нагрев слябов под прокатку до температуры 1200-1250°C. Выполняют многопроходную реверсивную черновую и чистовую прокатку. Черновую прокатку завершают при температуре не более 1100°C, а чистовую прокатку ведут за 7-11 проходов и завершают в диапазоне температур от 880 до 910°C с относительным обжатием в последнем проходе от 10% до 15%. После прокатки и охлаждения листы подвергают термообработке при температуре 900-930°C с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивается высокий уровень теплоустойчивости и ударной вязкости. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных нержавеющих сталей, используемых для изготовления бесшовных труб для нефтяных скважит. Сталь содержит, мас.%: С: 0,05 или меньше, Si: 0,5 или меньше, Mn: 0,15 или больше и 1,0 или меньше, Cr: 13,5 или больше и 15,4 или меньше, Ni: 3,5 или больше и 6,0 или меньше, Мо: 1,5 или больше и 5,0 или меньше, Cu: 3,5 или меньше, W: 2,5 или меньше, N: 0,15 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное. Для компонентов стали выполняется следующее условие: -5,9×(7,82+27C-0,91Si+0,21Mn-0,9Cr+Ni-1,1Mo-0,55W+0,2Cu+11N)≥13,0. Сталь обладает высокой стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к плакирующему материалу для стального листа, используемого в морских конструкциях, устройствах опреснения морской воды. Плакирующий материал содержит, мас.%: 0,03 или менее углерода, 1,5 или менее кремния, 2,0 или менее марганца, 0,04 или менее фосфора, 0,03 или менее серы, от 22,0 до 25,0 никеля, от 21,0 до 25,0 хрома, от 2,0 до 5,0 молибдена, от 0,15 до 0,25 азота, остальное железо и неизбежные примеси. Критическая температура питтинговой коррозии (СРТ) плакирующего материала после нормализации, определяемая в соответствии с ASTM G48-03 Method E, составляет 45°С или выше, а потери от коррозии в зоне сварки, определенные посредством коррозионного испытания в соответствии со стандартом NORSOK M-601, составляют 1,0 г/м2 или менее. Плакирующий материал для стального листа обладает высокой коррозионной стойкостью к морской воде, обеспечивает целостность соединения с улучшенной надежностью при одновременном поддержании высоких коррозионных и механических свойств основного и плакирующего материалов. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению аустенитной нержавеющей нанодвойникованной TWIP стали. Выплавляют аустенитную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: не более чем 0,018 C, 0,25-0,75 Si, 1,5-2 Mn, 17,80-19,60 Cr, 24,00-25,25 Ni, 3,75-4,85 Mo, 1,26-2,78 Cu, 0,04-0,15 N, остальное – Fe и неизбежные примеси. Доводят сталь до температуры ниже 0°C и подвергают воздействию пластической деформации со степенью деформации по меньшей мере 30% для образования нанодвойников со средним расстоянием между ними менее 1000 нм и плотностью более 35%. Обеспечивается получение стали, обладающей высокой прочностью. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокопрочного износостойкого биметаллического конструкционного материала с основным слоем из низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой стали, предназначенного для применения в изделиях нефтяного и химического машиностроения, а также других отраслях, где необходимо применение коррозионно-стойких в агрессивных средах элементов конструкций и аппаратов. На основной слой наносят плакирующий слой из коррозионно-стойкой износостойкой аустенитно-ферритной стали электрошлаковой наплавкой расходуемыми электродами. Электроды изготовлены из стали следующего состава, мас.%: углерод 0,010-0,035, кремний 0,5-1,0, марганец 0,7-2,0, хром 21-25, никель 4,5-7,5, молибден 2,5-4,5, титан не более 0,005, алюминий не более 0,03, азот 0,01-0,20, сера 0,0025-0,0035, фосфор 0,010-0,020, железо и неизбежные примеси остальное, а глубина проплавления основного слоя при наплавке составляет не более 5 мм. Затем осуществляют горячую прокатку и термическую обработку. Повышается коррозионная стойкость, в том числе стойкость к питтинговой коррозии, прочностные характеристики и износостойкость биметаллических конструкционных материалов, а также снижается себестоимость биметалла. 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии. Для повышения прочности, ударной вязкости и относительного сужения в направлении толщины проката при низких температурах получают горячекатаный прокат толщиной 8-50 мм с повышенным уровнем хладостойкости, выплавляют сталь, содержащую, мас. %: углерод 0,07-0,12, марганец 0,20-0,70, кремний 0,10-0,50, хром 1,00-1,40, никель 1,50-2,00, молибден 0,10-0,30, медь 0,20-0,50, ниобий 0,02-0,05, алюминий 0,01-0,06, азот не более 0,008, сера не более 0,005, фосфор не более 0,010, железо – остальное, получают слябы, нагревают их до 1240-1260°C в печах и прокатывают на толстолистовом стане в листы до конечной толщины при температуре конца прокатки не более 890°C, охлаждают на воздухе, затем осуществляют нагрев листов до 920-940°C с общей выдержкой 2,0-3,0 мин/мм с последующей закалкой в воду и проводят отпуск при 690-740°C с выдержкой 1,5-2,8 мин/мм в зависимости от толщины с охлаждением на воздухе. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения листовой плакированной стали, и может быть использовано для строительства железнодорожных мостов, а также для оборудования нефтехимической промышленности. Способ производства листовой плакированной стали включает получение заготовки с поверхностным слоем из коррозионно-стойкой стали и основным слоем из углеродистой стали и горячую прокатку заготовки, при этом нагрев заготовки перед горячей прокаткой осуществляют в диапазоне температур от 1250 до 1300°С, охлаждение после прокатки ведут со скоростью не менее 7°С/с, причем температура конца ускоренного охлаждения составляет не выше 600°С, а заготовку получают из стали с плакирующим слоем из нержавеющей стали с ферритомартенситной структурой, содержащей, мас.%: углерод 0,01-0,15, кремний 0,30-0,70, марганец 0,50-2,7, хром 14-17, никель 1,0-2,5, молибден 0,01-2,5, титан 0,01-0,1, ванадий 0,01-0,1, ниобий 0,01-0,1, азот 0,1-0,3, фосфор 0,002-0,003, сера не более 0,005, железо и неизбежные примеси остальное. Изобретение направлено на повышение прочности и износостойкости стали с плакирующим слоем, а также на снижение затрат на производство при сохранении высокой прочности и сплошности соединения слоев, пластичности слоистого материала, а также высоких коррозионных свойств плакирующего слоя и хладостойкости стали основного слоя. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к химическому, нефтехимическому, нефтеперерабатывающему машиностроению, а именно к составам для защиты основного и вспомогательного оборудования указанных производств от воздействия агрессивных коррозионно-активных сред. Коррозионно-стойкое покрытие для защиты внутренней поверхности технологического оборудования, подвергаемого износу под действием среды с содержанием сероводорода до 20% содержит, мас. %: Cr 13-22, С 0,01-0,1, Мо 1,0-3,0, Ni 10,0-14,0, Fe - остальное, или Cr 20-28,5, С 0,1-1,5, Si 1,0-2,0, Mn 0,5-1,1, Мо 3,0-5,0, Ni 14,5-17,0, Fe - остальное. Коррозионно-стойкое покрытие для защиты внутренней поверхности технологического оборудования, подвергаемого износу под действием среды с содержанием сероводорода более 20%, содержит, мас.%: Cr 16,0-18,0, С 0,01-0,1, Мо 1,0-3,0, Ti 0,5-1,2, Ni 12,0-14,0, Fe - остальное, при углеродном эквиваленте Сэкв. в диапазоне от 4,50 до 5,3 и коэффициенте питтингостойкости PREN в диапазоне от 22,6 до 30,2, или Cr 20-24,0, С 0,01-0,02, Fe 3,0-5,0, Мо 13,0-15,0, W 2,0-4,0, Ni - остальное, при углеродном эквиваленте Сэкв. в диапазоне от 9,5 до 11,2, а коэффициенте питтингостойкости PREN в диапазоне от 60,25 до 76,4. Изобретение позволяет повысить адгезию с материалом основы, коррозионно-механические свойства: износостойкость, абразивную стойкость, коррозионную стойкость. 4 н.п. ф-лы, 4 пр.

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