Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным коррозионностойким сталям переходного класса, используемым для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и судостроении, работающих в условиях воздействия коррозионной среды. Сталь содержит в мас.%: углерод 0,12-0,35, азот 0,11-0,21, хром 14,0-15,0, никель 2,5-3,5, марганец 0,5-1,5, молибден 1,2-1,7, кремний 0,2-0,6, медь 1,5-2,0, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,005-0,050, церий 0,005-0,030, иттрий 0,005-0,030, лантан 0,005-0,030, барий 0,005-0,020, железо - остальное. Обеспечивается высокий уровень механических и коррозионных свойств. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии стали, в частности к области легированных коррозионностойких высокопрочных сталей, используемых для высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и судостроении.

Известна коррозионностойкая сталь мартенситного класса (Патент РФ №2291912) следующего химического состава (масс. %):

углерод 0,08-0,12
хром 12,5-14,0
никель 4,0-5,0
молибден 2,3-2,8
марганец 0,3-0,7
азот 0,05-0,10
кремний 1,7-2,5
ниобий 0,2-0,4
кобальт 4,0-5,0
лантан 0,001-0,05
иттрий 0,001-0,05
железо остальное

Основными недостатками этой стали являются недостаточно высокая прочность (σB=1650 МПа) и высокое содержание дорогостоящих никеля и кобальта.

Известна коррозионностойкая сталь мартенситного класса (Патент РФ №2077602) следующего химического состава (масс. %):

углерод 0,04-0,09
хром 12,5-15,0
никель 4,0-6,5
молибден 2,5-3,5
марганец 0,1-1,0
азот 0,02-0,1
кремний 0,3-1,6
ниобий 0,02-0,42
кобальт 3,5-6,0
церий 0,001-0,050
кальций 0,001-0,050
железо остальное

Основными недостатками этой стали являются недостаточно высокая прочность (σB=1600 МПа; σ0,2=1300 МПа) и высокое содержание дорогостоящих никеля, кобальта и молибдена.

Наиболее близкой к изобретению, взятой за прототип, является высокопрочная коррозионностойкая сталь мартенситного класса (Патент РФ №2318068) следующего химического состава (мас. %):

углерод 0,04-0,07
кремний не более 0,6
хром 15,5-16,5
никель 4,8-5,8
азот 0,11-0,18
ниобий 0,03-0,08
ванадий 0,03-0,08
марганец 0,5-1,0
кальций 0,02-0,03
железо и неизбежные примеси остальное

Основными недостатками этой стали являются относительно низкая прочность (σ0,2=1450 МПа) и высокое содержание дорогостоящего никеля.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании экономнолегированной коррозионностойкой высокопрочной стали.

Техническим результатом является повышение прочности (σB=1800-1850 МПа; σ0,2=1600-1650 МПа) стали при сохранении, удовлетворительной для практического применения, пластичности (δ=10-12%; Ψ=40-50%), что обеспечивает повышение надежности и увеличение долговечности конструкций из этой стали при их эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что по сравнению со сталью-прототипом, предлагаемая сталь, содержащая углерод, азот, хром, никель, марганец, кремний, ванадий, кальций и железо, согласно изобретению дополнительно содержит молибден, медь, церий, иттрий, лантан и барий при следующем соотношении компонентов (в мас. %):

углерод 0,12-0,35
азот 0,11-0,21
хром 14,0-15,0
никель 2,5-3,5
марганец 0,5-1,5
молибден 1,2-1,7
кремний 0,2-0,6
медь 1,5-2,0
ванадий 0,05-0,10
кальций 0,005-0,050
церий 0,005-0,030
иттрий 0,005-0,030
лантан 0,005-0,030
барий 0,005-0,020
железо остальное

Соотношение элементов, определяющих фазовый состав в стали, должно определяться следующими равенствами:

C+N=0,25÷0,45;

C/N=1,1÷2,3;

Kм=Cr+Mo+1,5Ni+30(C+N)+0,7(Mn+Si)=30÷33,

Kф=Cr+Мо+2Si-{1,5Ni+30(C+N)+0,7Mn}=2,5÷6,2;

где Kм - эквивалент мартенситообразования, а Kф - эквивалент ферритообразования;

Наличие в стали указанных концентраций углерода и азота необходимо для обеспечения высокой прочности. При содержании углерода и азота более 0,35 и 0,21% соответственно трудно получить удовлетворительные показатели пластичности и ударной вязкости, а также получить качественный металл без пористости из-за ограниченной растворимости азота в стали.

Введение в сталь 14,0-15,0% хрома обусловлено обеспечением требуемой коррозионной стойкости и повышенной растворимости азота. При концентрации хрома более 15,0% и никеля менее 2,5% сталь будет иметь пониженную вязкость, особенно при отрицательных температурах, из-за появления в структуре δ-феррита, а также из-за повышения температуры вязкохрупкого перехода. С увеличением содержания никеля более 3,5% снижается растворимость азота в стали.

Марганец в количестве 0,5-1,5% вводится в сталь для повышения растворимости азота и раскисления стали. Увеличение содержания марганца более 1,5% приводит к повышению количества остаточного аустенита и тем самым к снижению прочностных характеристик.

Добавки ванадия в количестве до 0,1% обеспечивают получение мелкозернистой структуры. Увеличение с содержания ванадия более 0,1% приводит к снижению прочности из-за обеднения твердого раствора азотом в результате образования нитридов ванадия VN.

Легирование молибденом в количестве 1,2-1,7% повышает коррозионную стойкость, растворимость азота и тормозит образование карбонитридов по границам зерен и тем самым повышает ударную вязкость стали.

Дополнительное легирование барием позволяет изменить форму сульфидов на глобулярную и тем самым улучшает деформируемость слитков.

Легирование медью 1,5-2,0% позволяет исключить в микроструктуре стали дельта-феррит, а также повысить коррозионную стойкость и прочность при старении за счет выделения дисперсных частиц фазы, богатой медью.

Наличие церия 0,005-0,030% и кальция 0,005-0,030% уменьшает содержание примесей на границах зерен, тем самым меняя кинетику старения по границам зерен и уменьшая степень охрупчивания.

Легирование лантаном и иттрием способствует раскислению стали и измельчению зерна.

Подобранное соотношение компонентов позволяет получить стабильную структуру стали с заданным соотношением мартенсита и аустенита.

Выплавка стали производилась в открытой индукционной печи. Составы стали опытных плавок приведены в таблице 1.

Предлагаемая сталь после горячей пластической деформации (температура окончания деформации должна быть ниже температуры начала собирательной рекристаллизации) с последующим охлаждением в воде, в сочетании с обработкой холодом и последующим отпуском при 400°C, обладает мартенситно-аустенитной мелкозернистой (15-20 мкм) структурой, с заданным количеством мартенсита (75-85%) и аустенита (25-15%), не содержащей δ-феррита и σ-фазы, что позволяет обеспечить высокий уровень механических и коррозионных свойств стали и изделия, выполненного из нее. Техническим результатом является повышение прочности (σB=1800-1850 МПа; σ0,2=1650-1700 МПа) при сохранении, удовлетворительной для практического применения, пластичности (δ=10-12%; Ψ=40-50%), что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и увеличение срока службы конструкций из этой стали при их эксплуатации. Результаты механических испытаний металла приведены в таблице 2.

1. Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса, содержащая углерод, азот, хром, никель, марганец, кремний, ванадий, кальций и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден, медь, церий, иттрий, лантан и барий при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

углерод 0,12-0,35
азот 0,11-0,21
хром 14,0-15,0
никель 2,5-3,5
марганец 0,5-1,5
молибден 1,2-1,7
кремний 0,2-0,6
медь 1,5-2,0
ванадий 0,05-0,10
кальций 0,005-0,050
церий 0,005-0,030
иттрий 0,005-0,030
лантан 0,005-0,030
барий 0,005-0,020
железо остальное

2. Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса по п. 1, отличающаяся тем, что для содержания углерода и азота выполняются следующие условия: C+N=0,25÷0,45, C/N=1,1÷2,3.

3. Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение аустенито- и ферритообразующих элементов, определяющих фазовый состав в стали, определяется следующими равенствами:
Kм=Cr+Mo+1,5Ni+30(C+N)+0,7(Mn+Si)=30÷33,
Kф=Cr+Mo+2Si-{1,5Ni+30(C+N)+0,7Mn}=2,5÷6,2,
где Kм - эквивалент мартенситообразования, а Kф - эквивалент ферритообразования.

4. Высокопрочная коррозионностойкая сталь переходного класса по п. 1, отличающаяся тем, что после горячей пластической деформации, температура окончания которой составляет ниже температуры начала собирательной рекристаллизации, с последующим охлаждением в воде, обработки холодом и последующего отпуска при 400°C она обладает мартенситно-аустенитной мелкозернистой структурой с зерном 15-20 мкм, с количеством мартенсита 75-85% и аустенита 25-15% без δ-феррита и σ-фазы.



 

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 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 области металлургии, а именно к изготовлению труб для добычи нефти и газа, которые могут эксплуатироваться как в обычных условиях, так и в условиях коррозионного воздействия со стороны добываемого флюида в присутствии сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2).

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве толстолистового проката из стали высокой прочности, хладостойкости и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к горячедеформированным насосно-компрессорным трубам и муфтам к ним, изготавливаемым из конструкционных сталей.

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 // 2532662
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высококачественным легированным конструкционным сталям, применяемым для изготовления силовых деталей, шестерен и валов, поверхности которых упрочняют азотированием.

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 конструкционным комплекснолегированным высокопрочным сталям, закаливающимся на воздухе, и может быть использовано при производстве осесимметричных деталей, работающих под давлением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным конструкционным сталям, закаливающимся преимущественно на воздухе, используемым для изготовления осесимметричных корпусных деталей.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано для получения свариваемых штрипсов категории прочности X100 по стандарту API 5L-04, используемых при строительстве магистральных нефтегазопроводов высокого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной стали повышенной прочности и трещиностойкости, используемой для изготовления высоконагруженных бандажей колес тягового подвижного состава железных дорог. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,23-0,47, марганец 0,65-0,95, хром 0,63-0,87, никель 1,85-2,15, молибден 0,14-0,27, ванадий 0,06-0,20, железо остальное. Повышаются временное сопротивление разрыву, твердость, ударная вязкость и трещиностойкость, а также износостойкость и контактно-усталостная выносливость стали. 2 табл.
Наверх