Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь



Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь
Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь

 


Владельцы патента RU 2586193:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам высокопрочных коррозионно-стойких сталей, используемых для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,01-0,04, кремний 0,10-0,80, марганец 0,50-1,50, хром 14,0-16,0, никель 3,0-5,0, азот 0,1-0,2, медь от более 0,5 до 2,5, ванадий 0,02-0,20, кальций от более 0,005 до 0,030, железо и примеси - остальное. Отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее. Сталь обладает высокими пределом текучести и пределом прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к области легированных высокопрочных коррозионно-стойких сталей, используемых для высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте.

Известна коррозионно-стойкая хромоникелевая сталь 14Х17Н2 (ГОСТ 5632-72), содержащая 0,11-0,17% углерода, 16-18% хрома, 1,5-2,5% никеля, не более 0,2 титана, неизбежные примеси и железо.

Основными недостатками этой стали являются: трудная свариваемость, низкая прочность и склонность к отпускной хрупкости.

Известна коррозионно-стойкая хромоникелевая сталь 25X13H2, содержащая 0,2-0,3% углерода, 12-14% хрома, 1,5-2,0% никеля, не более 0,2 титана, неизбежные примеси и железо (См. А.А. Бабков, М.В. Приданцев. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М., Металлургия, 1971 г., с. 114-118).

Главным недостатком этой стали является низкая пластичность (δ=3-7 %).

Наиболее близкой по химическому составу к предлагаемому техническому решению является коррозионно-стойкая свариваемая сталь 07X16H6 (ГОСТ 5632-72), содержащая 0,05-0,09% углерода, 15,5-17,5% хрома, 5,0-8,0% никеля, до 0,8 кремния, до 0,8% марганца, неизбежные примеси и железо.

Однако эта сталь обладает прочностью, недостаточной для высоконагруженных деталей, плохо обрабатывается резанием. Структура металла в крупногабаритных поковках и горячекатаных трубах, изготовленных из этой стали, крупнозернистая. Кроме того, высокое содержание никеля обуславливает ее высокую стоимость.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа легирования и обработки, позволяющего получать высокопрочную экономно-легированную коррозионно-стойкую свариваемую сталь, обладающую более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности и пластичности коррозионно-стойкой свариваемой стали.

Технический результат достигается тем, что в коррозионно-стойкую свариваемую сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо и примеси, дополнительно введены азот, медь, ванадий и кальций при следующем соотношении компонентов мас.%:

углерод 0,01-0,04
кремний 0,10-0,80
марганец 0,50-1,50
хром 14,0-16,0
никель 3,0-5,0
азот 0,1-0,2
медь от более 0,5 до 2,5
ванадий 0,02-0,20
кальций от более 0,005 до 0,030
железо и примеси остальное

При этом отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее.

Дополнительное введение азота в состав стали в количестве более 0,1% приводит к повышению прочности. Увеличение показателей прочности обусловлено наличием азота в γ-твердом растворе и дополнительным упрочнением частицами нитридов хрома, выделяющимися в процессе нагрева при температуре 400°С. Удовлетворительные показатели пластичности и ударной вязкости связаны с наличием в структуре небольшого количества остаточного аустенита, расположенного между кристаллами мартенсита. При концентрации азота более 0,20% трудно получить качественный металл без пористости из-за ограниченной его растворимости (предел растворимости азота в сталях такого состава на уровне 0,19-0,22%, а композиционное содержание азота еще меньше).

При содержании углерода менее 0,01% уровень прочностных свойств не достигает требуемых значений, а при увеличении его количества выше 0,04% по границам зерен выделяются крупные частицы карбидов хрома типа Cr23C6, приводящие к снижению пластичности. При отношении содержаний углерода и азота меньше или равному 0,2%, такие карбиды не образуются.

Добавки ванадия не менее 0,02% обеспечивают получение мелкозернистой структуры. А увеличение его количества более 0,2% приводит к снижению прочности, вследствие образования нитридов ванадия и обеднения γ-твердого раствора азотом. Дополнительное введение кальция в количестве, превышающем 0,005%, обеспечивает хорошую раскисленность металла, улучшает обрабатываемость стали резанием. Но при увеличении его содержания более 0,03% наблюдается снижение пластичности.

При содержании хрома менее 14,0% в стали после горячей пластической деформации и термической обработки не достигается требуемый уровень коррозионной стойкости. При увеличении количества хрома более 16,0% и уменьшении количества никеля менее 3,0% снижаются пластические свойства и вязкость стали. Увеличение же концентрации никеля более 5,0% приводит к снижению растворимости азота, и значительному возрастанию стоимости металла (каждый дополнительный процент никеля при современном уровне цен повышает стоимость одной тонны стали на ~5%).

Марганец повышает растворимость азота в стали, раскисляет сталь, но при содержании его выше 1,5% возрастает доля аустенита в структуре металла, что приводит к снижению прочности.

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

Сталь выплавляли в открытой индукционной печи с последующим электрошлаковым переплавом. Составы стали опытных плавок приведены в табл. 1.

Термическую обработку проводили по режимам, состоящим из закалки от 1000°С с охлаждением в воде и последующего отпуска при 400°С в течение 2 часов. Результаты механических испытаний металла и отношение количества γ/α фаз (γ-аустенит, α-мартенсит) приведены в табл. 2.

Таким образом, по результатам испытаний видно, что предлагаемая сталь, в отличие от прототипа, обладает более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости, что приводит к увеличению долговечности и надежности изделий и конструкций из этой стали. Как показали испытания, предлагаемая сталь хорошо сваривается всеми видами сварки. Сталь экономична, обладает высокой стойкостью к атмосферной коррозии (скорость коррозии в 3-процентном растворе NaCl составила менее 0,0005 г/м2 ч).

Высокопрочная коррозионно-стойкая свариваемая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит азот, медь, ванадий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,01-0,04
кремний 0,10-0,80
марганец 0,50-1,50
хром 14,0-16,0
никель 3,0-5,0
азот 0,1-0,2
медь от более 0,5 до 2,5
ванадий 0,02-0,20
кальций от более 0,005 до 0,030
железо и примеси остальное

при этом отношение содержания углерода к содержанию азота составляет 0,2 или менее.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.
Наверх