Способ производства горячекатаной высокопрочной коррозионно-стойкой стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаной стали, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике. Для повышения коррозионной стойкости стали при сохранении уровня прочности и пластичности получают заготовку из стали, содержащей, мас. %: углерод 0,01-0,035, кремний 0,2-0,6, марганец 0,5-0,7, сера 0,005-0,015, фосфор не более 0,015, хром 14,0-17,0, никель 1,8-5,5, молибден 0,45-2,2, титан 0,01-0,04, ванадий 0,03-0,12, ниобий 0,02-0,12, азот 0,1-0,25, железо и неизбежные примеси - остальное, нагревают заготовку в диапазоне от 1200 до 1300°C, проводят горячую прокатку заготовки и последующую термическую обработку путем закалки с температуры 900-1100°C и отпуска при температуре 400-600°C в течение 1 часа. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке способов производства и составов горячекатаной стали с высокими прочностными и коррозионными свойствами, предназначенной для применения в сооружениях и конструкциях различного назначения в Арктике и Антарктике.

Особенности природно-климатических условий данных регионов диктуют особые требования к металлопродукции для указанных объектов, которые должны обеспечить их длительный ресурс эксплуатации. К таким условиям относятся не только экстремальные температурные условия, связанные с ними термические и механические нагрузки, но и повышенное воздействие агрессивных сред - морская вода, неорганические биоактивные среды и др.

В связи с этим для обеспечения длительного ресурса эксплуатации в рассматриваемых условиях требуются стали, которые помимо комплекса отличных механических свойств должны иметь высокую стойкость против различных видов коррозионного и коррозионно-механического разрушения и износостойкость.

Известен способ получения высокопрочной коррозионно-стойкой стали аустенитно-мартенситного класса, включающий выплавку стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,08-0,12; хром 13,5-14,5; никель 3,5-4,5; азот 0,15-0,20; молибден 2-2,5; марганец 1-1,5; ванадий 0,03-0,05; ниобий 0,03-0,05; кремний 0,1-0,3; медь 0,3-0,8; кальций 0,01-0,03; барий 0,01-0,03; железо остальное, и последующую термическую обработку по режиму: закалка + обработка холодом + отпуск. Сталь предназначена для изготовления высоконагруженных деталей машин, в частности самолетов, работающих при температуре от минус 70 до 300°C в любых климатических условиях. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств. Предел прочности составляет 1800-1850 МПа, предел текучести 1400-1450 МПа, относительное удлинение 16-20%, ударная вязкость 60-80 Дж/см2. Сталь обладает повышенным сопротивлением коррозионному растрескиванию и выдерживает без разрушения более шести месяцев в камере соляного тумана 5% NaCl при 35°C при приложенном напряжении изгиба 1000 МПа (патент RU 2214474, МПК C22C 38/48, опубликован 20.10.2003).

Недостатком данного изобретения являются довольно низкие значения относительного удлинения.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ производства высокоазотистой мартенситной нержавеющей стали, включающий выплавку стали, горячую деформацию и последующую термическую обработку - закалку с нагревом до 950-1200°C, формирование мартенситной структуры, старение. Сталь имеет состав, мас. %: ≤0,03 углерода, ≤0,01 серы, ≤1 кремния, ≤0,015 фосфора, 16-18 хрома, 3,4-4,5 никеля, 3,5-4,5 меди, 0,15-0,25 азота, 0,001-0,01 бора, 0,005-0,02 церия или иттрия, остальное железо. Предел прочности составляет 1290-1450 МПа, предел текучести составляет 1150-1350 МПа, удлинение 18-28% (заявка CN 102134688 A, МПК C22C 33/06, C22C 38/54, опубликована 27.07.2011).

Недостатком данного изобретения является низкая стойкость против питтинговой коррозии.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является оптимизация способа производства, химического состава стали и параметров термической обработки с обеспечением технического результата в виде повышения коррозионной стойкости при сохранении уровня прочности и пластичности.

Технический результат достигается тем, что в способе производства высокопрочной коррозионно-стойкой горячекатаной стали, включающем получение заготовки из стали, горячую прокатку заготовки и последующую термическую обработку, согласно изобретению заготовку получают из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %:

Углерод 0,01-0,035
Кремний 0,2-0,6
Марганец 0,5-0,7
Сера 0,005-0,015
Фосфор не более 0,015
Хром 14,0-17,0
Никель 1,8-5,5
Молибден 0,45-2,2
Титан 0,01-0,04
Ванадий 0,03-0,12
Ниобий 0,02-0,12
Азот 0,1-0,25
Железо и неизбежные примеси остальное

при этом нагрев заготовки перед горячей прокаткой осуществляют в диапазоне от 1200 до 1300°C, а термическую обработку проводят путем закалки с температуры 900-1100°C и отпуска при температуре 400-600°C в течение 1 часа.

Изобретение направлено на получение мелкодисперсной структуры мартенсита при минимальном содержании в стали остаточного аустенита. Для получения мартенситной структуры необходимо, чтобы при температурах окончания прокатки или при нагреве под закалку структура стали была полностью аустенитной. Важным фактором является устойчивость или стабильность аустенита, которая контролируется присутствием в стали аустенитообразующих элементов никеля, азота и углерода, повышенное содержание которых должно способствовать формированию при нагреве полностью аустенитной структуры.

Повышение показателей прочности и пластичности происходит за счет измельчения структуры во время горячей прокатки путем торможения роста исходного аустенитного зерна частицами комплексного карбонитрида, а также коррозионной стойкости за счет повышения питтингостойкости путем уменьшения возможности образования карбидов хрома и, как следствие, обеднения твердого раствора по хрому.

Наличие в стали указанного содержания углерода и азота необходимо для обеспечения высокой прочности.

При содержании C более 0,035% повышается риск образования карбидов хрома и, как следствие, обеднения матрицы по хрому, что отрицательно влияет на питтингостойкость.

Роль азота в повышении твердости мартенсита заключается в том, что он влияет не только на устойчивость аустенита, но и входит в состав выделений карбонитридов ванадия и ниобия, которые обеспечивают упрочнение по механизмам измельчения зерна и дисперсионного твердения. При содержании N более 0,25% затруднительно получить металл без пористости ввиду ограниченной растворимости азота в металле.

Содержание хрома 14-17% необходимо для обеспечения коррозионной стойкости и повышения растворимости азота. При концентрации хрома менее 14% возможны локальные повреждения пассивной пленки, тогда как при концентрациях хрома более 16% возможно появление в структуре дельта-феррита, отрицательно влияющего на прочностные показатели.

Добавки ванадия и ниобия в количестве 0,03-0,12% каждого обеспечивают получение мелкозернистой структуры. Выделения частиц карбонитридов ниобия сдерживают рост зерна аустенита при высокотемпературной выдержке, что способствует формированию более дисперсной структуры мартенсита.

Легирование молибденом в количестве до 2,2% повышает стойкость против питтинговой коррозии.

Для обеспечения наиболее высоких прочностных характеристик следует обеспечивать формирование однородной мартенситной структуры с минимальным количеством остаточного аустенита, при отсутствии феррита. Это достигается, в частности, при содержании в стали никеля в количестве 1,8-5,5%. К дополнительному повышению твердости и, соответственно, прочности приводит формирование мелкодисперсной структуры мартенсита за счет присутствия при нагреве под прокатку и формирования в процессе горячей прокатки субмикронных частиц комплексного карбонитрида, количество которых увеличивается с повышением содержания в стали азота.

Нагрев под прокатку в интервале температур 1200-1300°C необходим для достаточного растворения карбонитридных выделений с целью их последующего выделения при прокатке, приводящего к измельчению зерна и повышению прочности.

При нагреве под закалку до температур 900-1100°C микроструктура стали полностью аустенитная, что должно приводить к формированию после закалки преимущественно мартенситной структуры с некоторым количеством остаточного аустенита.

При нагреве под закалку ниже 900°C есть опасность попасть в двухфазную область, что недопустимо. При нагреве под закалку выше 1100°C существует вероятность существенного роста аустенитного зерна из-за растворения сдерживающих его рост выделений карбидов и карбонитридов и, как следствие, получение крупной мартенситной структуры после закалки, что отрицательно отразится на прочностных свойствах.

После закалки сталь подвергается отпуску при температуре 400-600°C, при котором не происходит распада остаточного аустенита из-за наличия в стали легирующих элементов, стабилизирующих аустенит (Ni, Mn, N). В то же время образование дисперсных карбидов при отпуске стали способствует снижению концентрации углерода в твердом растворе аустенита, что повышает точку начала мартенситного превращения и способствует превращению остаточного аустенита в мартенсит при охлаждении образцов после отпуска.

Отпуск при температуре ниже 400°C не даст необходимого эффекта образования дисперсных карбидов и превращения остаточного аустенита в мартенсит, а при температуре выше 600°C есть опасность образования крупных карбидов хрома и обеднения матрицы по хрому с соответствующим снижением коррозионной стойкости.

Примеры конкретного выполнения способа

Восемь вариантов хромистой стали (химический состав приведен в таблице 1) были получены в лабораторных условиях. С температуры 1200°C осуществлялась горячая прокатка на лабораторном стане на толщину 4 мм с последующей имитацией смотки в рулон. Из стали каждой плавки было получено по 4 экспериментальных образца проката, различающихся вариантами термообработки (таблица 2).

Закалка 900°C - отпуск 400°C.

Закалка 900°C - отпуск 600°C.

Закалка 1050°C - отпуск 400°C.

Закалка 1050°C - отпуск 600°C.

На образцах стали проводили металлографические исследования и механические испытания. Стойкость сталей против питтинговой коррозии исследовали по ГОСТ 9.912-89 при использовании электрохимического метода в водном растворе хлорида натрия концентрацией 16,5 г/л. Критерием стойкости против питтинговой коррозии был базис питтингостойкости (ΔEп.о), мВ, который вычисляли по формуле (1):

где Eп.о. - потенциал питтингообразования;

Eкор - потенциал свободной коррозии.

Если сравнить варианты стали между собой, то наиболее высокие значения прочности получены для сталей вариантов 2, 4, 7 и 8. В стали указанных вариантов из-за повышенного содержания азота при нагреве под прокатку присутствует большее количество комплексного карбонитрида, частицы которого тормозят рост аустенитного зерна. Кроме того, для стали тех же вариантов в процессе горячей прокатки происходит образование большого количества субмикронных частиц комплексного карбонитрида, которые тормозят рекристаллизационные процессы и способствуют формированию мелкодисперсной мартенситной структуры. Наибольшие показатели относительного удлинения получены для стали варианта 8.

Таким образом, для обеспечения наиболее высоких прочностных характеристик следует формировать однородную мартенситную структуру с минимальным количеством остаточного аустенита при отсутствии феррита. Это достигается, в частности, при повышенном содержании в стали никеля и азота. К дополнительному повышению твердости и, соответственно, прочности приводит формирование мелкодисперсной структуры мартенсита за счет присутствия при нагреве под прокатку и формирования в процессе горячей прокатки субмикронных частиц комплексного карбонитрида, количество которых увеличивается с повышением содержания в стали азота.

Основные выводы по данным электрохимического исследования питтингостойкости следующие: наиболее стойкими к локальной коррозии в выбранной испытательной среде оказались образцы сталей вариантов 2, 3 и 8 с повышенным содержанием молибдена. Таким образом, подтверждена целесообразность легирования разрабатываемой стали молибденом до 2,2%.

Влияние режимов термообработки на коррозионную стойкость можно объяснить следующим образом. В процессе отпуска при 600°C происходит распад мартенсита и интенсивное выделение карбидов хрома, что приводит к снижению коррозионной стойкости как из-за формирования гетерогенной структуры (мартенсит отпуска), так и из-за обеднения твердого раствора по хрому. В процессе отпуска при 400°C распада мартенсита и образования карбидов хрома не происходит.

Комплекс проведенных коррозионных испытаний позволяет заключить, что повышенное содержание азота и молибдена в сочетании с закалкой 900-1050°C и отпуском при 400°C позволяет получить сталь с высокой стойкостью против питтинговой коррозии в условиях морской воды континентального шельфа и материкового стока, а также в условиях тающих льдов.

Наиболее высокую стойкость против питтинговой коррозии показали стали с повышенным содержанием молибдена. Другим условием обеспечения высокой коррозионной стойкости является минимальное содержание в стали остаточного аустенита. Таким образом, формирование преимущественно мартенситной структуры путем оптимизации химического состава стали и режима термической обработки - закалка с отпуском при 400°C обеспечивает и высокие прочностные характеристики, и коррозионную стойкость.

Способ производства высокопрочной коррозионно-стойкой горячекатаной стали, включающий получение заготовки из стали, нагрев, горячую прокатку заготовки и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что заготовку получают из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. %:

Углерод 0,01-0,035
Кремний 0,2-0,6
Марганец 0,5-0,7
Сера 0,005-0,015
Фосфор не более 0,015
Хром 14,0-17,0
Никель 1,8-5,5
Молибден 0,45-2,2
Титан 0,01-0,04
Ванадий 0,03-0,12
Ниобий 0,02-0,12
Азот 0,1-0,25
Железо и неизбежные примеси остальное

при этом нагрев заготовки перед горячей прокаткой осуществляют в диапазоне от 1200 до 1300°С, а термическую обработку проводят путем закалки с температуры 900-1100°С и отпуска при температуре 400-600°С в течение 1 часа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу изготовления высокопрочной конструкционной стали. Способ изготовления высокопрочной конструкционной стали включает этап изготовления сляба для изготовления стального сляба, этап (1) нагревания стального сляба до температуры в диапазоне от 950 до 1300°С, этап (2) выравнивания для выравнивания температуры стального сляба, этап горячей прокатки стального сляба, содержащий стадию (5) горячей прокатки I типа в диапазоне температур, в котором не происходит рекристаллизация, ниже температуры окончания рекристаллизации (RST), но выше температуры А3 образования феррита, и для обеспечения температуры чистовой прокатки (FRT), этап (6) закалки горячекатаной стали со скоростью охлаждения по меньшей мере 20°С/с до температуры окончания закалки (QT), причем указанная температура окончания закалки (QT) находится между температурами Ms и Mf, этап (7, 9) перераспределяющей обработки для перераспределения углерода в микроструктуре горячекатаной стали от мартенсита к аустениту, и этап (8) охлаждения горячекатаной стали до комнатной температуры посредством принудительного или естественного охлаждения.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении быстрорежущей стали из кусковых отходов изношенного режущего инструмента и штамповой оснастки методом электрошлакового переплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству труб нефтяного сортамента. Для повышения коррозионной стойкости металла труб в средах, содержащих сероводород (при парциальном давлении H2S до 1,5 МПа) и углекислый газ (при парциальном давлении СО2 до 0,1 МПа) как одновременно, так и в отдельности, и обеспечения предела прочности не менее 655 МПа, предела текучести от 552 до 758 МПа и сопротивления ударным нагрузкам при минус 60°С не менее 70 Дж/см2 трубы получают из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,15-0,25, кремний 0,15-0,35, марганец 0,40-0,70, хром 0,70-1,50, молибден 0,10-0,30, ванадий 0,03-0,08, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, медь 0,15-0,35, никель не более 0,30 (или 0,30-0,70), железо и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к мартенситным коррозионно-стойким сталям, применяемым для изготовления режущего, мерительного инструмента, пружин, предметов домашнего обихода, подшипников, деталей компрессоров и других изделий, работающих до температур 400-450°C и в слабоагрессивных средах.

Изобретение относится к сварной стальной детали и способу ее изготовления. Заготовка детали получена сваркой встык, по меньшей мере, одного первого и одного второго листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного листа, используемого для изготовления энергопоглощающих элементов безопасности транспортных средств.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному листу, используемому для горячей штамповки. Лист выполнен из стали, имеющей следующий химический состав, мас.%: C: 0,05-0,40, Si: 0,001-0,02, Mn: 0,1-3, Al: 0,0002-0,005, Ti: 0,0005-0,01, O: 0,003-0,03, один или оба из Cr и Mo в сумме 0,005-2, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким мартенситным сталям, используемым для изготовления медицинских инструментов. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,2-0,3, хром от более 15 до 16, марганец 0,2-0,5, кремний 0,1-0,3, азот от более 0,15 до 0,2, сера не более 0,015, фосфор не более 0,020, железо остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа из нержавеющей стали для разделителя топливного элемента. Лист выполнен из стали, содержащей, в мас.% С: 0,03 или меньше, Si: 1,0 или меньше, Mn: 1,0 или меньше, S: 0,01 или меньше, Р: 0,05 или меньше, Al: 0,20 или меньше, N: 0,03 или меньше, Cr: от 20 до 40, по меньшей мере, один из металлов, выбранный из Nb, Ti и Zr, в сумме: 1,0 или меньше, Fe и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальному рельсу, применяемому при железнодорожной перевозке грузов. Рельс выполнен из стали, содержащей в мас.%: от более чем 0,85 до 1,20 С, от 0,05 до 2,00 Si, от 0,05 до 0,50 Mn, от 0,05 до 0,60 Cr, Р ≤ 0,0150, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии. Для снижения потерь в железе и обеспечения небольших колебаний значения потерь в железе способ включает горячую прокатку стального сляба, содержащего, мас.%: С 0,002-0,10, Si 2,0-8,0 и Mn 0,005-1,0, для получения горячекатаного листа, при необходимости отжиг в зоне горячих состояний горячекатаного стального листа, однократную, или двукратную, или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом между ними для получения холоднокатаного листа конечной толщины, отжиг первичной рекристаллизации в сочетании с обезуглероживающим отжигом холоднокатаного листа, нанесение отжигового сепаратора на поверхность стального листа и окончательный отжиг, причем быстрый нагрев выполняют со скоростью не менее 50°С/с в интервале 100-700°С в процессе нагрева отжига первичной рекристаллизации, стальной лист выдерживают при любой температуре 250-600°С в течение 0,5-10 с 2-6 раз.

Изобретение относится к многофазной стали максимальной прочности с определенным составом, а также к способу изготовления холодно- или горячекатаной стальной полосы из этой стали, при котором в процессе непрерывного отжига формируют необходимую многофазную микроструктуру.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения трещиностойкости листовой стали при производстве сварных труб лист подвергают нагреву до температуры АСЗ+(30-50)°C и одностороннему ускоренному охлаждению до комнатной температуры, затем осуществляют изгиб с деформацией со стороны ускоренно охлажденной поверхности, которую используют в качестве внутренней поверхности трубы.

Изобретение относится к изготовлению холоднокатаного стального листа с прочностью более 1000 МПа, распределенным удлинением более 12% и V-изгибом более 90°, состав которого включает, мас.%: 0,15≤С≤0,25, 1,8≤Mn≤3,0, 1,2≤Si≤2, 0≤A1≤0,10, 0%≤Cr≤0,50%, 0≤Cu≤1, 0≤Ni≤1, 0≤S≤0,005, 0≤P≤0,020, Nb≤0,015, Ti≤0,020, V≤0,015, Co≤1, N≤0,008, B≤0,001, причем Mn+Ni+Cu≤3, остальное - железо и неизбежные примеси, образующиеся при изготовлении.
Изобретение относится к изготовлению гальванизированного стального листа для формовки в горячем состоянии. Для улучшения свариваемости листа альванизированный стальной лист имеет химический состав, мас.%: C 0,02-0,58, Mn 0,5-3,0, раствор Al 0,005-1,0, при необходимости элементы: Si, равный или менее 2,0, P, равный или менее 0,03, S, равной или менее 0,004, N, равного или менее 0,01, Fe и примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листа двухфазной стали, используемому в автомобильной промышленности. Горячекатаный лист из двухфазной стали, содержащей 0,1-0,3 мас.% С, 1,5-2,5 мас.% Si, 1,75-2,5 мас.% Mn, подвергают отжигу при температуре от 750 до 875°C.

Изобретение относится к области индукционного нагрева стального листа. Для предотвращения коробления независимо от наличия или отсутствия фиксирующих роликов стального листа способ нагрева стального листа включает предварительный нагрев центральной части по ширине стального листа электромагнитной катушкой индукционного нагрева, имеющей выпуклую форму, проецируемую на поверхность стального листа в сторону ввода быстро нагреваемого непрерывно перемещающегося стального листа, в результате чего изотерма стального листа при нагреве имеет выпуклую форму в сторону ввода, так что формируется большая складка на стальном листе, и также предлагает устройство нагрева, используемое в этом способе.
Изобретение относится к области металлургии. Для повышения ударной вязкости и локальной деформируемости стальной лист для горячей штамповки имеет химический состав, в мас.%: С 0,08 или более, и менее 0,20; Si от 0,003 до 0,2; Mn от 1,6 до 3,5; и другие элементы, и, кроме того, имеет структуру стали, выраженную в доле площади: бейнит от 1% до 95%, феррит от 5% до 94%, остальное количество: один или более компонент, выбранный из группы, состоящей из перлита, мартенсита и остаточного аустенита, при этом выполняется условие: [Mn]+6,67×[С]-2,73≥0, где содержание Mn представлено как [Mn], содержание С представлено как [С].

Изобретение относится к области металлургии. Для снижения потерь и отклонений значений потерь в электротехнической текстурированной стали способ изготовления листа включает горячую прокатку сляба из стали, содержащей, мас.%: С: 0,002-0,10, Si 2,0-8,0 и Mn 0,005-1,0 для получения горячекатаного листа, при необходимости отжиг в зоне горячих состояний, однократную, двукратную или многократную холодную прокатку горячекатаного стального листа с промежуточным отжигом между ними с получением листа конечной толщины, обезуглероживающий отжиг холоднокатаного листа в сочетании с отжигом первичной рекристаллизации, нанесение отжигового сепаратора на поверхность стального листа и окончательный отжиг, причем в процессе нагрева под обезуглероживающий отжиг проводят быстрый нагрев со скоростью не менее 50°C/с в диапазоне 200-700°C с выдержкой при температуре 250-600°C в течение 1-10 с.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству нового высокоэффективного вида металлопродукции - толстолистового проката из высокопрочной низколегированной стали для противопульной защиты корпуса транспортных средств.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения механической прочности более или равной 600 МПа и удлинения при разрыве более или равного 20% изготавливают катаный стальной лист, химический состав которого содержит, мас.%: 0,10≤C≤0,30, 6,0≤Mn≤15,0, 6,0≤Al≤15,0, и, необязательно, один или несколько элементов, выбранных из числа следующих: Si≤2,0, Ti≤0,2, V≤0,6 и Nb≤0,3, железо и неизбежные при переработке примеси – остальное, при выполнении условия: отношение массы марганца к массе алюминия .
Наверх