Плакированная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности. Плакированная сталь состоит из плакирующего слоя, выполненного из коррозионно-стойкой аустенитной стали, и основного слоя, выполненного из низкоуглеродистой высокопрочной микролегированной стали. Сталь основного слоя содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 0,070-0,120, Si 0,10-0,50, Mn 0,5-2,0, Р ≤0,03, S ≤0,005, Al 0,015-0,09, Nb 0,04-0,08, Ti 0,02-0,04, Cr ≤0,50, N ≤0,01, V 0,03-0,06, В 0,002-0,005, железо и неизбежные примеси остальное. Содержания титана и азота, ниобия и углерода связаны зависимостями: [Ti]/[N]=4-8 и [Nb]⋅[C]=0,004-0,008. Обеспечивается требуемый комплекс технологических и служебных свойств, а именно сплошность и прочность соединения слоев - не менее 450 Н/мм2, прочность - не менее 850 Н/мм2, хладостойкость KCU-70°C - не менее 80 Дж/см2, коррозионная стойкость, свариваемость и пластичность. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, к высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Основные требования, предъявляемые к указанной стали: коррозионная стойкость, высокое качество соединения слоев, удовлетворительная свариваемость, а также прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость.

Известна двухслойная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь, основной слой которой выполнен из стали, содержащей, мас. %: углерод 0,08-0,1; кремний 0,17-0,37; марганец 0,3-0,6; хром 0,6-0,9; никель 2,0-3,0; медь 0,4-0,7; молибден 0,35-0,45; алюминий 0,02-0,06; ниобий 0,02-0,05; сера 0,001-0,01; фосфор 0,001-0,015, железо остальное, а плакирующий слой выполнен из стали, содержащей, мас. %: углерод 0,01-0,12; кремний 0,2-0,8; марганец 1,3-2,5; хром 17,0-20,5; никель 8,0-11,5; ниобий 0,7-1,2; железо остальное при условии, что толщина плакирующего слоя составит 5,7-16,7% от общей толщины биметалла. Сталь обеспечивает уровень прочности σ0,2 не менее 590 Н/мм2 и сопротивляемость хрупким разрушениям. (Патент RU 2016912, МПК С22С 38/48, В32В 15/14, опубликован 30.07.1994.)

Недостаток данной двухслойной стали заключается в том, что сталь при высокой степени легирования и стоимости стали основного слоя имеет относительно невысокие показатели прочности: σB не более 795 Н/мм2, σ0,2 не более 750 Н/мм2, свариваемости и хладостойкости.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является плакированная сталь с плакирующем слоем из аустенитной коррозионно-стойкой стали с высокими значениями коррозионной стойкости и низкотемпературной ударной вязкостью основного металла и зоны термического влияния сварного соединения.

Плакирующий слой выполнен из аустенитной коррозионно-стойкой стали, а основной слой выполнен из стали, содержащей, мас. %: С 0,02-0,10, Si 0,10-0,50, Мn 0,75-1,80, Р 0,015 или меньше, S 0,003 или меньше, Сu 0,01-0,50, Ni 0,01-0,45, Сr 0,01-0,50, Мо 0,01-0,50, Nb 0,005-0,08, Ti 0,005-0,030, N 0,0010-0,0060 Al 0,070 или менее, Са 0,0010-0,0040, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Сталь имеет следующий комплекс свойств прочностные характеристики стали основного слоя: σв не более 670 МПа, σ0,2 не более 538 МПа, прочность соединения слоев не более 411 МПа. (Заявка JP 2015105399 (А), МПК В32В 15/01, С22С 38/00, C21D 8/02, опубликован 08.06.2015 – прототип.)

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение плакированных сталей нового поколения с основным слоем из высокопрочной микролегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой аустенитной стали.

Техническим результатом изобретения является одновременное обеспечение высокого и стабильного комплекса свойств: прочности, пластичности, хладостойкости, коррозионной стойкости, прочности и сплошности соединения слоев, свариваемости.

Технический результат достигается тем, что в плакированной высокопрочной коррозионно-стойкой стали, состоящей из плакирующего слоя, выполненного из коррозионно-стойкой аустенитной стали и основного слоя, выполненного из низкоуглеродистой высокопрочной микролегированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, алюминий, ниобий, титан, хром, азот, железо и неизбежные примеси, согласно изобретению, сталь основного слоя дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:

С 0,070-0,120
Si 0,10-0,50
Мn 0,5-2,0
Р ≤0,03
S ≤0,005
Аl 0,015-0,09
Nb 0,04-0,08
Ti 0,02-0,04
Cr ≤0,50
N ≤0,01
V 0,03-0,06
В 0,002-0,005
железо и неизбежные примеси остальное

при этом содержание титана и азота, ниобия и углерода связано зависимостями: [Ti]/[N]=4-8, [Nb]⋅[C]=0,004-0,008.

Сущность изобретения состоит в следующем. Определенный химический состав стали обеспечивает прочность, пластичность, хладостойкость, коррозионную стойкость, прочность соединения слоев и свариваемость.

Одновременное повышение прочностных характеристик и получения хорошей свариваемости и прочность соединения слоев связано с содержанием углерода. Содержания менее 0,07% приводит к снижению прочностных характеристик, а превышение 0,12% к ухудшению свариваемости.

Для обеспечения высокого уровня прочностных характеристик используют систему микролегирования ниобием, ванадием, титаном и бором, особенностью таких сталей является реализация механизмов упрочнения, связанных с формированием карбонитридных выделений разной дисперсности.

Содержание ванадия (0,03-0,06%) способствует получению высоких значений предела текучести, прочности и хладостойкости. Ограничение верхнего предела диктуется экономическими соображениями, так как дальнейшее повышение концентрации в стали не приводит к повышению значений предела текучести и прочности.

Содержание ниобия в пределах (0,04-0,08%) приводит к измельчению зерна, что способствует получению высоких значений предела текучести, прочности и хладостойкости. Верхний предел содержания ниобия связан ограничением по углероду соотношением [Nb]⋅[C]=0,004-0,008. Поддержание указанного диапазона произведения концентраций связано с необходимостью полного растворения карбида (карбонитрида) ниобия перед прокаткой и формирования в процессе прокатки выделений NbC определенной дисперсности.

Содержание титана (0,02-0,04%) влияет на формирование мелкозернистой структуры стали и сварного соединения, связывает свободный азот, оказывая положительное влияние на прочность и вязкость стали, повышая эффективность ниобия с точки зрения измельчения зерна тем в большей степени, чем ниже содержание азота в карбонитриде ниобия. В то же время способность титана снижать эффективность дисперсионного твердения стали в связи с тем, что выделения его нитрида могут являться подложкой для последующего выделения на них карбида ниобия. Это снижает количество обособленных наноразмерных частиц карбонитридов ниобия и ванадия и, соответственно, эффективность измельчения зерна и дисперсионного твердения. Кроме того, титан, образуя нитриды, предотвращает образование нитридов бора [Ti]/[N]=4-8. Этим вызвано необходимое минимальное содержание титана относительно азота, верхний предел связан с ограничением образования выделений TiN больших размеров, которые оказывают негативное влияние на прочность.

Содержание бора в предлагаемых пределах (0,002-0,005%) способствует стабилизации аустенита, протеканию необходимых структурных превращений, получению мелкозернистой структуры и, соответственно, высоких значений предела текучести и прочности, но при превышении снижает пластичность стали.

Ограничение содержания серы (≤0,005%), фосфора (≤0,03%) положительно сказывается на хладостойкости и пластичности.

Содержание алюминия (0,015-0,09%) определяется необходимой степенью раскисленности стали. Ограничение содержания связано с предупреждением образования неметаллических включений типа КАНВ.

Для одновременного повышения прочностных характеристик, получения хорошей пластичности и свариваемости целесообразно ограничение содержания марганца (0,5-2,0%), хрома (≤0,5%) и кремния (0,10-0,50%).

Содержание азота следует ограничить 0,01%, что является благоприятным фактором для повышения прочности стали, поскольку увеличивает термодинамическую активность и долю титана, участвующего в образовании комплексных карбидных выделений.

Примеры осуществления изобретения

Для подтверждения заявленного технического результата было исследовано 6 составов стали основного слоя, из которых изготовили образцы для исследования химического состава и механических свойств и 6 образцов стали основного слоя с плакирующим для испытания прочности и сплошности соединения слоев.

Сталь выплавляли в вакуумной индукционной печи. Горячую прокатку заготовок осуществляли на лабораторном прокатном стане ДУО 300. Прокатку производили за 6-10 проходов. Прокатанные полосы быстро охлаждали до температуры смотки, затем помещали в печь, нагретую до этой температуры, и охлаждали до комнатной температуры с печью, таким образом имитируя охлаждение смотанной в рулон полосы.

Плакирование образцов стали основного слоя осуществляли методом электрошлаковой наплавки коррозионно-стойкой аустенитной сталью Х18Н10Б.

Из полученных образцов проката отбирали пробы для проведения анализа микроструктуры и испытания механических свойств, а также углеродный эквивалент, характеризующий свариваемость стали. Результаты исследований представлены в таблицах 1 и 2.

Как следует из данных таблиц 1 и 2, все полученные экспериментальные образцы стали заявленного состава характеризуются высоким комплексом показателей: прочностью соединения слоев - не менее 450 Н/мм2; свариваемостью; прочностью - не менее 850 Н/мм2; пластичностью; хладостойкостью KCU-70°C - не менее 80 Дж/см2; коррозионной стойкостью, что свидетельствует о достижении заявленного технического результата.

Плакированная высокопрочная коррозионно-стойкая сталь, состоящая из плакирующего слоя, выполненного из коррозионно-стойкой аустенитной стали, и основного слоя, выполненного из низкоуглеродистой высокопрочной микролегированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, алюминий, ниобий, титан, хром, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что сталь основного слоя дополнительно содержит ванадий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

С 0,070-0,120
Si 0,10-0,50
Mn 0,5-2,0
Р ≤0,03
S ≤0,005
Al 0,015-0,09
Nb 0,04-0,08
Ti 0,02-0,04
Cr ≤0,50
N ≤0,01
V 0,03-0,06
В 0,002-0,005
железо и неизбежные примеси остальное

при этом содержание титана и азота, ниобия и углерода связано зависимостями: [Ti]/[N]=4-8 и [Nb]⋅[C]=0,004-0,008.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной многофазной стали с минимальным пределом прочности на растяжение 580 МПа, преимущественно с двухфазной структурой, для изготовления холодно- или горячекатаной стальной полосы толщиной 0,50-4,00 мм с улучшенными формовочными свойствами, применяемой, в частности, для автомобилестроения с применением легковесных конструкций.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, используемому в машиностроении. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,20 до 0,42, Si от 0,06 до 0,5, Mn от 0,2 до 2,2, Cr от 0,1 до 2,5, В от 0,0005 до 0,01, О от 0,0020 до 0,020, Al от 0,001 до 0,03, Ti от 0,001 до 0,05, N 0,1 или менее, Р 0,03 или менее, S 0,02 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к металлургии, а именно низколегированной высокопрочной, не содержащей карбиды бейнитной стали. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: 0,10-0,70 C; 0,25-4,00 Si; 0,05-3,00 Al; 1,00-3,00 Mn; 0,10-2,00 Cr; 0,001-0,50 Nb; 0,001-0,025 N; не более 0,15 P; не более 0,05 S; остальное - железо с обусловленными плавкой примесями при необязательной добавке одного или нескольких элементов: Mo, Ni, Со, W, Ti или V, а также Zr и редкие земли.

Сталь // 2615932
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления фасонных отливок. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,9-1,4, марганец 7,0-13,0, кремний 0,3-0,9, ванадий 0,45-0,55, хром 0,05-0,1, азот 0,0001-0,00012, кальций 0,0003-0,0005, цинк 0,001-0,002, фосфор 0,1-0,2, бор 0,15-0,3, железо - остальное.

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано при производстве горячекатаных листов толщиной до 33 мм. Для обеспечения заданных механических свойств готового проката получают непрерывнолитые заготовки из стали, содержащей, мас.%: 0,07-0,10 углерода, 0,20-0,35 кремния, 1,60-1,75 марганца, хрома не более 0,10, никеля не более 0,30, меди не более 0,20, 0,010-0,025 титана, 0,065-0,090 ванадия, 0,040-0,060 ниобия, молибдена не более 0,5, азота не более 0,008, 0,020-0,050 алюминия, серы не более 0,004, фосфора не более 0,015, железа и неизбежные примеси – остальное и имеющей суммарное содержание V+Ti+Nb, не превышающее 0,15%, затем осуществляют нагрев заготовки до 1200±10°С, черновую прокатку с регламентированным обжатием в раскат толщиной, кратной 4-5 толщинам готового листа, подстуживание, чистовую прокатку при температуре начала 740-780°С и - завершения 730-770°С, ускоренное охлаждение до 580-680°С и охлаждение на воздухе с получением структуры, преимущественно состоящей из бейнита и феррита.

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 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 высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению электросварных труб из высокоуглеродистой стали. Способ изготовления трубы из высокоуглеродистой стали включает получение трубы из высокоуглеродистой стали в качестве исходной трубы из стали, содержащей, мас.%: от 0,25 до 0,60 углерода, от 0,01 до 2,0 кремния, от 0,2 до 3,0 марганца, от 0,001 до 0,1 алюминия, от 0,001 до 0,05 фосфора, от 0,0001 до 0,02 серы, от 0,0010 до 0,0100 азота, от 0,0003 до 0,0050 бора, от 0,0001 до 0,0050 кальция, железо и случайные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления ударопоглощающих элементов автомобиля. Сталь имеет химический состав, мас.%: C: больше чем 0,05 и до 0,2, Mn: от 1 до 3, Si: больше чем 0,5 и до 1,8, Al: от 0,01 до 0,5, N: от 0,001 до 0,015, Ti или суммарное содержание ванадия и титана: больше чем 0,1 и до 0,25, Cr: от 0 до 0,25, Mo: от 0 до 0,35, остальное железо и примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, используемому в машиностроении. Лист выполнен из стали, содержащей, мас.%: С от 0,20 до 0,42, Si от 0,06 до 0,5, Mn от 0,2 до 2,2, Cr от 0,1 до 2,5, В от 0,0005 до 0,01, О от 0,0020 до 0,020, Al от 0,001 до 0,03, Ti от 0,001 до 0,05, N 0,1 или менее, Р 0,03 или менее, S 0,02 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области черной металлургии и касается составов сталей, используемых для изготовления различного режущего инструмента. Быстрорежущая сталь содержит, мас.%: углерод 1,4-1,6, кремний 0,3-0,4, марганец 0,25-0,35, ванадий 5,5-6,5, молибден 5,0-5,5, хром 4,5-5,5, медь 1,8-2,1, цирконий 0,15-0,35, рений 0,08-0,12, гафний 7,0-8,0, ниобий 1,0-2,0, бор 0,2-0,5, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошковым проволокам для нанесения покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности деталей, работающих в условиях воздействия частиц абразива и высоких температур.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, которые могут быть использованы для изготовления деталей тепловых агрегатов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к холоднокатаному и отожженному листу толщиной 0,5-2,6 мм, состоящему из стальной подложки для термической обработки и предварительного металлического покрытия, нанесенного на по меньшей мере две основные поверхности стальной подложки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной бесшовной стальной трубе, пригодной для применения в нефтяных скважинах. Бесшовная стальная труба выполнена из стали, содержащей в мас.%: С 0,15-0,50, Si 0,1-1,0, Μn 0,3- 1,0, Р 0,015 или менее, S 0,005 или менее, Al 0,01-0,1, N 0,01 или менее, Cr 0,1-1,7, Mo от 0,40-1,1, V от 0,01-0,12, Nb 0,01-0,08, Ti 0,03 или менее, В 0,0005-0,003, Fe и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу жаропрочной хромистой стали мартенситного класса, применяемой для изготовления элементов, в том числе котлов, труб паропроводов электростанций.

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным сталям, используемым для изготовления бурильных труб. Труба выполнена из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,28-0,34, кремний 0,15-0,45, марганец 0,65-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,10-0,20, никель не более 0,50, медь не более 0,30, титан 0,015-0,045, бор 0,001-0,004, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной коррозионно-стойкой плакированной стали, используемой для изготовления сварных конструкций и оборудования, применяемых в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности. Плакированная сталь состоит из плакирующего слоя, выполненного из коррозионно-стойкой аустенитной стали, и основного слоя, выполненного из низкоуглеродистой высокопрочной микролегированной стали. Сталь основного слоя содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: С 0,070-0,120, Si 0,10-0,50, Mn 0,5-2,0, Р ≤0,03, S ≤0,005, Al 0,015-0,09, Nb 0,04-0,08, Ti 0,02-0,04, Cr ≤0,50, N ≤0,01, V 0,03-0,06, В 0,002-0,005, железо и неизбежные примеси остальное. Содержания титана и азота, ниобия и углерода связаны зависимостями: [Ti][N]4-8 и [Nb]⋅[C]0,004-0,008. Обеспечивается требуемый комплекс технологических и служебных свойств, а именно сплошность и прочность соединения слоев - не менее 450 Нмм2, прочность - не менее 850 Нмм2, хладостойкость KCU-70°C - не менее 80 Джсм2, коррозионная стойкость, свариваемость и пластичность. 2 табл.

Наверх