RU2323998C1 - Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь - Google Patents
Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323998C1 RU2323998C1 RU2006132146/02A RU2006132146A RU2323998C1 RU 2323998 C1 RU2323998 C1 RU 2323998C1 RU 2006132146/02 A RU2006132146/02 A RU 2006132146/02A RU 2006132146 A RU2006132146 A RU 2006132146A RU 2323998 C1 RU2323998 C1 RU 2323998C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- corrosion
- strength
- chromium
- molybdenum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сталям, применяемым в машиностроении для изделий, к которым предъявляются требования обеспечения высокой твердости и коррозионной стойкости при достаточной пластичности. Высокопрочная коррозионностойкая ферритная сталь содержит углерод, хром, никель, кобальт, молибден, титан, алюминий, цирконий, гафний и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод до 0,03, хром 8,0-25,0, никель 5,0-18,0, кобальт 1,5-10,0, молибден 0,8-6,0, титан 0,5-1,02, алюминий 6,1-9,0, цирконий + гафний до 0,1, железо - остальное. Сталь обладает повышенным уровнем прочностных и коррозионных свойств. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, то есть к изысканию сплавов, применяемых в машиностроении для изделий, к которым предъявляются требования обеспечения высокой твердости и коррозионной стойкости при достаточной пластичности.
Ферритные стали, легированные хромом, применяются для изготовления изделий, работающих в окислительных средах, для бытовых приборов, в пищевой и легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Эти стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористо-водородной кислот, а также в других агрессивных средах [1].
Известны аналоги изобретения [2-9], позволяющие получить ферритные коррозионно-стойкие стали, обладающие повышенными пластичностью, пределом текучести и производительностью сварки труб [2], устойчивостью к термическому циклическому стрессу и оксидированию при повышенной температуре [3] и т.д. Однако все эти стали обладают недостаточно высокой прочностью.
В настоящее время из числа отечественных ферритных коррозионно-стойких сталей наиболее известны стали 12Х17, 08Х18Т и 015Х18М2Б. При высокотемпературном нагреве в стали 12Х17 возможно образование аустенита, что является нежелательным для сталей этого типа, так как при охлаждении происходит мартенситное превращение, что повышает твердость, снижает пластичность, вызывает склонность к межкристаллитной коррозии. Для предотвращения этого явления уменьшают содержание углерода или вводят титан, ниобий, молибден, которые способствуют получению однофазной структуры, а образование карбидов титана и ниобия снижает склонность к росту зерна и улучшает коррозионную стойкость, в частности, сварных швов (08Х18Т и 015Х18М2Б) [1].
В зарубежной практике разработаны стали с низким суммарным содержанием углерода и азота (0,025-0,035%), содержащие 18-28% Cr и 2-4% Мо, стабилизированные Ti или Nb. Эти стали называют суперферритами; они имеют высокую стойкость во многих агрессивных средах, стойки против коррозии под напряжением, питтинговой и щелевой коррозии [1].
Хромистые ферритные стали имеют крупный недостаток: они могут охрупчиваться в процессах технологических нагревов и длительных выдержек при повышенных температурах во время эксплуатации. В них возможна хрупкость при выдержках при температурах 400-500°С, хрупкость при 600-800°С (в связи с образованием σ-фазы) и хрупкость вследствие образования чрезмерно крупных зерен, например, при сварке. Хрупкость хромистых ферритных сталей трудно, а часто и невозможно устранить последующей обработкой, что сужает возможности их практического использования и накладывает ограничения на технологические операции [1].
Прототипом изобретения является ферритная коррозионно-стойкая сталь [10], содержащая, мас.%: углерод 0,02-0,09, хром 5,0-13,0, кремний 1,0-2,5, алюминий 0,9-1,65, титан 0,2-0,8, молибден 0,07-0,35, ванадий 0,07-0,15, железо - остальное, обладающая повышенной пластичностью, свариваемостью, жаростойкостью в средах продуктов горения и коррозионной стойкостью в солевых и кислых средах, но недостаточной прочностью.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высокопрочной коррозионно-стойкой стали, обладающей более высоким комплексом физико-механических свойств (прочность, коррозионная стойкость) в закаленном и состаренном состоянии и в то же время которая была бы не подвержена хрупкости при нагреве.
Поставленная задача достигается тем, что коррозионно-стойкая ферритная сталь, содержащая углерод, хром, молибден, титан, алюминий и железо, дополнительно содержит никель, кобальт, цирконий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод до 0,03%, хром 8-25%, никель 5-18%, кобальт 1,5-10%, молибден 0,8-6%, титан 0,5-1,02%, алюминий 6,1-9%, цирконий + гафний ≤0,1%, железо - остальное.
Содержание в стали 0,03% углерода обеспечивает достижение высокой пластичности.
При содержании хрома менее 8% не обеспечиваются коррозионные свойства нержавеющей стали. При большом содержании хрома (более 25%) происходит удорожание стали и возникает опасность образования σ-фазы, которая приводит к понижению пластичности.
Содержание никеля в количестве 5-18% увеличивает пластичность, вязкость; никель также входит в состав упрочняющей фазы. Никель повышает коррозионную стойкость в слабоокисляющихся или неокисляющихся растворах химических веществ. Использование никеля как основы позволяет получить сплавы с высокой коррозионной стойкостью в сильных агрессивных кислотах [11].
Молибден повышает прочность, релаксационную стойкость, способствует повышению коррозионной стойкости и теплостойкости [12-13].
Положительно влияет на свойства сталей комплексное легирование молибденом и кобальтом. Влияние кобальта обусловлено тем, что он уменьшает растворимость молибдена в α-железе и тем самым увеличивает объемную долю фаз, содержащих молибден, то есть способствует повышению прочностных свойств [12]. Кобальт также повышает предел текучести [14].
Дополнительное упрочнение получается в результате дисперсионного твердения. Для этого в сталь вводят алюминий и титан. В исследуемой стали из ОЦК-фазы выделяется интерметаллид NiAl, как в мартенситно-стареющих сталях.
Пользуясь структурной диаграммой для нержавеющих литых хромоникелевых сталей А.Шеффлера (см. чертеж), при изменении содержания алюминия исследуемая сталь попадает в 100%-ную ферритную область (заштрихованная). Относительный вклад каждого элемента в установление структуры определяется никелевым и хромовым эквивалентом по следующим формулам [15]:
%Ni-эквивалента=%Ni+%Co+30(%C)+25(%N)+0,5(%Mn)+0,3(%Cu)
%Cr-эквивалента=%Cr+2(%Si)+1,5(%Mo)+5(%V)+5,5(%Al)+1,5(%Nb)+1,5(%Ti)+0,75(%W)
Пример. Образцы из исследуемой стали 03Х13Н8К5М2Ю6,5Т были выплавлены в индукционных печах типа Таммана весом 1-1,5 кг. Затем подвергались нагреву под закалку в интервале температур 900-1200°С в течение 15 мин с последующим охлаждением в воде. Твердость образцов по Виккерсу после закалки изменялась от 450 до 480 HV5/12,5. Рентгеноструктурное исследование показало, что структура исследуемой стали состоит практически из 100% феррита и незначительного количества упрочняющей упорядоченной интерметаллидной фазы NiAl. Закаленные от 1000°С в воде образцы подвергались старению на 500°С в течение 1 ч. Твердость закаленных образцов после старения повышалась от 480 до 540 HV5/12,5 и микротвердость - от 620 до 800 HV. В исследуемой стали не наблюдалась хрупкость при 400-500°С, так как по результатам рентгеноструктурного анализа упрочнение, получаемое при старении, происходит за счет дополнительного выделения из ОЦК-фазы (феррита) той же интерметаллидной фазы NiAl. Выделение σ-фазы в исследуемой стали при нагреве не наблюдалось, так как алюминий приводит к подавлению выделения σ-фазы [16]. Таким образом, в состоянии закалка + старение на образцах из исследуемой стали удалось получить высокие значения прочностных свойств и сохранение достаточного запаса пластичности. Используя формулу для оценки примерных значений прочности для стали [17]: σв=0,34 НВ, получаем значение прочности для исследуемой стали в состоянии закалка+старение примерно 2108 МПа. Охрупчивания, свойственного ферритным сталям в интервале температур 400-500°С, в исследуемой стали не наблюдалось. Для оценки поведения при деформации образцы исследуемой закаленной стали 03Х13Н8К5М2Ю6,5Т были подвергнуты горячей ковке и последующей холодной пластической деформации (прокатке) до деформации ~50% без разрушения целостности пластины. Последующее старение деформированной пластины при 500°С привело к увеличению микротвердости до 900 HV. Проведенные исследования на коррозионную стойкость показали, что исследуемая сталь по коррозионной стойкости превышает коррозионную стойкость нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Таким образом, высокий уровень прочностных и коррозионных свойств создает возможность использования исследуемой стали в качестве материала для высокопрочных, коррозионностойких и теплостойких деталей для приборостроения и точного машиностроения в закаленном и состаренном состоянии и не накладывает жестких ограничений на технологические операции (400-500°С).
Список литературы
1. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985, 408 с.
2. Патент №2250272. Россия. Публикация 20.04.2005, кл. С22С 38/54. Ферритная нержавеющая сталь.
3. Патент №6773660. США. Публикация 02.10.2002, кл. С22С 38/22. Ферритная нержавеющая сталь для использования при высоких температурах и способ получения фольги из этой стали.
4. Патент №2033465. Россия. Публикация 20.04.1995, кл. С22С 38/54. Ферритная сталь.
5. Патент №3480061. Япония. Публикация 20.09.1994, кл. С22С 38/00. Высокохромистая ферритная жаропрочная сталь.
6. Патент №3468156. Япония. Публикация 13.04.1999, кл. С22С 38/00. Ферритная нержавеющая сталь для деталей выхлопной системы автомобиля.
7. Патент №3367216. Япония. Публикация 20.09.1994, кл. С22С 38/00. Высокохромистая ферритная жаропрочная сталь.
8. Патент №3427502. Япония. Публикация 22.08.1994, кл. С22С 38/00. Ферритная нержавеющая сталь для детали автомобильной выхлопной системы.
9. Патент №3567603. Япония. Публикация 22.04.1996, кл. С22С 38/00. Высокохромистая ферритная сталь, обеспечивающая высокие характеристики ползучести сварного соединения.
10. Патент №2082814. Россия. Публикация 27.06.1997, кл. С22С 38/28. Ферритная коррозионно-стойкая сталь.
11. Бабаков А.А., Приданцев М.В. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, 200 с.
12. Грачев С.В., Бараз В.Р. Теплостойкие и коррозионно-стойкие пружинные стали. М.: Металлургия, 1989, 144 с.
13. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1982, 400 с.
14. Патент №2035524. Россия. Публикация 20.05.1995, кл. С22С 38/58. Коррозионно-стойкая сталь
15. МИТОМ №10, 1997 г. Вороненко Б.И. Современные коррозионно-стойкие аустенитно-ферритные стали.
16. Сокол И.Я. Двухфазные стали. М.: Металлургия, 1964, 215 с.
17. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004, 736 с.
Claims (1)
- Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь, содержащая углерод, хром, молибден, титан, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит никель, кобальт, цирконий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод до 0,03 хром 8,0-25,0 никель 5,0-18,0 кобальт 1,5-10,0 молибден 0,8-6,0 титан 0,5-1,02 алюминий 6,1-9,0 цирконий + гафний до 0,1 железо остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132146/02A RU2323998C1 (ru) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132146/02A RU2323998C1 (ru) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2323998C1 true RU2323998C1 (ru) | 2008-05-10 |
Family
ID=39799960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006132146/02A RU2323998C1 (ru) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2323998C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578308C1 (ru) * | 2012-01-30 | 2016-03-27 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Фольга из ферритной нержавеющей стали |
RU2650952C1 (ru) * | 2017-12-05 | 2018-04-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сталь |
-
2006
- 2006-09-06 RU RU2006132146/02A patent/RU2323998C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578308C1 (ru) * | 2012-01-30 | 2016-03-27 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Фольга из ферритной нержавеющей стали |
RU2650952C1 (ru) * | 2017-12-05 | 2018-04-18 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сталь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11085093B2 (en) | Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance | |
JP5217576B2 (ja) | 耐熱部品用オーステナイト系ステンレス鋼及びこれを用いた耐熱部品 | |
US20050194073A1 (en) | Heat-resistant austenitic stainless steel and a production process thereof | |
WO2007091535A1 (ja) | フェライト系耐熱鋼 | |
JP2015526593A (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
CN107541662A (zh) | 一种耐腐蚀的铁素体不锈钢合金材料及其制备方法 | |
CN103740913B (zh) | 高温锻制马氏体不锈钢热处理方法 | |
EP2617858B1 (en) | Austenitic alloy | |
RU2323998C1 (ru) | Высокопрочная коррозионно-стойкая ферритная сталь | |
RU2352680C1 (ru) | Ферритная коррозионно-стойкая сталь | |
Fritz | Heat treating of austenitic and duplex stainless steels | |
JP2018178144A (ja) | 優れた熱間加工性を有する析出硬化型ステンレス鋼 | |
JPH0382741A (ja) | 耐応力腐食割れ性に優れた形状記憶ステンレス鋼およびその形状記憶方法 | |
Kaputkina et al. | Influence of alloying by nitrogen on the strength and austenite stability of X18H10 steel | |
US10513765B2 (en) | Stainless steel having excellent oxidation resistance at high temperature | |
US2826496A (en) | Alloy steel | |
US11680301B2 (en) | Ultra-high strength maraging stainless steel with salt-water corrosion resistance | |
JPS6120623B2 (ru) | ||
US4353755A (en) | Method of making high strength duplex stainless steels | |
RU2571241C2 (ru) | Ферритная коррозионностойкая сталь | |
JP6365963B2 (ja) | 燃料噴射部材用マルテンサイト系ステンレス鋼及びそれを用いた燃料噴射部材 | |
JPS6187852A (ja) | 耐熱オ−ステナイト鋳鋼 | |
JP2003301242A (ja) | 高Cr−Ni系耐熱鋼および耐クリープ特性に優れた高温用部材の製造方法 | |
RU2823412C1 (ru) | Изделие в виде прутка для изготовления деталей электропогружных установок для добычи нефти из сплава на основе железа и хрома | |
JP7236168B2 (ja) | 高強度耐腐食鉄クロム合金バルク材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080907 |