RU2573161C1 - Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее - Google Patents
Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573161C1 RU2573161C1 RU2014144425/02A RU2014144425A RU2573161C1 RU 2573161 C1 RU2573161 C1 RU 2573161C1 RU 2014144425/02 A RU2014144425/02 A RU 2014144425/02A RU 2014144425 A RU2014144425 A RU 2014144425A RU 2573161 C1 RU2573161 C1 RU 2573161C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- rolled
- cold
- hot
- corrosion
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
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. Сталь содержит, мас.%: углерод ≤0,03, марганец 1,0-2,0, хром 14,0-18,0, никель 8,5-14,5, азот 0,06-0,35, церий 0,001-0,05, кремний от более 2,0 до 4,5, молибден 2,5-4,5, железо и неизбежные примеси остальное. Для компонентов стали выполняется следующее соотношение:
Обеспечивается высокая коррозионная стойкость против общей и межкристаллитной коррозии в средах сильно окисляющего (кипящая азотная кислота различной концентрации) и в хлоридсодержащих средах восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера при сохранении комплекса физико-механических свойств. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, к составам коррозионно-стойких немагнитных (аустенитных) сталей повышенной прочности и к изделиям, выполненным из нее, для работы в средах средней и высокой агрессивности как окислительного (крепкая азотная кислота и др.), так и восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера. Изобретение может быть использовано в производстве плоских видов металлопроката; горячекатаных (г/к) и холоднокатаных (х/к) листов; сортовых видов проката; горячекатаных, холоднокатаных и горячепрессованных труб; поковок любой конфигурации; сварных конструкций, в т.ч. емкостей для работы под давлением.
Известны стали, обладающие высокой коррозионной стойкостью против концентрированной азотной кислоты при температурах до 100°C: 02Х8Н22С6 (ЭП 794), 015Х14Н19С6Б-ВИ (ЧС110-ВИ), 10Х15Н9С3Б (ЭП 302).
Химический состав сталей: (Справочник «Коррозионно-стойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы», с. 133-137. М., 2008 г.).
Из сталей изготавливают листы, прутки, трубы, поковки и другие виды металлопродукции.
Стали характеризуются высоким сопротивлением коррозии при контакте с кипящей азотной кислотой высоких концентраций (среды окислительного характера).
Недостатком этих сталей является пониженная прочность, особенно по величине предела текучести σ0,2=175-245 Н/мм2, что препятствует их применению в высоконагруженных конструкциях, а также относительно низкая коррозионная стойкость в средах восстановительного характера, в т.ч в присутствии ионов хлора (Cl-1).
Известна аустенитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее. Аустенитная сталь содержит следующие компоненты, мас.%:
Углерод | 0,01-0,06 |
Марганец | 0,5-2,0 |
Кремний | 0,1-0,8 |
Хром | 16,0-19,0 |
Никель | 8,0-10,5 |
Азот | 0,05-0,25 |
Бор | 0,001-0,005 |
Кальций | 0,01-0,10 |
Церий | 0,001-0,05 |
Сера | ≈0,030 |
Фосфор | ≈0,045 |
Железо и неизбежные примеси | остальное |
при выполнении следующих соотношений:
Изделие может быть выполнено в виде горячекатаных листов толщиной 3,0-8,0 мм, или в виде холоднокатаных листов толщиной 0,5-3,0 мм, или в виде прутков диаметром 4-8 мм. Сталь по данному изобретению обладает повышенным уровнем прочности (σв=705-720 Н/мм2, σ0,2=365-395 Н/мм2), хорошей штампуемостью в холодном состоянии и стойкостью против общей и межкристаллитной коррозии, удовлетворительной свариваемостью. (Патент RU 2173729 опубл. 20.09.2001 МПК С22С 38/54, С22С 38/58 - прототип изобретения - сталь и изделие).
Недостаток прототипа заключается в том, что сталь и изделия, выполненные из нее, обладая повышенным уровнем прочностных характеристик, обеспечивают высокую коррозионную стойкость в средах слабой и средней агрессивности, но не обеспечивают необходимое сопротивление коррозии в сильно окислительных средах, в частности в кипящей азотной кислоте и в средах восстановительного характера.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании свариваемой, немагнитной коррозионно-стойкой стали и изделий, выполненных из нее, с обеспечением повышенной прочности (σ0,2≥325 Н/мм2), коррозионной стойкости как в средах высокой окисляющей способности (например в кипящей азотной кислоте), так и в средах восстановительного характера, содержащих хлор-ионы.
Техническим результатом изобретения является создание немагнитной коррозионно-стойкой стали, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость против общей и межкристаллитной коррозии в средах сильно окисляющего (кипящая азотная кислота различной концентрации) и в хлоридсодержащих средах восстановительного (соляная, серная, сернистая кислоты) характера при сохранении комплекса физико-механических свойств на уровне прототипа.
Указанный технический результат достигается тем, что немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, церий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | ≤0,03 |
Марганец | 1,0-2,0 |
Хром | 14,0-18,0 |
Никель | 8,5-14,5 |
Азот | 0,06-0,35 |
Церий | 0,001-0,05 |
Кремний | от более 2,0 до 4,5 |
Молибден | 2,5-4,5 |
Железо и неизбежные примеси | остальное, |
при этом выполняется соотношение , а также тем, что изделия выполнены из немагнитной коррозионно-стойкой стали указанного состава.
Изделия могут быть выполнены в виде горячекатаных листов толщиной 4-40 мм, холоднокатаных листов толщиной 0,5-3,9 мм, холоднокатаной ленты толщиной 0,05-2,0 мм, в виде горячекатаного или холоднокатаного сортового проката, в виде горячекатаных или холоднокатаных бесшовных или сварных труб или трубной заготовки
Сущность изобретения заключается в том, что для реализации технического результата регламентировано соотношение элементов, отвечающих за повышение: параметров прочности (σв, σ02), коррозионной стойкости в агрессивных средах окислительного и восстановительного характера и одновременно уменьшающих склонность к межкристаллитной коррозии, в т.ч. сварных соединений, в состав стали вводится молибден и повышается содержание кремния.
Приведенные выше содержания легирующих элементов в предлагаемой стали позволяют получить немагнитную, коррозионно-стойкую сталь повышенной прочности, пригодную для изготовления облегченных конструкций, в т.ч сварных, контактирующих при эксплуатации со средами средней и высокой агрессивности как окислительного, так и в хлоридсодержащих средах восстановительного характера.
Содержание углерода в стали в количестве менее 0,03% обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии, в т.ч. сварных соединений, и улучшает свариваемость стали.
Принятые пределы легирования хромом 14,0-18,0% обеспечивают способность стали к пассивации в широком интервале потенциалов, характерных для сред восстановительного и окислительного характера. Снижение содержания хрома ниже 14% отрицательно сказывается на сопротивлении стали к питтинговой коррозии. Увеличение содержания хрома выше 18% усиливает склонность стали к образованию в структуре высокотемпературной фазы 5-феррита, оказывающей негативное влияние с одной стороны на обрабатываемость стали при горячей обработке давлением и на увеличение магнитной проницаемости с другой стороны.
Пределы по содержанию никеля 8,5-14,5% выбраны исходя из требований обеспечения стабильной аустенитной структуры при легировании ферритообразующими элементами: хромом, кремнием и молибденом. Легирование никелем в количестве меньшем, чем 8,5% приводит к снижению стабильности аустенита при холодной деформации и снижении температуры. Увеличение содержания никеля в азотсодержащей стали выше 14,5% экономически нецелесообразно.
Для реализации указанных качеств в сталь также вводится азот в количествах 0,06-0,35%. При этом в данной композиции действие азота проявляется в трех направлениях. Азот, относящийся к элементам внедрения и являющийся сильнейшим аустенитообразующим элементом, находясь в твердом γ-растворе, вызывает упрочнение матрицы, способствует повышению стабильности аустенита по отношению к превращению, повышает стойкость стали практически против всех видов коррозии (межкристаллитной (МКК), точечной, ножевой и др.). Указанные свойства проявляются при легировании азотом в количестве с 0,06%. Ограничение верхнего предела по содержанию азота 0,35% вызвано пределом его растворимости при атмосферном давлении в системе легирования Fe-Cr-Ni, во избежание появления несплошности (роста) слитка при кристаллизации.
Увеличением в стали содержания кремния достигается повышенный уровень коррозионной стойкости стали в сильно окисляющих средах (кипящая азотная кислота и др.), и, что особенно важно, в присутствии ионов 6-ти валентного хрома (Cr6+). Значительное повышение сопротивления коррозионному воздействию, в окислительных средах наступает при введении в сталь более 2% кремния. Но увеличение в стали содержания кремния свыше 4,5% нежелательно, поскольку облегчаются условия для образования пограничных выделений силицидов в структуре металла сварного соединения, что отрицательно сказывается на пластических свойствах металла.
Введение в сталь молибдена в количествах 2,5-4,5%) продиктовано тем, что он в противоположность хрому пассивирует поверхность стали как в агрессивных средах восстановительного характера (соляная, серная, сернистая и др.кислоты), так и в сильно окисляющих соляных средах, и в особенности, когда в них присутствуют ионы хлора. Ограничения пределов легирования стали молибденом объясняются тем, что при легировании в количестве меньшем чем 2,5%, его пассивирующая способность проявляется недостаточно, а введение в сталь молибдена больше 4,5% может в стали данной композиции, при температурах порядка 600-750°C, приводить к образованию интерметаллидных фаз типа Fe2Mo (фазы Лавеса), которые понижают в стали облагораживающее действие молибдена и снижают пластические свойства.
Микролегирование церием повышает прочность и пластичность стали, при этом минимальный эффект достигается при введении 0,001% церия. Введение церия в количестве, большем, чем 0,05%, нецелесообразно из-за появления значительного количества окислов церия.
Содержание в составе предложенной стали марганца до 2% обеспечивает возможность выплавки стали традиционными способами на обычных шихтовых материалах и одновременно позволяет получить необходимый уровень твердорастворимого упрочнения аустенитной основы в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью.
В связи со сложным влиянием и взаимодействием основных легирующих элементов в системе Fe-Cr-Ni-Mo-Si-N, для обеспечения выше указанного технического результата необходимо соблюдать соотношение ферритообразующих и аустенитообразующих элементов согласно формуле
При величине указанного соотношения в пределах 0,35÷1,30 в стали достигается сочетание стабильности аустенитной структуры, высокой прочности и пластичности при нормальной температуре, необходимой технологичности при температурах горячей деформации и коррозионная стойкость сварных соединений при контакте с окисляющей агрессивной средой.
Примеры осуществления изобретения.
Опытные стали в пределах заявленного состава, а также прототип выплавляли в вакуумно-индукционной печи с разливом металла в изложницы для слитков массой 30 кг. Химический состав сталей приведен в таблице 1.
Слитки ковали на заготовки и сутунки, которые прокатывали на прутки диаметром 14 мм и горячекатаный лист толщиной 4-6 мм. Нагрев слитков под ковку 1150-1180°C. Ковку слитков на заготовку промежуточного размера (квадрат со стороной 35 мм) и сутунку проводили в интервале температур 1150-900°C.
Заготовки - квадрат со стороной 35 мм, прокатывали на пруток диаметром 14 мм и подвергали закалке с 1060°C в воде. Из закаленных горячекатаных прутков изготавливали образцы для определения механических свойств и коррозионных испытаний. Изделия в виде холоднокатаных листов толщиной 1.5-2.0 мм изготавливали холодной прокаткой горячекатаных листов, которые предварительно закаливали при 1060°C и травили щелочно-кислотным способом.
В таблицах 2÷5 представлены результаты испытаний механических и коррозионных свойств новой стали.
Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что свойства прочности (σв и σ02) и пластичности (δ5 и ψ) новой стали в закаленном состоянии находятся на уровне тех же свойств прототипа. Чувствительность к концентрации напряжений новой стали существенно ниже, чем прототипа, и это является положительным качеством.
В таблице 2а показаны свойства новой стали после провоцирующих отпусков при температурах 450-650°С, в течение 1 часа, т.е. в состоянии сенсибилизации.
Данные таблицы 2а показывают, что механические свойства новой стали после провоцирующих отпусков практически не отличаются от свойств в закаленном состоянии, см. таблицу 2. После указанных отпусков в стали не происходит снижения прочностных и пластических свойств, что косвенно свидетельствует о том, что новая сталь после сварки не требует термической обработки. Также в новой стали не наблюдается повышения чувствительности к концентрации напряжений в сенсибилизированном состоянии. Об этом свидетельствуют данные по пластичности (δ5, ψ) и по соотношению
.
Результаты испытаний новой стали на коррозионную стойкость приведены в таблицах 3, 4, 5.
Испытания на стойкость к межкристаллитной коррозии (МКК) проводили в растворе 27%HNO3+40 г/л Cr6+, который является аналогом раствора для метода ДУ ГОСТ 6032, но обладает более сильной окислительной способностью. Результаты испытаний показали, что все исследованные стали, включая прототип, не склонны к МКК как в закаленном, так и в сенсибилизированном, т.е. после провоцирующих отпусков в интервале температур 450-650°C, состояниях.
Приведенные результаты механических и коррозионных испытаний свидетельствуют о том, что технические результаты в новой стали полностью реализуются:
- сталь сохраняет повышенный комплекс прочности и пластичности на уровне прототипа;
- существенно повышается коррозионная стойкость в средах окислительного и восстановительного характера по сравнению с прототипом;
- сталь сохраняет комплекс механических и коррозионных свойств в сенсибилизированном состоянии.
Таким образом, предлагаемая коррозионно-стойкая сталь обладает комплексом служебных свойств, который позволяет изготавливать из нее детали и изделия конструкций для работы в контакте с агрессивными средами восстановительного и сильно окисляющего характера, т.е. сталь демонстрирует универсальность по отношению к областям применения.
Claims (8)
1. Немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, церий, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод ≤0,03
марганец 1,0-2,0
хром 14,0-18,0
никель 8,5-14,5
азот 0,06-0,35
церий 0,001-0,05
кремний от более 2,0 до 4,5
молибден 2,5-4,5
железо и неизбежные примеси остальное,
при выполнении соотношения .
при выполнении соотношения .
2. Изделие, выполненное из немагнитной коррозионно-стойкой стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п. 1.
3. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаного листа толщиной 4-40 мм.
4. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаного листа толщиной 0,5-3,9 мм.
5. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаной ленты толщиной 0,05-2,0 мм.
6. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаного или холоднокатаного сортового проката.
7. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаных или холоднокатаных бесшовных или сварных труб.
8. Изделие по п. 2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаной или холоднокатаной бесшовной или сварной трубной заготовки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144425/02A RU2573161C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144425/02A RU2573161C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573161C1 true RU2573161C1 (ru) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014144425/02A RU2573161C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573161C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1997918A1 (en) * | 2006-03-02 | 2008-12-03 | Sumitomo Metal Industries Limited | Steel pipe excellent in steam resistance oxidation characteristics and method for manufacturing the same |
RU2409697C1 (ru) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Коррозионно-стойкая сталь |
RU2413030C1 (ru) * | 2009-10-22 | 2011-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Трубная заготовка из коррозионно-стойкой стали |
EP2581464A1 (en) * | 2010-06-09 | 2013-04-17 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel tube having excellent steam oxidation resistance, and method for producing same |
EP2728031A1 (en) * | 2011-06-28 | 2014-05-07 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel pipe |
-
2014
- 2014-11-06 RU RU2014144425/02A patent/RU2573161C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1997918A1 (en) * | 2006-03-02 | 2008-12-03 | Sumitomo Metal Industries Limited | Steel pipe excellent in steam resistance oxidation characteristics and method for manufacturing the same |
RU2409697C1 (ru) * | 2009-08-05 | 2011-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Астрахань" (ООО "Газпром добыча Астрахань") Открытого Акционерного Общества "Газпром" (ОАО "Газпром") | Коррозионно-стойкая сталь |
RU2413030C1 (ru) * | 2009-10-22 | 2011-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Трубная заготовка из коррозионно-стойкой стали |
EP2581464A1 (en) * | 2010-06-09 | 2013-04-17 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel tube having excellent steam oxidation resistance, and method for producing same |
EP2728031A1 (en) * | 2011-06-28 | 2014-05-07 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel pipe |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100957664B1 (ko) | 오스테나이트·페라이트계 스테인레스 강판 | |
JP6877532B2 (ja) | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 | |
US7081173B2 (en) | Super-austenitic stainless steel | |
JP5685198B2 (ja) | フェライト−オーステナイト系ステンレス鋼 | |
US20200255919A1 (en) | HOT-ROLLED Nb-CONTAINING FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AND COLD-ROLLED Nb-CONTAINING FERRITIC STAINLESS STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME | |
KR101530940B1 (ko) | Ni-Fe-Cr-Mo 합금 | |
JP2017531093A (ja) | 高強度オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
TW201323629A (zh) | 雙相不銹鋼 | |
JP2017512906A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
TWI546389B (zh) | Fat iron stainless steel plate | |
AU2014294080A1 (en) | High-strength steel material for oil well and oil well pipes | |
CN102605262A (zh) | 一种铁素体不锈钢及其制造方法 | |
EP2684974B1 (en) | Duplex stainless steel | |
JP6482074B2 (ja) | 二相ステンレス鋼板とその製造方法 | |
EP2617858B1 (en) | Austenitic alloy | |
JP2019189889A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
JP2018059157A (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
AU2019200246A1 (en) | Steel material and expandable oil country tubular goods | |
RU2584315C1 (ru) | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки | |
JP2023085560A (ja) | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 | |
JP5516780B2 (ja) | 偏平性に優れた熱処理用電縫溶接鋼管 | |
RU2573161C1 (ru) | Немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее | |
JP2017522453A (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
JP2018534421A (ja) | 新規なオーステナイト系ステンレス合金 | |
JP3370441B2 (ja) | 伸び特性に優れる2相ステンレス鋼板とその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20160220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191107 |