RU2683173C1 - Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь - Google Patents
Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683173C1 RU2683173C1 RU2018120221A RU2018120221A RU2683173C1 RU 2683173 C1 RU2683173 C1 RU 2683173C1 RU 2018120221 A RU2018120221 A RU 2018120221A RU 2018120221 A RU2018120221 A RU 2018120221A RU 2683173 C1 RU2683173 C1 RU 2683173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- content
- nanoparticles
- zirconium
- carbonitride
- Prior art date
Links
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 59
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 17
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 8
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229940069978 calcium supplement Drugs 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001617 migratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным немагнитным коррозионно-стойким сталям, используемым для изготовления немагнитных высоконагруженных деталей, работающих в условиях интенсивного коррозионного воздействия в энергомашиностроении, авиастроении, специальном судостроении, буровой технике. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,03-0,06, кремний 0,10-0,5, хром 20,0-22,0, марганец 16,0-18,0, никель 8,0-10,0, молибден 0,8-1,5, азот 0,6-1,0, ванадий 0,1-0,2, ниобий 0,05-0,2, по меньшей мере один из: кальций 0,005-0,01 и барий 0,005-0,01, медь 0,8-1,5, алюминий 0,005-0,02, наночастицы карбонитрида титана 0,03-0,1, наночастицы карбонитрида циркония 0,03-0,1, церий 0,005-0,01, железо и примеси – остальное. Наночастицы карбонитрида титана и карбонитрида циркония имеют размер 30-65 нм. Сталь может дополнительно содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, мас.%: бор 0,001-0,008, титан 0,005-0,1 и цирконий 0,02-0,04. Суммарное содержание легкоплавких примесей свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка не превышает 0,03 мас.%, а содержание примесей серы, фосфора и кислорода не превышает, мас.%: сера ≤ 0,006, фосфор ≤ 0,008 и кислород ≤ 0,003. Обеспечивается повышение прочности, пластичности и ударной вязкости стали. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным немагнитным коррозионно-стойким сталям, которые могут быть использованы для изготовления немагнитных высоконагруженных деталей, работающих в условиях интенсивного коррозионного воздействия в энергомашиностроении, авиастроении, специальном судостроении, буровой технике и других областях.
Известна высокоазотистая немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, кальций, натрий, ниобий, магний, азот, алюминий, железо и примеси, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,02-0,06, кремний 0,10-0,60, марганец 9,5-12,5, хром 19,0-21,0, никель 4,5-7,5, молибден 1,2-2,0, ванадий 0,08-0,22, кальций 0,005-0,010, натрий 0,005-0,010, ниобий 0,05-0,15, магний 0,0005-0,001, азот 0,40-0,60, алюминий 0,005-0,01, серу 0,003-0,012, фосфор 0,004-0,025, свинец 0,0002-0,005, висмут 0,0002-0,005, олово 0,0002-0,005, мышьяк 0,0002-0,005, медь 0,05-0,2 и железо остальное.
(RU 2392348, С22С 38/58, C21D 8/02, C21D 8/12 опубликовано 27.02.2010)
Недостатком известной стали является нестабильные прочностные и пластические характеристики при содержании легирующих элементов на нижнем уровне, повышенная магнитная проницаемость из-за возможности появления 5-феррита при содержании ферритообразующих элементов на верхнем уровне, а аустенитообразующих элементов на нижнем уровне.
Наиболее близкой по технической сущности является высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, азот, ванадий, ниобий, иттрий, кальций, бор, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод ≤ 0,06; кремний 0,10-1,0; хром 19,0-23,0; марганец 14,0-16,0; никель 6,0-9,0; молибден 0,5-1,5; азот 0,45-0,67; ванадий 0,10-0,50; ниобий 0,01-0,30; иттрий 0,001-0,05; кальций 0,005-0,010; бор 0,001-0,01; железо и примеси остальное. Известная сталь может содержать, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, мас. %: 0,01-2,0 медь, 0,001-0,3 титан, 0,01-0,3 цирконий. Известная сталь дополнительно может содержать вольфрам, медь, кобальт, титан, тантал, цирконий, селен (RU 2445397,C22C 38/58, опубликовано 23.06.2010).
Недостатком известной стали являются недостаточно высокие характеристики прочности, пластичности и ударной вязкости стали, так как при затвердевании стали имеет место выделение крупноразмерных карбонитридов титана, ниобия и ванадия (особенно при содержании этих элементов на верхнем уровне) по границам аустенитного зерна, что снижает показатели пластичности и вязкости.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочности, пластичности и ударной вязкости стали.
Технический результат достигается тем, что высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь содержит углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, азот, ванадий, ниобий, медь, по меньшей мере, один из: кальций и барий, железо и примеси, причем дополнительно содержит церий, алюминий, наночастицы карбонитрида титана и карбонитрида циркония размером 30-65 нм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,03-0,06; кремний 0,10-0,5; хром 20,0-22,0; марганец 16,0-18,0; никель 8,0-10,0; молибден 0,8-1,5; азот 0,6-1,0; ванадий 0,1-0,2; ниобий 0,05-0,2; медь 0,8-1,5; по меньшей мере, один из: кальций 0,005-0,01 и барий 0,005-0,01; церий 0,005-0,01; алюминий 0,005-0,02; наночастицы карбонитрида титана 0,03-0,1; наночастицы карбонитрида циркония 0,03-0,1; железо и примеси остальное.
Технический результат также достигается тем, что сталь дополнительно содержит, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы, мас. %: бор 0,001-0,008; титан 0,005-0,1 и цирконий 0,02-0,04; суммарное содержание примесей легкоплавких металлов свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка, не превышает 0,03 мас. %; содержание примесей серы, фосфора и кислорода не превышает, мас. %: сера ≤ 0,006; фосфор ≤ 0,008 и кислород ≤ 0,003; содержание азота, обеспечивающее получение структуры стали без пор, определяется соотношением (мас. %):
N = 0,07 Cr + 0,025Mn - 0,19 С - 0,025 Ni + 0,05 Mo + 0,055 (V + Nb + Zr + Ti + В) + TiCN + ZrCN - 1,05 - 0,015 Cu.
Для достижения высокой прочности, коррозионной стойкости, а также высоких значений пластичности и ударной вязкости сталь по изобретению содержит оптимальное содержание углерода в диапазоне 0,03-0,06 мас. %.
Оптимальным является содержание кремния 0,10-0,5 мас. %. Содержание кремния ниже 0,1 мас. % не обеспечивает достаточной раскисленности стали, а его содержание выше 0,5 мас. % снижает вязкопластические свойства стали.
Содержание марганца на уровне 16,0-18,0 мас. % вместе с хромом обеспечивает повышенную растворимость азота, что позволяет обеспечить стабильность аустенита. Содержание марганца менее 16,0 мас. %, как и пониженное содержание хрома не обеспечивает получение в стали содержания азота более 0,6 мас. %, а увеличение содержания марганца более 18,0 мас. % приводит к снижению вязкостных свойств стали за счет появления излишне большого количества нитридов.
Сталь по изобретению имеет содержание хрома 20,0-22,0 мас. %, что является оптимальным для обеспечения высокого содержания азота и, как следствие, стабильности аустенита и высокой коррозионной стойкости.
При содержании хрома ниже заявленного диапазона концентраций снижается растворимость азота в расплаве, что снижает прочность стали, а при содержании хрома выше верхнего предела возможно образование некоторого количества 5-феррита и нарушается немагнитность стали.
Содержание никеля на уровне 8,0-10,0 мас. % является оптимальным для обеспечения аустенитной структуры при оптимальном содержании азота. Увеличение никеля более 10,0 мас. % снижает растворимость азота в стали.
Содержание молибдена в диапазоне 0,8-1,5 мас. % является оптимальным для обеспечения стабильности аустенита и высокой коррозионной стойкости. При этом молибден в заявленных пределах, также как хром и марганец, увеличивает растворимость азота в стали.
Легирование литейной стали с высоким содержанием азота одновременно ниобием (0,05-0,2 мас. %), ванадием (0,10-0,2 мас. %) и дополнительно титаном (0,005-0,1 мас. %) или цирконием (0,02-0,04 мас. %) повышает прочность, пластичность и ударную вязкость термообработанной стали за счет измельчения действительного зерна, снижения содержания углерода в мартенсите и повышения сил межатомных связей и величины сопротивления отрыву. После оптимальной термообработки сталей происходит сильное упрочнение стали с сохранением высокой ударной вязкости за счет компенсирующего влияния измельчения зерна.
Алюминий в концентрациях 0,005-0,02 мас. %, нитрид которого растворяется в аустените при высоких температурах, также способствует измельчению зерна и препятствует его росту при нагреве.
Присутствие карбонитридов титана и циркония в количестве 0,03-0,1 мас. % оказывают барьерное действие на мигрирующую границу зерен. Карбонитриды титана имеют более округлую форму и меньшие по сравнению с нитридами титана размеры. Карбонитриды титана распределены сравнительно равномерно в литом металле, часть этих включений имеет тенденцию концентрироваться в междуветвиях дендритов и в междендритном пространстве. Кроме того, введение в состав стали наночастиц карбонитрида титана и карбонитрида циркония с размером 30-65 нм позволяет при затвердевании расплава стали образовать большое количество центров кристаллизации, равномерно распределенных в объеме металла.
В процессе затвердевания стали химически стойкие наночастицы карбонитрида титана и карбонитрида циркония, находясь в высокоазотистом расплаве (0,6-1,0 мас. % азота) обладают повышенной устойчивостью к диссоциации и будут являться центрами кристаллизации аустенитных зерен, что существенно измельчит первичное аустенитное зерно, увеличит площадь границ аустенитных зерен, существенно увеличит дисперсность карбидов и нитридов ванадия и ниобия, выпадающих по границам аустенитных зерен, что обеспечит увеличение прочностных свойств и одновременно показателей пластичности и вязкости.
При содержании наночастиц карбонитрида титана и карбонитрида циркония в количестве менее 0,03 мас. % каждого не обеспечивается увеличения прочностных свойств, так как не обеспечивается достаточное измельчение зерна и стабилизации границ зерен.
При содержании наночастиц карбонитрида титана и карбонитрида циркония в количестве более 0,1 мас. % каждого происходит снижение характеристик пластичности и вязкости, так как нитрид циркония и карбонитрид титана начинают выделяться в избыточном количестве.
Наличие в составе стали алюминия в количестве 0,005-0,02 мас. % в сочетании с химически активными элементами кальцием (0,005-0,01 мас. %) и/или барием (0,005-0,01 мас. %), и церием (0,005-0,01 мас. %), благоприятно изменяет форму неметаллических включений, снижает в стали содержание кислорода и серы, уменьшает количество сульфидных включений, очищает и упрочняет границы зерен и измельчает структуру стали, что приводит к повышению прочности, пластичности и ударной вязкости стали.
Кальций и/или барий, и церий также благоприятно воздействуют и на характер нитридных включений, способствуют переходу пленочных включений нитридов алюминия в глобулярные комплексы оксисульфонитридных образований.
Добавки кальция в количестве 0,005-0,01 мас. % затрудняет выделение избыточных фаз по границам зерен, чем сильно повышает стойкость против межкристаллитной коррозии и способствует повышению пластичности. Совместное введение в сталь кальция и бария значительно улучшает кинетику процесса взаимодействия кальция с примесями. Барий в большей степени глобуляризует включения, чем кальций. Значительная часть включений приобретает округлую форму. Присадки бария способствуют (по сравнению с кальцием и церием) образованию более мелких глобулей. Модифицирование кальцием и барием измельчает сульфиды и приводит к перераспределению включений в дендритной структуре в результате увеличения сульфидных включений в осях.
Легирование медью позволяет повысить коррозионную стойкость стали и упрочнять сталь при старении, за счет наноразмерных выделений медьсодержащей фазы. При содержании меди меньше чем 0,8 мас. % эффект упрочнения твердого раствора не наблюдается, а содержание меди более 1,5 мас. % может привести к растрескиванию стали.
Дополнительное микролегирования бором (0,001-0,008 мас. %) в сочетании с азотом приводит к образованию нитридов бора, которые сегрегируют по границам зерен, преимущественно бывшим аустенитным, что, подавляя зернограничное проскальзывание, повышает время до разрушения. Кроме того, бор повышает сопротивление коррозии под напряжением. Бор образует наночастицы нитрида бора в теле зерен и по дислокационным стенкам, что позволяет поднять температуру эксплуатации за счет эффекта стабилизации дислокационной структуры. При этом наночастицы бора увеличивают эффект воздействия наночастиц карбонитрида циркония и карбонитрида титана на прочность и пластичность стали.
В заявляемой стали реализован механизм наноразмерного саморегулирования структуры в условиях длительной эксплуатации, заключающийся в закреплении дислокаций наноразмерными выделениями (размером не более 20-60 нм) нитрида бора, карбонитрида циркония и карбонитрида титана, обладающими высокой стабильностью как при воздействии низких, так и повышенных температур и высоких напряжений, что существенно повышает стабильность свойств заявленной стали.
Предлагаемая сталь отличается от известной ограничением содержания примесей серы до 0,006 мас. % и фосфора до 0,008 мас. %, что способствует получению более высоких значений пластичности и ударной вязкости. Такое содержание серы и фосфора надежно обеспечивается современными методами получения стали. При превышении содержания заявленных содержаний серы и фосфора резко увеличивается неоднородность структуры стали, что в свою очередь снижает ее прочность и пластичность. Кислород также неизбежно присутствует в составе стали, в основном в виде неметаллических включений. При его содержании свыше 0.003 мас. % в стали растет содержание неметаллических включений, что ухудшает свойства стали и вызывает их неоднородность.
Свинец, висмут, олово, сурьма и мышьяк являются примесями, которые негативно влияют на вязко-пластические свойства стали. Их суммарное содержание целесообразно ограничить величиной 0,03 мас. %.
Содержание азота 0,60-1,00 мас. % оптимально для обеспечения стабильности аустенита, высокой прочности и коррозионной стойкости.
Оптимальное содержание азота в твердом растворе и получения структуры стали без пор определяется следующим соотношением:
N = 0,07 Cr + 0,025Mn - 0,19 С - 0,025 Ni + 0,05 Mo + 0,055 (V + Nb + Zr + Ti + B) + TiCN + ZrCN - 1,05 - 0,015 Cu.
В таблицах 1 и 2 приведены сведения о химических составах стали по изобретению (1-3) и известной стали (4), а также их механические свойства, полученные после оптимальной термообработки.
Содержание азота, определенное с использованием вышеуказанным соотношением, на нижнем, среднем и верхнем пределах легирования составило:
- на нижнем пределе легирования 0,60 мас. %;
- на среднем пределе легирования 0,75 мас. %;
- не верхнем пределе легирования 1,0 мас. %.
Выплавку стали по изобретению проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые заготовки. Азот вводили в состав стали азотированными ферросплавами хрома и марганца. Карбонитрид циркония и карбонитрид титана в виде наночастиц размером 30-65 нм вводили в металлических капсулах на струю металла при выпуске плавки в ковш. Металл разливали в слитки диаметром 150 мм. После нагрева в печи до температуры 1150-1200°С слитки ковали на прутки для изготовления продольных образцов на растяжение и ударный изгиб. Образцы подвергали закалке от температуры 1050°С, выдержка 3 ч., охлаждение в воду.
Испытания на растяжение проводили на цилиндрических образцах пятикратной длины с диаметром расчетной части 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости при нормальной температуре производилось на образцах типа 11 по ГОСТ 9454-78.
Фазовый состав металла определяли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М.
Как видно из таблицы 2, предлагаемая сталь имеет значительное преимущество по уровню прочности, пластичности и ударной вязкости по сравнению известной сталью. Сталь по изобретению имеет более мелкое зерно, что обеспечивается выбранным соотношением компонентов.
Claims (6)
1. Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, хром, марганец, никель, молибден, азот, ванадий, ниобий, медь, по меньшей мере один из кальция и бария, железо и примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий, алюминий, наночастицы карбонитрида титана и карбонитрида циркония размером 30-65 нм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,03-0,06, кремний 0,10-0,5, хром 20,0-22,0, марганец 16,0-18,0, никель 8,0-10,0, молибден 0,8-1,5, азот 0,6-1,0, ванадий 0,1-0,2, ниобий 0,05-0,2, медь 0,8-1,5, по меньшей мере один из кальция 0,005-0,01 и бария 0,005-0,01, церий 0,005-0,01, алюминий 0,005-0,02, наночастицы карбонитрида титана 0,03-0,1, наночастицы карбонитрида циркония 0,03-0,1, железо и примеси - остальное.
2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, мас.%: бор 0,001-0,008, титан 0,005-0,1 и цирконий 0,02-0,04.
3. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное содержание легкоплавких примесей свинца, висмута, олова, сурьмы и мышьяка не превышает 0,03 мас.%.
4. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание примесей серы, фосфора и кислорода не превышает, мас.%: сера ≤ 0,006, фосфор ≤ 0,008 и кислород ≤ 0,003.
5. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание азота, обеспечивающее получение структуры стали без пор, определяется соотношением, мас.%:
N = 0,07⋅Cr + 0,025⋅Mn - 0,19⋅С - 0,025⋅Ni + 0,05⋅Mo + 0,055⋅(V + Nb + Zr + Ti + В) + TiCN + ZrCN - 1,05 - 0,015⋅Cu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120221A RU2683173C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018120221A RU2683173C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683173C1 true RU2683173C1 (ru) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018120221A RU2683173C1 (ru) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683173C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109811274A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-05-28 | 江门市阳浩金属制品有限公司 | 一种无磁钢及其制备方法 |
| RU2696792C1 (ru) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь |
| RU2716922C1 (ru) * | 2019-08-14 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной отвественностью "Лаборатория специальной металлургии" (ООО "Ласмет") | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь с азотом |
| RU2726056C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали |
| RU2738033C1 (ru) * | 2020-03-26 | 2020-12-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория специальной металлургии" | Мартенситно-стареющая сталь |
| RU2784363C1 (ru) * | 2021-09-16 | 2022-11-23 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Сталь |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1471158B1 (en) * | 2003-04-25 | 2005-10-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Austenitic stainless steel |
| RU2445397C1 (ru) * | 2010-06-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
| RU2447185C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-10 | Владимир Дмитриевич Горбач | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки |
| RU2451765C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-05-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокоазотистая немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
| RU2454478C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
| RU2584315C1 (ru) * | 2015-06-04 | 2016-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки |
| EP3214194A1 (en) * | 2014-10-29 | 2017-09-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel and manufacturing method therefor |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120221A patent/RU2683173C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1471158B1 (en) * | 2003-04-25 | 2005-10-19 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Austenitic stainless steel |
| RU2445397C1 (ru) * | 2010-06-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее |
| RU2447185C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-10 | Владимир Дмитриевич Горбач | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки |
| RU2451765C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-05-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокоазотистая немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
| RU2454478C1 (ru) * | 2011-05-31 | 2012-06-27 | Александр Федорович Дегтярев | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь |
| EP3214194A1 (en) * | 2014-10-29 | 2017-09-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel and manufacturing method therefor |
| RU2584315C1 (ru) * | 2015-06-04 | 2016-05-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109811274A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-05-28 | 江门市阳浩金属制品有限公司 | 一种无磁钢及其制备方法 |
| RU2696792C1 (ru) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь |
| RU2716922C1 (ru) * | 2019-08-14 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной отвественностью "Лаборатория специальной металлургии" (ООО "Ласмет") | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь с азотом |
| RU2726056C1 (ru) * | 2019-10-31 | 2020-07-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали |
| RU2738033C1 (ru) * | 2020-03-26 | 2020-12-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория специальной металлургии" | Мартенситно-стареющая сталь |
| RU2784363C1 (ru) * | 2021-09-16 | 2022-11-23 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Сталь |
| RU2784363C9 (ru) * | 2021-09-16 | 2023-08-28 | Публичное акционерное общество "Русполимет" | Сталь |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2683173C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь | |
| JP5072285B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
| JP4834292B2 (ja) | 金属間化合物の形成が抑制された耐食性、耐脆化性、鋳造性及び熱間加工性に優れたスーパー二相ステンレス鋼 | |
| CA2962216C (en) | High-strength steel material for oil well and oil country tubular goods | |
| RU2763027C1 (ru) | Кованая деталь из бейнитной стали и способ ее изготовления | |
| CN108950432A (zh) | 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法 | |
| RU2447185C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая литейная сталь и способ ее термической обработки | |
| US20120055288A1 (en) | Method of Making a High Strength, High Toughness, Fatigue Resistant, Precipitation Hardenable Stainless Steel and Product Made Therefrom | |
| KR20120125945A (ko) | 몰드용 베이나이트강 | |
| CN113106356B (zh) | 一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法 | |
| US20020164261A1 (en) | Cast shaped article made from high strength, precipitation-hardenable stainless steel and a process for making same | |
| RU2445397C1 (ru) | Высокопрочная литейная немагнитная коррозионно-стойкая сталь и изделие, выполненное из нее | |
| US3928088A (en) | Ferritic stainless steel | |
| RU2696792C1 (ru) | Коррозионно-стойкая высокопрочная немагнитная сталь | |
| JP7273295B2 (ja) | ボルト用鋼、ボルト、及びボルトの製造方法 | |
| RU2399682C1 (ru) | Высокоуглеродистая сталь для производства подката для получения холоднодеформированного арматурного периодического профиля для железобетонных изделий | |
| RU2454478C1 (ru) | Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь | |
| RU76647U1 (ru) | Вал (варианты) | |
| RU2700440C1 (ru) | Аустенитно-ферритная нержавеющая сталь | |
| RU2158319C1 (ru) | Высокопрочная коррозионно- и износостойкая аустенитная сталь | |
| RU2451765C1 (ru) | Высокоазотистая немагнитная коррозионно-стойкая сталь | |
| RU2031179C1 (ru) | Сталь | |
| RU2790717C1 (ru) | Нестабилизированная аустенитная сталь, устойчивая к локальной коррозии в скд-воде | |
| JP7499691B2 (ja) | ボルト用鋼およびボルト | |
| RU2746598C1 (ru) | Хладостойкая высокопрочная сталь |