Сталь

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали, и может быть использовано в изделиях, подвергаемых воздействию высокоагрессивных сред при 300-550°С. С целью повышения коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости сталь дополнительно содержит молибден, кальций, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%. углерод 0,02-0,05; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2- 0,8; хром 17,0-19,0: никель 5,5-6,5, молибден 1,5-2,2; кальций 0,005-0; азот 0,03-0,3, алюминий 0,01-0,08; железо остальное, при этом отношение марганец-кальций 100, сумма 20 азот + никель 7,0-11,5. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

"4

@ (л

6д

6д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4877751/02 (22) 11,09.90 (46) 15.07.92. Бюл. N 26 (71) Научно-исследовательский институт металлургической технологИи (72) Л.А. Шапоренко, E,А. Упшинский, Л.А. Чухлова, Э.С. Якименко, В,И, Боев и В.З. Волков (53) 669.14,018,8-194(088,8) (56) Сталь 12Х21Н5Т. ГОСТ 5632 — 72, (54) СТАЛЬ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали, и

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при получении коррозионно-стойких материалов, подвергаемых воздействию высокоагрессивных сред при 300-550 С взамен ранее применяемых нержавеющих сталей типа 12Х13, 12Х18Н10Т.

Известна сталь мартенситного класса, хорошо обрабатываемая резанием и имеющая высокую твердость при температурах эксплуатации 300 — 500 С, содержащая, вес.%; углерод 0,06-0,18; кремний 0,60; марганец 1,0; хром 11,0-14,0; никель 3,5—

5,0; молибден 0,35 — 0,85; ванадий 0,10, Известна сталь аустенитного класса, имеющая высокую коррозионную стойкость, содержащая, вес.%, углерод 0,01—

0,15; кремний 2,5 — 6,0 марганец 0,01 — 3,0; никель 18,0-25,0; хром 16,0-25,0; титан

0,05-1,0; цирконий 0,05-1,0; селен 0,003-1 и (или) лантян 0,003 — 1.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобрете«5U 1747533А1 (я)л С 22 С 38/44

kj О9 может быть использовано в иэделиях, подвергаемых воздействию высокоагрессивных сред при 300-550 С. С целью повышения коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости сталь дополнительно содержит молибден, кальций, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод

0,02 — 0,05; кремний 0,2 — 0,8; марганец 0,20,8; хром 17,0 — 19,0: никель 5,5 — 6,5; молибден 1,5 — 2,2; кальций 0,005 — 0; азот 0,03-0,3; алюминий 0,01-0,08; железо остальное, при этом отношение марганец-кальций 100, сумма 20 (азот)+(никель)=7,0 — 11,5. 1 табл, нию является сталь 12Х21Н5Т, содержащая, вес,%: углерод 0,09-0,14; кремний н.б, 0,8; марганец н.б, 0,8; хром 20,0 — 22,0; никель

4,8 — 5,8; титан 0,25 — 0,50; алюминий н,б. 0,08; сера н.б. 0,025; фосфор н.б. 0,035.

Сталь имеет высокую коррозионную стойкость при работе в слабоагрессивных средах.

Недостатки известной стали — неудовлетворительная обрабатываемость, особенно при сверлении и прокалывании отверстий малых сечений и сложной койфигурации из-за скоплений нитридов и карбонитридов титана, и недостаточная корроэионная стойкость при работе в высокоагрессивных средах при 300-500 С.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, алюминий, дополнительно содержит молибден, кальций, 1747533 азот при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 0,02-0,05; кремний

0,2 — 0,8; марганец 0,2 — 0,8; хром 17,0-19,0; никель 5,5 — 6,5; алюминий 0,01 — 0,08; молибден 1,5-2,2; кальций 0,005-.0,1; азот 0,030,30; железо остал ь ное. При этом отношение марганец/кальций = 100, сумма

20 (азот)+(никель)= 7,0-11,5, В предлагаемой стали по сравнению со сталью-прототипом понижено содержание углерода. Углерод в пределах 0,02 — 0,05 устраняет склонность стали к межкристаллитной коррозии и обеспечивает хорошую обрабатываемость стали.

При увеличении содержания углерода более 0,05 / возрастает количество карбидной.фазь«, что приводит к ухудшению обрабатываемости. Понижение содержания углерода менее 0,02 нежелательно, так как не обеспечивается требуемый уровень механических свойств, При уменьшении содержания углерода, являющегося аустенитообразующим элементом, фазовый состав предлагаемой стал и пр иближается к чисто ферритной структуре, что нежелательно, так как появляется склонность к охрупчиванию, росту зерна. Поэтому содержание хрома, как ферритообразующего элемента, понижено до

17,0-19,0/, а никеля как аустенитообразующего элемента, повышено по сравнению со сталью-прототипом до 5,5 — 6,5 /, чтобы обеспечить структуру аустенитно-ферритной стали. При этом достигается высокий уровень коррозионных свойств и эксплуатационная стойкость изделий.

При повышении никеля >6,5 сталь переходит в.аустенитный класс, в результате чего падает твердость, При понижении содержания хрома менее 17 резко падает коррозионная стойкость предлагаемой стали, Присутствие в нержавеющих сталях титана, вводимого для повышения коррозионной стойкости, приводит к образованию скоплений нитридов, оксинитридов и карбонитридов титана, что значительно снижает обрабатываемость стали, При введении вместо титана молибдена, как элемента, повь«шающего коррозионную стойкость, углерод связывается в стабильные карбиды на основе молибдена.

При этом образуются нежелательные скопления нитридов, так как молибден не является нитридообразующим элементом.

Молибден упрочняет ферритную составля«ащую.

При увеличении молибдена более 2,2 в структуре горячекатаной стали при температурах конца горячей деформации образуется о -фаза, которая ухудшает технологическую пластичность вследствие охрупчивания стали, При содержании молибдена менее 1,5/ не достигается необходимая

5 коррозионная стойкость, Содержание молибдена в пределах 1,52,2 / обеспечивает высокую коррозионную стойкость, благоприятный фазовый состав с точки зрения как технологической пластич10 ности, так и получения достаточно высокой твердости, что повышает эксплуатационную стойкость изделий, Так как при замене титана на молибден в составе стали отсутствуют нитридообразующие элементы, азот, в виде.

15 атомов внедрения находится в твердом растворе, не образуя неблагоприятные с точки зрения обрабатываемости фазы. Содержание азота в пределах 0,03-0,3 обеспечивает высокую эксплуатационную стойкость

20 изделий.

При введении азота более 0,3 при выплавке с1али образуются газовые пузыри, При содержании азота менее 0,03/ не достигается эффект упрочнения твердого рас25 твора, необходимый для, обеспечения высокой поверхностной твердости.

Кальций, как поверхностно-активный элемент, приводит к равномерному распределению карбидов, неметаллических вклю30 чений, улучшая их форму и очищая границы зерен. Кальций обволакивает неметаллические включения, образуя на поверхности плотную пленку, которая улучшает обрабатываемость стали, 35 При содержании кальция менее.0,005 образуются хрупкие включения окислов на основе алюминия остроугольной формы, резко ухудшающие обрабатываемость.

Содержание кальция более 0,1 неце40 лесообразно из-за ограниченного предела растворимости и возможности выделения избыточных фаз эвтектического типа.

При соотношении марганца к вводимому кальцию, равным или меньшим 100, на45 блюдается оптимальное сочетание хорошей обрабатываемости стали и высокой коррозионной стойкости, Образующиеся сульфиды FeS — MnS, понижающие коррозионную стойкость, хорошо удаляются из расплава, 50 так как Са, глобуляризуя включения, повышает десульфурирующую способность марганца. При этом вокруг небольшого количества сульфидов MnS — FeS глобуляр-. ной формы, выделившихся при затвердева55 нии, увеличивается содержание Cr и Мо в сегрегациях.сульфидов и сохраняется высокая коррозионная стойкость, При соотношении Mn/Са>100 образуется большое количество пленочных включен и и сул ьфидов Fe S — Mr«S, ухудшающих

1747533

5 6 коррозионную стойкость и обрабатывае-- раметрах: обработка в расплаве нитрита намость стали. трия при 470ОС 3 ч; обработка в кипящсй

Соблюдение соотношения 20(N)+(Ni)= воде 2 ч; обработка в концентрированной

= 7,0 — 11,5 при введении в сталь азота поэво- ортофосфорной кислоте при 20 С 20 мин; ляет обеспечить благоприятный фазовый 5 обработка в кипящей в1 де 2 ч; повторное состав предлагаемой стали, сохраняя высо- кипячение в свежей порции воды 2 ч. кую коррозионную и эксплуатационную Испытания на обрабатываемость про стойкость," водили по потере массы фрезы при обработПри соотношении >11,5 фазовый состав ке одной детали. изменяется в сторону аустенитной структу- 10 Результаты испытаний приведены в ры, твердость падает, При соотношении таблице.

<7,0 структура стали приближается к фер- Как видно из представленных реэульта-. ритной, в результате чего появляется склон- тов, отбраковка деталей при их изготовленость к охрупчиванию при температурах нии снизилась на 45% по сравнению со эксплуатации 450 — 500 С, 15 сталью-прототипом, а стойкость деталей

Пример, Выплавку исходной заготов-. при эксплуатации повысилась в 2,2 раза. ки стали предлагаемого состава и стали- О>кидаемый экочомический эффект от прототипа производили в индукционной использования стали в производстве состапечи ИСТ-0,16, Азот вводили в металл путем вит 120 руб. на 1 т стали, присадки в печь перед выпуском азотиро- 20 cD о р м у л а и з о б р е т е н и я ванного феррохрома. При выпуске металла Сталь, содержащая углерод, кремний, в ковш давали SiCa. Сталь разливали в из- марганец, хром, никель, алюминий, железо, ложницы сечеййемф90 мм, Электрошлако- отличающаяся тем, что, с целью, вый переплав осуществляли на печи типа повышения коррозионной стойкости, обЭШП-0,25 в кристаллизатор сечениемф200 25 рабатываемости и эксплуатационной мм на смеси флюсов AHcD-6 и АН-295 в стойкости, она дополнительно содержит равном соотношении. Ток.переплава 2,5- молибден, кальций, азотприследующемсо3,0 кА, напряжение 45-48 В. отношении компонентов, мас.%;

Вариайты составов стали приведены в Углерод 0,02--0,05 таблице. 30 Кремний 0,2-0,8

Полученные слитки ковали при 1200 С Марганец 0,2 — 0,8 на прессе АКП-600 до ф180 мм с последую- Хром 17,0-19,0 буцим охлаждением на воздухе, Из поковок . Никель 5,5 — 6,5 изготавливали фильерыф160 мм и капилля- Алюминий 0,01 — 0,08 рами ф0,25 мм, которые испытывали в про- 35: Молибден 1,5 — 2,2 мышленных условиях при производстве Кальций . 0,005 — 0,1 синтетического волокна. Азот 0,03 — 0,30

Коррозионную стойкость. оценивали по Железо Остальное утонению образцов после 15 циклов обра- при этом отношение марганец/кальций ботки при следующих технологических па- 40 100, сумма 20 (азот)+(никель)=7,0 — 11,5.

Брак. дета- лей лрн обработке, 2

Хнннческнй состав, Спосо

Тес р" дость деталей, HB

Иэнос Утснеосеэи, нне обнг раэков, нКн

Стойкость

Св П Al — 208+111 Ti Ге

Ил

С- Si

Ni По

Cr деталей,2

0,7

0il7

0,2

0,7

0,8

0,87

0,7

0,5

21,65

16,5

17,0

18,6

19,0

19,55

18.5

L8,9

0,04

0,005

О;01

0,05

0,08

0,09

0,05

0,03

0,6

0,18

0,2

0,5

0,8

0,85

0,3

0,4

4,95

5,0

5,5

5,7

6,5

7,0

6,4

5,5

0,085 3,234

0,055 1,549

0,049 1,207

0,026 0,859

0,035 1,139

0,060 1,745

0,039 0.905

0,040 0,870

Прототип 0,12

Предлага" 0,017 ений 0,02

0,03

0,05

0,06

0,02

0,03

0,43

189 100 49

190 150 22

200 180 9

260 220 4

240 190 7

230 120 25

220 190 5

220 200 5

Остальное

4,2

87

8.

5,8

5,4

6,1

7, 8

12,5

13,6

7,0

11,5

1,3 1,004 0,02

1,5 0,005 0,03

1,9 О;008 0,08

2,2 0,1. 0,3

2 ь27 Оэ 15 0 ° 33

1,5 0,007 0,03

1 7 О 1 . 0,3 н

° I

Составитель Л.Суязова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор M.Áàíäóîà.Заказ 2475 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 1К-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101