Жаропрочная коррозионно-стойкая сталь

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к жаропрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления деталей энергетической арматуры трубопроводов АЭС и ТЭС. С целью снижения скорости эрозии в пароводяной смеси, повышения потенциала питтингообразования в хлоридсодержащих средах, кратковременной прочности при температуре 560°С при сохранении твердости и ударной вязкости, сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,15- 0,28, кремний 0,1-1,0, марганец 0,2-2,0, хром 13,1-16,3, никель 1,0-3,9, молибден 1,0-2,7, ванадий 0,05-0,50, ниобий 0,05- 0,60, цирконий 0,005-0,100, кальций 0,001- 0,050, железо остальное, при этом структурные эквиваленты должны удовлетворять следующим соотношениям: хромовый эквивалент ферритообразования 11, хромовый эквивалент мартенситообразования -9,35. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) С 22 С 38/50, 38/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ©

Q0 оп ,(Л ,QO (21) 4892218/02 (22) 18.12.90 (46) 15.10.92. Бюл. N 38 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П. Бардина (72) Л.А.Писаревский, Д.B,Àïàðèí, И.И.Капуткин, И.Н,Мелькумов, Т.Н.Касаточкина, Э.З.Рейтблат, Л,Д.Замошников, Б,В,Егоров, Н.А.Чертков, Г,М.Слепнев, С.В.Марушин, Н.А.Тугова, Е.И.Акиндинов и А.Я.Сартан (56) Патент Японии N 61 — 51025, кл. С 22 С 38/48, 1986, (54) ЖАРОПРОЧНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙ КАЯ СТАЛ Ь (57) Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к жаропрочной коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления деталей энергетической арматуры

Предлагаемое изобретение относится к металлургии сталей, в частности, жаропрочных коррозионностойких хромоникельмолибденовых сталей на основе железа, используемых, в частности, для изготовления деталей энергетической арматуры трубопроводов АЭС и ТЭС.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенной стали является сталь следующего химического состава, 7; масс. углерод 0,05 — 0,30 кремний не более 0,10 марганец 0,3-1,5 хром 9,0 — 13,0 никель 1,0 — 2,5 молибден 0,5-2,0 ванадий 0,1 — 0,5 трубопроводов АЭС и ТЭС. С целью снижения скорости эрозии в пароводяной смеси, повышения потенциала пйттингообразования в хлоридсодержащих средах, кратковременной прочности при температуре

5600С при сохранении твердости и ударной вязкости, сталь дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.0(: углерод 0,150,28, кремний 0,1-1,0, марганец 0,2 — 2,0, хром 13,1 — 16,3, никель 1,0 — 3,9, молибден

1,0 — 2,7, ванадий 0,05 — 0,50, ниобий 0,05—

0,60, цирконий 0,005 — 0,100, кальций 0,001—

0,050, железо остальное, при этом структурные эквиваленты должны удовлетворять следующим соотношениям: хромовый эквивалент ферритообразования « 11, хромовый эквивалент мартенситообразования -9,35. ниобий 0,01 — 0,50 азот 0,01 — 0,10 железо остальное

К недостаткам этой стали относится высокая скорость эрозии пароводяной среде, низкие значения кратковременной прочности при температуре 560 С, а также стойкости против питтинговой коррозии в результате выпадения большого количества избыточных фаз по границам зерен после отпуска при температуре 650 С и соответствующего снижения потенциала питтингообразования.

Цель предлагаемого изобретения заключается в снижении скорости эрозии стали в пароводяной смеси, повышении потенциала питтингообразования в хлоридсодержащих средах, кратковременной

1768658 прочности при температуре 560 С при сохранении уровней твердости и ударнои вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что в сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий и железо, дополнительно введены цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, % мас.: углерод 0,15-0,28 кремний; 0,1-1,0 марганец -- . 0,2 — 2,0 хром 13,1 — 16,3 никель 1,0-3,9 молибден 1,0 — 2,7 ванадий 0,05 — 0,50 ниобий 0,05-0,60 цирконий 0,005 — 0,100 кальций 0,001 — 0,050 железо остальное, при этом структурные эквиваленты должны удовлетворять следующим соотношениям; хромовый эквивалент ферритообразования (хром — 1,5 х никель + 2 х кремний—

0,75 х марганец — 27 х углерод+ молибден +

0,9 х ниобий) 11,0; хромовый эквивалент мартенситообразования (20 — (хром + 1,5 х никель + 0,7 х кремний+ 0,75 х марганец+ 30 х углерод+

0,6 х молибден+ 1,5 х ванадий)) -9,35.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что выбранное содержание компонентов по отдельности, а основных феррито- и аустенитообразующих. элементов в совокупности обеспечивает получение мартенситной структуры стали с высоким комплексом механических свойств; при этом совместное введение циркония и кальция повышает стойкость против эрозии, а также и питтинговой коррозии в растворах хлоридов после отпуска при температуре

650 С.

Для получения необходимого комплекса свойств сталь должна иметь в основном мартенситную структуру. С этой целью был произведен расчет структурного состояния опытных плавок стали по специальной диаграмме, координатами которой являются структурные эквиваленты, Если хромовый эквивалент ферритообразования > 11,0, в структуре стали может образовываться значительное количество д — феррита (более

20%), что нежелательно ввиду снижения эрозионной стойкости стали и ее ударной вязкости. А при хромовом эквиваленте мартенситообразования < - 9,35 в стали образуется аустенит, что также оказывает негативное влияние на свойства стали, снижая ее твердость и коррозионную стойкость.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения. Было выплавлено несколько опытных плавок стали, химический состав которых приведен в таблице 1. Сталь выплавляли в открытых индукционных печах. Деформируемость стали при ковке на заготовку удовлетво рител ьная. Тем пературный интервал горячей деформации 900—

1200 С.

Склонность к питтинговой коррозии образцов диаметром 10 мм из опытных сталей оценивали электрохимическими методами по величине потенциала питтингообразования(рп.о.) в растворе 1 í HzSO4+1 н NaCI при комнатной температуре. Потенциал питтингообразования р п.о. определяли путем построения анодных потенциодинамических поляризационных кривых на потенциостате П-5848 со скоростью поляризации 3,6 В/ч. Увеличение потенциала питтингообразования сопоовождается увеличением области пассивного состояния стали на потенциодинамической кривой и характеризует повышение стойкости стали к питтинговой коррозии. Скорость эрозии опытных материалов определяли по методике, позволяющей моделировать условия работы деталей арматуры с высокими скоростями (до 100 м/сек) течения питательной воды через щелевые каналы при перепадах давления 17,0 МПа и температуре 210 С, Продолжительность испытаний составляла

200 часов. Степень изнашивания исследуемых образцов определяли по среднему значению глубины износа металла за период испытаний. Замеры глубины износа проводили при помощи микроскопа МИС вЂ” 11 в 9 точках как среднеарифметическое значение. Среднюю скорость эрозии i определял и как отношение средней глубины эрозион ного разрушения h в единицу времени г:

h — мкм/ч.

Полученные результаты представлены в таблице 2, из которой видно, что при аналогичных уровнях ударной вязкости и твердости кра гкавременная высокотемпературная прочность и стойкость против питтинговой коррозии стали предлагаемого состава (стали 1 — 6) выше., а скорость ее эрозии ниже по сравнению с известной (М 7).

Следовательно, предлагаемая сталь, по сравнению с прототипом, при сохранении уровня ее ударной вязкости и твердости обладает повышенными зрозионной стойкостью, высокотемпературной кратковременной прочностью и стойкостью против питтинговой коррозии после высокотемпературного отпуска.

Предложенная сталь технологична при горячей деформации, механической обра1768658

13,1 — 16,3

1,0 — 3,9

1,0 — 2,7

0,05 — 0,50

0,05 — 0,60

0,005 — 0,100

0,001 — 0,05 остальное, хром никель молибден ванадий

5 ниобии цирконий кальций железо

Та бл и ц а

Примеры химических составов, мас.3 т

С7

ll NГ С и/и

1 0,150

2 0,280

3 0,250

4 0,210

5 0,174 б 0,198

Известная

7 0,205

0,34 0,56

0,1б

0,05 0,30

0,50 0,10

0,41 0,05

0,32 0,60

0,80

0,20

0,60

2 00

1,00

0,82

2,70

1,00

1,30

1,70

1,58

1 90

14,0

16,3

13,1

13,5

15,8

14,2

3,9

2,4

1,0

3,0

1,8

1,6

0,70

0,20

0,92

0,10

0,55

1,00

0,30 0,26

1,40

1,О6

l,9

11,0

0,10

Продолжение табл 1

Z7

П/П с ф

C73 Jcd м

С7зке

Ре и примеси

0,008

0,050

0,043

0,019

0,001

0,030

1 0,005

0,011

3 0,090

4 0,070

5 0,100

0,080

Известная

8,65

6,70

7,90

4,57

11,0

10,72

-7,57

-9,35

-4,56

-7,64

-6,42

-5,45

76,837

79,299

82,347

78,801

78,535

79,252

-2,16

83,715 4,10 ботке и рекомендуется для изготовления штоков, шиберов и других деталей энергетической арматуры трубопроводов АЭС и

ТЭС.

Формула изобретения

Жароп рочная коррозионно-стойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий и железо, отличающаяся тем, что, с целью снижения скорости эрозии в пароводяной смеси, повышения потенциала питтингообразования в хлоридсодержащих средах, кратковременной прочности при 560 С при сохранении твердости и ударной вязкости, оно дополнительно содержит цирконий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас., : углерод 0,15 — 0,28 кремний 0,1-1,0 марганец 0,2-2,0

10 при этом структурные эквиваленты должны удовлетворять следующим соотношениям: хромовый эквивалент ферритообразования (хром — 1,5 х никель+ 2 х кремний—

0,75 х марганец — 27 х углерод+ молибден +

15 0,9 х ниобий) 11; хромовый эквивалент мартенситообразования (20 — (хром + 1,5 х никель + 0,7 х кремний + 0,75 х марганец + 30 х углерод

+0,6 х молибден + 1,5 х ванадий)) — 9,35, 1768658

Таблица 2

Свойства стали исследованных составов после закалки с 1050 С, масло и отпуска при 650 С, Зч, воздух

Составитель Д,Апарин

Редактор Н. Куп ря кова Техред М, Моргентал Корректор Л,Ливренц

Заказ 3623 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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