Коррозионно-стойкая аустенитно-ферритная сталь
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к коррозионностойкой стали аустенитноферришого класса, предназначенной для обустройства нефтяных скважин и другого оборудования , работающего в различных химических производствах . Цель изобретения - повышение обрабатываемости резанием при сохранении высокой коррозионной стойкости, технологической пластичности и механических свойств. Сталь дополнительно содержит серу и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,01 - 0,03. хром 23 - 26, никель 5.5 - 7.0. молибден 2.5 - 4.0. кремний 02. - 0.4, марганец 1.0 - 2.0, азот 0,05 - 025. церий 0,05 - 0.1, цирконий 0,05 - 0,1, бор 0,0005 - 0,001, алюминий 0,01 - 0,06. титан 0.01 - 0,06, сера 0,05 - 0,15. кальций 0,08 - 02. железо - остальное. - при выполнении следующих соотношений: Ca/S 1,0 - 2.8. Cr /Ni 2,1-2,9. где Сг % Сг +1.5% Si % ЭК1о +12 (Ji + А + Zr + Се + В) и fli %Ni + 0.5Mn + 30x%(C+M) ЗК8Х
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4951629/02 (22) 28.06.91 (46) 15.12,93 Бюл. Мя 45-46 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (72) Фельдгандлер З.Г, Савкина Л.Я:, Левин ФЛ.;
Яшин ЮД.; Сахаров 8.8.; Заславский А.Я.; Харин ПА;
Карпов НА„Мошкевич ЕИ.; Черненко АН.; Касьянов
А.Г. (73) Левин Феликс Львович (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ АУСТЕНИТНОФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к коррозионностойкой стали аустенитноферритного класса, предназначеннои для обустройства нефтяных скважин и другого оборудования, работающего в различных химических произ(19) RRU U(11) 2ÎÎ4612 С1 (51) 5 С22С38 бО водствах. Цель изобретения — повышение обрабатываемости резанием при сохранении высокой коррозионной стойкости, технологической пластичности и механических свойств. Сталь дополнительно содержит серу и кальций при следующем соотношении компонентов, мас%: углерод 001 — 0,03, хром
23 — 26, никель 5,5 — 70, молибден 2,5 — 4,0, кремний 02 — О;4, марганец 10 — 20, азот 0,05 — 025, церий 0,05 — 0.1, цирконий 0,05 — 0,1, бор 0,0005—
0,001, алюминий 001 — 0,06, титан 001 — 0,06, сера
0,05 — 0,15. кальций 0,08 — 0,2. железо — остальное,при выполнении следующих соотношений: Са/8 =
1,0 — 2.8. Cr /Ni = 2,1 — 2,9, где
Cr =%Сг+1,5%ST% Qo+V(Ji+AI+2r+Ce+8) иfTi =%Ni+0,5Мп+30х%(С+Я}.
ЗКВ
Изобретение относится к черной металп /pÃèè, а именно к коррозионнос10йким сталям аустенитно-ферритного класса, обладающим повышенной обрабатываемостью резанием, механическими свойствами и коррозионной стойкостью при сохранении удовлетворительной технологической
-пластичности и предназначенным для конструкций, работающих в агрессивных средах, в частности для обустройства нефтяных скважин в средах, содержащих хлор-ион и сероводород, и деталей автомобилей, работающих в среде в выхлопных газов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является коррозионностойкая аустенитно-ферритная сталь„содержащая, мас.%:
Хром 22,0-26,0
Никель 5,5-7,0
Молибден 2,5 — 4,0
Кремний 0,2-0,4
Марганец 1,0-2,0
Углерод 0,01-0,03
Азот 0,05 — 0,25
Церий 0,05 — 0,2
Цирконий 0,05 — 0,3
Бор 0,005 — 0„03
По крайней мере один металл, выбранный из
ГP /ÏÏÛ, СОдержащей елгоминий и титан 0,02-0,1
Железо Остальное
К недостаткам известной стали относится пониженная способность стали к обрабатываемости резанием, что затрудняет Ре практическое использование и приводит к повышенному расходу режущего инструмента и снижает производительность труда.
Цель изобретения — повышение обрабаTûâàåMocòè резанием аустенитно-ферритной стали при сохранении повышенных механических свОйств, коррозионнои стОЙ"
l(QC l N технологической HnGCYW lHO Tl . Для достижения поставленной цели предложенная вустенитно-ферритная сталь, содержащая углерод, никель, хром, молибден, кремний, марганец, азот, церий, цирконий, бор, ал оминий, титан, железо дополнительно содержит серу и кальций при следующем соотношении компонентов, мас, /:
Хром 23-26
Никель 5,5-7,0
Молибден 2,5-4,0
Кремний 0о Од
Марганец 1,0-2,0
Углерод 0,01 — 0.03
Азот 0,05-0,25
Церий 0,05 — 0,1
Цирконий 0,05-0,1
Бор 0,0005 — 0,001
Алюминий 0,01-0,06
Титан 0,01-0,06
Сера 0,05-0,15
Кальций 0,08-0,2
Железо Остальное
При этом необходимо соблюдать следующие соотношения; (1) Са/S - 1,0-2,8 (2) Сгэкв/ и!экв = 2,1 — 2,9, гд С экв = % Сг+ 1,5% Ы + % Mp + 1,5(П + А1
+ «+ Се + В) и М!экв = %NI + 0.5%Мп +
ЗОх%(С+ И), Примеси (мас.%): фосфор 0,035; медь
< 0,3; вольфрам и ванадий 0,2 каждого.
В и рсдлагаемой стали повышено содержание серы в 2-6 раэ при одновременном введении кальция в определенном отношении к сере с целью связывания серы в сульфиды кал ьция и глобулизации этих выделений.
Содержание серы ограничено пределами 0,05--0,150/. Содержание серы менее
30 0,05% не обеспечивает преимуществ по обрабатываемости резанием, содержание серы более 0,15% снижает технологическую плас-Йчность при высоких температурах, стойкость IlpQTBB питтинга и несколько
35 уменьшает пороговое напряжение при испытании на коррозионное растрескивание при испытании в среде с Н2Я. Содержание кальция должно быть в пределах от 0,08 до
0,2%, содержание кальция менее 0,08% не
40 обеспечивает полное связывание серы в сульфиды и их глобулизацию, содержание кальция более 0,2% может привести к нали. чию избыточного содержания кальция, образованию СаО, который так >ке, как сульфиды марганца, снижает стойкость против питтинга.
При этом сера и кальций должны находиться в определенном соотношении, а именно Ca;S = 1,0-2,8. При отношении Са;$
< 1 не обеспечивается полное связывание серы в сульфиды кальция и ухудшается технологическая пластичность. При отношении
Са:S > 2,8 может образовываться значительное количество СаО, снижающего стойкость против питтинга.
Хром введен для обеспечения корроэионной стойкости. Минимальное его содержание 23% определено тем, что в аустенитной составляющей имеется не менее 19 — 20% Cr, 2804612
10
55 что обеспечивает высокую стойкость стали против питтинга. Верхний предел ограничен 26%, т,к, при более высоком содержании хрома увеличивается количество феррита, склонность к охрупчиванию s результате развития процесса 475 хрупкости и образования а-фазы.
Никель обеспечивает в определенном сочетании с другими элементами благоприятное соотношение феррита и аустенита в аустенитно-ферритной стали. При снижении содержания никеля ниже 5,5% повышается количество феррита и увеличивается склонность к охрупчиванию, при повышении содержания никеля более 7,0% увеличивается количество аустенитной составляющей, менее стойкой против питтинга, чем феррит и, кроме того, это неэкономично.
Молибден введен для обеспечения коррозионной стойкости. Минимальное содержание 2,5% определено тем, что при меньшем содержании не обеспечивается достаточная коррозионная стойкость. Верхний предел ограничен 4,0%, т.к. при более высоком содержании молибдена увеличивается количество феррита, растет склонность к 475 хрупкости и образованию а-фазы, Кремний введен как раскислитель. Нижний предел 0,2% определен тем, что при более низком его содержании не обеспечивается раскисление стали. Увеличение содержания кремния выше верхнего предела
0,4% нецелесообразно вследствие его сильного ферритообразующего и о-образующего действия.
Марганец введен как раскислитель, Содержание марганца менее 1% недостаточно для раскисления стали. Содержание его выше 2% нецелесообразно вследствие отрицательного влияния на коррозионную стойкость (общую и питтинговую коррозию).
Азот введен как дешевый аустенитообразующий и упрочняющий элемент. Кроме того, азот в сочетании с молибденом сильно увеличивает стойкость против питтинга и тормозит образование пограничных выделений. Нижний предел 0,05О/ определен тем, что при более низком содержании его влияние как аустенитообразующего элемента неэффективно, Верхний предел (0,25%) ограничен возможностью получения плотного слитка в условиях выплавки стали s открытом сталеплавильном агрегате.
Нижний предел содержания углерода
G,01% определен техническими возможностями при выплавке в открытых сталеплавильных агрегатах даже при использовании особочистой шихты, Верхний предел 0,03% ограничен тем, что при более высоком содержании возможно возникновение склонности к межкристаллитной коррозии, особенно в сварных соединениях. Цирконий введен для повышения технологической пластичности за счет связывания кислорода, фосфора, серы и измельчения зерна. Снижение содержания ниже 0,05% не обеспечивает улучшение технологической пластичности. Превышение его содержания более 0,1% приводит к загрязнению металла избыточными фазами, а также к значительному увеличению содержания феррита. Церий введен для повышения технологической пластичности как элемент, связывающий серу и очищающий границы зерен от выделений. Снижение содержания церия ниже 0,05 неэффективно, повышение более 0,1% приводит так же, как и цирконий, к образованию вредных избыточных фаз и феррита.
Бор введен для повышения технологической пластичности при 900 — 1000 С„он тормозит образование пограничных выделений и увеличивает стойкость против межкристаллитной коррозии, измельчает зерно.
Снижение содержания бора ниже 0,005% неэффективно, повышение более 0,001%, нецелесообразно вследствие возможности образования сегрегаций бора на границах и ухудшения коррозионной стойкости в некоторых средах.
Алюминий и титан как правило вводятся одновременно как технологические добавки, повышающие пластичность стали. Нижний предел по содержанию каждого 0,01% определен тем, что при меньшем содержании их положительное влияние не проявляется. Верхний предел каждого ограничен
0,06% во избежание увеличения содержания феррита и усиления 475 хрупкости при превышении этого количества.
Отношение эквивалентов хрома (Сгэкs) и никеля (Naggy), определенных по известным формулам, ограничивает оптимальное содержание феррита в количестве 40-60О/ и должно находиться в пределах 2,1-2,9. При отношении эквивалентов ниже 2,1 содержание феррита будет ниже 40% и соответственно ниже коррозионная стойкость и прочность. При соотношении Cr KQ N4K8 более 2,9 сталь будет содержать повышенное количество феррита, что увеличит склонность к охрупчиванию.
Ниже даны варианты осуществления изобретения, не исключающие другие в объеме формулы изобретения.
B открытых дуговых печах были выплавлены плавки, состав которых отвечает предложенной и известной стали (табл. 1).
2004612
Таблица1
Со е жанне хомпонентое, мзс. и
Стзль
B Са/S бгэко
М!экв
Zr, Al
Се
Nl Mo
Сг
Sl Мл
Предлзгаемел 0,010
2,5
0.04
0.10
0,08 24,4
2,72 Осталь0.001 1.0
0,06 0,08
0,05
0.05
5,9
2.0
0,40
Э.О
>,2 .
4,0
Э.О
2.8
2.5
0,12
0.12
0.15
0.20
ОЛ4
0 14
2,10
2,19
2.12
2.50
2.49
0,0005 1,3
0,0005 1,1
0.0005 1,250 001 1.5Э
0,0008 2,8
00005 28
0,04
0,02
0,06
0.01
ОЯ4
0 01
0,03
0.05
О,03
0.01
0.03
0.02 о,ов
0,08
0.1
0.07
ОЯ5
005
0,0В
0,!
0.08
0.08
0,1
0.05
0,20
0,18
0,25
0.15
0.12
0.05
5.8
7,0
5,5
6,0
6,3
5.9
24,1
25.5
26,0
25.0
24.8
23.0
0,15
0,11
0.12
0.13
0.05
0.05
1,2
1.8
1,6
1.0
1.6
2.0
0.029
0.030
0,021
0,010
0.021
0.020
О.ÇS
0,20
0,28
0,35
0.23
0.20
Изеестная
2.35
228
2.10
0.02
0,02
0.02
0,005
О 005
0.015
0,02
0.06
0.02
0,05
O,OS
0.05
0,07
0.08
0.08
0.15
0,16
0,1S
Э.2
3.3
3.2
5.9
6.2
5.9
23,7
24,9
23.7
1,9
1,7
1.8
0.015
0,025
0,030
0.32
0,23
0.25
Тзблица2
Сталь
Поперечное сужение SP) Механические сеолстза и и 20 С
Скорость коррозии, г/и ч е
Потенциал коррозии, 8
Порогоеое напрямение.
H /ìì2 (MCKP
01-85) Склонность к мемкристаллитной коррозии
Обрзбатмеземость лри температуре, С
КСи.
Дм/см
Н/мм
1000
1100
1200
10)
FeCl2 X х SH20 при
20 С
5 л
Н2504 при кипении
Предлз гаем аз
62
64
61
68
71
77
73
7ЭО
7SO
735
78
78
82
81
78
79
530
31
29
31
34
; 64
63
62
63
69
71
1.10
0.90
0.34
0.75
0.80
,.35
1.25
218
260
0,037
0,045
0.015
0.025
0.035
0.042
0.052
0,75
0.70
0.80
0,65
0,80
0,75
0.58
0.9 02,2
Нет
0,35
0.25
0,3
0,25
0,3
0,3
0.30
Изеестная
61
72
78
780
580
34
31
67
69
245
0.35
1.30
0.93
0,040
0.035
0.051
0,70
0,75
0,70
0.7
0.8
0.7
Деформация слитков массой 17 кг осуществлялась методом свободной ковки в интервале температур 1200-900 С на прутки
022 мм и 14 мм и сутунки с последующей прокаткой их на лист толщиной 5 мм. Техно- 5 логическую пластичность определяли в интервале температур 1200-1000 С по величине сужения поперечного сечения, механические свойства и ударную вязкость при температуре — по ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 10
9454-78 соответственно, общую коррозионную стойкость — по ГОСТ 13819-68, склонность к межкристаллитной коррозии — по
ГОСТ 6032-84, стойкость против коррозии . под напряжением — по методике МСКР-01- 15
85. стойкость против питтинга — по методике НИИХИММАШа. Обрабатываемость резанием оценивалась по методике Волжского автомобильного завода сравнительно со сталью 12Х18Н10Т вЂ” по изменению ин- 20 тенсивности износа инструмента, При атом интенсивность износа инструмента при обработке стали 12Х18Н10Т принята за 1, Для всех видов испытаний образцы подвергались закалке от 1070 + 10 С, а для оценки 25 склонности к межкристаллитной коррозии— дополнительному провоцирующему нагреву при 550 С. Параллельно проводили аналогично испытания известной стали, Результаты всех испытаний приведены в табл, 2, Как видно из полученных данных, предложенная сталь существенно превосходит известную по обрабатываемости резанием, не уступая известной по стойкости против различйых видов коррозии, технологической пластичности в интервале температур
1200-1000 С и механическим свойствам.
Использование предлагаемой стали обеспечивает снижение интенсивности износа инструмента по сравнению с известной сталью не менее чем в два раза, а по сравнению с применяемой в настоящее время— не менее чем в три раза. Кроме того, при обработке резанием предлагаемой стали обеспечивается образование стружки, удобной для вывода из зоны резания, что позволяет производить обработку в условиях автоматизации производства. (56) Авторское свидетельство СССР
N 1123307, кл. С 22 С 38/ 58, 1985.
2004612
Формула изобретения
Составитель Э.Фельдгандлер
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Козориз
Редактор Т.Смирнова
Заказ 3381 Тираж
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Подписное
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, никель, хром, молибден, марганец, кремний, азот, церий, цирконий, бор, алюминий, титан, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения обрабатываемости резанием при сохранении повышенных механических свойств, коррозионной стойкости и технологической пластичности, она дополнительно содержит серу и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. :
Углерод 0,01 - 0,03
Хром 23-26
Никель 5,5- 7,0
Молибден 2,5 - 4,0
0,2 - 0,4
Кремний
Марганец
0,05 - 0,25
Церий 0,05- 0.1
Цирконий 0,05- 0,1
0,0005 - 0,001
- 0,01 - 0,06
0,01 - 0,06
0,05 - 0,15
Кальций 0,08- 0,2
Железо Остальное при выполнении следующих соотношений:
15 " кальций/сера - 1 - 2,8; хромовый эквивалент/никелевый эквивалент - 2,1 - 2,9, где хромовый. эквивалент - хром + 1,5 . кремний + молибден + 1;5 (титан + алюминий+ цирконий+ церий+ бор);
20 никелевый эквивалент - никель + 0 5 марганец+ 30 (углерод+ азот).
