Ресульфурированная, аустенитная, нержавеющая сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью

Изобретение относится к металлургии, в частности к нержавеющей стали с высокой обрабатываемостью резанием, применяемой при производстве изделий из прутков с очень высокой скоростью резания. Заявлена ресульфурированная нержавеющая сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, которая содержит в своем составе включения силикоалюмината окиси кальция типа "анортит" и/или "псевдоволластонит" и/или "геленит", ассоциированные с включениями из CrMnS с содержанием хрома от 30 до 70%. Техническим результатом изобретения является существенное повышение стойкости стали к коррозии, в частности к язвенной коррозии, благодаря наличию в стали специфических включений. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ресульфурированной, аустенитной, нержавеющей стали с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, применяемой, в частности, при обработке с очень высокой скоростью резания и в производстве изделий из прутков.

Уровень техники

Из описания изобретения к европейскому патенту №403332 известна ресульфурированная сталь с улучшенной обрабатываемостью. В этом документе описывается способ, в котором предлагается - с целью повышения обрабатываемости - ввести в сталь обычного состава, а именно в сталь, содержащую: углерод менее 0,15%, кремний менее 2%, марганец менее 2%, молибден менее 3%, никель 7-12%, хром 15-25%, некоторое количество серы в пропорции от 0,1 до 0,4% в ассоциации с кальцием и кислородом с содержанием, превышающим соответственно 30·10^-4% и 70^-4%, причем содержание кальция и кислорода отвечает соотношению кальция к кислороду от 0,2 до 0,6.

В указанном документе поставлена цель получить с помощью марганца и взятого в небольшой пропорции хрома, сульфид марганца и хрома (Мn, Сr) 3, который в виде специфических включений обеспечивает твердую смазку режущего инструмента при операциях обработки резанием.

Также указано, что сера неблагоприятно влияет на коррозионную стойкость. Несмотря на это было решено ввести в ресульфурированную сталь с включениями сульфида марганца включения окислов силикоалюмината окиси кальция. Эти окислы, чаще всего ассоциированые с включениями сульфида марганца, не снижают корозионной стойкости.

Такая сталь обладает хорошими свойствами при обработке при традиционных скоростях резания, т.е. при токарной обработке со скоростью менее 500 м/мин. Сталь содержит в себе ассоциированные включения из окислов типа силикоалюминат окиси кальция вместе с включеними сульфидов марганца. Эти включения являются более крупными и более деформируемыми по сравнению с одними только включениями сульфида.

Эффект так называемой твердой смазки режущего инструмента от этого улучшается. Однако описанная в указанных материалах сталь имеет недостаток, присущий ресульфурированным сталям, т.е. они обладают низкой стойкостью к коррозии, в частности к язвенной.

Из описания изобретения к патенту Франции №9504140 известна сталь с улучшенной обрабатываемостью, которая может применяться, во-первых, при обработке резанием с очень большой скоростью, при этом скорости резания при токарной обработке могут превышать 700 м/мин, и, во-вторых, в производстве изделий из прутков с производительностью, превышающей на 30% показатели производительности при использовании обычной ресульфурированной, аустенитной, нержавеющей стали.

Ресульфурированная, нержавеющая сталь с улучшенной обрабатываемостью, применяемая, в частности, при обработке с большой скоростью резания и в производстве изделий из прутков, характеризуется следующим составом в весовых процентах: углерод менее 0,1%; кремний менее 2%; марганец менее 2%; никель 7-12%; хром 15-25%; сера 0,10-0,55%; медь 1-5%; кальций более 35·10^-4%; кислород более 70·10^-4%, при этом соотношение содержания кальция к содержанию кислорода составляет от 0,2 до 0,6.

Несмотря на то, что параметры обрабатываемости в результате большого содержания меди улучшились, однако показатели коррозионной стойкости такой ресульфурированной стали сохранились посредственными.

Указано, что сульфиды марганца очень слабо замещаются в хроме вследствие того, что содержание марганца согласовано с содержанием серы и что их способность деформироваться в холодном состоянии и, следовательно, их эффективность во время резания от этого повышается.

Целью настоящего изобретения является предложить сталь с содержанием серы, улучшающей обрабатываемость, и со специфическими включениями, способствующими существенному повышению стойкости к коррозии, в частности к язвенной коррозии.

Сущность изобретения

Сталь согласно изобретению позволяет обеспечить уровень обрабатываемости ресульфурированых сталей с корозионной стойкостью, аналогичной коррозионной стойкости сталей с низким содержанием серы.

Предметом изобретения является ресульфурированная нержавеющая сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, отличающаяся тем, что она содержит в своем составе в ассоциированном виде включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит и/или пеевдоволластонит и/или гелснит, ассоциированные с включениями, состоящими из соединения СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

Пример осуществления изобретения:

- сталь представляет собой ресульфурированную аустенитную нержавеющую сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, отличающуюся тем, что она содержит в весовых процентах:

0,01%≤углерод≤0,1%;

0,01%≤кремний≤2,0%;

0,01%≤марганец≤0,5%;

10%≤хром≤25%;

7%≤никель≤12%;

0,15%≤сера≤0,45%;

0,01%≤молибден≤3,00%;

0,5%≤медь≤3,5%;

0,01%≤азот≤0,1%;

0,0020%≤алюминий≤0,0100%;

0,0005%≤фосфор≤0,050%;

30·10^-4%≤кальций≤200·10^-4%;

70·10^-4%≤кислород≤300·10^-4%;

0,20≤кальций/кислород≤0,60,

остальное - железо и остаточные элементы, привнесенные при выплавке стали, причем сталь содержит, в частности, включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит, и/или псевдоволластонит, и/или геленит, ассоциированные с включениями из СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

- Кроме того, сталь содержит по меньшей мере 30·10^-4 вес.% бора.

- Также сталь содержит 0,01-0,3 вес.% ванадия.

Краткое описание чертежей

Подробнее изобретение поясняется ниже его описанием и приложенными фигурами, приведенными в качестве не ограничивающего примера.

На фиг.1 представлена диаграмма Fе-Сr-S, на которой представлена предпочтительная область применения изобретения;

На фиг.2 представлена диаграмма Са-Si-Аl, на которой показан предпочтительный диапазон включений силикоалюмината окиси кальция согласно изобретению;

На фигурах 3а, 3b, 3с и 4 соответственно представлены характеристические кривые для язвенной и кавернозной коррозии стали С согласно изобретению в сопоставлении с эталонными сталями А и В.

Изделия, получаемые из длинномерных заготовок из аустенитных нержавеющих сталей, изготавливают чаще всего обработкой резанием. Однако такие стали имеют недостаток, проявляющийся в низкой теплопроводности, отсюда плохой теплоотвод от вершины инструмента и большая наклепываемость, приводящая к локальному образованию зон повышенной твердости, имеюшнх своим результатом ускоренное разрушение режущего инструмента во время обработки.

Наиболее известное и применяемое решение данной проблемы заключается в введении в состав сталей значительного количества серы.

Вместе с присутствующим в стали марганцем сера образует сульфиды марганца с содержанием небольшого количества хрома, порядка 0-20%, что положительно влияет на измельчаемость стружки и продлевает срок службы режущих инструментов.

Однако сера и сульфиды марганца в указанном виде ухудшают коррозионную стойкость. Кроме того, ресульфурированные стали содержат, как правило, твердые включения типа хромит (Сr, Мn, Аl, Тi)O, окись алюминия (АlМg)O, силикат (SiМn)O, являющиеся абразивными по отношению к режущим инструментам.

Выбор сталей определяется областью применения изделий, изготовленных из этих сталей.

Следовательно, для коррозионных сред применяются стали с низким содержанием серы, т.е. стали, содержащие в своем составе менее 0,035% серы, обрабатываемость которых может быть улучшена лишь ограниченно, приблизительно на 20%, путем замещения твердых включений, например включений типа хромиты, деформируемыми окислами типа алюмосиликаты окиси кальция. Однако в любом случае уровень обрабатываемости сохранится существенно ниже уровня обрабатываемости марки стали, ресульфурированной приблизительно менее чем на 25%.

В том случае, когда среда является слабо коррозионной, применение ресульфурированных сталей позволяет - благодаря присоединению большого количества серы от 0,15 до 0,45% - получать очень большое количество сульфидов марганца с низким содержанием хрома, т.е. приблизительно менее 20%, которые вводятся с целью облегчения измельчения стружек и для продления срока службы режущих инструментов, что позволяет значительно увеличить производительность при изготовлении изделий. Посредственная коррозионная стойкость таких сталей объясняется низкой стойкостью к коррозии, в частности, к язвенной коррозии, указанных сульфидов марганца, которые очень слабо замещены в хроме. Кроме того замещение твердых включений деформируемыми окислами позволяет повысить обрабатываемость сталей, совершенно не изменяя коррозионной стойкости, сохраняющейся посредственной, по сравнению со сталями без содержания серы.

Сталь согласно изобретению представляет собой ресульфурированную нержавеющую сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной стойкостью к коррозии, отличающуюся тем, что она содержит в своем составе включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит и/или псевдоволластонит и/или геленит, которые ассоциированы с включениями, состоящими из соединения СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

Соединение, содержащее сульфиды хрома в качестве дополнительных включений наряду с включениями силикоалюмината окиси кальция и обеспечивающее коррозионную стойкость, получено в результате максимально возможного снижения содержания марганца в стали при ее выплавке. Содержание марганца взято 0,5% или менее.

Решение задачи состоит в получении во время выплавки сульфидов, очень богатых хромом, содержание которого составляет 30-70 вес.%. Благодаря последним авторы изобретения установили, что ресульфурированная сталь с содержанием серы от 0,15 до 0,45% обладает стойкостью к общей, кавернозной, язвенной коррозии и к коррозии в соленом тумане, которая аналогична стойкости к коррозии не ресульфурированной стали, т.е. стали с содержанием серы менее 0,035%. Кроме того, благодаря комбинированному действию таких сульфидов, содержащих большую часть хрома и холоднодеформируемых окислов, представляющих собой силикоалюминаты окиси кальция типа анортит, и/или псевдоволластонит, и/или геленит, становится возможным сохранить уровень обрабатываемости с точки зрения ломкости стружки, режима резания и срока службы инструментов, который аналогичен уровню, присущему традиционным ресульфурированным сталям, сульфидами которых являются сульфиды марганца с низким содержанием хрома, т.е. от около 0 до 20 вес.%.

Если включения из силикоалюмината окиси кальция играют роль твердой смазки в отношении обрабатываемости, то такие включения обладают - благодаря своей деформируемости - хорошим сцеплением с материалом во время их обработки. Таким образом устраняются участки нарушения сцепления между матрицей и включением, играющие роль затравки коррозии и присутствующие вместе с обычными твердыми окислами типа хромит (Сr, Мn, Аl, Тi)O, окись алюминия (АlМg)O, силикат (SiМn)O.

Введение согласно изобретению включений в сталь с целью получения сульфурированного, очень богатого хромом соединения, которые ассоциированы с окислами с низкой температурой плавления типа силикоалюминат окиси кальция, позволяет достигнуть уровень обрабатываемости, превышающий уровни, обеспечиваемые наличием одного только обогащенного хромом сульфида, при этом полностью обеспечивается очень высокая коррозионная стойкость.

Изобретение предназначено, в частности, для применения в области аустенитных нержавеющих сталей. В примере на применение согласно изобретению приведена ресульфурированная аустенитная, нержавеющая сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, состав которой в весовых процентах указан ниже:

0,01%≤углерод≤0,1%;

0,01%≤кремний≤2,0%;

0,01%≤марганец≤0,5%;

10%≤хром≤25%;

7%≤никель≤12%;

0,15%≤сера≤0,45%;

0,01%≤молибден≤3,00%;

0,5%≤медь≤3,5%;

0,01%≤азот≤0,1%;

0,0020%≤алюминий≤0,0100%;

0,0005%≤фосфор≤0,050%;

30·10^-4%≤кальций≤200·10^-4%;

70·10^-4%≤кислород≤300·10^-4%;

0,20≤кальций/кислород≤0,60,

остальное - железо и остаточные элементы, привнесенные при получении стали, причем сталь содержит, в частности, включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит, и/или псевдоволластонит, и/или геленит, ассоциированные с включениями из СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

В сталях согласно изобретению, приведенных в таблице 1, алюминий присутствует в качестве добавки, предназначенной для получения силикоалюминатов окиси кальция типа анортит, и/или псевдоволластонит, и/или геленит, в количестве, необходимом для их деформируемости и коррозионной стойкости.

При содержании меди ограничивается усилия, необходимые для образования стружки. Благодаря этому свойству температура на вершине инструмента сохраняется на приемлемом уровне. Медь снижает наклепываемость. Такая низкая наклепываемость позволяет получать тянутые прутки с меньшей твердостью, в частности, на поверхности. Благодаря этим свойствам медь участвует в улучшении рабочих характеристик стали согласно изобретению.

Кроме того, сталь согласно изобретению может содержать в весовых процентах менее 30·10^-4% бора и 0,01-0,3% ванадия.

Ресульфурированная сталь в примере на применение, используемая предпочтительно в производстве изделий из прутков, а также в области обработки с большой скоростью резания, обеспечивает благодаря присутствию большого количества холоднодеформируемых включений богатого хромом сульфида и окиси, ассоциированных или не ассоциированных, а также благодаря присутствию меди с содержанием согласно изобретению, с одной стороны, обработку с исключительно большими скоростями резания, а также исключительную стойкость к коррозии, в частности к язвенной.

Проведенные в промышленном масштабе отливки стали подтверждают интерес, проявляемый к целевым свойствам богатых хромом сульфидов. Нами была получена характеристика коррозионной стойкости, которая эквивалентна характеристике не ресульфурированной стали, обладающей уровнем обработки, присущей ресульфурированной стали.

В приводимой ниже таблице 1 представлены эталонные стали А и В и сталь С согласно изобретению со следующим базовым составом: С=0,05%; Si=0,5%; Ni=8,6%; Сr=18%; Мо=0,2%, но в которых однако содержание серы, кальция, кислорода и марганца подвержено изменению.

Таблица 1
Сталь	Са (ррm)	O (ррm)	Са/O	Мn %	Сu %	S %
А	6	85	0,07	1,60	0,5	0,02
В	48	130	0,35	1,60	0,5	0,30
С (согласно изобр.)	40	94	0,42	0,25	1,5	0,30

На фигурах 3а, 3b и 3с приведены соответственно характеристические кривые для язвенной и кавернозной коррозии стали С согласно изобретению в сравнении с эталонными сталями А и В.

В отношении обрабатываемости испытания проводились сверлением с применением сверла диаметром 4 мм из быстрорежущей стали, сверлили отверстия глубиной 16 мм в цилиндрических заготовках диаметром 10 мм.

В таблице 2 приведены рабочие характеристики сталей А, В и С при первом режиме резания со скоростью 40 м/мин и при подаче 0,1 мм/оборот.

Таблица 2
Сталь	Параметр, расстояние сверления (м)
А	0
В	>16
С (согласно изобр.)	>16

В таблице 3 приведены рабочие характеристики сталей А, В и С, полученные при втором режиме резания со скоростью 25 м/мин и подаче 0,25 мм/оборот.

Таблица 3
Сталь	Параметр, расстояние сверления (м)
А	0
В	>16
С (согласно изобр.)	>16

Предложенное решение позволяет согласовать максимально возможную обрабатываемость, обеспечиваемую серой и ассоциированными включениями силикоалюмината окиси кальция, с повышенной коррозионной стойкостью, аналогичной стойкости основных, не ресульфурированных сталей. Таким образом это решение позволяет пользователям отказаться от необходимого выбора того или иного свойства. Действительно, указанная сталь позволяет пользователям не ресульфурированных сталей достигать выигрыша при изготовлении коррозионно-стойких изделий по производительности и, следовательно, по себестоимости изделия. Кроме того такое решение позволяет также пользователям ресульфурированных сталей, проводящих впоследствии обработку поверхности типа хромирование для улучшения коррозионной стойкости изделий, отказаться от этой обработки.

1. Ресульфурированная нержавеющая сталь с высокой обрабатываемостью и улучшенной коррозионной стойкостью, отличающаяся тем, что она содержит в своем составе включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит и/или псевдоволластонит и/или геленит, ассоциированные с включениями из СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

2. Сталь по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет следующий состав, вес.%:

0,01 % углерод 0,1 %

0,01 % кремний 2,0 %

0,01 % марганец 0,5 %

10 % хром 25 %

7 % никель 12 %

0,15 % сера 0,45 %

0,01 % молибден 3,00 %

0,5 % медь 3,5 %

0,01 % азот 0,1 %

0,0020 % алюминий 0,0100 %

0,0005 % фосфор 0,050 %

30·10^-4 % кальций 200·10^-4 %

70·10^-4 % кислород 300·10^-4 %

0,20 кальций/кислород 0,60

остальное – железо и остаточные элементы, привнесённые при получении стали, причем сталь содержит, в частности, включения силикоалюмината окиси кальция типа анортит и/или псевдоволластонит и/или геленит, ассоциированные с включениями из СrМnS с содержанием хрома от 30 до 70%.

3. Сталь по п. 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит менее 30·10^-4 вес. % бора.

4. Сталь по п. 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,01 – 0,3 вес. % ванадия.