Износостойкая метастабильная аустенитная сталь

Авторы патента:

Орлов Сергей Витальевич (RU)

Тараканов Сергей Александрович (RU)

Егорова Марина Александровна (RU)

Берман Леонид Исаевич (RU)

Дегтярев Александр Федорович (RU)

Кригер Юрий Николаевич (RU)

C22C38/58 - с более 1,5 % марганца по массе

Владельцы патента RU 2485203:

Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным метастабильным сталям, используемым для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного воздействия или подвергаемых значительным ударным нагрузкам, в том числе для изготовления горнодобывающего и дробильного оборудования, ковшей экскаваторов, траков гусеничных машин, шнеков, бил молотковых дробилок, деталей землеройных и почвообрабатывающих машин. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,10-0,30, марганец 3,50-4,0, хром 11,50-12,50, никель 2,80-3,50, азот 0,20-0,25, ванадий 0,08-0,15, титан 0,01-0,20, церий 0,005-0,03, кальций 0,005-0,02, кремний 0,10-0,50, железо и неизбежные примеси остальное. Повышаются прочностные характеристики и износостойкость стали в условиях интенсивного абразивного воздействия или воздействия значительных ударных нагрузок. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным метастабильным сталям, и может найти применение для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного воздействия или подвергаемых значительным ударным нагрузкам, в том числе для изготовления горнодобывающего и дробильного оборудования, ковшей экскаваторов, траков гусеничных машин, шнеков, бил молотковых дробилок, деталей землеройных и почвообрабатывающих машин.

Известна аустенитная метастабильная сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, никель, азот, ванадий, титан, алюминий, кальций и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,9-1,3; марганец 6,0-10,0; кремний 0,3-0,7; хром 1,0-1,8; никель 0,7-3,0; азот 0,06-0,12; ванадий 0,1-0,3; титан 0,08-0,15; алюминий 0,05-0,1; кальций 0,01-0,08; железо - остальное. Известная сталь в отливках после закалки имеет аустенитную структуру и обладает высокой износостойкостью при ударном воздействии и удовлетворительной ударной вязкостью при пониженной температуре. (RU 2017859, С22С 38/58, опубликовано 15.08.1994)

Недостатком этой стали является недостаточно высокие механические характеристики при легировании на нижнем уровне, а также повышенная стабильность аустенита при комнатной температуре при легировании на верхнем уровне, в результате чего мартенситное превращение, обеспечивающее высокую износостойкость, при абразивном воздействии не происходит. Мартенситное превращение в этой стали при легировании на верхнем уровне возможно только лишь при низкотемпературной деформации.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является метастабильная аустенитная сталь для высоконагруженных деталей, содержащая углерод, марганец, хром, никель, азот, ванадий, титан, церий, кальций, барий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод ≤0,06; марганец 7,50-8,50; хром 14,00-16,00; никель 8,50-9,50; азот 0,20-0,40; ванадий 0,90-1,50; титан 0,01-0,20; церий 0,015-0.02; кальций 0,001-0,02; барий 0,001-0,01; железо - остальное. При этом отношение содержания ванадия и титана к азоту и углероду составляет 3,1-3,3. Известная сталь после ковки, закалки и старения обладает повышенными значениями пластичности и вязкости при криогенных температурах. (RU 2173351, С22С 38/58, опубликовано 10.09.2001).

Недостатками этой стали являются недостаточные механические характеристики при высоком уровне легирования марганцем, хромом, никелем и ванадием, а также повышенная стабильность аустенита при комнатной температуре, в результате чего мартенситное превращение, обеспечивающее высокую износостойкость, при абразивном воздействии не происходит. Мартенситное превращение в этой стали возможно только лишь при низкотемпературной деформации.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик и износостойкости стали в условиях интенсивного абразивного воздействия или воздействия значительных ударных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что износостойкая аустенитная метастабильная сталь содержит углерод, марганец, хром, никель, азот, ванадий, титан, церий, кальций, кремний, железо и естественные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,10-0,30
Марганец	3,50-4,0
Хром	11,50-12,50
Никель	2,80-3,50
Азот	0,20-0,25
Ванадий	0,08-0,15
Титан	0,01-0,20
Церий	0,005-0,03
Кальций	0,005-0,02
Кремний	0,10-0,50
Железо и естественные примеси	остальное.

Предлагаемые диапазоны концентраций компонентов являются оптимальными с точки зрения достижения технического результата.

Углерод в концентрации 0,10-0,30 мас.% обеспечивает высокую технологичность в процессе выплавки стали, высокую прочность и износостойкость стали. При более низком содержания углерода снижаются механические свойства и износостойкость стали за счет уменьшения содержания углерода в твердом растворе, а при более высоком содержании углерода ускоряется коалесценция карбидов и карбонитридов, что повышает прочностные характеристики, но снижает ударную вязкость. Кроме того, увеличивается стабильность аустенита, что снижает износостойкость стали при интенсивном абразивном воздействии.

Оптимальное сочетание содержания хрома, марганца, никеля, ванадия, углерода и азота обеспечивает высокую износостойкость стали за счет формирования структуры метастабильного аустенита, способного при интенсивном абразивном воздействии превращаться в мартенсит. Более низкое содержание хрома уменьшает упрочнение твердого раствора, а более высокое содержание чем 12,50 мас.%, нецелесообразно, так как требуемый уровень свойств уже обеспечен.

Оптимальное содержание ванадия в сочетании с титаном и церием обеспечивает вывод азота из твердого раствора, что делает сталь метастабильной и обеспечивает превращение аустенита в мартенсит при абразивном или ударном воздействии.

Дополнительное введение в сталь кремния в количестве 0,10-0,50 мас.% повышает прочностные характеристики стали и уменьшает стабильность аустенита.

Изобретение можно проиллюстрировать результатами сравнительных испытаний стали по изобретению и стали - ближайшего аналога (таблица).

Выплавку сталей проводили в 150-кг индукционной печи с разливкой металла на литые заготовки. Полученные отливки подвергали нагреву в интервале температур 1050-1070°С с последующей закалкой в воду и дробеструйной обработке для упрочнения поверхностного слоя стали. Известную сталь закаливали в воду с температуры 1150°С и отпускали при 650°С в течение 10 ч.

Механические свойства сталей оценивали по стандартной методике при комнатной температуре, а износостойкость определяли по результатам абразивной пескоструйной обработки с углом атаки 80 градусов.

Из представленных данных следует, что сталь по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: повышение прочностных характеристик, а также износостойкости стали в условиях интенсивного абразивного воздействия

Результаты сравнительных испытаний
Компоненты сталей	Содержание компонентов, мас. %
Сталь по изобретению	Известная сталь
Углерод	0,10	0,15	0,30	0,06
Марганец	3,50	3,80	4,00	8,00
Кремний	0,10	0,30	0,50	-
Хром	11,50	12,00	12,50	15,00
Никель	2,80	3,25	3,50	9,00
Азот	0,20	0,22	0,25	0,30
Ванадий	0,08	0,10	0,15	1,20
Титан	0,01	0,10	0,20	0,15
Церий	0,005	0,02	0,03	0,02
Кальций	0,005	0,015	0,02	0,02
Барий	-	-	-	0,01
Фосфор	0,020	0,015	0,025	0,015
Сера	0,015	0,020	0,025	0,015
Железо и примеси	остальное	остальное	остальное	остальное
Механические свойства сталей
σ_02,. Н/мм²	750	765	780	620
σ_В, Н/мм²	940	920	950	780
δ, %	24	22	20	20
KCV, Дж/см²	250	230	225	180
Износостойкость сталей
Время испытаний, ч	10	10	10	10
Потери веса, мг	100	95	90	250

Износостойкая аустенитная метастабильная сталь, содержащая углерод, марганец, хром, никель, азот, ванадий, титан, церий, кальций, железо и естественные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,10-0,30
марганец	3,50-4,0
хром	11,50-12,50
никель	2,80-3,50
азот	0,20-0,25
ванадий	0,08-0,15
титан	0,01-0,20
церий	0,005-0,03
кальций	0,005-0,02
кремний	0,10-0,50
железо и естественные примеси	остальное

Изобретение относится к области металлургии, а именно к рельсам из перлитной стали, используемым на грузовых железных дорогах. .

Сортовой прокат горячекатаный из рессорно-пружинной стали // 2479646

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сортового проката в прутках, круглого, диаметром 100 мм, из рессорно-пружинной стали. .

Толстый горячекатаный стальной лист с высоким пределом прочности при растяжении, обладающий высокой низкотемпературной ударной вязкостью, и способ его производства // 2478124

Изобретение относится к области производства горячекатаного стального листа. .

Толстостенный высокопрочный горячекатаный стальной лист с высокой стойкостью к индуцируемому водородом растрескиванию и способ его производства // 2478123

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству горячекатаного стального листа, который преимущественно используют в качестве исходного материала для высокопрочной сварной стальной трубы марки Х65 или выше, а также способ производства толстостенного высокопрочного горячекатаного стального листа.

Сварочная проволока из низкоуглеродистой легированной стали // 2477334

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой при производстве сварочной проволоки. .

Способ производства холоднокатаных листов из двухфазной стали, обладающей очень высокой прочностью, и полученные таким способом листы // 2470087

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству холоднокатаных и отожженных листов из двухфазной стали, обладающей высокой прочностью и пластичностью.

Нефтегазопромысловая бесшовная труба из мартенситной нержавеющей стали и способ ее изготовления // 2468112

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению нефтегазопромысловой бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, обладающей прочностью с пределом текучести YS на уровне 95 кфунт/кв.дюйм (665-758 МПа) и повышенной низкотемпературной ударной прочностью.

Способ производства высокопрочного штрипса для труб магистральных трубопроводов // 2465346

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству штрипса из стали класса прочности К65-К70 толщиной до 35 мм для труб магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм.

Высокопрочная стальная труба типа uoe с великолепной деформируемостью и ударной вязкостью при низких температурах в зоне термического воздействия при сварке // 2463375

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубе UOE, предназначенной для трубопроводов, установленных в регионах холодного климата и сейсмоопасных регионах.

Сталь и изделие, выполненное из нее // 2463374

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к составу низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки. .

Двухслойный стальной прокат // 2487959

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе

Высокопрочная стальная труба для применения при низких температурах с превосходной прочностью при продольном изгибе и ударной прочностью зоны термического влияния при сварке // 2493286

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубам из высокопрочной стали, пригодным для транспортировки природного газа и сырой нефти. Для повышения прочности трубы при продольном изгибе и ударной прочности зоны термического влияния при сварке часть основного материала содержит, в мас.%: С более 0,03-0,08, Si 0,01-0,5, Mn 1,5-3,0, P 0,015, S≤0,005, Al 0,01-0,08, Nb 0,005-0,025, Ti 0,005-0,025, N 0,001-0,010, 0≤0,005, В 0,0003-0,0020, дополнительно включает один или более из элементов: Cu, Ni, Cr, Мо и V, остальное Fe и неизбежные примеси. Предел прочности составляет 760-930 МПа, относительное удлинение - 5% или более и отношение предела текучести к пределу прочности 85% или менее. Часть металла сварного шва содержит, в мас.%: С более 0,03-0,08, Si≤0,5, Mn 1,5-3,0, P≤0,015, S≤0,005, Al≤0,05, Nb 0,005-0,05, Ti 0,005-0,03, N≤0,010, O 0,015-0,045, В 0,0003-0,0020, дополнительно включает один или более из элементов: Cu, Ni, Cr, Мо и V, остальное Fe и неизбежные примеси. В микроструктуре зоны термического влияния при сварке размер первичного аустенитного зерна составляет 50 мкм или более, а структура состоит из нижнего бейнита или многофазной структуры, содержащей нижний бейнит с долей фракции 50% или более и верхний бейнит и/или мартенсит. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл., 2 пр.

Низкоуглеродистая низколегированная сталь для изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката // 2495148

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству крупного горячекатаного сортового и фасонного проката из низкоуглеродистой низколегированной стали. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец 1,30-1,80, кремний от более 0,50 до 0,80, фосфор до 0,030, сера от более 0,01 до не более 0,030, хром до 0,3, никель до 0,3, медь до 0,3, алюминий более 0,01, ванадий 0,05-0,10, кальций 0,0001-0,005, азот до 0,008 и железо остальное. Обеспечивается требуемая величина предела текучести 345 Н/мм2 при изготовления крупного горячекатаного сортового и фасонного проката без использования системы ускоренного охлаждения после прокатки. 1 пр.

Высокопрочная хладостойкая свариваемая сталь // 2495149

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструкционным высокопрочным сталям повышенной износостойкости, используемым при производстве сварных кузовов большегрузных автомобилей, работающих в условиях Крайнего Севера. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,16-0,19, кремний 0,17-0,37, марганец 1,45-1,60, ванадий 0,12-0,15, хром 0,85-1,0, никель 1,15 - 1,30, кальций от более 0,010 до 0,015, молибден 0,27-0,35, медь 0,20-0,30, титан 0,010-0,025, ниобий 0,04-0,06, алюминий 0,03-0,05, бор от более 0,0030 до 0,0035, азот не более 0,010, фосфор не более 0,012, сера не более 0,005, железо остальное. Сталь обладает повышенной ударной вязкостью при отрицательных температурах, характеризуется прочностью и стабильностью механических свойств при сохранении износостойкости. 2 табл., 1 пр.

Способ производства горячекатаного проката повышенной прочности // 2495942

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству горячекатаной полосы толщиной 4-9 мм повышенной прочности, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки и профилирования. Для повышения прочностных характеристик при сохранении штампуемости выплавляют сталь, содержащую, мас.%: углерод 0,06-0,15, кремний 0,1-0,50, марганец 1,35-2,0, серу не более 0,012, фосфор не более 0,020, хром 0,01-0,30, никель 0,01-0,30, медь 0,01-0,30, алюминий 0,01-0,06, ниобий 0,01-0,10, азот 0,002-0,010 и один или несколько элементов из группы: ванадий 0,02-0,15, титан 0,01-0,15, молибден 0,003-0,35, кальций 0,0003-0,005, бор 0,0001-0,005, олово не более 0,015 железо и неизбежные примеси - остальное, при этом суммарное содержание ниобия, ванадия и титана не превышает 0,22%, разливают сталь и проводят горячую прокатку. Горячую прокатку в чистовой группе клетей осуществляют при температуре входа раската не более 1020°С с суммарной степенью деформации не менее 78% и температурой конца прокатки в диапазоне 770-850°С, затем полосу охлаждают водой и сматывают при 480-560°С. Полученная полоса класса прочности 500-550 имеет преимущественно феррито-перлитную структуру, а класса прочности 600-650 - феррито-бейнитно-перлитную структуру. 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Способ получения стального компонента с металлическим покрытием, обеспечивающим защиту от коррозии, и стальной компонент // 2496887

Изобретение относится к области металлургии, в частности получению стального компонента с металлическим покрытием, который используют в качестве материала для кузовов транспортных средств. Для обеспечения хорошего сцепления покрытия и надежной защиты от коррозии на плоский стальной продукт, выполненный из стали, содержащей 0,3-3 мас.% марганца, имеющий предел текучести 150-1100 МПа и прочность на разрыв 300-1200 МПа, наносят антикоррозионное покрытие из сплава ZnNi электролитическим методом, которое состоит из единственной фазы γ-ZnNi и содержит, наряду с цинком и неизбежными примесями, 7-15 мас.% никеля. Затем из плоского стального продукта получают заготовку и сразу нагревают, по меньшей мере, до 800°C, а затем формуют в стальной компонент, или сначала формуют в стальной компонент, который затем нагревают, по меньшей мере, до 800°C. Стальной компонент, полученный в соответственных случаях, окончательно закаляют достаточно быстрым охлаждением от довольно высокой температуры. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 табл., 5 ил., 3 пр.

Низкоуглеродистая сталь и прокат из низкоуглеродистой стали повышенной стойкости к водородному растрескиванию и повышенной хладостойкости // 2496906

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низкоуглеродистым сталям для производства проката, используемого для изготовления сварных нефте- и газопроводов, пригодных к эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,03-0,08, кремний 0,10-0,90, марганец 0,30-1,5, ниобий <0,08, ванадий <0,147, титан 0,003-0,03, азот 0,002-0,010, хром 0,01-0,35 или 0,36-1,2, никель 0,01-0,30, медь <0,5, сера <0,003, фосфор 0,004-0,012, алюминий 0,001-0,01 или 0,02-0,06, кальций 0,0001-0,006, водород не более 0,0002, кислород не более 0,0025, железо и неизбежные примеси остальное. Повышаются потребительские свойства стали и проката за счет увеличения стойкости против водородного растрескивания и повышения хладостойкости при сохранении вязкостных свойств и технологичности производства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

Сталь, способ изготовления стальной заготовки и способ изготовления детали из этой стали // 2496907

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой для изготовления деталей режущих инструментов. Сталь содержит, в мас.%: от 0,28 до 0,5 С, от 0,10 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0 Mn, максимум 0,2 S, от 1,5 до 4 Cr, от 3,0 до 5 Ni, от 0,7 до 1,0 Mo, от 0,6 до 1,0 V, от следовых количеств до общего максимального содержания 0,4% мас. редкоземельных металлов, остальное составляют, по существу, только железо и примеси. После смягчающего отжига сталь имеет матрицу, включающую перестаренный мартенсит с содержанием примерно до 5% об., по существу, круглых, равномерно распределенных карбидов, причем матрица, по существу, не содержит карбидов по границам зерен. Сталь обладает улучшенной обрабатываемостью, износостойкостью и способностью к закалке. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 21 ил., 6 табл.

Закаленная мартенситная сталь с низким содержанием кобальта, способ получения детали из этой стали и деталь, полученная этим способом // 2497974

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению закаленной мартенситной стали, используемой для изготовления различных конструкционных и приводных деталей. Выплавляют сталь состава, вес.%: С 0,18-0,30, Со 1,5-4, Cr 2-5, Al 1-2, Mo+W/2 1-4, V следы - 0,3, Nb следы - 0,1, В следы - 30 ppm, Ni 11-16, Si следы - 1,0, Mn следы - 4,0, Са следы - 20 ppm, редкоземельные элементы следы - 100 ppm, О следы - 50 ppm, N следы - 20 ppm, S следы - 20 ppm, Cu следы - 1, Р следы - 200 ppm, при этом если N≤10 ppm, то Ti+Zr/2 следы - 100 ppm, причем Ti+Zr/2≤10 N, и если 10 ppm<N≤20 ppm, то Ti+Zr/2 следы - 150 ppm, остальное - железо и неизбежные примеси. Из полученной стали формуют деталь и проводят смягчающий отпуск при 600-675°С в течение 4-20 ч с последующим охлаждением на воздухе, закалку при 900-1000°С в течение по меньшей мере 1 ч с последующим масляным охлаждением или охлаждением на воздухе, достаточно быстрым, чтобы избежать выделения межкристаллитных карбидов в матрице аустенита, и старение при 475-600°С в течение 5-20 ч. Сталь имеет высокие ударную вязкость и механическую прочность. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Коррозионно-стойкая аустенитная сталь // 2499075

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким аустенитным сталям с повышенным содержанием кремния для использования в ядерной энергетике при изготовлении теплообменного оборудования, работающего при высокой температуре в контакте с пароводяной средой и тяжелым свинцовым жидкометаллическим теплоносителем, в частности, для изготовления теплообменных тонкостенных труб, работающих при 550°С. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,005-0,04, кремний 1,6-3,0, марганец 0,5-2,0, хром 18,2-21,0, никель 13,0-18,0, молибден 1,8-3,8, азот 0,1-0,4, ванадий 0,01-0,5, вольфрам 0,1-1,0, ниобий 0,01-0,5, бор 0,0005-0,008, железо и неизбежные примеси остальное. Повышается стойкость против коррозионного растрескивания в хлоридсодержащей среде, а также повышается ударная вязкость, пластичность и прочность при сохранении уровня коррозионной стойкости в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе. 1 табл., 3 пр.