Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным дисперсионно-твердеющим азотосодержащим коррозионно-стойким аустенитным сталям, используемым для изготовления высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,03, кремний 0,20-0,40, марганец 0,50-1,00, хром 16,0-18,0, никель 11,0-13,0, азот 0,15-0,25, ванадий 0,8-1,2, железо и примеси – остальное. Содержания углерода и азота удовлетворяют условию: [С]:[N]≤0,12. После закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650-700°С она имеет структуру азотистого аустенита, упрочненную дисперсными частицами нитрида ванадия размером ~ 60 . Обеспечивается повышение прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к области легированных высокопрочных коррозионностойких сталей, используемых для высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте.

Известна коррозионностойкая хромоникелевая сталь 0Х18АН12 [Бабаков А.А., Приданцев В.М. Коррозионностойкие стали и сплавы. М. Металлургия, 1971. С. 124, 127], обладающая высокой пластичностью (δ=63%, ψ=78%) и ударной вязкостью (KCU=3,4 МДж/м2), содержащая следующие компоненты, масс. %:

углерод 0,05
никель 12,2
хром 18,4
марганец 0,87
кремний 0,14
азот 0,06
железо остальное

Основными недостатками этой стали является низкая прочность (σв=608 МПа, σ0,2=268 МПа).

Наиболее близкой по химическому составу к предлагаемому техническому решению является коррозионностойкая хромоникелевая сталь 03Х18АН12 [Приданцев В.М., Талов Н.П., Левин Ф.Л. Высокопрочные аустенитные стали. М.: Металлургия. 1969. с. 64], содержащая следующие компоненты, масс. %:

углерод 0,03
никель 12,0
хром 17,0
азот 0,18
железо остальное

Основным недостатком этой стали являются низкая прочность (σв=625 МПа, а0)2=300 МПа).

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа легирования и обработки, позволяющего получать высокопрочную коррозионностойкую сталь, обладающую по сравнению со сталью 0Х18АН12 более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости коррозионностойкой стали.

Технический результат достигается тем, что коррозионностойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси, согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %:

углерод 0,01-0,03
кремний 0,20-0,40
марганец 0,50-1,00
хром 16,0-18,0
никель 11,0-13,0
азот 0,15-0,25
ванадий 0,8-1,2
железо и примеси - остальное,

При этом, содержания углерода и азота удовлетворяют условию:

[С]:[N]≤0,12. Сталь после закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650°С в течение 5 часов имеет характеризуется структурой азотистого аустенита, дисперсноупрочненного нитридами ванадия.

Дополнительное введение азота в состав стали в количестве 0,15-0,25% приводит к повышению прочности. Увеличение показателей прочности стали после закалки от 1200 - 1250°С обусловлено наличием азота в γ-твердом растворе, а после старения упрочнением дисперсными (~ 60 ) частицами нитридов VN, выделяющимися в процессе нагрева при температуре 650°С. При концентрации азота более 0,25% трудно получить качественный металл без пористости из-за высокого содержания никеля, снижающего растворимость азота.

При содержании углерода более 0,03% по границам зерен выделяются крупные частицы карбидов хрома типа Ме23С6, приводящие к снижению пластичности и ударной вязкости. При отношении содержаний углерода и азота C/N≤0,12, такие карбиды не образуются.

Введение в сталь с 16-18% Сr и 11-13% Ni ванадия в количестве 0,8-1,2% повышает растворимость азота в аустените и позволяет получать сталь с содержанием азота до 0,25%. Увеличение содержания ванадия (ферритообразующего элемента) в количестве более 1,2% приводит к снижению стабильности аустенита по отношению к мартенситному превращению при охлаждении, а уменьшение его содержания менее 0,8% не позволяет металлу приобрести заданную прочность.

Увеличение концентрации никеля более 13,0% приводит к снижению растворимости азота, и значительному возрастанию стоимости металла. При содержании никеля менее 11,0% не удается сохранить стабильно аустенитную структуру при пластической деформации.

Введение в сталь, содержащую 16-18% Сr и 11-13% Ni, марганца в количестве 0,5-1,0% достаточно для раскисления стали.

Сталь выплавляли в открытой индукционной печи. Составы стали опытных плавок приведены в таблице 1.

Термическую обработку проводили по режимам, состоящим из закалки от 1200-1250°С с охлаждением в воде и последующего старения при 650-700°С в течение 4-5 часов. Результаты механических испытаний металла приведены в таблице 2.

Таким образом, по результатам испытаний видно (таб. 2), что предлагаемая сталь, в отличие от прототипа обладает более высоким пределом текучести, и пределом прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости, что приводит к увеличению долговечности и надежности высоконагруженных изделий и конструкций из этой стали.

Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

углерод 0,01-0,03
кремний 0,20-0,40
марганец 0,50-1,00
хром 16,0-18,0
никель 11,0-13,0
азот 0,15-0,25
ванадий 0,8-1,2
железо и примеси остальное

при этом содержания углерода и азота удовлетворяют условию:

[С]:[N]≤0,12,

причем после закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650-700°С она имеет структуру азотистого аустенита, упрочненную дисперсными частицами нитрида ванадия размером ~ 60 .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оснастке для литья пластмасс под давлением, а также к поковкам большого размера, сформированным из низкоуглеродистой стали для литейных форм, имеющей значительно улучшенную закалку и свойства закаливаемости в больших сечениях.

Изобретение относится к насосам возвратно-поступательного действия. Насос возвратно-поступательного действия может содержать приводную часть и напорную часть, функционально соединенную с приводной частью.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной бесшовной трубе из нержавеющей стали для трубных изделий нефтепромыслового сортамента, имеющей предел текучести при растяжении, составляющий 862 МПа или более.

Изобретение относится к мартенситно-ферритной нержавеющей стали с высокой коррозионной стойкостью, готовому продукту и к способам изготовления штампованных или прокатных продуктов или сортового проката и бесшовных труб из мартенситно-ферритной нержавеющей стали.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к нейтронно-поглощающей стали, используемой в атомном энергомашиностроении в качестве материала чехловых труб поглотителей нейтронов в средствах транспортировки и уплотненного хранения отработанного топлива в бассейнах выдержки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нержавеющей стали, предназначенной для применения в корпусах режущего инструмента. Сталь содержит, в мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к бейнитной стали, используемой для изготовления соединителей с внешней и внутренней резьбами для буровых колонн.

Рельс // 2666811
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному рельсу, используемому на грузовых железных дорогах. Рельс выполнен из стали, содержащей, мас.%: C: от 0,75 до 0,85; Si: от 0,10 до 1,00; Mn: от 0,30 до 1,20; Cr: от 0,20 до 0,80; V: от 0,01 до 0,20; N: от 0,0040 до 0,0200 и остаток из Fe и примесей.

Изобретение относится к способу получения композиции на основе железа для топливного элемента, топливному элементу, энергетической установке, ядерной энергетической установке и ядерному реактору, у которых по меньшей мере часть топливной сборки включает топливный элемент.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, которые могут быть использованы в машиностроении. Сплав на основе железа содержит, мас.%: кремний 0,05-0,1; марганец 0,3-0,5; хром 0,12-0,16; никель 1,5-3,2; ванадий 0,8-1,2; алюминий 2,5-4,0; магний 0,005-0,01; кальций 0,005-0,01; барий 0,002-0,005; железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным дисперсионно-твердеющим азотосодержащим коррозионно-стойким аустенитным сталям, используемым для изготовления высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, ванадий, железо и примеси при следующем соотношении, мас.: углерод 0,01-0,03, кремний 0,20-0,40, марганец 0,50-1,00, хром 16,0-18,0, никель 11,0-13,0, азот 0,15-0,25, ванадий 0,8-1,2, железо и примеси – остальное. Содержания углерода и азота удовлетворяют условию: [С]:[N]≤0,12. После закалки от 1200-1250°С и последующего старения при 650-700°С она имеет структуру азотистого аустенита, упрочненную дисперсными частицами нитрида ванадия размером ~ 60. Обеспечивается повышение прочности при сохранении повышенной пластичности и ударной вязкости. 2 табл.

Наверх