АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ Российский патент 2001 года по МПК C22C38/54 C22C38/58 

Описание патента на изобретение RU2173729C1

Изобретение относится к области металлургии, к составам коррозионностойких аустенитных сталей, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано при производстве арматуры труб, сварных конструкций, например кузовов железнодорожных вагонов и т.д.

Известна коррозионностойкая аустенитная свариваемая сталь с гарантированным пределом текучести более 40 кгс/мм2, содержащая, мас.%:
Углерод - 0,006 - 0,04
Кремний - 0,3 - 0,9
Хром - 18 - 22
Марганец - 5 - 7
Никель - 13 - 16
Молибден - 2 - 2,5
Ниобий - 0,15 - 0,25
Азот - 0,25 - 0,4
Ванадий - 0,006 - 0,25
Магний - 0,001 - 0,01
Кальций - 0,0001 - 0,01
Железо - Остальное
при выполнении условия (Патент РФ 2039122, МКИ C 22 C 38/58, опубл. 09.07.1995).

Однако эта сталь содержит большое количество дефицитных дорогостоящих легирующих элементов.

Известна аустенитная коррозионностойкая сталь, содержащая следующие компоненты, мас.%:
Углерод - < 0,1
Кремний - < 0,5
Марганец - 9,0 - 11,0
Никель - 1,5 - 3,5
Медь - < 3,0
Хром - 16,0 - 18,0
Молибден - < 3,0
Азот - 0,10 - 0,20
Железо - Остальное
(Европейская заявка N 0694626, МПК C 22 C 38/58, опубл. 31.01.96).

Эта сталь очень сильно упрочняется в процессе холодной деформации, что связано с высоким содержанием в ней марганца, вследствие чего недостаточно технологична при операциях холодной обработки давлением (гибке, правке и др. ).

При холодной прокатке известной стали происходит значительное повышение нагрузок на опорные валки, что приводит в некоторых случаях к выходу из строя прокатного оборудования.

Известны изделия - листы толщиной 1,5 мм из нержавеющей стали, используемые, например, для изготовления кузовов железнодорожных вагонов. Сталь содержит, мас. %: углерод 0,01 - 0,065, кремний 0,1 - 1,1, марганец - 0,8 - 1,5, хром - 11,8 - 15, цирконий 0,15 - 0,45, алюминий 0,05 - 0,25, титан 0,005 - 0,25, кальций 0,005 - 0,1, РЗМ 0,005 - 0,1, железо - остальное (Патент РФ N 2033460, МПК C 22 C 38/28, опубл. 20.04.95).

Недостатком известных изделий является их невысокая коррозионная стойкость и низкая хладостойкость сварных соединений.

Данные табл. 2 описания к патенту N 2033460 свидетельствуют также о недостаточном уровне прочности известных изделий, а именно предел текучести в большинстве случаев значительно ниже требуемого уровня 340 МПа.

Известны изделия (листы толщиной 12 мм), выполненные из аустенитной стали следующего состава, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,06
Хром - 18,0 - 22,0
Никель - 15,0 - 18,0
Марганец - 2,0 - 10,0
Азот - 0,2 - 0,5
Кремний - 0,01 - 0,45
Ванадий - 0,1 - 0,5
Медь - 0,1 - 1,5
Молибден - 0,1 - 2,5
Церий - 0,005 - 0,25
Селен - 0,05 - 0,25
Железо - Остальное,
причем при содержании марганца менее 5 содержание азота около 0,3, при содержании марганца более 5 содержание азота 0,4 - 0,5. Сталь имеет высокий комплекс механических свойств и стойкость против точечной коррозии, а также высокую горячую пластичность и обрабатываемость резанием (Патент РФ N 2101522, МПК C 22 C 38/60, опубл. 20.01.98).

Недостатком известных изделий является то, что они изготовлены из стали, содержащей большое количество дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов.

Прототипом изобретения - сталь и изделие, выполненное из нее, является аустенитная сталь и изготовленная из нее тонкая полоса.

Сталь содержит, мас.%:
Углерод - ≅ 0,08
Кремний - ≅ 1,0
Марганец - ≅ 2
Хром - 17,0 - 20,0
Никель - 8,0 - 10,5
Фосфор - ≅ 0,045
Сера - ≅ 0,030
Азот - ≅ 0,053
Железо - Остальное,
при этом отношение Crэкв/Niэкв ≥ 1,55, где Crэкв = % Cr + 1,37 •% Mo + 1,5 •% Si + 2 •% Nb + 3 •% Ti и Niэкв = %Ni + 0,31 •% Mn + 22 •% Cr + 14,2 •% N + %Cu (Патент США 5807444, НКИ 148/542, опубл. 15.09.1998).

Недостатком прототипа является то, что данный состав не обеспечивает требуемый уровень прочности и устойчивости аустенита против мартенситного превращения при холодном деформировании. Кроме того, сталь является недостаточно стойкой против межкристаллитной коррозии.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании свариваемых аустенитных коррозионностойких сталей и изделий, выполненных из них, сочетающих высокие прочностные и вязко пластические характеристики, коррозионную стойкость при сравнительно невысоком содержании в стали дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов. Кроме того, сталь должна обладать высокой способностью к формоизменению в холодном состоянии.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочности, улучшение штампуемости в холодном состоянии и стойкости против межкристаллитной коррозии при сохранении свариваемости, стойкости против общей коррозии при сравнительно невысоком содержании в стали и изделиях, выполненных из нее, дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов.

Указанный технический результат достигается тем, что аустенитная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, серу, фосфор и железо, дополнительно содержит бор, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,06
Кремний - 0,1 - 0,8
Марганец - 0,5 - 2,0
Хром - 16,0 - 19,0
Никель - 8,0 - 10,5
Азот - 0,05 - 0,25
Бор - 0,001 - 0,005
Кальций - 0,01 - 0,10
Церий - 0,001 - 0,050
Сера - ≅ 0,030
Фосфор - ≅ 0,045
Железо и неизбежные примеси - Остальное,
при этом и ∑ B + Ca + Ce ≅ 0,12,
а также тем, что изделия выполняют из стали вышеуказанного состава.

Изделия могут быть выполнены в виде листов горячекатаных толщиной 3,0 - 8,0 мм, холоднокатаных листов толщиной 0,5 - 3,0 мм и прутков диаметром 4-8 мм.

Сущность изобретения заключается в том, что в стали регламентировано соотношение элементов, стабилизирующих аустенит в отношении мартенситного превращения при деформации, введены бор, кальций и церий, а также увеличено содержание азота. Основные функции повышения уровня прочности выполняет азот и при этом возрастает устойчивость аустенита против образования дельта-феррита, отрицательно влияющего на высокотемпературную технологическую пластичность. Положительный эффект увеличения содержания азота проявляется и в стабилизации аустенитной фазы против мартенситного превращения при холодном деформировании металла. Указанные изменения физико-механических свойств могут состояться, когда количество азота в стали находится в пределах от 0,05 до 0,25%. Ограничение верхнего предела по содержанию азота определяется пределом растворимости его при кристаллизации в стали данного состава.

Микролегирование церием значительно улучшает деформируемость металла в литом состоянии, при этом минимальный эффект достигается при введении 0,001% церия. Введение церия в количестве, большем, чем 0,05%, нецелесообразно из-за появления значительного количества окислов церия.

Введением бора достигается снижение чувствительности к красноломкости, присущей для большинства низкоуглеродистых коррозионностойких сталей, следствием чего является улучшение качества поверхности горячекатаного подката и, соответственно, холоднокатаного листа. Ограничение верхнего предела по содержанию бора 0,005% обусловлено необходимостью предотвращения образования боридной эвтектики в сварном соединении.

Введением кальция достигается более высокая степень чистоты металла, т. к. обладая высокой поверхностной активностью и сродством к сере и фосфору, кальций тормозит диффузионную подвижность последних. При введении кальция в количестве более 0,10 наблюдается повышенное содержание окислов кальция и поэтому содержание его ограничено.

Значение нижних пределов бора и кальция определены исходя из проявления эффекта положительного влияния.

При величине соотношения достигается сочетание высокой прочности и необходимой технологической пластичности.

Ограничение суммарного содержания ∑ B + Ca + Ce ≅ 0,12% продиктовано соображениями в части обеспечения качества соединений из предлагаемой стали.

Содержание в составе предложенной стали углерода (до 0,06%), кремния (до 0,8%), марганца (до 2%), никеля (до 10,5%), хрома (до 19%) обеспечивает возможность выплавки стали традиционными способами на обычных шихтовых материалах и одновременно позволяет получить необходимый уровень твердорастворимого упрочнения аустенитной основы в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью.

Примеры осуществления способа.

Стали выплавляли в 50-кг индукционных печах и разливали в изложницы для 25 кг слитков. В таблице 1 представлен химический состав предлагаемой стали и прототипа. Слитки после зачистки ковали на молоте на прутки и сутунки. Изделия в виде горячекатаных листов толщиной 3,0 - 5,0 мм изготавливали прокаткой сутунок при температуре в интервале 1150 - 900oC. Изделия в виде холоднокатанных листов толщиной 0,8 - 2,0 мм изготавливали путем холодной прокатки горячекатаных полос, предварительно подвергнутых закалке с 1020oC в воде и щелочно-кислотному травлению поверхности.

В таблице 2 представлены механические свойства.

В качестве критериев оценки способности стали к формоизменению в холодном состоянии использовали метод Энегельгарда-Гросса с определением коэффициента вытяжки и методику ASTM по определению величины Rz, которая характеризует способность материала сопротивляться утонению или утолщению при растяжении или сжатии в плоскости листа. Деформируемость стали тем лучше, чем ближе значение Rz к единице. Склонность к деформированному упрочнению определяли по кривым истинных напряжений (tg Φ).

Стойкость против общей коррозии оценивали в 35%-ном растворе MgCl2 при температуре кипения в течение 100 ч.

Стойкость против межкристаллитной коррозии определяли по методу АМУ (ГОСТ 6032-72) после провоцирующего отпуска при 650oC в течение 1 часа.

Результаты коррозионных испытаний приведены в таблице 3.

Таким образом, предлагаемая сталь превосходит прототип по прочности, штампуемости и коррозионной стойкости.

В результате использования предлагаемого изобретения получают также изделия с применением холодного формоизменения (кузова пассажирских вагонов, коррозионностойкая арматура).

Похожие патенты RU2173729C1

название год авторы номер документа
НЕМАГНИТНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ 2014
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Углов Владимир Александрович
  • Пескова Анна Владимировна
  • Браницкая Екатерина Анатольевна
RU2573161C1
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ 2009
  • Коренякин Андрей Федорович
  • Григорьев Сергей Борисович
  • Коваленко Виталий Петрович
  • Кондратьев Евгений Николаевич
  • Шахпазов Евгений Христофорович
  • Новичкова Ольга Васильевна
  • Писаревский Лев Александрович
  • Арабей Андрей Борисович
  • Антонов Владимир Георгиевич
  • Лубенский Александр Петрович
  • Кабанов Илья Викторович
RU2409697C1
АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ 2010
  • Шахпазов Евгений Христофорович
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Науменко Виталий Владимирович
  • Углов Владимир Александрович
  • Иванов Борис Сергеевич
  • Новичкова Ольга Васильевна
RU2432413C1
АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ХЛОРИДСОДЕРЖАЩИХ СРЕД И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ 2009
  • Шахпазов Евгений Христофорович
  • Шлямнев Анатолий Петрович
  • Филиппов Георгий Анатольевич
  • Новичкова Ольга Васильевна
  • Пышминцев Игорь Юрьевич
  • Галкин Михаил Петрович
  • Столяров Владимир Иванович
  • Клачков Александр Анатольевич
  • Выдрин Александр Владимирович
RU2413031C1
Способ производства горячекатаной высокопрочной коррозионно-стойкой стали 2015
  • Удод Кирилл Анатольевич
  • Родионова Ирина Гавриловна
  • Бакланова Ольга Николаевна
  • Князев Андрей Вадимович
  • Стукалин Станислав Викторович
  • Клячко Маргарита Абрамовна
RU2615426C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ С НИЗКИМ УДЕЛЬНЫМ ВЕСОМ 2016
  • Родионова Ирина Гавриловна
  • Стукалин Станислав Викторович
  • Удод Кирилл Анатольевич
  • Шапошников Николай Георгиевич
  • Скоморохова Наталия Васильевна
  • Бакланова Ольга Николаевна
  • Чиркина Ирина Николаевна
RU2627079C1
АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ 2001
  • Абубакиров В.Ф.
  • Бондарь А.В.
  • Грибанов А.С.
  • Сакаева Г.С.
  • Русинович Ю.И.
  • Федотов И.Л.
  • Кляцкина В.Ю.
  • Шлямнев А.П.
  • Сорокина Н.А.
RU2218446C2
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЁ 2002
  • Каблов Е.Н.
  • Шалькевич А.Б.
  • Кривоногов Г.С.
  • Самченко Н.А.
  • Рыльников В.С.
  • Старова Л.Л.
RU2221895C1
ГОРЯЧЕКАТАНАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ 2015
  • Зайцев Александр Иванович
  • Арутюнян Наталия Анриевна
  • Колдаев Антон Викторович
  • Степанов Алексей Борисович
  • Карамышева Наталия Анатольевна
  • Гришин Александр Владимирович
RU2605034C1
Способ производства круглого проката из легированных сталей для изготовления крепёжных изделий холодным деформированием 2017
  • Зайцев Александр Иванович
  • Колдаев Антон Викторович
  • Степанов Алексей Борисович
RU2677037C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 173 729 C1

Реферат патента 2001 года АУСТЕНИТНАЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ

Изобретение относится к металлургии, к составам коррозионностойких сталей и к изделиям из них и может быть использовано при производстве арматуры, труб, сварных конструкций, например кузовов железнодорожных вагонов. Предложена аустенитная нержавеющая сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01 - 0,06, кремний 0,1 - 0,8, марганец 0,5 - 2,0, хром 16,0 - 19,0, никель 8,0 - 10,5, азот 0,05 - 0,25, бор 0,001 - 0,005, кальций 0,01 - 0,10, церий 0,001 - 0,050, сера ≅ 0,030, фосфор ≅ 0,045, железо и неизбежные примеси - остальное, при выполнении следующих соотношений: (Cr+1,2Si)/[2Mn+2,5(Ni-0,5)+50(C+N)]=0,40-0,70 и ΣВ+Са+Сe≅0,12. Изделие из предложенной стали может быть выполнено, например, в виде горячекатаных листов толщиной 3,0 - 8,0 мм, или в виде холоднокатаных листов толщиной 0,5 - 3,0 мм, или в виде прутков диаметром 4-8 мм. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочности, улучшение штампуемости в холодном состоянии и стойкости против межкристаллитной коррозии при сохранении свариваемости, стойкости против общей коррозии. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула изобретения RU 2 173 729 C1

1. Аустенитная нержавеющая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот, серу, фосфор и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бор, кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,01-0,06
Кремний - 0,1-0,8
Марганец - 0,5-2,0
Хром - 16,0-19,0
Никель - 8,0-10,5
Азот - 0,05-0,25
Бор - 0,001-0,005
Кальций - 0,01-0,10
Церий - 0,001-0,050
Сера - ≅0,030
Фосфор - ≅0,045
Железо и неизбежные примеси - Остальное
при выполнении следующих соотношений: и ΣB+Ca+Ce≅0,12.
2. Изделие, выполненное из аустенитной нержавеющей стали, отличающееся тем, что оно выполнено из стали по п.1. 3. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде горячекатаных листов толщиной 3,0-8,0 мм. 4. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде холоднокатаных листов или полос толщиной 0,5-3,0 мм. 5. Изделие по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено в виде прутков диаметром 4-8 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2173729C1

US 5807444 A, 15.09.1998
СТАЛЬ 1992
  • Смирнов Л.А.
  • Панфилова Л.М.
  • Подольская Э.П.
  • Довголюк Л.В.
  • Срогович М.И.
  • Касьянов А.Г.
  • Черненко А.Н.
  • Черепанов С.Л.
  • Кириллов В.С.
  • Лаптев С.Л.
  • Соляников Б.Г.
  • Ильиных Г.И.
  • Туктарев Р.А.
  • Касьян В.И.
RU2015194C1
КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ 1993
  • Сосенушкин Е.М.
  • Малышевский В.А.
  • Беляев В.А.
  • Калинин Г.Ю.
  • Голуб Ю.В.
  • Петров К.В.
  • Пермовская А.П.
  • Ямпольский В.Д.
  • Яськин В.Н.
RU2039122C1
Машина для вытяжки крючьев, головок и гамаш 1929
  • Бакшаев Г.И.
SU20485A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1
US 3795507, 05.03.1974
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ЛЮФТОМ И СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2010
  • Саранцев Станислав Сергеевич
  • Лысов Владимир Ефимович
RU2509328C2
УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ МЕСТА ПРОЛЕТА ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ 0
SU241553A1
Криогенная сталь 1989
  • Кривцов Юрий Семенович
  • Солнцев Юрий Порфирьевич
  • Степанов Георгий Александрович
  • Штернин Сергей Львович
  • Соболев Михаил Юрьевич
  • Колчин Георгий Георгиевич
SU1686029A1
0
SU158590A1
Сталь 1976
  • Примеров Сергей Николаевич
  • Вихляев Владимир Борисович
  • Ищук Николай Яковлевич
  • Гарбуз Всеволод Алексеевич
  • Мулик Анатолий Александрович
  • Чернявский Анатолий Иванович
  • Зоц Владимир Николаевич
  • Перепелица Феликс Михайлович
  • Шигонин Алексей Константинович
SU589282A1
Сталь 1980
  • Примеров Сергей Николаевич
  • Цап Юрий Петрович
  • Турчаненко Юрий Тимофеевич
  • Ястреб Евгений Филиппович
  • Бобраков Сергей Николаевич
  • Тусаев Вячеслав Васильевич
SU885334A1

RU 2 173 729 C1

Авторы

Шлямнев А.П.

Сорокина Н.А.

Свистунова Т.В.

Столяров В.И.

Рыбкин А.Н.

Чикалов С.Г.

Воробьев Н.И.

Лившиц Д.А.

Белинкий А.Л.

Кошелев Ю.Н.

Кабанов И.В.

Даты

2001-09-20Публикация

2000-10-03Подача