ДУПЛЕКСНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ ЭТОЙ СТАЛИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК C22C38/54 C21D6/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится в целом к маркам дуплексной нержавеющей стали (дуплексным нержавеющим сталям). В частности, настоящее изобретение относится к дуплексным нержавеющим сталям, которые могут послужить экономичной альтернативой некоторым известным дуплексным нержавеющим сталям при одновременном обеспечении улучшенной коррозионной стойкости по сравнению с некоторыми известными аустенитными нержавеющими сталями, такими как аустенитные нержавеющие стали типа 304, 316 и 317. Настоящее изобретение относится также к способу получения дуплексных нержавеющих сталей по настоящему изобретению. Дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению находят применение, например, в коррозионно-агрессивных средах и в таких промышленных изделиях, как, например, полоса, сортовой прокат, плита (толстый лист), лист, отливки, трубы или трубопроводы.

Уровень техники

Дуплексные нержавеющие стали являются сплавами, имеющими микроструктуру, состоящую из смеси аустенитной и ферритной фаз. В целом они демонстрируют некоторые характеристики обеих фаз наряду с относительно более высокой прочностью и пластичностью. К настоящему времени были предложены различные дуплексные нержавеющие стали, некоторые из которых описаны в патентах США №№3650709, 4340432, 4798635, 4828630, 5238508, 5298093, 5624504 и 6096441.

Ранние дуплексные сплавы обладали умеренной стойкостью к общей коррозии и хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением (от англ. "chloride stress corrosion cracking" или «chloride SCC»), т.е. растрескиванию под воздействием хлоридной коррозии при механическом напряжении, но страдали от значительного ухудшения характеристик при использовании в состоянии непосредственно после сварки. В настоящее время одна из наиболее широко используемых дуплексных нержавеющих сталей второго поколения предлагается под торговой маркой AL 2205 (UNS S31803 и/или 32205) компанией Allegheny Ludlum Corporation, г.Питтсбург, шт. Пенсильвания, США. Эта дуплексная нержавеющая сталь представляет собой сплав с номинальным составом из 22% хрома, 5,5% никеля, 3% молибдена и 0,16% азота, который обеспечивает во многих средах коррозионную стойкость, превышающую этот показатель для аустенитных нержавеющих сталей типа 304, 316 и 317. (Если специально не оговорено иное, все процентные содержания в настоящем описании представлены массовыми процентами от общей массы сплава). Сталь AL 2205, которая является дуплексной нержавеющей сталью с увеличенным содержанием азота, который придает металлургические преимущества с точки зрения улучшения коррозионных характеристик и характеристик в состоянии непосредственно после сварки, также демонстрирует предел текучести, который более чем в два раза превышает этот показатель для обычных аустенитных нержавеющих сталей. Эта дуплексная нержавеющая сталь часто используется в форме сварных труб или трубчатых деталей, а также формованных и сварных листовых изделий (проката) в тех средах, где важную роль играет стойкость к общей коррозии и хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC). Повышение прочности позволяет уменьшить толщину стенок трубы и повысить стойкость к повреждениям при манипуляциях и транспортировке.

Как уже указывалось выше, сталь AL 2205 находит широкое признание у конечных потребителей труб, в особенности в качестве дешевой замены нержавеющей стали типа 316 при опасности SCC-растрескивания. Это в значительной степени связано с тем, что сталь AL 2205 обладает гораздо более высокой устойчивостью к щелевой коррозии, чем аустенитные нержавеющие стали типа 316 и типа 317. Эта более высокая устойчивость к хлорид-ионной щелевой коррозии проиллюстрирована в приведенной ниже таблице 1, в которой показаны результаты испытаний с помощью методики ASTM G48B (Американского общества по испытанию материалов) с использованием 10%-го раствора хлорида железа(III). Упомянутый 10%-й раствор хлорида железа(III) приведен из расчета на массовое содержание гексагидратной соли, что соответствует приблизительно 6%-му по массе раствору безводной соли хлорида железа(III).

Таблица 1.Данные по щелевой коррозии в 10%-м хлориде железа(III)СплавТемпература начала щелевой коррозииТип 31627°F (-3°C)Тип 31735°F (2°C)AL 220568°F (20°C)

Однако в некоторых областях применения особая коррозионная стойкость (и другие характеристики) стали AL 2205 могут оказаться выше требуемых. В некоторых областях применения при опасности SCC-растрескивания сталь AL 2205 хотя и обеспечивает приемлемое техническое решение, но может оказаться неэкономичной заменой нержавеющей стали типа 304. Более высокая стоимость стали AL 2205 объясняется в первую очередь количествами таких легирующих элементов, как никель (номинальное содержание 5,5%) и молибден (номинальное содержание 3%).

Таким образом, желательно предложить такую свариваемую и формуемую дуплексную нержавеющую сталь, которая обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем аустенитные нержавеющие стали типа 304, 316 или 317, и издержки производства которой являются более низкими, чем у широко используемой дуплексной нержавеющей стали AL 2205.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к дуплексной нержавеющей стали, обладающей более высокой коррозионной стойкостью и имеющей пониженные содержания легирующих элементов никеля и молибдена по сравнению с другими дуплексными нержавеющими сталями, включая AL 2205. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 19% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; до 0,03% бора; железо и случайные примеси. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 25% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 21,5% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси.

Настоящее изобретение относится также к промышленным изделиям, таким как, например, полоса, сортовой прокат (пруток), плита (толстый лист), лист, отливки, трубы или трубопроводы, изготовленным из или включающим в себя дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению. Изделия, изготовленные из дуплексных нержавеющих сталей по настоящему изобретению, могут оказаться особенно полезными, если они предназначены для использования в хлоридсодержащих средах. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам получения дуплексных нержавеющих сталей. В частности, согласно способу по настоящему изобретению получают дуплексные нержавеющие стали, имеющие описанный выше химический состав, и подвергают их обработке, включая термическую обработку (отжиг) на твердый раствор и охлаждение. Затем сталь может быть подвергнута дальнейшей обработке до промышленного изделия или до изделия любой другой желательной формы.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к дуплексным нержавеющим сталям, отличающимся пониженными количествами легирующих элементов никеля и молибдена по сравнению с другими дуплексными нержавеющими сталями, включая AL 2205. В частности, дуплексная нержавеющая сталь по настоящему изобретению содержит, мас.%: менее 2% никеля и до 1,5% молибдена. В частности, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 19% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; до 0,03% бора; железо и случайные примеси. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 25% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь содержит, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 21,5% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Должно быть понятно, что в перечисленных выше составах стали углерод, марганец, кремний, молибден, медь, кобальт, фосфор, сера и, только в одном варианте реализации бор, являются необязательными компонентами стали.

Дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению предпочтительно включают в себя аустенитную и ферритную фазы, каждую в пределах от 20% до 80% по объему в состоянии после отжига. Дуплексные нержавеющие стали согласно описанным вариантам реализации являются свариваемыми и формуемыми материалами, которые могут продемонстрировать более высокую коррозионную стойкость, чем аустенитные нержавеющие стали типа 304, 316 и 317. В дополнение к указанным химическим элементам с указанными диапазонами их содержания, дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению могут содержать различные другие легирующие элементы и добавки, известные в данной области технике. Дуплексные нержавеющие стали согласно описанным вариантам реализации могут быть более дешевыми в производстве, чем обычно применяемый сплав AL 2205 или некоторые другие дуплексные нержавеющие стали, за счет более низкого содержания легирующих элементов, в особенности никеля и молибдена. Тем не менее, от дуплексных нержавеющих сталей по настоящему изобретению ожидается повышенная коррозионная стойкость по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями типа 304, 316 и 316. Более того, дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению обладают стабильной аустенитной фазой (относительно образуемого в результате деформации мартенсита) и желательным уровнем коррозионной стойкости. Ниже содержание никеля и молибдена согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения сопоставлено с AL 2205, таблица 2.

Таблица 2.Содержание легирующих элементов Ni и Мо (в мас.%)Легирующий элементAL 2205Настоящее изобретениеNiНоминально 5,5%1% - менее 2%МоНоминально 3%До 1,5%

Несмотря на ожидаемые более низкие издержки производства по сравнению с существующей себестоимостью стали AL 2205, ожидается, что дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению будут демонстрировать значительно более высокую стойкость к питтинговой (называемой также точечной) и/или щелевой коррозии, чем у аустенитных нержавеющих сталей типа 304, 316 и 317. Вместе с тем ожидается, что стали по настоящему изобретению будут обладать более низкой коррозионной стойкостью, но более высокой формуемостью при растяжении, чем сталь AL 2205, что связано с более низким содержанием никеля и молибдена в сталях по настоящему изобретению. Таким образом, дуплексная нержавеющая сталь по настоящему изобретению может быть особенно выгодной в качестве дешевой замены стали AL 2205 в тех областях применения с менее жесткими требованиями, в которых в настоящее время используют сталь AL 2205.

Согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения дуплексная нержавеющая сталь может содержать, мас.%: до 0,03% С; по меньшей мере 17% Cr; по меньшей мере 1,5% Ni; до 2% Mn; до 1% Si; от 1 до 1,5% Мо и/или от 0,001 до 0,0035% В. Таким образом, в зависимости от конкретного варианта реализации настоящего изобретения, применяемого в соответствии с требованиями к коррозионной стойкости в конкретной области применения, дуплексная нержавеющая сталь по настоящему изобретению будет более дешевой в производстве, чем сталь AL 2205 и другие дуплексные нержавеющие стали.

Настоящее изобретение относится также к промышленным изделиям, таким как, например, полоса, сортовой прокат (пруток), плита (толстый лист), лист, отливки, трубы или трубопроводы, состоящим из или включающим в себя дуплексные нержавеющие стали по настоящему изобретению. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения промышленное изделие состоит из или включает в себя дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 19% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; до 0,03% бора; железо и случайные примеси. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения промышленное изделие состоит из или включает в себя дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 25% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения, промышленное изделие состоит из или включает в себя дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 21,5% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения дуплексной нержавеющей стали, содержащей, мас.%: менее 2% никеля и менее 1,5% молибдена. Согласно одному варианту реализации способа по настоящему изобретению получают дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, в мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до менее 19% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; до 0,03% бора; железо и случайные примеси. Затем такую дуплексную нержавеющую сталь подвергают термической обработке (отжигают) на твердый раствор, а потом охлаждают.

Согласно другому варианту реализации способа по настоящему изобретению получают дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 25% хрома; от 1 до менее 2,5% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до, 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Затем такую дуплексную нержавеющую сталь подвергают термической обработке (отжигают) на твердый раствор, а потом охлаждают. Согласно еще одному варианту реализации способа по настоящему изобретению получают дуплексную нержавеющую сталь, содержащую, мас.%: до 0,06% углерода; от 15 до 21,5% хрома; от 1 до менее 2% никеля; от более 2 до 3,75% марганца; от более 0,12 до 0,35% азота; до 2% кремния; до 1,5% молибдена; до 0,5% меди; до 0,2% кобальта; до 0,05% фосфора; до 0,005% серы; от 0,001 до 0,0035% бора; железо и случайные примеси. Затем такую дуплексную нержавеющую сталь подвергают термической обработке (отжигают) на твердый раствор, а потом охлаждают.

В любом из этих способов могут использоваться другие технологические процессы и операции, известные специалистам в данной области техники. Например, указанные стали могут быть подвергнуты дальнейшей обработке с использованием известных технологий для получения промышленного изделия, такого как перечисленные выше, или изделия любой другой желательной формы.

Следует понимать, что настоящее описание иллюстрирует те аспекты изобретения, которые важны для его ясного понимания. Некоторые аспекты изобретения, которые могли бы быть очевидными для рядовых специалистов в данной области техники и которые, следовательно, не могли бы облегчить понимание изобретения, не представлены с целью упрощения настоящего описания. Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой лишь на определенные варианты его реализации, рядовые специалисты в данной области техники, рассмотрев приведенное описание, легко увидят возможности для осуществления многих вариантов, модификаций и вариаций настоящего изобретения. Все такие вариации и модификации изобретения охвачены приведенным выше описанием и последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к дуплексным нержавеющим сталям, способам их получения и промышленным изделиям, изготовленным из них. Предложена дуплексная нержавеющая сталь, содержащая, мас.%: углерод до 0,06; хром от 15 до менее 19; никель от 1 до менее 2; марганец от более 2 до 3,75; азот от более 0,12 до 0,35; кремний до 2; молибден до 1,5; медь до 0,5; кобальт до 0,2; фосфор до 0,05; сера до 0,005; бор до 0,03; железо и случайные примеси - остальное. Предлагаемая дуплексная нержавеющая сталь может быть изготовлена в виде таких промышленных изделий, как полоса, сортовой прокат, плита, лист, отливка, труба или трубопровод. Способ включает получение стали, ее термическую обработку на твердый раствор и охлаждение. Технический результат - повышение коррозионной стойкости, в том числе повышение стойкости к питтинговой щелевой коррозии. 10 н. и 26 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Дуплексная нержавеющая сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, азот, кремний, молибден, медь, фосфор, серу, бор, железо и случайные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

УглеродДо 0,06ХромОт 15 до менее 19НикельОт 1 до менее 2МарганецОт более 2 до 3,75АзотОт более 0,12 до 0,35КремнийДо 2МолибденДо 1,5МедьДо 0,5КобальтДо 0,2ФосфорДо 0,05СераДо 0,005БорДо 0,03Железо и случайные примесиОстальное

УглеродДо 0,06ХромОт 15 до 25НикельОт 1 до менее 2МарганецОт более 2 до 3,75АзотОт более 0,12 до 0,35КремнийДо 2МолибденДо 1,5МедьДо 0,5КобальтДо 0,2ФосфорДо 0,05СераДо 0,005БорОт 0,001 до 0,0035Железо и случайные примесиОстальное

УглеродДо 0,06ХромОт 15 до менее 21,5НикельОт 1 до менее 2МарганецОт более 2 до 3,75АзотОт более 0,12 до 0,35КремнийДо 2МолибденДо 1,5МедьДо 0,5КобальтДо 0,2ФосфорДо 0,05СераДо 0,005БорОт 0,001 до 0,0035Железо и случайные примесиОстальное

УглеродДо 0,06ХромОт 15 до 25НикельОт 1 до менее 2,5МарганецОт более 2 до 3,75АзотОт более 0,12 до 0,35КремнийДо 2МолибденДо 1,5МедьДо 0,5КобальтДо 0,2ФосфорДо 0,05СераДо 0,005БорОт 0,001 до 0,0035Железо и случайные примесиОстальное

причем дуплексная нержавеющая сталь содержит феррит и аустенит, который является, по существу, стабильным по отношению к возникающему в результате деформации мартенситу.