КОРРОЗИОННОСТОЙКАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ НЕЕ Российский патент 2021 года по МПК C22C38/24 C22C38/46 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к составам стали. Может использоваться для сварных конструкций, узлов и деталей, которые работают при температуре от -20°С до 1100°С (трубы для теплообменного оборудования, эксплуатирующихся в агрессивных средах, аппаратура, детали, чехлы термопар, электроды искровых зажигательных свечей, теплообменники).

Из уровня техники известна коррозионностойкая жаропрочная сталь коррозионностойкая жаропрочная сталь Св-13Х25Ф (ТУ 14-1-3767-84. Проволока сварочная из коррозионностойкой стали марок Св-13Х25Т и Св-13Х25Ф. Изменение №5), предназначенная для сварки (наплавки) и изготовления электродов, а также изготовления центральных электродов свечей зажигания содержащая, мас. %: углерод ≤0,13; кремний ≤1,00; марганец ≤0,80; хром 23,0-27,0; титан 0,20-0,50; никель ≤060; сера ≤0,025; фосфор ≤0,035; железо - остальное. Данная сталь обладает повышенной хрупкостью в процессах технологических нагревов и длительных выдержек при повышенных температурах во время эксплуатации, свойственной сталям ферритного класса и связанной, в частности, с формированием крупнозернистой структуры.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по составу и назначению аналогом, взятым за прототип, является коррозионностойкая жаропрочная сталь 15Х25Т (ЭИ439 ГОСТ 5632-2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, с. 9), предназначенная для изготовления жаропрочных изделий ответственного назначения содержащая, мас. %: углерод ≤0,15; кремний ≤1,00; марганец ≤0,80; хром 24,0-27,0; титан ≤0,90; сера ≤0,025; фосфор ≤0,035: железо - остальное.

Из уровня техники известно, что данная сталь обладает необходимыми прочностными свойствами, однако при ее производстве имеют место существенные трудности, обусловленные повышенной хрупкостью, свойственной сталям ферритного класса и связанной, в частности, с формированием крупнозернистой структуры. Кроме того, присутствие в составе титана приводит к формированию в структуре достаточно крупных нитридных включений (нитридов титана), которые по причине их низкой плотности формируют титановую неоднородность, которая в свою очередь в условиях агрессивной среды и повышенных температур создает очаги эрозионного износа, снижая, таким образом, эксплуатационные характеристики металла.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик, устранение титановой неоднородности и обеспечение измельчения зерна, что значительно увеличит технологичность в процессе производства.

Технический результат достигается тем, что коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, серу, фосфор, никель, медь, железо, дополнительно содержит ванадий и азот, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, серу, фосфор, никель, медь, азот и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод не более 0,15 кремний не более 1,0 марганец не более 0,8 хром 24,0-27,0 вольфрам не более 0,2 ванадий от более 0,5 до 1,1 молибден не более 0,3 сера не более 0,025 фосфор не более 0,035 никель не более 1,0 медь не более 0,3 азот 0,04-0,1 железо остальное.

Введение в заявляемую сталь добавок ванадия и азота в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную стабильность и обеспечивает требуемый уровень прочностных и пластических свойств, что увеличивает выход годного на стадии металлургического передела и повышает работоспособность материала в конструкции. Обладая способностью увеличивать дисперсность зерна, ванадий в заданном соотношении с азотом существенно повышает предельное сопротивление упругой деформации и, в первую очередь, такую важную расчетную характеристику, как предел текучести, благотворно влияет на процессы теплового и деформационного старения металла в условиях длительной эксплуатации. Выбор указанного соотношения ванадия к углероду также направлен на обеспечение оптимального сочетания основных физико-механических, технологических и коррозионных свойств материала. При величине этого отношения, равной 8 и более, практически весь углерод в стали связан в специальные карбиды, что способствует более равномерному распределению хрома по всему объему зерна и полному подавлению склонности металла к локальным видам коррозии. При несоблюдении этого соотношения свободные атомы углерода активно взаимодействуют с атомами хрома, образуют высокохромистые карбиды типа Cr₂₃C₆, обедняя приграничные области по хрому и повышая чувствительность границ зерна к межкристаллитной коррозии и межкристаллитному коррозионному растрескиванию.

Введение рассматриваемых элементов в количестве менее указанных пределов легирования практически не дает положительного эффекта, а увеличение их содержания свыше заявляемого предела приводит к ухудшению и снижению ряда важнейших характеристик, определяющих работоспособность материала в условиях длительного циклического и динамического нагружений.

Полученный более высокий уровень основных механических, технологических и служебных свойств заявляемой стали обеспечивается комплексным легированием заявляемой композиции в указанном соотношении с другими элементами.

Пример осуществления.

Предлагаемую сталь выплавляли в открытой дуговой печи емкостью 5 тонн, затем переплавляли в электрошлаковой печи с применением флюса АНФ-6-1 в медный водоохлаждаемый кристаллизатор круг 320 мм, с последующей горячей деформацией на гидравлическом прессе свободной ковки или радиальноковочной машине на заготовку круг 105 мм для изготовления горячего подката на стане «350/250». Затем полученную проволоку круг 8 мм после термической обработки подвергли холодному волочению на круг 2,45 мм.

Результаты химического анализа предлагаемой стали и прототипа, а также результаты испытаний проволоки приведены в таблице 1 и 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования нового технического решения выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса работы создаваемого изделия.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам коррозионностойкой стали, используемой для сварных конструкций, узлов и деталей, работающих при температуре от -20°С до 1100°С, в частности для труб теплообменного оборудования, эксплуатирующихся в агрессивных средах, аппаратуры, деталей, чехлов термопар, электродов искровых зажигательных свечей, теплообменников. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, серу, фосфор, никель, медь, азот, ванадий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод не более 0,15, кремний не более 1,0, марганец не более 0,8, хром 24,0-27,0, вольфрам не более 0,2, ванадий от более 0,5 до 1,1, молибден не более 0,3, сера не более 0,025, фосфор не более 0,035, никель не более 1,0, медь не более 0,3, азот 0,04-0,1, железо – остальное. Достигается повышение структурной стабильности и эксплуатационной надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Коррозионностойкая сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, молибден, серу, фосфор, никель, медь, азот и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод не более 0,15 кремний не более 1,0 марганец не более 0,8 хром 24,0-27,0 вольфрам не более 0,2 ванадий от более 0,5 до 1,1 молибден не более 0,3 сера не более 0,025 фосфор не более 0,035 никель не более 1,0 медь не более 0,3 азот 0,04-0,1 железо остальное

2. Коррозионностойкая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что отношение содержания ванадия к углероду составляет не менее 8.

3. Проволока из коррозионностойкой стали, отличающаяся тем, что она изготовлена из коррозионностойкой стали по п. 1 или 2.

4. Проволока по п. 3, отличающаяся тем, что она изготовлена из металла электрошлакового переплава с помощью горячей деформации и последующим холодным волочением и по крайней мере одной термической обработкой.