Способ изготовления листа или поковки Советский патент 1988 года по МПК C21D9/46 

СП

Ияпбретергне относится к пзт отов- лению листа или поковки из нержапею-- шей стали с двойной фазой феррит- аустенит и и частности,ферритио-аус- тенитной нержавеющей стали с дпойиой фазой, коррозионно-стойкой в среде asoTfioft кислоты.

Целью изобретения является повышение стойкости к межкристаллитной коррозии иутем поддержания размера зерна не более 0,015 мм.

На фиг.1 показан график зависимости глубины межзеренной коррозии от среднего размера зерна кристалла в листе и от условий изготовления изделия; на фиг.2 - график зависимости температуры нагрева от содержания фазы (фаза аустенита) ; ia фиг.З график зaв fcимocти оби его коэффици- ента уковки по сечению от размера кристалла зеррга.

При изготовлении листа или поковки используют нержавеющ кз сталь с ),войной фа30(1 феррит-аустенит, содер жжией, мас.7,: С 0,03 или меньше; Si 2,0 или меньше; Ип 2 или меньше; Сг 25 - 35; Ni 6 - 15; N 0,35 или меньш и остальное железо и неизбежные примеси с добавкой или без добавки В в количестве 0,001 - 0,30 мас,% и имеющей значение баланса никеля, отрегулированное от - 13 до - 9, улучшаетс стойкость к межзеренной коррозии в среде азотной кислотрл.

Углерод является эффективным элементом для образования аустенита, однако поскольку он образует карбид, который повышает чувствительность к межзеренной коррозии, то он должен содержаться по ЕЮЗМОЖНОСТИ в небольшом количестве. Учитывая легкость ег образования, иеобхолимо установить верхний предел 0,03 мае.7,.

Кремний и марганец являются эле- ментами, которые применяются как рас кислители в процессе производства стали, и их обычно необходимо добавлять в количестве 2,0 мас.% или меньше для упрощения производства стали в промышленных масштабах, следовательно, содержание каждого элемента должно быть ограничено 2 мас.% или меньше.

Хром является элементом, образу- ющим феррит, он важен не только для образования структуры с двойной фазой из аустенита и феррита, но такж для увеличения коррозионной стойкости и ос(1бенно стойкости к воздействию азотной кислоты, следовательно его необходимо добавлять в количеств 25 мас.% или выше для достюкения удовлетворительной стойкости к воздействию азотной кислоты, Кислото- стойкость стали повышается, когда содержание хрома увеличивается при соответствующем балансе структуры, однако, когда содержание хрома превышает 35 мас.%, способность к обработке ухудшается, создаются трудност в производстве стали и изготовлении оборудования и исключается возможность применения такой стали, таким образом, верхний предел содержания хрома должен быть 35 мас.%.

Никель является элементом, которы образует аустенит, и, по/юбно хрому, он важен для образования структуры с двойной фазой. Кроме того, никель является очень важным элементом для уменьшения скорости активног о растворения, включая обычную коррозию, таким образом, его необходимо добавлять в количестве 6-15 мас.% для достижения предпочтительного структурного баланса ферритя-аустенита соответственно до содержания хрома, который является основным ферритооб- разующим элементом.

Азот подобно углероду и никелю является эффективным элементом, образующим аустенит, причем он также эффективен в увеличении коррозионной стойкости, например, стойкости к пит тинговой коррозии, однако, когда содержание азота превышает 0,35 мас.%, в слитке может образоваться раковина во время производства стали, способность к горячей обработке худшает- ся, следователыю, его содержание должно быть ограничено 0,33 мас.% или меньше.

Предел каждого элемента удовлетворяет следующему выражению

-13 Ni баланс :-9, где значение баланса никеля Ni д- -1,1 ,2, + 0,3 Мп + -.30 -(C-t-N), Сг ,5 Si.

Когда значение баланса никеля 13, склонность к избирательной коррозии между структурой увеличивается, и в таких условиях не только нельзя улучшить сопротивление к воздействию азотной кислоты, даже если содержание хрома унеличивак1т, но также отмечается смещение змачения баланса никеля в направлении ухудшения коррозионной стойкости, ускоряет коррозию. Если значение баланса никеля свыше - 9, тогда не только отмечается недостаток с экономической точки зрения, поскольку увеличивается расход дорогостоящего никеля, но также ухудшается способность к обработке в горячем состоя- НИИ и соответственно ухудшается коррозионная стойкость, поэтому значение баланса никеля ограничено от - 13 до - 9.

Эффект улучшения стойкости к азот ной кислоте будет заметным, если бор добавляют в количестве 0,001 мас,% или больше, однако способность к обработке и к сварке будет ухудшаться, когда его содержание превышает 0,03 мае.7, поэтому его содержание ограничено пределом 0,001 - 0,03мас.%

Фосфор и сера, которые являются примесями, желательны, когда они присутствуют в небольшом количестве, содержание фосфора обычно допустимо в количестве 0,040 мас.% или меньше, а серы - 0,030 мас.% или мень ие. Однако, когда содержание фосфора огра- ничерю 0,010 мас.% или меньше и се- ры - 0,005 мас.% или меньше, эффект улучшения стойкости к азотной кислоте будет увеличиваться.

Эффект, эквивалентный уменьшению содержания фосфора и серы, достигает ся также при добавке редкоземельных элементов, например. La, Се и т.д. в небольшом количестве, например, примерно 0,02 мас.%. Когда температуру нагрева повьппают до 1100°С или выше, упомянутая сталь имеет феррито вую структуру примерно при 1350°С. В структуре с двойной фазой, состоящей из феррита и аустенита, рост зерна кристалла феррита сдерживается зернами кристалла аустенита, однако, когда аустенит уменьшается в объеме, этот эффект ослабляется и происходит укрупнение зерна кристалла, таким образом, размер зерна кристалла аустенита увеличивается.

Кроме того, как видно из фиг,2, которая показывает связь между температурой нагрева и содержанием уфазы (аустенит), при температуре 1200°С или выше содержание у-фазы резко уменьшается, а тенденция к укрупнению зерна резко увеличивается поэтому согласно изобретению установ

д

5 о

5 О

с О з п

5

лен верхний предел температуры нагрева 1200 С. Однако в нержавеющей стали с двойной фазой во время горячей обработки при 900°С или ниже легко образуется трещина и таким образом выход годного изделия ухудшается, следовательно, предпочтительно, чтобы температура нлгрева была по возможности высокой.

В процессе горячей обработки трудно получить тонкозернистый кристалл, где степень деформации небольшая, даже если поддерживается температура нагрева 1200°С или ниже и особенно если Горячая обработка с деформацией от нескольк(тх до 10% или около этого только лишь создает движутцую силу для роста зерен кристалла и, следовательно,для их укрупнения, поэтому потребуется степень деформации выше указанных пределов. Когда степень деформации небольшая, процесс нагрева обработки необход11мо повторять для получения требуемого общего коэффициента уковки по сечению, что возможно, напротив, приведет к укрупнению зерен кристалла. Трудно получить общий ко- э(1)фициент уковки по сечению, равный 5 или больше сразу через одну обработку, поэтому процесс нагрева и обработки необходимо повторять несколько раз и в таком случае рекомендуется поддерживать степень деформации, равную 50 % ипи выше. Испытание в промьш1ленном масштабе показало, что возможен случай, когда требуемьт средний размер зерна кристалла нель- тя получить при степени деформации 50% или меньше, например 40%.

Обычно структура слитка крупнозернистая по сравнению с структурой материала поковки и кристалл становится тонкозернистым при повторении цикла деформация - рекристаллизация. Средний размер зерна кристалла, рав- Hbtfi 0,015 мм или меньше может уменьшить глубину межзеренной коррозии до 0,010 мм или меньше, что указывает на превосходную стойкость к аэотной кислоте (фиг.1). Необходимо поддерживать общий коэффициент уковки по сечению слитка на значении 4 или выше (фиг.З) для получения среднего размера зерна кристалла, равного 0,015 мм или меньше.

В табл.1 приведены стали, полученные по предлагаемому и сравннтель ному способам.

Таблица 1

Изобретение относится к области металлургии, к способу изготовления листа или поковки из нержавеющей стали с двойной фазой феррит-аустенит. в частности ферритно-аустент1тной нержавеющей стали с двойной фазой, коррозионно-стойкой Б среде aзoтF oй кислоты. Целью изобретения является повышение стойкости к межкристаллит- ной коррозии за счет поддержания размера зерна не более 0,015 мм. Лист или поковку изготовляют из нержавеющей стали с двойной фазой феррит-аустенит, содержащей, %: С не более 0,03; Si. не более 2,0; Мп не более 2; Сг 25-35; Ni 6-15; N не более 0,35; Р более 0,01; S не более 0,005, остальное железо и неизбежные примеси с добавкой или без добавок В в количестве 0,001-0,30. Слиток нагревают до 1200°С и деформируют при этой температуре с коэффициентом укочки по сечению, равным 6, или степенью деформации 60%, при этом получают средний размер зерна 0,012 и глубину межзеренной коррозии 0,009 мм. 3 ил., 2 табл. СО о: 00 о 05 О)

1 Предла- П,011 0,52 0,58 0,028 0,008 26,75 8,02 0,10

гаемый

Пример, Применяя рабочие условия, указанные в табл.2, каждьп 1-тонный слиток из указанных сталей (две марки стали согласно изобретению и стали марки SUS 329 I I и марки 310 ELC) нагревали дважды для каждого примера общего коэффициента уковки по сечению и горячекатаного образца (образец № 8 нагревали три раза). Каждый образец нагревали при

Пр . дла- 1200

12

10,4Д

1050°С и водоохлаждали для отжига в твердом растворе. Затем приготовили

образцы размером 3x20x30 мм (обычное шлифование 03) для испытания на коррозию в течение А8 ч 5 раз в кипящем растворе, содержащем 65% HNOj+Cr (100 ч./млн.), и затем по глубине

межзеренной коррозии измеряли межзе- ренную коррозионную активность в среде азотной кислоты.

I

Таблица2

7,60 0,012 0,009 согласно

изобретению

7/70

0,007 0,009

1250

1200

1200

1250

1200

7:,600,0300,018

3 7,700,0220,016

6 600,0130,008

11 ,0080,010

,0270,019

5 ДО0,0200,015

(нагревали три раза)

Сравни- 1200

тельный

способ

1200

Фиг.1 показывает результат испытания образцов № 1 - 4, Как видно из фиг.1, глубина межзеренной коррозии И размер зерна кристалла взаимосвязаны, причем при среднем размере зерна меньше 0,015 мм глубина межзеренной коррозии будет уменьшаться, обеспечивая превосходную стойкость к коррозии в среде азотной кислоты. Как показано в табл.1, коррозионная стойкость не может быть улучшена при общем коэффициенте уковки по сечению, равном 7 или больше, когда температура нагрева 1250°С или вьше, поэтому обработку необходимо проводить при 1200 С или ниже, причем улучшение стойкости к межзеренной коррозии становится трудным, если обработку прово- дят при 1200°С или ниже, при общем коэффициенте уковки по сечению, равном 3. Кроме того, образование мелкого

г 60

0,012 0,018 Марка

SUS329JI

470

0,1ВО 0,100

Марка 310 ELC

зерня недостаточно для получения удовлетворительной коррозионной стойкости даже при температуре нагрева 1200 С и общем коэффициенте уковки по сечению 5, если степень деформации во время каждого нагрева составляет меньше 40%. Также стойкость к межзеренной коррозии нельзя улучшить в сталях марки SUS 329 Л и марки 310 ELC, применяя предлагаемый способ обработки.

Формула изобретения Способ изготовления листа или поковки из нержавеющей ферритно-аусте- нитной стали, преимущественно содержащей (мас.%) не более 0,03 углерода, не более 2,0 кремния, не более 2,0 марганца, 25 - 33 хрома, 6-15 никеля, не более азота, не более 0,01 фосфора, не более 0,005 серы.

остальное - железо, включающий нагрев до 1200°С и деформацию при этой температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости к межкристаллитной коррозии путем

О SAMPLE N0.1 SAMPLE NQ.2 SAMPLE N0.3 SAMPLE N0.

1/fO 4

I §

t;

сэ

ОС

QC с

Vo

cv:

5

«

t

2J

AVERAGE CRYSTAL Фиг.1

поддержания размера зерна не более О 015 мм, деформацию ведут прокаткой с суммарной степенью не менее 50% или ковкой с суммарной степенью уко- ва не менее 5.

4i/W

&RAIN SHE, mm

900 fpuz.Z

WOO

o.o

IJJ Kj

0,02

0

Фив. J

ЛОО }200 1300

HE/IT ING JinPERftJURE C

6вW

FORGING MTIO