Сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/44 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при получении коррозионно-стойких материалов, подвергаемых воздействию высокоагрессивных сред при 300-550°С взамен ранее применяемых нержавеющих сталей типа 12X13, 12Х18Н10Т.

Известна сталь мартенситного класса, хорошо обрабатываемая резанием и имеющая высокую твердость при температурах эксплуатации 300-500°С, содержащая, вес.%: углерод 0,06-0,18; кремний 0,60; марганец 1,0; хром 11,0-14,0; никель 3,5- 5,0; молибден 0,35-0,85; ванадий 0,10.

Известна сталь аустенитного класса, имеющая высокую коррозионную стойкость, содержащая, вес.%; углерод 0,01- 0,15; кремний 2,5-6,0; марганец 0,01-3,0; никель 18,0-25,0; хром 16,0-25,0; титан 0,05-1,0; цирконий 0,05-1,0; селен 0,003-1 и (или) лантчн 0,003-1.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является сталь 12X21Н5Т, содержащая, вес.%; углерод 0,09-0,14; кремний н.б. 0,8; марганец н.б, 0,8; хром 20,0-22,0; никель 4,8-5,8; титан 0,25-0.50; алюминий н.б. 0,08; сера н.б. 0,025; фосфор н.б. 0,035.

Сталь имеет высокую коррозионную стойкость при работе в слабоагрессивных средах.

Недостатки известной стали - неудовлетворительная обрабатываемость, особенно при сверлении и прокалывании отверстий малых сечений и сложной конфигурации из-за скоплений нитридов и кар- бонитридов титана, и недостаточная коррозионная стойкость при работе в высокоагрессивных средах при 300-500°С.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости.

Указанная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, железо, алюминий, дополнительно содержит молибден, кальций,

(Л

С

-ч ь. ч

СЛ

ы со

азот при следующем соотношении компонентов, мае %: углерод 0,02-0,05; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2-0,8; хром 17,0 19,0; никель 5,5-6,5; алюминий 0,01-0,08; молибден 1,5-2,2; кальций 0,005-0,1; азот 0,03- 0,30, железо остальное. При этом отношение марганец/кальций 100, сумма 20 азот + никель 7,0-11,5.

В предлагаемой стали по сравнению со сталью-прототипом понижено содержание углерода. Углерод в пределах 0,02-0,05% устраняет склонность стали к межкристал- литной коррозии и обеспечивает хорошую обрабатываемость стали.

При увеличении содержания углерода более 0,05% возрастает количество карбидной .фазы, что приводит к ухудшению обрабатываемости. Понижение содержания углерода менее 0,02% нежелательно, так как не обеспечивается требуемый уровень механических свойств,

При уменьшении содержания углерода, являющегося аустенитообразующим элементом, фазовый состав предлагаемой стали приближается к чисто ферритной структуре, что нежелательно, так как появляется склонность к охрупчиванию, росту зерна. Поэтому содержание хрома, как фер- ритообразующего элемента, понижено до 17,0-19,0%, а никеля как аустенитообразу- ющего элемента, повышено по сравнению со сталью-прототипом до 5,5-6,5%, чтобы обеспечить структуру аустенитно-феррит- ной стали. При этом достигается высокий уровень коррозионных свойств и эксплуатационная стойкость изделий.

При повышении никеля 6,5% сталь переходит в аустенитный класс, в результате чего падает твердость. При понижении содержания хрома менее 17% резко падает коррозионная стойкость предлагаемой стали.

Присутствие в нержавеющих сталях титана, вводимого для повышения коррозионной стойкости, приводит к образованию скоплений нитридов, оксинитридов и карбо- нитридов титана, что значительно снижает обрабатываемость стали.

При введении вместо титана молибдена, как элемента, повышающего коррозионную стойкость, углерод связывается в стабильные карбиды на основе молибдена. При этом образуются нежелательные скопления нитридов, так как молибден не является нитридообразующим элементом. Молибден упрочняет ферритную составляющую.

При увеличении молибдена более 2,2% в структуре горячекатаной стали при температурах конца горячей деформации образуется с;-фаза, которая ухудшает технологическую пластичность вследствие охрупчива- ния стали. При содержании молибдена менее 1,5% не достигается необходимая

коррозионная стойкость.

Содержание молибдена в пределах 1,5- 2,2% обеспечивает высокую коррозионную стойкость, благоприятный фазовый состав с точки зрения как технологической пластич0 ности, так и получения достаточно высокой твердости, что повышает эксплуатационную стойкость изделий. Так как при замене титана на молибден в составе стали отсутствуют нитридообразующие элементы, азот в виде

5 атомов внедрения находится в твердом растворе, не образуя неблагоприятные с точки зрения обрабатываемости фазы. Содержание азота в пределах 0,03-0,3 % обеспечивает высокую эксплуатационную стойкость

0 изделий.

При введении азота более 0,3% при выплавке стали образуются газовые пузыри. При содержании азота менее 0,03% не достигается эффект упрочнения твердого рас5 твора, необходимый для, обеспечения высокой поверхностной твердости.

Кальций, как поверхностно-активный элемент, приводит к равномерному распределению карбидов, неметаллических вклю0 чений, улучшая их форму и очищая границы зерен. Кальций обволакивает неметаллические включения, образуя на поверхности плотную пленку, которая улучшает обрабатываемость стали.

5 При содержании кальция менееО,005%

образуются хрупкие включения окислов на

основе алюминия остроугольной формы,

резко ухудшающие обрабатываемость.

Содержание кальция более 0,1% неце0 лесообразно из-за ограниченного предела растворимости и возможности выделения избыточных фаз эвтектического типа.

При соотношении марганца к вводимому кальцию, равным или меньшим 100, на5 блюдается оптимальное сочетание хорошей обрабатываемости стали и высокой коррозионной стойкости, Образующиеся сульфиды FeS-MnS, понижающие коррозионную стойкость, хорошо удаляются из расплава,

0 так как Са, глобуляризуя включения, повышает десульфурирующую способность мар- ганца. При этом вокруг небольшого количества сульфидов MnS-FeS глобулярной формы, выделившихся при затвердера5 нии, увеличивается содержание Сг и Мо в сегрегациях сульфидов и сохраняется высокая коррозионная стойкость.

При соотношении Мп/Са 100 образуется большое количество пленочных включений сульфидов FeS-MnS, ухудшающих

коррозионную стойкость и обрабатываемость стали.

Соблюдение соотношения 7,0-11,5 при введении в сталь азота позволяет обеспечить благоприятный фазовый состав предлагаемой стали, сохраняя высокую коррозионную и эксплуатационную стойкость.

При соотношении 11,5 фазовый состав изменяется в сторону аустенитной структу- ры, твердость падает. При соотношении 7,0 структура стали приближается к фер- ритной, в результате чего появляется склонность к охрупчиванию при температурах эксплуатации 450-500°С

Пример Выплавку исходной заготовки стали предлагаемого состава и стали- прототипа производили в индукционной печи ИСТ-0,16. Азот вводили в металл путем присадки в печь перед выпуском азотиро- ванного феррохрома При выпуске металла в ковш давали SiCa Сталь разливали в изложницы сеченмем ЭО мм Электрошлаковый переплав осуществляли на печи типа ЭШП-0,25(в кристаллизатор сечением0200 мм на смеси флюсов АНФ-6 и АН-295 в равном соотношении. Ток переплава 2,5- 3,0 кА, напряжение 45-48 В

Варианты составов стали приведены в таблице.

Полученные слитки ковали при 1200°С на прессе АКП-600 до $180 мм с последующим охлаждением на воздухе Из поковок изготавливали фильеры) 160 мм и капиллярами 00,25 мм, которые испытывали в про- мышленных условиях при производстве синтетического волокна

Коррозионную стойкость оценивали по утонению образцов после 15 циклов обработки при следующих технологических па-

раметрах обработка в расплаве нитрита натрия при 470°С 3 ч; обработка в кипящей воде 2 ч, обработка в концентрированной ортофосфорной кислоте при 20°С 20 мин; обработка в кипящей воде 2 ч, повторное кипячение в свежей порции воды 2 ч

Испытания на обрабатываемость проводили по потере массы фрезы при обработке одной детали.

Результаты испытаний приведены в таблице

Как видно из представленных результа-. тов, отбраковка деталей при их изготовлении снизилась на 45% по сравнению со сталью-прототипом, а стойкость деталей при эксплуатации повысилась в 2,2 раза

Ожидаемый экономический эффект от использования стали в производстве составит 120 руб на 1 т стали.

Формула изобретения Сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, железо, отличающаяся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости, она дополнительно содержит молибден, кальций, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%

Углерод0,02-0,05

Кремний0,2-0,8

Марганец0,2-0,8

Хром17,0-19,0

Никель5,5-6,5

Алюминий0,01-0,08

Молибден1,5-2,2

Кальций. 0,005-0,1

Азот0,03-0,30

ЖелезоОстальное

при этом отношение марганец/кальций 100, сумма 20 азот + никель 7,0-11,5.

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойкой стали, и может быть использовано в изделиях, подвергаемых воздействию высокоагрессивных сред при 300-550°С. С целью повышения коррозионной стойкости, обрабатываемости и эксплуатационной стойкости сталь дополнительно содержит молибден, кальций, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%. углерод 0,02-0,05; кремний 0,2-0,8; марганец 0,2- 0,8; хром 17,0-19,0: никель 5,5-6,5, молибден 1,5-2,2; кальций 0,005-0; азот 0,03-0,3, алюминий 0,01-0,08; железо остальное, при этом отношение марганец-кальций 100, сумма 20 азот + никель 7,0-11,5. 1 табл.