Немагнитная сталь Советский патент 1992 года по МПК C22C38/58 

Изобретение относится к металлургии, точнее к высокопрочным немагнитным аус- тенитным сталям и предназначено для использования при изготовлении буровых труб для нефтяной промышленности, к которым предъявляются следующие требования по механическим свойствам предел прочности не менее 950 МПа предел текучести не менее 750 МПа ударная вязкость не менее 700 кДж/м относительное сужение не менее 50% при удовлетворительной коррозионной стойкости

Известна сталь 12Х18Н9Т содержащая мае % углерод 0 12 кремний 0,8, марганец 2 0 хром-17 0-19 0 никель - 8 0-9 5 титан 5С-0 8 медь 0 30 сера О 020 фосфор П 035 ЖР iPi остальное (см Г Of Т 5632 7)

Недостатком известной стали явл5ется то что она не может быть использована в качестве коррозионностоикого высокопрочного материала т к имеет недостаточные прочностные свойства (по ГОСТ 5949-75 предел текучести составляет не ML нее 196 МПа предел прочности не менее L40 МПа) и неудовлетворительную стойкость против точечной коррозии в окислительных средах хотя и может быть применена для изготовления немагнитных изделии (в частности буровых труб) т к хара 1вризуетгя значе нием магнитной прот цаемости менее 1,005 Другим недостатком этой стали является ее высокая себестоимость

Наиболее близкой к заявляемой стали по технической сущности и достигаемому результату является коррозионностолкая сталь по а с СССР М 11° Ъ39 кл С 22Г

KJ

N

Јь Ю

о о

IOO

38/54. С22С 38/58, публ.23 05.88г. Бюл.№ 19, содержащая мас.%:

углерод0,01-0,08

кремний0,1-0,6

марганец0,1-8,0

хром16,0-22,0

никель1,5-7,5

молибден1,8-3,5

бор. 0,042-0,12

титан0,01-0,35

РЗМ0,001-0,0015

медь1,0-3,0

железоостальное

при условии, что соотношение титан: бор равно 4,43:0,04.

Из данной стали, принятой за прототип, изготавливают коррозионностойкий лист и трубы с пределом прочности 800 МПа и пределом текучести 520 МПа. Недостатком данной стали является относительно низкая прочность и высокая магнитная проницаемость Кроме того, необходимый уровень прочности в дан ном случае достигается дисперсионным старением, что требует допол нительной термообработки изделий.

Целью изобретения является повышение прочности и ударной вязкости стали при удовлетворительной коррозионной стойкости и требуемом уровне немагнитно- сти.

Поставленная цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, хром, марганец никель, медь; молибден, кремний железо, отличающаяся тем, что с целью повышения прочности и ударной вязкости при высоком уровне немагнитности и коррозионной стойкости, она дополнительно содержит азот, ниобий, церий и кальций при следующем соотношении компонентов, мас%

углерод0,005-0,08

кремний0,2-0,7

марганец8,0-15,0

хром17,0-22,0

никель2,5-6,8

молибден0,5-1,1

азот0.66-0,9

медь0,1-2,5

церий0,005-0,2

кальций0,005-0,05

ниобий0,03-0,15

железоостальное.

Необходимый уровень прочности при высокой ударной вязкости предлагаемой стали достигается высоким содержанием язота в сочетании с введением меди, церия, кальция и ниобия

Увеличение содержания азота в стали приводит к увеличению прочности, т.к в за- явпяемой стали сверхравновесный азот находится в твердом растворе. Содержание азота в стали менее 0,66% приводит к уменьшению прочности ниже допустимого значения.

Увеличение содержания азота в заявляемой стали более 0,9%, как показали эксперименты, приводит к резкому снижению ударной вязкости, уменьшению относительного сужения и снижению, коррозионной

стойкости (время до разрушения составляет 150ч)

Повышение содержания меди в стали более 2,5 мас.%, как показали проведенные эксперименты, приводит к уменьшению

5 ударной вязкости и пластических свойств, вследствие чего повышается склонность стали к хрупкому разрушению и коррозионному растрескиванию.

Уменьшение содержания меди в пред0 лагаемой стали менее 0,1 мас.% не обеспечивает требуемого уровня пластичности, что снижает стойкость изделий при их эксплуатации.

Введение церия в заявляемую сталь

5 обеспечивает заданную ударную вязкость, устраняя вредное влияние углерода ее величину за счет связывания углерода по границам зерен.

Увеличение содержания церия в стали

0 более 0,2 мас .% нецелесообразно, т.к. не приводит к дальнейшему повышению ударной вязкости.

Уменьшение содержания церия в предлагаемой стали менее 0,005% не обеспечи5 вает заданное значение ударной вязкости, Дополнительное введение в сталь кальция повышает стойкость ее к коррозионному растрескиванию.

Увеличение содержания кальция в ста0 ли более 0,05мас.% приводит к снижению ударной вязкости к коррозионному растрескиванию.

Уменьшение содержания кальция в заявляемой стали менее 0,005% не обоспе5 чивает его положительного влияния на стойкость к коррозионному растрескиванию.

Введение в сталь ниобия обеспечивает необходимый уровень ударной вязкости с

0 одновременным повышением прочности,

Уменьшение содержания ниобия в предлагаемой стали менее 0,03мас.% не обеспечивает необходимого уровня прочно- 5 сти.

Увеличение содержания ниобия встали более 0,15мас.% нецелесообразно, т.к приводит к снижению ударной вязкости.

Повышение содержания хрома и снижение концентрации марганца позволяет повысить прочность и коррозионную стойкость стали.

Снижение содержания марганца при одновременном увеличении концентрации никеля в заданных пределах обеспечивает растворимость азота в жидкой фазе, что исключает образование мартенсита или феррита, повышая прочность стали.

Кроме того, уменьшение содержания марганца при выплавке стали улучшает эко- логию окружающей среды за счет уменьше- ния выброса токсичных паров окиси марганца

Введение в сталь церия в количестве 0,05-0,10 мас.%, кальция в количестве 0,05- 0,10 мас.% и меди в количестве 0,1-0,5 мас.% с той же целью известно (см.а.с.М 1090015 кл. С 22 С 38/44). Однако эти ингредиенты вводятся в сталь в сочетании с 0.15-0 25 мас.% углерода и 0.20-1,00 мас.% марганца, что наряду с повышением показателей прочности ведет к уменьшению ударной вязкости и пластических свойств (относительное сужение составляет 31,5- 34,6%. что менее 50% и не удовлетворяет требованиям к буровым трубам).

Известно введение в сталь кальция в количестве 0.01-0,06 мас.% и азота в количестве 0.75-1,7 мас.% при содержании 0,01- 0,06 мас.% углерода, 16-19 мас.% хрома и 17.0-2.1 мас.% марганца (см.а.с.№ 919373, кл. С 22 С 38/38). Однако эта сталь не может .быть применена для изготовления буровых труб, т к. обладает низкой пластичностью (относительное сужение составляет 12- 42%) Введение в сталь меди в количестве 0,9-2,0 мас.% известно (см.а.св. № 1061506) Однако она вводится в сочетании с углерб- дом кремнием, хромом, марганцем и алюминием, что наряду с повышением коррозионной стойкости ведет к уменьшению прочности

В заявляемой же стали церий, кальций, медь находятся в ранее неизвестном сочетании с другими ингредиентами, что позво- ляет повысить прочность и коррозионную стойкость без снижения пластических свойств и ударной вязкости

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что предлагаемое техниче- ское решение отвечает критерию Существенные отличия

Для оптимизации состава стали были выплавлены опытные плавки в открытой электродуговой печи после чего применяли

плазменно-дуговой переплав, при котором в сталь дополнительно вводили азот, церий и кальций, с получением слитков. Химиче ские составы плавок приведены в табл.1.

Полученные слитки подвергали ковке на лабораторной радиальноковочной машине для изготовления труб, из которых затем после термообработки, вырезались образцы для механических испытаний. Наряду с механическими испытаниями проводили испытания на склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) в стандартном растворе H2S04+CuS04+Cu (no ГОСТ 6032-75) и на стойкость к коррозионному растрескиванию (КР) в 3%-ном растворе поваренной соли,насыщенном сероводородом до 6% по обьему в течение 300 ч.

Ударные испытания были проведены на маятниковом копре МК-30, а разрывные - на установке Р-5. Магнитная проницаемость была измерена на лабораторной установке при напряженности магнитного поля 700 Э. Результаты испытаний представлены в табл.2.

Из приведенных результатов видно, что содержание элементов в заявляемых пределах обеспечивает необходимый комплекс механических свойств для буровых труб (предел прочности не менее 950 МПа, предел текучести не менее 750 МПа, ударная вязкость не менее 700 кДж/м2, относительное сужение не менее 50%) при удовлетворительной коррозионной стойкости. Формула изобретения Немагнитная сталь, содержащая углерод, хром, никель, марганец, молибден, кремний, медь и железо, отличаю щая- с я тем, что, с целью повышения прочности, ударной вязкости при сохранении уровня коррозионной стойкости, она дополнительно содержит церий, кальций, азот, ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод0,005-0,08

хром17,0-22,0

марганец8,0-15,0

никель2,5-6,8

медь0,1-2,5

молибден0,5-1,1

кремний0,2-0,7

церий0,005-0,2

кальций0,005-0,05

азот0,16-0,9

ниобий0,03-0,15

железоостальное.

9 0,004 0,8 7,5 16,0 2,4 0,4 0,08 0,03 0,05 0,1

10 0,1

0,1

16,2 23,0 7,2 1,5 1,8 0,05 0,02 0,15

4,43:0,04

С 0,005, Сг 17,0 ,0, ,5, ,5, ,7

С 0,08, ,0, ,0, Ni 6,8, Mo 1,1, Si 0,2

оо

Таблица2

Изобретение относится к металлургии в частности к высокопрочной немагнитной аустенитной стали и предназначено для использования при изготовлении буровых труб для нефтяной промышленности, к ото рым предъявляются высокие требования по механическим свойствам Цель - повоние ние прочности, ударной вязкости при сохра нении уровня коррозионной стойкости Сталь дополнительно содержит церий, каль ций, азот, ниобий при следующем соотношении компонентов мае % углерод 0,005-0.08, хром 17,0-220 марганец 80- 15,0 никель 2,5-6 8, медь 0 1-25, молибден 0,5-1,1, кремний 02-0 7 церий 0005-02 кальций 0 005-0,05 азот 0 66-0 9 ниобий 0,03-0 15 железо остальное 2 табл