Сталь

(71) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей(73) Центраъный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(57) Изобретение относится к металлургии коррозионностойких сталей аустенито-ферритного класса и может быть использовано в химическом иэнергетическом машиностроении, в судостроительКомитет Российской Федерации по патентам и товарит тм знакам ной, металлургической и других отраслях промывленности, в конструкцияк работающих длительное время при температурах до 400 С в агрессивных средах, в частности в водных средах содержащих хлор - ионы, сернистые соединение в продуктах переработки нефти, в кислотах различной концентрации, в морской воде. Сталь дополнительно содержит медь, вольфрам, алюмини)8, олово лри следующем соотношеее компонентов, мас 96. углерод 0,01 - 0,03; марганец 1 - 2; кремний 03 - 1; хром 21 - 23; никель 5,4 - 7; молибден 2,7 - 3,5; кальций 0,002 - 0,04; сера 0,001 - 0,02, азот 0,1 - 02; вольфрам 005 - 05, медь 0,1 - 0,3; алюминий 0005 - 0,2, олово 0,0005 - 0,005, железо остальное, при условии выполнения соотношения кальций/сера1.51,5 2 таблИзобретение относится к металлургиикоррозионно-стойких сталей аустенитоферритного класса, может быть использовано в химическом и энергетическоммашиностроении, в судостроительной. металлургической и других отраслях промышленности, в конструкциях, работающихдлительное время при темпеоатурах до400 С в агрессивных средах, в частности вводных средах, содержащих хлор-ионы,сернистые соединения, в продуктах переработки нефти, в кислотах различной концентрации, в морской воде.Широко применяемая в химическом машиностроении и других отраслях промышленности для работы в контакте с воднымисредами стали типа Х 18 Н 10 Т имеют недостаточную корроэионную стойкость, склонны к локальной коррозии, вместе с этимимеют сравнительно низкие прочностныехарактеристики,Известные двухфазные стали типаХ 21 Н 6 М 2 хотя и более прочны по сравнению со сталью аустенитного класса типаХ 18 Н 10 Т, однако, также имеют неудовлетворительные характеристики коррозионнойстойкости в агрессивных водных средах,Аналоги предлагаемой стали либо имеют недостаточную вязкость, в том числесварных соединений. вследствие повышенного содержания хрома и азота и усложненной схемы легирования с наличием группыкдрбидообразующих элементов, либо недостаточно технологичны при металлургическом переделе вследствие неоптимальногосо влетания легирующих элемен 1 ов и примесей серы и фосфорд либо имеют сложнуютехнологию выплавки вследствие низкихдопустимых пределов содержания такихэлементов, как углерод, сера либо недостаточно используют воэможности комплексногс легирования для повышениясопротивления питтинговой и щелевой коррозии в водных средах с хлориддми и сернистыми соединениями,Наиболее близкой к предлагаемой стали по составу является сталь со следующимхимическим составом, мас. :Углерод0,03Марганец 0,4 - 4Кремний 0,3 - 2Хром 16-23Никель 4 - 7Молибден 2-4Кальций 0,001 - 0,01Сера0,005Азот 0,06 - 0,20Железо и примеси Остальное Эта сталь имеет неоптимальные значения прочности и сопротивления локальнойкоррозии при удовлетворительной деформируемости в горячем состоянии.Целью изобретения является повышение прочности и сопротивления щелевойкоррозии аустенито-ферритной стали посравнению с прототипом при сохранениивысокотемпературной пластичности. Поставленная цель достигается тем, что стальдополнительно содержит медь, вольфрам,алюминий и олово при следующем соотношении компонентов, мас.0 :УглеРод0,01-0,03Марганец 1,0-2,0Кремний 0,3-1.0Хром 21-23Никель 5,4-7,020 Молибден 2,7-3,5Вольфрам 0,05-0,5Мель 0,1-0,3Алюминий 0,005 - 0,2Кальций 0,002 в ,0425 Сера 0,001-0,02Азот 0,1 - 0,2Олово 0,0005-0,005Железо ОстальноеПри э 1 ом соотношение Са/51,5. Выбранное содержание компонентов обеспечивает получение аустенито-ферритнойструктуры, при этом введение меди, вольфрама и алюминия повышает температуру накала щелевой коррозии в воде хлоридами,повышает прочность стали благодаря изменению межатомной связи и параметров решетки твердого раствора. Введением всталь алюминия, регламентированием содержания олова и выполнением определенного соотношения содержания кальция исеры обеспечивается получение высокойпластичности стали при температуре горячего дефорлирования. Совместное легирование стали алюминием и кальциемспособствует уменьшению количества крупных неметаллических включений, что улучшает горячую деформируемость стали и еесопротивление коррозии в водных растворах с хлор-ионами. Кроме того, введениеалюминия уменьшает вредное влияние примеси фосфора на горячую деформируемость. Ограничение в предлагаемой сталисодержания олова уменьшает вредное влияние его межэеренной сегрегации на техно 55 логичность стали при горячемдеформиро вани и,Для сохранения металлом высокой пластичности и повышения коррозионной стойкости в предлагаемой стали уменьшены посравнению с прототипом верхние првделы2001156 1 вглиит 1 Хилический состав лрпдлвгасмой и иавестнои стагси исстслсввинк составов,клас 7,Услов.ныи Гк Са Стал о но пависос гав1г о ао:О,0.2 о,г о оаав п О СОО. 125 О 10 О.ОСь 5 2 о 5 ааог о гао оабг Т а ОООО ог о Оо 020,01 аоо г,5 2.7 3,1 го 21.0 232,0,о гаемая О.г 0,2 о.аа0.015о опО.О Оааао,ог о,з о,з ,ЭВ ,г 5 23,0 23,0 23.6 22,2 го 17 1,О 1,О о,оз а,оз 0,04 о.а 5 о,о О.оз 2,0 го 2,2 1,5 г,о о 3.5 З.В з,о 0 025 О 015 О Оал 6, 55 В Запредельна Запредельна Иэвестная Иавестная О,О 5 в 9 Примечание В составе 7 не обеспечивается требуемое соотноитение Са/5 ( т содержания марганца и кремния, повышены нижние пределы содержания хрома, никеля, молибдена, азота, В связи с большими технологическими трудностями получения металла с низким содержанием серы (как в прототипе) в предлагаемой стали повышен до 0,02 верхний предел содержания серы, но одновременно, с целью уменьшения вредного влияния серы на горячую деформируемость стали, повышен верхний предел содержания кальция.Нижние пределы содержания меди, вольфрама, алюминия в предлагаемой стали соответствует минимальной концентрации этих элементов, при которых отмечен их положительный эффект на повышение прочности и критической температуры щелевой коррозии. Принятое ограничение верхних пределов содержания меди, вольфрама, алюминия обеспечивает сохранение металлом высокой пластичности при преимуществе по прочности и коррозионной стойкости по сравнению с прототипом, При содержании меди, вольфрама и алюминия выше верхних пределов отмечено снижение высокотемпературной пластичности стали, Выбранные пределы содержания олова, соотношегие кальция и серы определены при исследовании свойств выплавленных составов стали.Проведены выплавка, пластическая и 5 термическая обработка заявляемой стали истали-прототипа, исследованы их прочногсть, коррозионная стойкость в водных средах (определена температура начала щелевой коррозии), пластичность при 10 1100 С, Химический состав исследованныхсталей приведен в табл. 1. Металл выплавляли в лабораторных условиях в открытой индукционной печи, после ковки и горячей прокатки металл подвергали термицеской 15 обработке 1060" 10 С. Результаты испытаний, приведенные в табл. 2, г 1 одтнерждают преимущества предлагаемои стали по значениям прочности и критической темпеоатуре ЩЕЛЕВОй КОРРОЗИИ. ТЕХНИКО-ЭКОНСМИЧЕСКИй 20 эффект от использования изобретения выразится в повышении ресурса и надежности работы конструкции.2001156 Таблица 2 Результаты исследования прочности (оЪ, ОЬ,2 ) пластичности Ч) и критической температуры щелевой коррозии ( ккр)ции при 1060 +10 С.2, При испытании на кратковременный разрыв использованы продольные цилиндрические образцы с диаметром рабочей части 6 мм. Результаты испытаний усреднены по 3-мобразцам.3. Испытания корроэионной стойкости выполнены в растворе 10 ГеСз 6 Н 20 на цилиндрических образцах с фторопластовыми шайбами, Приведена минимальная температура щелевой коррозии по результатам испытаний 3-х образцов. Составитель В.МарковТехред М.Моргентал Корректор А.Мотыль Редактор Н.Сильнягина Тираж Подписное НПО " Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 3114 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 Формула изобретен и я стдль, содержащая углерод, марганец, кремний. хром, никель, молибден, азот, кальций, серу, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит медь, вольфрам, алюминий, олово при следующем соотношении компонентов, мас. ф: Углерод 0,01 - 0,03 Марганец 1,0 - 2,0 Кремний 0,3 - 1,0 Хром 21-23 Никель 5,4 - 7,0 МолибденКальцийСераАзотВольфрам5 МедьАлюминий .ОловоЖелезопри условии выполненияций/сера1,5. 2,7 - 3,5 0,002 - 0,04 0,001 - 0,02 0,1-0,2 0,05- 0,5 0,1-0,3 0,005- 0,2 0,0005 - 0,005 Остальное отношения каль